Исследовательская работа по физике на тему: "Приборы по физике своими руками и простые опыты с ними. Электроскоп".
творческая работа учащихся по физике (8 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение  «Лицей № 1»

муниципального образования «город Бугуруслан»

 «ПРИБОРЫ ПО ФИЗИКЕ СВОИМИ РУКАМИ И  ПРОСТЫЕ ОПЫТЫ С НИМИ. ЭЛЕКТРОСКОП»

Городская научно – исследовательская конференция

«Маленький шаг – большая наука»

Выполнил:

учащийся 8 класса Б

МБОУ  Лицей №1

Дамер Владислав Олегович                                                          

Руководитель:

учитель физики

МБОУ Лицей  №1

Хабарова Юлия Игоревна

Бугуруслан, 2017

АННОТАЦИЯ

Данная  исследовательская работа  предназначена для учителей физики и учащихся 7-11 классов. Она даёт возможность уйти от «меловой» физики, направлена на привлечение школьников к изготовлению приборов и  на выявление творческих способностей детей.

В процессе выполнения работы был проведен анализ литературы, посвященной изучаемой проблеме, изготовлен прибор - термометр, отсутствующий в лаборатории и проведён анализ опытов.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Один опыт я ставлю выше,

чем тысячу мнений,

рожденных  только воображением.

М. Ломоносов

Эпитетом к своей работе я не зря взял строчки великого русского поэта М. Ломоносова, потому что изучение большинства наук невозможно без постановки опытов.

Для того, чтобы поставить необходимый опыт, нужно иметь приборы и измерительные инструменты. И не думайте, что все приборы делаются на заводах. Во многих случаях исследовательские установки сооружаются самими исследователями. При этом считается, что талантливее тот исследователь, который может поставить опыт и получить хорошие результаты не только на сложных, а и на более простых приборах. Сложное оборудование обоснованно применять только в тех случаях, когда без него нельзя обойтись. Так что не надо пренебрегать самодельными приборами - гораздо полезнее сделать их самим, чем пользоваться покупными.

Использование самодельных приборов в школьном курсе актуально.  Актуальность заключается в том, что изготовление приборов ведет за собой не только повышение уровня знаний, но и выявляет основное направление деятельности. При работе над прибором мы уходим от «меловой» физики. Оживает сухая формула, материализуется идея, возникает полное и четкое понимание.     С другой стороны, подобная работа является хорошим примером общественно-полезного труда: удачно сделанные самодельные приборы могут значительно пополнить оборудование школьного кабинета. Изготавливать приборы на месте своими силами можно и нужно. Самодельные приборы имеют и другую постоянную ценность: их изготовление, с одной стороны, развивает у нас учащихся практические умения и навыки, а с другой - свидетельствует о творческой работе.

Некоторые самодельные приборы могут оказаться удачнее промышленных,  более наглядными и простыми в действии, более понятными нам учащимся. Другие позволяют полнее и последовательнее проводить эксперимент с помощью существующих промышленных приборов, расширяют возможность их использования.

Актуальность, теоретическая значимость и недостаточная разработанность проблемы определили тему исследовательской работы: «Приборы по физике своими руками и простые опыты с ними. Электроскоп».

Цель исследования: изготовить самодельный электроскоп и пронаблюдать за его работой.

Задачи исследования:

1. изучить имеющуюся литературу по созданию самодельных приборов;
2. описать устройство, принцип действия и способ изготовления электроскопа;
3. научиться определять наличие электрического заряда;
4. провести анализ известных опытов по физике.

Объектом исследования: научно исследовательское творчество и изобретательство учащихся

Предмет исследования: самодельные приборы для школьного кабинета физики на примере электроскопа

Гипотеза: наличие самодельных приборов в школьном кабинете физики расширяет возможности совершенствования учебного эксперимента и улучшает постановку научно- исследовательских работ.

При написании исследовательской работы использовались следующие методы:

• изучение и анализ литературы, посвященной изучаемой проблеме;
• опрос;
• исследовательская работа.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ САМОДЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1.Этапы конструирования и изготовление самодельного пробора

Приступая к исследовательской работе, я изучил научную и популярную литературу по созданию самодельных приборов.

