Какое значение имеет измерительный прибор в жизни человека. Научно-исследовательская работа «Измерительные приборы наши помощники Проект по теме измерительные приборы

Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации: Измерительный прибор у нас дома Муниципальное казенное образовательное учреждение «Липковская средняя школа №3»Выполнила ученица 7 класса Сабитова Ксения ФИЗИКА2016-2017 учебный год Цель работы: познакомится с многообразием измерительных приборов, значение которых в жизни человека так трудно переоценить.Задачи:Выяснить, какие измерительные приборы используются в нашей семье;Познакомиться с назначением приборов и принципом их действия; Выяснить какие физические величины измеряются этими приборами;Определить цену деления и единицы измерения величин, измеряемых данными приборами.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с разными измерительными приборами. Без них нам не обойтись. Например, чтобы высыпать определенное количество муки, нам понадобится мерный стаканчик. Или, чтобы узнать, какая температура воздуха на улице нам нужен термометр и т.д.
Дома мы тоже можем обнаружить какой-нибудь измерительный прибор. Это может быть градусник, термометр уличный, весы и т.п.
Измерительный прибор – это устройство, с помощью которого получают значение физической величины в заданном диапазоне, определяемом шкалой прибора. Медицинский термометрЭлектронные часы

Измерительные приборыЦифровые приборы Шкальные приборы

Термометр уличный- Это прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и т.д.Температура воздуха, воды, измеряется в градусах Цельсия.

Определение цены деления термометраВозьмем два соседних числа на шкале термометра: Х₁= 20 ; Х₂= 30; Подсчитаем число делений между ними: N= 10;Найдем цену деления по формуле: С(д)= (Х₂ – Х₁):N С(д)=(30-20):10=1 С(д)=1⁰СОтвет: цена деления термометра 1 градус Цельсия.

Термометр (медицинский)-Это прибор для измерения температуры тела.Цена деления: ⅟₁₀ градусаТемпература тела измеряется в градусах Цельсия

Нормальная температура человека равна 36.6°С, у детей первых лет жизни допускается до 37-37.5°С. В зависимости от суточных ритмов, температура тела может колебаться в узких пределах, до 0.5-1.0°С, с максимумом около 16 часов и минимумом около 6 часов утра.

Напольные весыЭто прибор, для измерения веса тела.Цена деления: 1 кгМасса тела измеряется в килограммах.

Мерный стаканчик -Это прибор, для измерения объема жидкого или сыпучего вещества (муки, сахара, воды или молока и т. д.).Определение цены деления мерного стакана: С(д) = (200 -150) см³\1; С(д) = 50см³Объем вещества в мерном стаканчике измеряется в (см³) или (мл) 1(см ³) = 1(мл)

Вывод: Выполняя данный проект я узнала: что измерительные приборы широко используются в повседневной жизни. они необходимы для измерения различных физических величин.В этом проекте я определила шкалу термометров и весов, а так же шкалу мерного стаканчика. Измерительные приборы играют важную роль в нашей жизни.Необходимо уметь правильно ими пользоваться.

VII городская научно – практическая конференция «Шаг в будущее»

История измерений и простые измерительные приборы своими руками

Выполнил : Антаков Евгений обучающийся МБОУ СОШ № 4,

Научный руководитель : Осиик Т.И. учитель начальных классов МБОУ СОШ № 4 г. Полярные Зори

Меня зовут Антаков Женя, мне 9 лет.

Я учусь в третьем классе, занимаюсь плаванием, дзюдо и английским языком.

Хочу стать изобретателем, когда вырасту.

Цель проекта : - изучить историю измерений времени, массы, температуры и влажности и смоделировать простейшие измерительные приборы из подручных материалов.

Гипотеза : я предположил, что простейшие измерительные приборы можно смоделировать самостоятельно из подручных материалов.

Задачи проекта :

- изучить историю измерений различных величин;

Ознакомится с устройством измерительных приборов;

Смоделировать некоторые измерительные приборы;

Определить возможность практического применения самодельных измерительных приборов.

Научная статья

1. Измерение длины и массы

С необходимостью определять расстояния, длины предметов, время, площади, объемы и другие величины люди сталкивались с древних времен.

Наши предки в качестве средств измерений длины использовали собственный рост, длину руки, ладони, стопы.

Для определения дальних расстояний использовались самые различные способы (дальность полета стрелы, «трубки», буки и т.п.)

Подобные способы не очень удобны: результаты таких измерений всегда различаются, поскольку зависят от размеров тела, от силы стрелка, зоркости и т.п.

Поэтому постепенно стали появляться строгие единицы измерения, эталоны массы, длины.

Один из древнейших измерительных приборов – весы. Историки считают, что первые весы появились более 6 тысяч лет назад.

Простейшая модель весов – в виде равноплечного коромысла с подвешенными чашками широко использовалась в Древнем Вавилоне и Египте.

Организация исследования

• Коромысловые весы из вешалки

В своей работе я решил попробовать собрать простую модель чашечных весов, с помощью которой можно проводить взвешивание небольших предметов, продуктов и т.п.

Я взял обычную вешалку, закрепил ее на подставке, к плечикам привязал пластиковые стаканчики. Вертикальной линией обозначил положение равновесия.

Чтобы определять массу, нужны гири. Я решил использовать вместо них обычные монеты. Такие «гирьки» всегда под рукой, и достаточно один раз определить их вес, чтобы использовать для взвешивания на моих весах.

