Конспект открытого урока по физике 11 класс на тему "Чёрные ящики"
план-конспект урока по физике (11 класс)

МБОУ" Средняя общеобразовательная школа №9" г. Чебоксары

Чувашской Республики

Григорьев Александр Вениаминович

                                     Работа на тему «Развитие исследовательских

способностей учащихся  методом изучения "черных ящиков" на уроках физики»

 Цель работы:  Показать результативность и эффективность данной методики

                          по сравнению с традиционными методами преподавания;

                                          Содержание:

1.  Понятие школьных "черных ящиков"

2. Классификация "черных ящиков" по типам их применения

3 . Примерный урок использования "черных ящиков"

4.Роль и место" черных ящиков" в системе поурочного планирования

                                Понятие  школьных "черных ящиков"

На практике и в быту мы очень часто встречаемся с приборами и устройствами имеющими вход и выход. Например, радиоприемник, телевизор, стабилизатор напряжения, выпрямитель и т.д. Мы знаем, как включать эти приборы в электрическую сеть и что будет на выходе ( звук, изображение, напряжение и т.д.). Но что находится внутри этого прибора - мы не знаем. Это и есть "черный ящик". Оказывается, в некоторых случаях можно не вскрывая "черного ящика", узнать его содержимое, подключая к входу и выходу различные устройства. Разумеется, на школьном уровне, это можно сделать для несложного трех или четырех-полюсника. Такие задачи развивают воображение учащихся, пространственное мышление и творческие способности, не говоря о том, что они должны иметь глубокие и прочные знания по тому разделу физики, к которому относится "черный ящик". Поэтому, совсем не случайно, на многих Всесоюзных и международных олимпиадах по физике в качестве задач предлагалось исследование "черных ящиков".

                В школьном курсе физики в "черные ящики" включаются простые элементы

электрической цепи: резисторы, конденсатор, диод, транзистор, катушки, трансформатор, простой колебательный контур. Спрятанные в коробки с несколькими выводами, часть из которых являются не активными, т.е. так называемыми фальшивыми, элементы электрической цепи могут определяться по различным параметрам измеренных физических величин.

                                Классификация "черных ящиков" по типам их применения.

     Различают "черные ящики" двух типов: реальные, требующие практического

измерения физических величин с помощью различных  приборов и виртуальные, имеющие заранее известные числовые значения в форме закономерно  

построенной таблицы.

                Некоторые "черные ящики" предполагают наличие одинаково схожих элементов, например: резистор и лампа накаливания; постоянный магнит и катушка индуктивности, диод и транзистор. Как можно их различить?

     Лампы накаливания имеют нелинейные вольт-амперные характеристики, магнит

обнаруживается с помощью железных опилок располагающихся только ему свойственной характерной форме магнитного поля и полюсов, транзистор – наличию или отсутствия тока в зависимости от разности потенциалов на клеммах

база - эмиттер, или усилению сигнала на выходе база-коллектор.

.

По разделам физики  "черные ящики" делятся:

Резисторы и лампы накаливания, конденсатор - применяют при изучении темы "Законы постоянного тока";

. Резисторы, лампы накаливания и диоды, транзисторы - при изучении темы "Полупроводники и их применение"

. Резисторы, конденсаторы, катушки, конденсаторы, трансформаторы и колебательные контуры - при изучении темы "Переменный ток

Кроме этого мы исследуем и виртуальные "Черные ящики".

Достоинством данного вида работ является то, что исследования можно проводить одновременно всем классом и быстро, тогда как проведение исследований реальных "черных ящиков" с диодами, конденсаторами, резисторами потребуют  тщательную подготовку от учителя. Например,    дана таблица результатов зависимости силы тока от напряжения:

После построения графика становится ясно, что он есть прямая.  

  Прямая пропорциональность силы тока от напряжения показывает, что в данном

черном ящике находится резистор. Такого типа задачи начали предлагать

выпускникам школы и на ЕГЭ.