Я узнал, что при конструировании, изготовлении и применении самодельного прибора учащиеся должны:

• четко представлять его назначение;
• заранее рассчитать его отдельные элементы, сделать необходимые схемы, чертежи;
• хорошо представлять принцип действия прибора;
• уяснить, на использовании каких законов основана его работа;
• согласовать параметры намечаемого к изготовлению прибора с параметрами тех приборов, совместно с которыми он будет работать;
• уметь ответить на вопросы: какова природа физического явления, демонстрируемого с помощью этого прибора, где применяется и встречается это явление: от каких факторов зависит эффективность его демонстрации.

Рассмотрел следующие этапы конструирования и изготовления самодельного оборудования:

- накопление теоретических и практических знаний и умений;

- составление эскизных рисунков, чертежей, схем прибора;

- выбор наиболее удачного варианта и краткое описание принципа его действия

- предварительный расчет и приближенное определение параметров элементов, составляющих выбранный вариант прибора;

- принципиальное теоретическое решение и разработка самого проекта;

- подбор деталей, материалов, инструментов и измерительных приборов для материализации проекта;

- мысленное предвосхищение всех основных этапов деятельности по сборке материального макета проекта;

- систематический контроль своей деятельности при изготовлении прибора (установки);

- снятие характеристик с изготовленного прибора (установки) и сравнение их с предполагаемыми (анализ проекта);

- перевод макета в завершенную конструкцию прибора (установки) (практическая реализация проекта);

- защита проекта на специальной конференции и демонстрация прибора (установки) (общественная презентация).

2. Электризация тел. Электрический заряд.

Слово «электрический» происходит от греческого слова «электрон», что в переводе означает «янтарь».  

Первые наблюдения электрических явлений относят к 5–6 вв до н. э. Считается, что Фалес Милетский (древнегреческий философ и математик из Милета) впервые пронаблюдал электрическое взаимодействие тел. Он провел следующий опыт: натер янтарь мехом, затем приблизил его к небольшим телам (пылинкам, стружке или перьям) и пронаблюдал, что эти тела стали притягиваться к янтарю без объяснимой на то время причины. Фалес был не единственным ученым, который впоследствии активно проводил электрические опыты с янтарем, что и привело к возникновению слова «электрон» и понятию «электрический».

Смоделируем аналогичные опыты с электрическим взаимодействием тел, для этого возьмем мелко нарезанную бумагу, стеклянную палочку и лист бумаги. Если натереть стеклянную палочку о лист бумаги, а затем подвести ее к мелко нарезанным бумажкам, то будет виден эффект притяжения мелких кусочков к стеклянной палочке.

Интересен тот факт, что впервые такой процесс был достаточно полно объяснен только в 16 веке. Тогда стало известно, что существует два вида электричества, и они взаимодействуют друг с другом. Понятие электрического взаимодействия появилось в середине 18 века и связано с именем американского ученого Бенджамина Франклина. Именно он впервые ввел такое понятие, как электрический заряд.

Электрический заряд – физическая величина, которая характеризует величину взаимодействия заряженных тел.

То, что мы имели возможность пронаблюдать на опыте с притяжением бумажек к наэлектризованной палочке, доказывает наличие сил электрического взаимодействия, а величину этих сил характеризует такое понятие, как заряд. То, что силы электрического взаимодействия могут быть различными, легко проверяется экспериментальным путем, например, при натирании одной и той же палочки с различной интенсивностью.

Электризация – разделение электрических зарядов в результате тесного контакта двух или более тел.

Электризация может происходить несколькими способами: электризация трением и электризация прикосновением.

В конце 18 века ученые пришли к выводу, что деление заряда приводит к двум принципиально различным результатам, и было принято решение условно разделить заряды на два типа: положительные и отрицательные. Для того чтобы была возможность различать эти два типа зарядов и определять, какой является положительным, а какой – отрицательным, договорились использовать два базовых опыта: если потереть стеклянную палочку о бумагу (шелк), то на палочке образуется положительный заряд; если потереть эбонитовую палочку о мех, то на палочке образуется отрицательный заряд.

