Организация лабораторных работ с экспериментальной проверкой точности измерений

9-й класс. Базовый курс

В большинстве случаев критерием правильности выполнения учащимся физического лабораторного эксперимента является мнение учителя. Однако можно ввести новую методику проведения лабораторных работ с тем, чтобы сам учащийся, выполнив по рекомендации учителя тут же другой, более простой и надежный эксперимент, мог проверить свой результат. Этапы такой лабораторной работы могут быть следующими:

1) учащиеся получают описание лабораторной работы, оборудование и в соответствии с инструкциями экспериментально находят значение искомой физической величины (например, с помощью часов определяют длину математического маятника);
2) сообщают учителю это значение;
3) с помощью рекомендуемого учителем оборудования и под его наблюдением выполняют второй эксперимент и проверяют правильность первоначальных измерений. Если первоначально найденное значение отличается от контрольного не более, чем на 10%, работа считается выполненной.

При выполнении первой части эксперимента следует рекомендовать учащимся повторять опыты не менее трех раз, чтобы получить статистически значимое значение измеряемой величины. Контролируя ход физического эксперимента, учитель должен следить, чтобы учащиеся заранее не воспользовались другими средствами измерения. При фронтальной организации лабораторной работы, когда все учащиеся одновременно выполняют одно и то же задание, следует позаботиться о том, чтобы численные значения величин, измеряемых каждым учащимся, отличались друг от друга. При круговой организации лабораторных работ, принятой для физического практикума, следует производить замену измеряемых характеристик после каждого контрольного измерения.

Основной целью лабораторной работы является формирование экспериментальных навыков, поэтому, если учащийся получил численное значение физической величины в пределах допустимого отклонения, то работа оценивается не ниже, чем на «хорошо», а если ученик еще выполнил и контрольное задание, то он получает «отлично». Если результат оказался отрицательным, то после просмотра письменного отчета учитель ставит оценку «удовлетворительно» или «неудовлетворительно» – в зависимости от качества и объема учебной работы. Можно разрешить (в пределах учебного времени) повторить эксперимент, но измеряемый параметр должен быть изменен. Основная нагрузка на учителя приходится на последние 10–15 мин урока, когда учащиеся подходят для проведения контрольных замеров, поэтому данной технологией следует воспользоваться либо в маленьких классах (до 15 человек), либо организовывать бригады по 2–3 человека.

Приведем примеры.

Лабораторная работа № 2.  «Определение массы деревянного тела с помощью стакана с водой»

Цель: определить массу деревянного бруска (цилиндра) с помощью линейки и стакана с водой.

Оборудование:

на столах учеников – стакан с водой, линейка, деревянный брусок или цилиндр;
на столе учителя для контрольного эксперимента – весы и набор разновесов.

Ход работы

1. Измерьте толщину а и ширину b бруска (диаметр основания цилиндра).
2. Опустите брусок в воду, удерживая его в вертикальном положении, незначительными усилиями добейтесь его равновесия и измерьте изменение уровня воды L₁.
3. Повторите п. 2 еще два раза и вычислите среднее арифметическое значение изменение уровня воды L_ср.
4. Поскольку из условия плавания тел F_A = mg (F_A – сила Архимеда, m – масса бруска, g – ускорение силы тяжести) следует равенство r_вgL_срS = mg (r_в – плотность воды, S = ab – площадь основания бруска), то масса бруска равна m = r_вL_срS. Вычислите массу бруска по формуле m = r_вL_срab в граммах и сообщите полученное значение учителю.
5. Измерьте (под наблюдением учителя) массу m₀ бруска на весах.
6. Оцените относительное отклонение по формуле:
7. Заполните таблицу измерений и вычислений.

Контрольные задания: знать буквенные обозначения величин, определение выталкивающей силы, закон Архимеда, уметь выводить формулы п. 4.

Методические рекомендации и практические советы учителю

• Допустимое отклонение полученного значения от контрольного не более 10%.
• В целях безопасности лучше использовать обрезанные пластиковые бутылки.

Лабораторная работа № 8.

«Определение массы груза с помощью линейки»

Цель: определение массы груза с помощью линейки и груза известной массы.

Оборудование:

на столах учеников – однородная линейка, груз неизвестной массы, нить, гиря (груз известной массы и симметричной формы);
на столе учителя – весы и набор разновесов.

Ход работы

1. Положите линейку перпендикулярно краю стола, чтобы она едва не опрокидывалась.
2. На один из концов линейки поставьте гирю известной массы m₁.
3. Подвесьте груз неизвестной массы ближе к середине линейки с помощью нити с широкой петлей.
4. Перемещая петлю от центра к краю, найдите положение, при котором линейка начнет опрокидываться.
5. Измерьте плечо l₁ силы тяжести, действующей на гирю (от края стола до середины гири), и плечо l силы тяжести, действующей на груз неизвестной массы m (от края стола до нити).
6. Из условия равновесия (равенства моментов сил) определите массу груза по формуле
7. Измените положение гири на линейке и повторите п. 3–6 еще не менее двух раз.
8. Вычислите среднее арифметическое значение массы груза m_ср и сообщите полученное значение учителю.
9. Измерьте (под наблюдением учителя) на весах массу этого груза m₀.
10. Оцените относительное отклонение:
11. Заполните таблицу измерений и вычислений.

Контрольные задания: знать буквенные обозначения величин, понятие плечо силы, правило моментов, уметь выводить формулы п. 6.

Методические рекомендации и практические советы учителю

• Допустимо отклонение полученного значения от контрольного не более 10%.
• В качестве грузов можно использовать камни.