Эксперимент

В.Ф.Шилов,
ИСМО РАО, г. Москва

Проектная деятельность учащихся
7-й класс

Тематика проектов связывается: с разработкой и постановкой новых опытов по физике с имеющимися в кабинете приборами; с модернизацией «старых» физических приборов с тем, чтобы можно было ставить новые опыты; с изготовлением новых деталей, приспособлений, узлов к имеющимся приборам для демонстрации физических явлений и законов; с конструированием новых отдельных приборов или их комплектов в целях экспериментального изучения предмета; с конструированием новых приспособлений для домашнего хозяйства. Такая тематика позволяет усовершенствовать, обновить, укомплектовать кабинет физики самым естественным путём, поскольку старых способов (государственного финансирования, шефской помощи предприятий и т.п.) уже давно нет. Подобного рода деятельность талантливых учащихся всегда востребована: с одной стороны, она помогает эффективнее обучать физике следующие поколения, с другой – даёт опыт экспериментальной деятельности, который всегда востребован и в быту, и в профессиональной сфере.

Поэтапное выполнение того или иного проекта предусматривает: планирование эксперимента (выбрать экспериментальный метод, составить план проведения опыта, подобрать приборы и инструменты) и подготовку его в материале; проведение измерений (умение пользоваться измерительными приборами, соблюдая правила их эксплуатации); обработку и оформление результатов эксперимента; анализ и интерпретацию результатов с теоретических позиций (учебник и другая научная литература).

Проект 1: конструирование отметчиков временных интервалов

Задание 1. Сконструируйте капельницу – отметчик временных интервалов.

Вариант решения. Берут пластмассовый цилиндр (упаковку, трубку) высотой 50–60 мм, диаметром 25–30 мм. На боковой поверхности цилиндра сверлят отверстие, в которое плотно вставляют пустой укороченный стержень (без шарика) от шариковой ручки, загнутый под прямым углом (для сгибания его предварительно нагревают). Стержень легко поворачивается в стенке цилиндра, что позволяет регулировать частоту падения капель или вообще прекратить этот процесс. Закрытую и заполненную чернилами капельницу устанавливают на платформе легкоподвижной тележки прибора по кинематике и динамике. На столе вдоль штанги прибора размещают полоску бумаги. Штанге придают наклон, чтобы тележка с капельницей двигалась с ускорением или равномерно. Капельницу открывают, тележку отпускают – на полоске бумаги появляется ряд следов от капель, падавших через равные интервалы времени. Измеряют расстояния между соседними каплями и, сравнивая их, приходят к характеристике вида движения: прямолинейное равномерное или равноускоренное. Поворачивая стержень капельницы, можно менять частоту падения капель и получать разные виды «записи». Тот же результат получается при изменении наклона штанги.

При изучении равномерного движения капельницу закрепляют на самодвижущейся тележке, а «запись» производят, например, на длинной полоске матового оргстекла. Если повернуть эту полоску фронтально к классу, то капли чернил потекут по ней, оставляя метки. По этому «документу» можно изучать характер механического движения и определять скорость тележки.

Задание 2. Сконструируйте приспособление для записи движения, используя маятник от прибора по кинематике и динамике с движущейся лентой.

Вариант решения. Этот прибор промышленного изготовления сохранился во многих кабинетах физики из-за того, что был неудобен в работе (лента постоянно соскальзывает с блока). Блок с гладкой поверхностью заменяют двумя блоками с проточками, замкнутую ленту – толстой белой нитью или леской, мелок – кисточкой. Блоки на осях (винтах) закрепляют на дюралевом уголке 15х15х150 мм (расстояние между осями блоков 125 мм). На уголке же закрепляют стойку маятника и горизонтальный стержень для крепления прибора в муфте штатива. На концы нити или лески подвешивают грузы и перегрузки из комплектующих базового прибора. Записывают кисточкой, смоченной в чернилах, на белой нити. По полученному «документу» определяют зависимость перемещения и скорости движения от времени движения тела, различают виды движения.

Задание 3. Расширить функциональные возможности метронома.

Вариант решения. Метроном промышленного изготовления – непременный прибор в кабинете физики. Это простой часовой механизм, вмонтированный в пластмассовый футляр. Механизм снабжён ударником и направленным вверх маятником в виде узкой стальной полоски. На маятнике находится передвижной грузик, от положения которого зависит частота колебаний. Перемещая грузик согласно шкале на метрономе (отсчёт ведётся по верхнему краю грузика) можно изменять частоту от 40 до 208 ударов в минуту.

Поскольку на лабораторных занятиях по физике или на занятиях физкультурой удары не слышны каждому школьнику, то рядом с метрономом устанавливают микрофон, соединённый с усилителем низкой частоты, и динамический громкоговоритель воспроизводит удары с достаточной (регулируемой) громкостью.

Громкие чередующиеся звуки (типа ударов по барабану) можно получить и без микрофона с помощью метронома, электрически соединённого с УНЧ. Для этого к стальной полоске маятника поверх неподвижного груза помещают керамический магнит диаметром до 15 мм. Перед магнитом, когда маятник находится в положении равновесия, помещают с помощью подпаянных достаточно жёстких проводов геркон (с герметизированными контактами), работающий на замыкание. Другие концы проводов выводят под зажимы. Геркон – это откачанный стеклянный баллон с заключёнными в нём плоскими контактами из магнитного материала. Если нормально они разомкнуты, то при приближении, например, кольцевого магнита на маятнике метронома, контакты замыкаются, а при удалении магнита – размыкаются. Для подачи громких периодических звуковых сигналов, например, при выполнении лабораторной работы, ходьбе строевым шагом или беге, собирают простую электрическую цепь. При колебаниях маятника метронома геркон периодически замыкает её, тем самым подаётся сигнал на вход УНЧ, а с выхода снимается усиленный сигнал, воспроизводимый громкоговорителем. Ритм, или частоту звуковых сигналов, регулируют перемещением грузика на маятнике метронома.

Задание 4. Сконструируйте установку для регистрации числа ударов метронома.

 

Вариант решения. Зажимы метронома соединяют с входными зажимами счётчика-секундомера ССЭШ-68. Переключатель рода работы ССЭШ-68 устанавливают в положение «Механические замыкания». Включают счётчик в сеть, и считывают число ударов метронома.

Задание 5. Сконструируйте переключающее устройство для ёлочной гирлянды.

 

Вариант решения. В ёлочную гирлянду включают геркон, установленный в метрономе. При колебаниях маятника метронома электрическая цепь периодически замыкается и размыкается – лампочки гирлянды мигают. Частоту мигания изменяют, перемещая груз на маятнике.