Кроме того, что было введено разделение зарядов на два типа, было замечено правило их взаимодействия:

– одноименные заряды отталкиваются;

– разноименные заряды притягиваются.

3. Электроскоп

Электроскоп (от греч. слов электрон и скопео – наблюдать, обнаруживать) – прибор позволяющий определить наличие электрического заряда, даже самого маленького.

В основе работы электроскопа лежит закон о том, что одноименно заряженные тела взаимно отталкиваются друг от друга. В электроскопе этими телами являются лепестки фольги или бумаги.

Электроскоп состоит из металлического стержня, к которому подвешены две полоски бумаги или алюминиевой фольги. Стержень укреплён при помощи эбонитовой пробки внутри металлического корпуса цилиндрической формы, закрытого стеклянными крышками.

При соприкосновении заряженного тела, например натёртой стеклянной палочки, со стержнем электроскопа электрические заряды распределяются по стержню и листочкам. Так как одноимённо заряженные тела отталкиваются, то под действием силы отталкивания листочки электроскопа разойдутся на некоторый угол. Причём чем больше величина заряда электроскопа, тем больше сила отталкивания листочков и тем на больший угол они разойдутся. Следовательно, по углу расхождения листочков электроскопа можно судить о величине заряда, находящегося на электроскопе.

Если к заряженному электроскопу поднести тело, заряженное противоположным знаком, например, отрицательно, то угол между его листочками начнёт уменьшаться. Следовательно, электроскоп позволяет определить знак заряда наэлектризованного тела.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ОПЫТОВ ПО ФИЗИКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРИБОРОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ СВОИМИ РУКАМИ

2.1.Изготовление самодельного электроскопа и наблюдения  за его работой.

Изготовить электроскоп самостоятельно можно при соблюдении следующих рекомендаций:

Для работы нам потребуется:   

1. стеклянная банка или бутылка с прозрачным стеклом.
2. крышка.
3. небольшой кусочек изоленты.
4. небольшой кусок проволоки медной.
5. папиросная бумага или обычная фольга.

• Необходимо в крышке проделать небольшое отверстие таким образом, чтобы проволока плотно входила в него. Для этого можно воспользоваться любым подручным инструментом, вплоть до обычного штопора. Проволоку нужно предварительно измерить, её длина не должна превышать глубину используемой банки или бутылки.
•  Далее следует продеть проволоку в пробку, чтобы при закрытии пробки большая часть проволоки оставалась в бутылке, а меньшая - снаружи, над пробкой. Если отверстие слишком большое и проволока не держится плотно, её следует закрепить с помощью любых подходящих материалов.
• Если имеется паяльный инструмент, то к верхнему концу проволоки (который расположен над крышкой) стоит припаять небольшой металлический шарик. Если такой возможности нет, можно оставить всё как есть, так как электроскоп будет прекрасно работать и без шарика.
• К нижнему концу проволоки остаётся прикрепить два небольших лепестка из фольги или папиросной бумаги. Прикреплять следует параллельно с расчётом на то, что при прохождении электрического заряда лепестки должны расходиться в разные стороны и образовывать угол.

Наконец, необходимо аккуратно закрыть бутылку крышкой и приступать к проверке изготовленного электроскопа. Проверка заключается в прикосновении любого тела, имеющего хоть какой-то электрический заряд к внешней части проволоки или к шарику в случае его использования. Подойдёт для этой цели обычная расчёска, которой недавно пользовались. Прикасаясь к внешней стороне проволоки, наэлектризованное тело передаёт заряд вниз, к лепесткам. Заряд лепестки получают одноимённый, поэтому они должны расходиться, а по углу их расхождения приблизительно определяется величина электрического заряда.

Итак, делаем электроскоп…

Цель работы: из подручных средств изготовить электроскоп и проверить его работу.

Оборудование: стеклянная банка,  крышка, медная проволока, две полоски из тонкой  фольги, изолента.

Схема установки электроскопа

 (Приложение 1)

Порядок изготовления:

1. Пропустить медную проволоку  через крышку почти целиком, а в месте отверстия проволоку обмотать изолентой.

