Внеклассное мероприятие "Хочешь верь, хочешь не верь..."
план-конспект занятия по физике (10, 11 класс) по теме

«Хочешь верь, хочешь не верь»

Цели: популяризация естественно-научных сведений, выходящих за рамки школьной программы

        Развитие критического мышления

        Воспитание интереса к окружающему миру

Вид занятия: занятие по изложению нового материала

Тип  занятия: Внеклассное мероприятие

План занятия:

- оргмомент

- разминка (игра в ассоциации)

- найди  ошибку!

- «Нас ветру догнать нелегко»

- догадайся, что ты видишь на фотографии

- что крепче: бумага или дерево?

- Проверка закона инерции (шарик в песке)

- какая вода быстрее замерзнет: холодная или горячая?

- антигравитация???

1. Разминка: играем в ассоциации

Правила игры:

Команды по очереди называют физические и технические термины, логически связанные друг с другом. Побеждает команда, «замкнувшая круг», то есть вернувшаяся к первому слову.

Нельзя повторять слова, думать больше 5 секунд, называть логически необоснованные слова.

Пример:

• Электричество
• Выключатель
• Контакт
• Рычаг
• Тормоз
• Автомобиль
• Зажигание
• Электричество

2. Найди ошибку!

Предлагается изображение кадра из мультфильма «Дюймовочка», на котором она плывет на листке кувшинки, а за ней гонится жаба. Под кадром подпись: «Лист кувшинки поплыл по течению. Течение было сильное и жаба никак не могла догнать девочку». Нужно найти ошибку.

Ошибка в том, что в силу относительности движения у жабы есть скорость относительно листка кувшинки и она должна догнать лист.  

3. «Нас ветру догнать нелегко»

Припев  песни о летчиках гласит:

«Летим мы по вольному свету,
Нас ветру догнать нелегко.
До самой далекой планеты
Не так уж, друзья, далеко!»

Нет ли тут несоответствия с законами физики?

Итак, «нас ветру догнать нелегко»... Иными словами, ветер, хотя и с трудом, но иногда самолет догоняет. В этом принципиальная ошибка поэта. Известно, что самолет в состоянии лететь только при условии, что он развил относительно воздуха определенную скорость, при которой набегающий на крыло воздушный поток создает достаточную подъемную силу. Именно для этого самолет перед взлетом разбегается по земле, причем для того, чтобы поскорее набрать нужную скорость относительно воздуха, самолет, взлетает против ветра (тогда взлет достигается при меньшей скорости относительно земли и, следовательно, можно обойтись более короткой взлетной полосой).

Ветер не может догнать самолет, даже если этот самолет самый тихоходный. Если, например, вдогонку самолету, имеющему скорость 30 м/с, будет дуть ураганный ветер со скоростью 40 м/с (вполне способный, по мнению поэта, догнать самолет), то скорость самолета возрастет до 70 м/с относительно земли. Относительно же воздуха она останется прежней – 30 м/с, т.е. ураганный ветер будет отставать от самолета так же безнадежно, как и штиль.

Если бы ветер догнал самолет, то скорость самолета относительно воздуха стала бы равной нулю, а вместе с нею обратилась бы в нуль и подъемная сила, в результате чего самолет упал бы.

4. Догадайся, что ты видишь на фотографии!

Предлагается фотография спрайтов – молний, бьющих из туч в ионосферу. Нужно догадаться, что это за явление и в какой точке пространства оно локализовано.

5. Бумажная болгарка

Предлагается объяснить следующий опыт: на диск болгарки вместо обычного режущего диска насаживается имеющий такую же форму лист бумаги. Приведенная в действие болгарка режет спички и карандаши

Принимаются версии, допускаются наводящие вопросы с ответами «Да», «Нет»

Объяснение опыта: вследствие вращения на частички бумаги действуют силы инерции, направленные вдоль радиуса бумаги, лист бумаги натягивается и становится упругим, вследствие растяжения листа упругость его краев возрастает и лист становится жестким.

