ПОРТФОЛИО

И.Я.ПАТРАКЕЕВ,
школа № 1, п. Троицко-Печорск, Республика Коми

Когда физика интересна

Процесс обучения как простой процесс передачи информации от учителя к ученику противоречит человеческой природе. Только через собственную деятельность каждый познаёт окружающий мир, ищет пути реализации жизненных, личных и профессиональных проблем. В школе же учащиеся лишь производят указанные учителем действия, выслушивают ответы одноклассников, причём не по потребности, а потому, что им так «велят». Напротив, учащиеся, увлечённые поисковой исследовательской деятельностью, видят значение для практики знаний, полученных на уроках, учатся делать выводы, систематизировать. Примером поисковой деятельности является разработка ученических проектов и их защита. После изучения крупной темы, раздела ставится задача по разработке технического устройства, прибора или экспериментальной установки, принцип работы которых основан на изученных законах.

Учащиеся должны обдумать постановку предполагаемого опыта, создать и испытать конструкцию, провести опыт, сформулировать выводы, сопоставить их с первоначальными предположениями, доложить в классе о ходе поиска и его результатах, защитить конструкцию или справедливость сделанного вывода. Во время защиты проектов одни отстаивают свои разработки, другие выступают оппонентами, а все вместе учатся критически относиться к своим достижениям, обосновывать и отбирать правильные технические идеи и решения.

Привожу два проекта, выполненные моими учениками, которые можно также использовать в дальнейшем на уроках изучения нового материала как экспериментальные задачи или как работы физического практикума.

1. Лазерный рефрактометр

С появлением лазеров многие оптические опыты и демонстрации стали проще и нагляднее. Это относится, например, к экспериментам по дифракции, где необходимо монохроматическое излучение. Например, с помощью лазерного рефрактометра можно легко измерить скорость света в любой жидкой прозрачной среде и определить тем самым важную физическую характеристику этой среды – показатель преломления.

Лазерный рефрактометр нетрудно изготовить. Самым важным элементом прибора является, конечно же, лазер (Л), например, очень распространённый милливаттный гелий-неоновый лазер. Нужна ещё дифракционная решётка (Р). Ванну (В) для жидкости лучше всего сделать из какого-нибудь прозрачного материала, например плексигласа, и придать ей трапециевидную форму. Роль фотоприёмника в этом рефрактометре выполняет непосредственно глаз наблюдателя.

Дифракционную решётку можно закрепить на передней стенке ванны, тогда дифракционную картину удобно наблюдать на большой задней стенке-экране (Э). Чтобы наблюдаемая картина была ясной и отчётливой, стенку-экран лучше сделать матовой.

Скорость света с в вакууме и скорость света в прозрачной среде связаны с частотой излучения Разделив равенства почленно друг на друга, получаем

.      (1)

Дифракционная решётка создаёт на экране картину чередующихся максимумов и минимумов освещённости. Максимумы наблюдаются в направлениях, определяемых условием: , где d – период решётки, – угол наблюдения, k = 0, 1, 2, ... – номер максимума.

Будем наблюдать за максимумом первого порядка. Тогда, положив k = 1 и приняв, что для малых углов sin   tg , условия максимумов для вакуума и для данной среды запишем в виде:

где b – расстояние до 1-го максимума.

Если эти равенства разделить друг на друга и отношение /₀ подставить в выражение (1), то получим рабочую формулу

.      (2)

Согласно этой формуле по скорости света в вакууме c = 3 • 10⁸ м/с и измеренным значениям b₀ и b, можно найти скорость света в интересующей нас среде. Вся задача сведётся лишь к измерению расстояний b и b₀. [Считаем, что скорость света в воздухе не сильно отличается от скорости света в вакууме. – Ред.] Как показывает опыт, эти расстояния оказываются достаточно большими, а значит, и точность измерений – достаточно высокая (если длина ванны l составляет 0,2–1 м).

Формулу (2) можно переписать в виде

,

где n – абсолютный показатель преломления исследуемой среды. Значит, с помощью предлагаемого прибора наряду со скоростью света в веществе можно определить и показатель преломления этого вещества.

Как известно, первые классические опыты по определению скорости света в прозрачной среде проводились очень давно – в середине XIX в. – и, конечно, с нелазерными источниками света. Опыты были довольно громоздкими, а точность измерений невысокой. Лазер же даёт возможность провести эксперимент быстро, чётко и наглядно.

Прибор можно использовать на уроке при изучении дифракционной решётки, решении экспериментальных задач и выполнении работ физического практикума.

2. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Напряжение на полюсах включённого в замкнутую цепь источника тока линейно зависит от силы тока I в цепи, т.к. ЭДС источника и его внутреннее сопротивление r – постоянные величины: U =  – Ir.

Графически эта зависимость отображается прямой линией. Отрезок, отсекаемый на оси ординат, изображает ЭДС источника тока, а отрезок, отсекаемый на оси абсцисс, – силу тока короткого замыкания.

Зная ЭДС и ток короткого замыкания I_к, находим внутреннее сопротивление источника: .

Внутреннее сопротивление источника тока можно также определить по формуле .

Можно порекомендовать следующий порядок выполнения работы:

1. Собирают цепь по схеме. Желательно последовательно с реостатом R включить ограничивающий резистор R₀ во избежание возможной перегрузки миллиамперметра.

2. При нескольких положениях движка реостата фиксируют показания вольтметра и миллиамперметра.

3. После определения положений экспериментальных точек в координатах U, I проводят с помощью линейки «наилучшую» прямую, т.е. прямую, проходящую на наименьшем расстоянии от большинства точек.

4. Продолжив график до пересечения с осью ординат, определяют ЭДС источника.

5. Пользуясь графиком, определяют внутреннее сопротивление источника.

Иван Яковлевич Патракеев – выпускник Коми государственного пединститута 1976 г., учитель физики высшей квалификационной категории, педагогический стаж 29 лет. Награждён нагрудным знаком «Почётный работник общего образования Российской Федерации» в 2002 г. Хобби: литература, дача, лес. У Ивана Яковлевича два сына: один окончил Северо-Западную Академию государственной службы в г. Санкт-Петербурге, другой студент.