2. Прикрепить полоски к длинному концу стержня.

3. Закрыть крышкой  банку и проследить, чтобы лепестки свободно свисали, не касаясь дна.

( Приложение 2)

Для испытания изготовленного электроскопа   я  провел следующие опыты:

1. Сначала потертой слегка о мех эбонитовой палочкой касаемся места изгиба проволоки

Результат: лепестки электроскопа разошлись на некоторый угол.

( Приложение 3)

Вывод: если коснуться места изгиба электроскопа отрицательно заряженной эбонитовой палочкой, листочки отойдут друг от друга. Так как отрицательно заряженные частицы перешли от пластмассы на металлический стержень и сразу же дошли до листочков. Последние взаимно отталкиваются, так как оба они заражены отрицательно. Благодаря тому, что листочки очень легки, достаточно малого заряда, чтобы создать их заметное расхождение.

 2. Этой же палочкой, натертой более сильнее.

Результат: лепестки электроскопа разошлись на больший угол.

Вывод: по отклонению листочков электроскопа можно определить, чем больше угол отклонения листочков, тем сильнее он наэлектризован, тем больше электрический заряд находится на нем.

Опыт 3: наэлектризуем электроскоп положительно, затем поднесем эбонитовую палочку, затем стеклянную.

Результат: лепестки электроскопа сначала разошлись на некоторый угол. После поднесения стеклянной палочки угол отклонения уменьшился.

Вывод: если к положительно заряженному электроскопу поднести тело, заряженное тем же знаком, то листочки разойдутся сильнее, противоположным по знаку, угол между уменьшается.

 А теперь выясним, какие вещества являются проводниками.

Опыт 4: зарядим электроскоп с помощью эбонитовой палочки отрицательно и затем коснёмся проволоки пальцем.

Результат: листочки электроскопа соединятся.

Вывод: первоначально на металлическом стержне и листочках был избыток отрицательных частиц и некоторые из этих частиц перешли сквозь тело в землю. Даже в том случае, если обувь является изолятором, листочки электроскопа сблизятся. Так как в этом случае заряд поделился между телом и маленьким электроскопом.

 Опыт 5: зарядим электроскоп с помощью стеклянной палочки положительно  и затем коснёмся проволоки пальцем.

Результат: листочки электроскопа соединятся.

Вывод: если электроскоп заряжен положительно, то вы все же разрядите его, коснувшись проволоки. Некоторое число отрицательных частиц перейдет от вас к электроскопу, нейтрализуя положительный заряд на листочках. Заключаем из этих опытов, что в обоих случаях человеческое тело является проводником электричества.

Опыт 6: зарядим электроскоп и коснемся проволоки  деревянной спичкой

Результат: листочки соединятся, но очень медленно.

Вывод: в дереве могут двигаться какие-то заряженные частицы, но не так свободно, как в металлах; дерево оказывает значительно большее «сопротивление» движению заряженных частиц, чем металлы.

Опыт 7: зарядим электроскоп и коснемся незаряженным стеклом, эбонитом.

Результат: листочки заряженного электроскопа не шевельнутся.

Вывод: эти вещества являются изоляторами.

Таким образом, электроскоп позволяет определять:

1.  наличие электрического заряда.

2.  знак заряда наэлектризованного тела.

3. вещества, которые являются проводниками и непроводниками электричества.

2.2. Результаты исследования простых опытов по физике

Опыт 1.Наблюдение электризации бумаги при движении  по ней резинового валика  

Цель:

Приборы и материалы: сухая стеклянная пластина (текстолит, эбонит), лист бумаги, резиновый валик, электроскоп.

Порядок выполнения работы:

1. Положить на стеклянную пластину лист бумаги.
2. Провести несколько раз по бумаге резиновым валиком, плотно прижимая его к листу во время движения.
3. Поднести лист бумаги к электроскопу и наблюдать за положением лепестков фольги.
4. То же самое проделать с резиновым валиком.
5. Сделать вывод.

Результат: Лепестки электроскопа сначала разошлись на некоторый угол. После поднесения резинового валика угол отклонения уменьшился.