Дополнительная иллюстрация опыта: если прикоснуться к бумажному листу сбоку, он гнется, при прикосновении к вращающемуся листу он не гнется.

Для пояснения явления предлагается фотография аттракциона «Сюрприз», на котором пассажиры удерживаются при помощи той же силы инерции.

6. Проверка закона инерции (шарик в песке)

Ставим опыт: в высокую мензурку опускаем металлический шарик и на 3\4 высоты мензурки засыпаем его песком.

Задание: разработать способ, которым можно достать шарик из мензурки без дополнительных приспособлений.

Ответ: вспоминаем закон инерции.

Пробирку резко опускаем вниз и плавно поднимаем вверх. За несколько качков шарик поднимется на поверхность.

Вопросы: какие применения закону инерции вы знаете?

Например: отделение сливок от молока – сепарация – предлагается фотография ручной маслобойки.

7. Эффект Мпембы        

Какая вода замерзнет быстрее – холодная или горячая? Если холодная, то почему на морозе нельзя мыть машины горячей водой?

Ученикам рассказывается история открытия эффекта Мпембы и предлагается по изображению водородных связей воды объяснить причину более быстрого замерзания горячей воды.

После обсуждения проблемы объясняются правила постановки опыта в домашнем холодильнике и предлагается провести опыт и вынести его результаты на соответствующий форум.

Данный парадокс является экспериментальным фактом (эффектом Мпембы), противоречащим обычным представлениям, согласно которым при одних и тех же условиях более нагретому телу для охлаждения до некоторой температуры требуется больше времени, чем менее нагретому телу для охлаждения до той же температуры. Назван в честь танзанийского школьника Эрасто Мпембы, первым обратившим на него внимание.

В 1963 году ученик Магамбинской средней школы в Танзании Эрасто Мпемба делал практическую работу по поварскому делу. Ему нужно было изготовить самодельное мороженое - вскипятить молоко, растворить в нем сахар, охладить его до комнатной температуры, а затем поставить в холодильник для замерзания. По-видимому, Мпемба не был особо усердным учеником и промедлил с выполнением первой части задания. Опасаясь, что не успеет к концу урока, он поставил в холодильник еще горячее молоко. К его удивлению, оно замерзло даже раньше, чем молоко его товарищей, приготовленное по заданной технологии.

Похоже, что после этого Мпемба экспериментировал не только с молоком, но и с обычной водой. Во всяком случае, уже будучи учеником Мквавской средней школы он задал вопрос профессору Деннису Осборну из университетского колледжа в Дар-Эс-Саламе (приглашенному директором школы прочесть ученикам лекцию по физике) именно по поводу воды: "Если взять два одинаковых контейнера с равными объемами воды так, что в одном из них вода имеет температуру 35°С, а в другом - 100°С, и поставить их в морозилку, то во втором вода замерзнет быстрее. Почему?" Осборн заинтересовался этим вопросом и вскоре (в 1969 году) они вместе с Мпембой опубликовали результаты своих экспериментов в журнале "Physics Education". С тех пор обнаруженный ими эффект называется эффектом Мпембы.

(Высказываются, правда, предположения, что аналогичный эффект наблюдали в свое время Аристотель, Фрэнсис Бэкон и Рене Декарт, но однозначных подтверждений тому не найдено. Считается, что эти предположения являются следствием слишком вольного перевода трудов данных ученых).

Анализ парадокса[править]

Парадоксальность эффекта Мпембы в том, что время, в течение которого тело остывает до температуры окружающей среды, должно быть пропорционально разности температур этого тела и окружающей среды. Этот закон был установлен еще Ньютоном и с тех пор много раз подтверждался на практике. В данном же эффекте вода с температурой 100°С остывает до температуры 0°С быстрее, чем такое же количество воды с температурой 35°С...