                                       Примерный урок  использования "черных ящиков"

 Учащимся предлагается несколько наборов из "черных ящиков" для их исследования. Чтобы определить, какие элементы электрической цепи находятся в них, необходимо знать следующие темы "Закон Ома для участка цепи";

"Последовательное и параллельное соединение проводников"; "Электрический ток в полупроводниках"; "Конденсатор в цепи постоянного тока".

Таким образом, один комплект "черных ящиков"состоит из отдельного резистора, параллельно соединенных двух резисторов, последовательно соединенных двух резисторов, конденсатора и диода (см. приложение 1).

                 Оборудование. Кроме "черных ящиков" подготавливаются источники постоянного тока на 4 В, амперметры, вольтметры, соединительные провода, магнитофон, динамик радиотрансляционный.

                  Начало урока. На магнитофонную ленту заранее записывается

следующее сообщение: (Голосом диктора)…..В заключении передаем следующее сообщение. Около города или села (указывается территория школы)

появился НЛО. Неожиданно для зрителей НЛО ударился о землю и рассыпался на мелкие части. На месте падения обнаружены "черные ящики", которые

прямо на глазах начали плавиться и исчезать. Необходимо срочно провести

исследование этих предметов до их исчезновения. Мы передавали последние новости.

Вступительное слово учителя. Установлено, что в ящиках могут быть следующие элементы электрической цепи:

       ----последовательное соединение двух резисторов;

       ----параллельное соединение двух резисторов;

       ----отдельный резистор;

       ----конденсатор;

       ----диод.

Пользуясь предоставленным оборудованием выяснить содержимое "черных

ящиков".

Схемы соединения можно нарисовать на доске или оформить заранее на большом  листе ватмана..

Приложение 1.

           1.Схема соединения отдельного резистора.                  

          2.Схема соединения конденсатора  

         3.Схема соединения диода.

        4.Схема последовательного соединения двух резисторов.

                     5.Схема параллельного соединения двух резисторов.

Ход урока.

Класс делится на группы (в зависимости от количества комплектов "черных ящиков"). Каждой группе выдается один комплект из пяти ящиков. Раздается отпечатанная форма отчета о проделанной работе (см. приложение 2). Каждая группа делится на практиков и теоретиков. Практики непосредственно снимают показания приборов и результаты передают теоретикам. Теоретики изучают результаты и делают выводы.

Ход рассуждений. Если через клеммы 1 и 2 не протекает электрический  ток, значит в "черном ящике" наверняка конденсатор. Тем более после отключения от источника тока в цепи возникнет ток разрядки конденсатора на короткое время .Из оставшихся четырех "черных ящиков"можно  легко"отсеять"диод зная его способность пропускать ток только в одном направлении. Величина обратного тока будет намного меньше прямого, означающее наличие диода в данном "черном ящике". Конечно, для этого необходимо поменять полюса на клеммах 1 и 2  на противоположные (см. приложение 1).

Таким образом остаются три резистора, один из которых является отдельным.

Величины токов проходящих через клеммы 1-2 и 1-3 отдельного резистора

одинаковы, ибо клеммы 2 и 3 являются равноценными. А вот токи через клеммы 1-2 и 1-3 для последовательно соединенных резисторов будут разными, при чем I¹-²I¹-³. Во всех случаях на клеммах 1-2и 1-3 разность потенциалов поддерживается одинаковой.

Отчет оформляется по нижеуказанной схеме (см. приложение 2).

Заключительная часть урока.

               После окончания работы учащиеся открывают "черные ящики" и

подсчитывают количество правильных ответов, ставятся оценки. Наиболее

отличившимся присваивают звание "ученик-исследователь".                

                                  Приложение 2          

                       Отчет о проделанной работе.                                        

              Группа №__________________________________

               Ф.И.O экспертов____________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Подписи экспертов:________________________________________________

Отчет принят (не принят)    Оценка___________Подпись_________________

                              Роль и место "черных ящиков" в системе поурочного

                                                  планирования.

   Достоинство такой методики заключается в возможности вовлекать всех учащихся в  исследовательскую деятельность. Даже самые слабые иногда

показывают хорошие результаты в разгадывании "черных ящиков". В то же время

данную методику эффективно использовать для итоговых уроков повторения.