Вывод: На основании эксперимента мы видим, что в результате соприкосновения электризуются оба тела, заряжаясь равными по модулю и противоположными по знаку зарядами. Если к заряженному электроскопу поднести тело, заряженное тем же знаком, то листочки разойдутся сильнее, противоположным по знаку, угол между уменьшается.

Рекомендации по использованию: данный опыт можно применять в 8 классе при изучении темы «Электрические явления» в качестве демонстрационного.

Проведение опыта можно поручить ученикам как домашнее творческое задание для развития творческих и конструкторских способностей, повышения интереса предмету.

Опыт 2. Взаимодействие двух заряженных тел

Приборы и материалы: два детских воздушных шарика, газета, стеклянная палочка, кусочек шелковой ткани (бумаги).

Порядок выполнения работы

1. Наэлектризовать шарики трением о газету (поочередно).
2. Подвесить их на длинных нитях рядом.
3. Наблюдать отталкивание шаров.
4. Определить знаки зарядов шаров.
5. Сделать вывод.

Результат: На основании эксперимента мы видим, что в результате трения электризуются оба тела, заряжаясь равными по модулю и противоположными по знаку зарядами.

В результате взаимодействия двух шаров приходим к выводу, что тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются.

Рекомендации по использованию: данный опыт можно применять в 8 классе при изучении темы «Электрические явления» в качестве демонстрационного.

Проведение опыта можно поручить ученикам как домашнее творческое задание для развития творческих и конструкторских способностей, повышения интереса предмету.

Опыт 3. Наблюдение парения заряженной пушинки

Приборы и материалы: пластмассовая линейка, комочек ваты.

Порядок выполнения работы

1. Положить пластмассовую линейку на стол и натереть ее бумагой.

2. Распушить очень маленький комочек ваты и положить его на линейку.

3. Поднять наэлектризованную линейку и легонько сдуть с нее пушинку вверх.

4. Поместить быстро линейку снизу пушинки и наблюдайте за ее парением. (Если пушинка прилипла к линейке, сдуть ее и снова повторить опыт).

5. Сделать вывод.

Результат: На основании эксперимента мы видим, что в результате трения электризуются оба тела, заряжаясь равными по модулю и противоположными по знаку зарядами.

В результате взаимодействия линейки и кусочка ваты  приходим к выводу, что тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются.

Рекомендации по использованию: данный опыт можно применять в 8 классе при изучении темы «Электрические явления» в качестве демонстрационного.

Проведение опыта можно поручить ученикам как домашнее творческое задание для развития творческих и конструкторских способностей, повышения интереса предмету.

2.3. Анализ заинтересованности учащихся на уроках с физическим опытом и без

В ходе изучения темы «Электроскоп. Проводники и непроводники электричества» учащимся восьмых классов   было предложено заполнить листы самооценки, которые позволили выявить заинтересованность учащихся при изучении данной темы.

В 8б классе на уроке были проведёны опыты по описанию с применением прибора, изготовленного своим руками.

В 8а классе данная тема изучалась с применением приборов, находящихся в наличии в кабинете физики.

Анализ данных, позволил сделать следующий вывод.

У всех учащихся 8б класса данная тема вызвала интерес, а у учащихся 8а лишь у двенадцати.

(Приложение, диаграмма 4)

Таким образом, анализ ответов показал, что четко фиксируется интерес учащихся к эксперименту. И это неудивительно, так как особенностью физики является ее экспериментальный характер. Поэтому наряду с обычными домашними заданиями - изучением текста учебника, выучиванием правил, законов, решением задач и упражнений - необходимо, чтобы учащиеся выполняли задания практического характера: наблюдение явлений в природе, выполнение качественных опытов, измерений.

Систематическое выполнение учащимися экспериментальных лабораторных работ способствует более осознанному и конкретному восприятию изучаемого на уроке материала, повышает интерес к физике, развивает любознательность, прививает ценные практические умения и навыки. Эти задания являются эффективным средством повышения самостоятельности и инициативы учащихся, что благоприятно сказывается на всей их учебной деятельности”.

Полученные результаты убедили меня в правильности выбранной темы исследования, её актуальности.