Тем не менее, это еще не предполагает парадокс, поскольку эффекту Мпембы можно найти объяснение и в рамках известной физики. Вот несколько вариантов такого объяснения:

Горячая вода быстрее испаряется из контейнера, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.

Наличие снеговой шубы в морозилке холодильника. Контейнер с горячей водой протаивает под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозилки. Контейнер с холодной водой не протаивает под собой снег. При отсутствии снеговой шубы контейнер с холодной водой должен замерзать быстрее.

Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвекции, а значит и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу. При дополнительном механическом перемешивании воды в контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.

Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде - растворенных в ней веществ. При малом количестве таких центров превращение воды в лед затруднено и возможно даже ее переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру. При одинаковом составе и концентрации растворов холодная вода должна замерзать быстрее.

В опытах Мпембы и Осборна учитывалось четвертое условие, а остальные, по-видимому, нет.

Воспроизводство этого эффекта существенно зависит от условий, в которых проводится эксперимент. Именно потому, что воспроизводится он далеко не всегда.

Ныне команда исследователей из Технологического университета Наньян в Сингапуре (Nanyang Technological University) во главе с химиком Си Чжаном (Xi Zhang) заявила, что им удалось разрешить вековую загадку о том, почему тёплая вода застывает быстрее, чем холодная. Как выяснили китайские специалисты, секрет кроется в количестве энергии, запасённой в водородных связях между молекулами воды.

Как известно, молекулы воды состоят из одного атома кислорода и двух атомов водорода, удерживаемых вместе ковалентными связями, что на уровне частиц выглядит как обмен электронами. Другой известный факт заключается в том, что атомы водорода притягиваются к атомам кислорода из соседних молекул — при этом образуются водородные связи.

В это же время молекулы воды в целом отталкиваются друг от друга. Учёные из Сингапура заметили: чем теплее вода, тем большим оказывается расстояние между молекулами жидкости из-за увеличения отталкивающих сил. В результате водородные связи растягиваются, а следовательно, запасают большую энергию. Эта энергия высвобождается при охлаждении воды − молекулы сближаются друг с другом. А отдача энергии, как известно, и означает охлаждение.

Как пишут химики в своей статье, которую можно найти на сайте препринтов arXiv.org, в горячей воде водородные связи натягиваются сильнее, чем в холодной. Таким образом, оказывается, что в водородных связях горячей воды хранится больше энергии, а значит, её высвобождается больше при охлаждении до минусовых температур. По этой причине застывание происходит быстрее.

На сегодняшний день учёные разгадали эту загадку лишь теоретически. Когда они представят убедительные доказательства своей версии, то вопрос о том, почему горячая вода застывает быстрее холодной, можно будет считать закрытым.

В  морской практике помнить об эффекте Мпембы нужно во время борьбы с обледенением судна. При борьбе с обледенением  применяется обработка покрытых льдом поверхностей паром и горячей водой. Эту обработку можно производить только при условии быстрого удаления разрыхленного льда не только с поверхности, но и с борта судна. Иначе заново замерзший лед может оказаться значительно прочнее, чем до обработки и справиться с ним станет труднее.  

8. Антигравитация???

Демонстрация видеосюжета с велосипедистами, вкатывающимися вверх по шоссе без вращения педалей.

Вопросы:        - правда ли это?

-на основании каких признаков можно верить данному сюжету? (рост деревьев вдоль дороги, звук двигателя едущей на подъем машины)

Версии данного явления: - гравитационная аномалия;

                                              - торсионные явления.

Какой бы вопрос я задал автору сюжета? (проверяли ли они это явление во время движения пешком?)

Вопрос себе: почему машине тяжело ехать, а велосипедистам легко?

Итог занятия: подводим итоги по таблице

Литература:

Пётр Маковецкий. «Смотри в корень!»  Сборник любопытных задач и вопросов. –М: Наука, 1979

Журнал «Вокруг света»  05.2012

www.flot.com     Алексеев Г.М.  Особые случаи морской практики.