Опыт с прибором, сделанным своими руками, вызывает очень большой интерес у всего класса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решая первую задачу исследования, был проведён теоретический анализ литературы.

Я узнал, что при конструировании, изготовлении и применении самодельного прибора учащиеся должны:

• четко представлять его назначение;
• заранее рассчитать его отдельные элементы, сделать необходимые схемы, чертежи;
• хорошо представлять принцип действия прибора;
• уяснить, на использовании каких законов основана его работа;
• согласовать параметры намечаемого к изготовлению прибора с параметрами тех приборов, совместно с которыми он будет работать;
• уметь ответить на вопросы: какова природа физического явления, демонстрируемого с помощью этого прибора, где применяется и встречается это явление: от каких факторов зависит эффективность его демонстрации.

описать устройство, принцип действия и с

Решая вторую задачу исследования, были описаны устройство и принцип действия электроскопа.

Электроскоп (от греч. слов электрон и скопео – наблюдать, обнаруживать) – прибор, позволяющий определить наличие электрического заряда, даже самого маленького.

        В основе работы электроскопа лежит закон о том, что одноименно заряженные тела взаимно отталкиваются друг от друга. В электроскопе этими телами являются лепестки фольги или бумаги.

Устройство электроскопа:

1. стеклянная банка  или бутылка  с прозрачным стеклом.
2. крышка.
3. небольшой кусочек изоленты.
4. небольшой кусок проволоки медной.
5. папиросная бумага или обычная фольга.

Решая третью задачу исследования, был изготовлен прибор - электроскоп, отсутствующий в лаборатории и проведён анализ опытов.

Я выяснил, что электроскоп позволяет определять:

1.  наличие электрического заряда. Причём чем больше величина заряда электроскопа, тем больше сила отталкивания листочков и тем на больший угол они разойдутся. Следовательно, по углу расхождения листочков электроскопа можно судить о величине заряда, находящегося на электроскопе.

2. знак заряда наэлектризованного тела.

Если к заряженному электроскопу поднести тело, заряженное противоположным знаком, например, отрицательно, то угол между его листочками начнёт уменьшаться.

3.вещества, которые являются проводниками и непроводниками электричества.

Решая четвертую задачи исследования, был проведен анализ известных опытов по физике и  сделан вывод: тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются.

Анализ данных, по заинтересованности учащихся на уроках с физическим опытом и без, убедили меня в правильности выбранной темы исследования, её актуальности.

Наблюдать за опытом проводимым учителем, интересно. Проводить его самому интереснее вдвойне.

А проводить опыт с прибором, сделанным и сконструированным своими руками, вызывает очень большой интерес у всего класса. В таких опытах легко установить взаимосвязь и сделать вывод как работает данная установка.

    Проводить данные опыты не сложно и интересно. Они безопасны, просты и полезны.

Данная исследовательская работа может быть использована в своей деятельности учителями и учащимися.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Внеурочная работа по физике/ Под ред. О.Ф. Кабардина. М.: Просвещение, 1993.
2. Гальперштейн Л. Занимательная физика. М.: РОСМЭН, 2000.
3. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. М.: Просвещение, 1995.
4. Горячкин Е.Н. Методика и техника физического эксперимента. М.: Просвещение. 1994 г.
5. Майоров А.Н. Физика для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке. Ярославль: Академия развития, Академия и К, 1999.
6. Перельман Я.И. Занимательная механика. Знаете ли вы физику? М.: ВАП, 1994.
7. Перышкин А.В., Родина Н.А. Учебник физики для 7 класса. М.: Просвещение. 2012 г.
8. Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. Физика. 8 класс: учебник. -М.: Дрофа,2014.
9. Шилов В.Ф. Домашние экспериментальные задания по физике 7-9 классы, М.: Школьная пресса, 2003.
10. http://www.nkj.ru/archive/articles/12835/
11. https://project.1september.ru/work.php?id=572989.
12. http://pedsovet.org/component/option,com_mtree/task,viewlink/link_id,109450/Itemid,118/
13. https://ru.wikipedia.org

Приложение 1

Фото электроскопа.

Приложение 2

Диаграмма. Интерес учащихся на уроке с физическим   опытом