5 руб

50 коп

10 руб

1 руб

Организация исследования

Опыты с коромысловыми весами

1 . Шкала весов

Используя разные монеты, нанес на лист бумаги отметки, соответствующие весу монеток

2. Взвешивание

Горсть конфет – уравновесил с помощью 11 разных монеток, общим весом 47 граммов

Контрольное взвешивание – 48 граммов

Печенье - уравновесил 10 монетами весом 30 граммов На контрольных весах – 31 грамм

Вывод: из простых предметов я собрал весы, с помощью которых можно проводить взвешивание с точностью до 1-2 граммов

Научная статья

2. Измерение времени

В глубокой древности люди ощущали ход времени по

смене дня и ночи и времен года и пытались его измерять.

Самыми первыми приборами для определения времени были солнечные часы.

В Древнем Китае для определения промежутков времени использовали «часы», состоявшие из пропитанного маслом шнура, на котором через равные промежутки завязывали узлы.

Когда пламя достигало очередного узла, это означало, что прошел определенный отрезок времени.

По такому же принципу действовали свечные часы и масляные лампы с отметками.

Позже люди придумали простейшие устройства – песочные и водяные часы. Вода, масло или песок равномерно перетекают из сосуда в сосуд, это свойство и позволяет отмерять определенные промежутки времени.

С развитием механики в XIV - XV веках появились часы с заводом и маятником.

Организация исследования

• Водяные часы из пластиковых бутылочек

Для этого опыта я использовал две пластиковые бутылки объемом 0.5 литра и трубочки для коктейля.

Крышки соединил между собой при помощи двустороннего скотча и сделал два отверстия, в которые вставил трубочки.

В одну из бутылок налил подкрашенную воду и закрутил крышки.

Если всю конструкцию перевернуть, то жидкость по одной из трубочек переливается вниз, а вторая трубочка необходима для того, чтобы воздух поднимался в верхнюю бутылку

Организация исследования

Опыты с водяными часами

Бутылочка заполнена подкрашенной водой

Бутылочка заполнена растительным маслом

Время перетекания жидкости – 30 секунд Вода перетекает быстро и равномерно

Время перетекания жидкости – 7 мин 17 сек

Количество масла подобрано так, чтобы время перетекания жидкости было не более 5 минут

На бутылочки нанесли шкалу – отметки через каждые 30 секунд

Чем масла меньше в верхней бутылке, тем медленнее оно стекает вниз, и расстояния между отметками становятся все меньше.

Вывод: у меня получились часы, с помощью которых можно определять промежутки времени от 30 секунд до 5 минут

Научная статья

3. Измерение температуры

Человек может различать тепло и холод, но точную температуру при этом не знает.

Первый термометр изобрел итальянец Галилео Галилей: стеклянная трубочка наполняется водой больше или меньше в зависимости от того, как сильно расширяется в ней горячий воздух или сжимается холодный.

Позднее на трубку были нанесены деления, то есть шкала.

Первый ртутный термометр предложил Фаренгейт в 1714 году, нижней точкой он считал температуру замерзания солевого раствора

Привычную нам шкалу предложил шведский ученый Андрес Цельсий.

За нижнюю точку (0 градусов) принята температура таяния льда, а за 100 градусов – температура кипения воды

Организация исследования

• Водяной термометр

Термометр можно собрать по простой схеме из нескольких элементов – колба(бутылочка) с подкрашенной жидкостью, трубочка, лист бумаги для шкалы

Я использовал небольшую пластиковую бутылочку, в которую налил воду, подкрашенную краской, вставил соломинку от сока, закрепил все при помощи клеевого пистолета.

Наливая раствор, я добился, чтобы небольшая его часть попала в трубочку. Наблюдая за высотой получившегося столбика жидкости можно судить об изменениях температуры.

Во втором случае я заменил пластиковую бутылочку на стеклянную ампулу и собрал термометр по той же схеме. Оба прибора я испытал в различных условиях.

Организация исследования

Опыты с водяными термометрами

Термометр 1 (с пластиковой бутылочкой)

Термометр поместили в горячую воду - столбик жидкости опустился вниз

Термометр поместили в ледяную воду - столбик жидкости поднялся вверх

Термометр 2 (со стеклянной колбой)

Термометр поместили в холодильник.

Столбик жидкости опустился вниз, на обычном термометре отметка 5 градусов

Термометр поместили на отопительную батарею

Столбик жидкости поднялся вверх, на обычном термометре отметка 40 градусов

Вывод: я получил термометр, по которому можно примерно оценить температуру окружающего воздуха. Его точность можно повысить, если использовать стеклянную трубку как можно меньшего диаметра; заполнить колбу жидкостью так, чтобы не оставалось пузырьков воздуха; использовать вместо воды спиртовой раствор.

Научная статья

4. Измерение влажности

Важным параметром окружающего нас мира является влажность, так как организм человека очень активно реагирует на ее изменения. Например, при очень сухом воздухе усиливается потоотделение и человек теряет много жидкости, что может привести к обезвоживанию.

Известно также, что того, чтобы избежать болезней органов дыхания, влажность воздуха в помещении должен быть не менее 50-60 процентов.

Величина влажности важна не только для человека и других живых организмов, но и для протекания технических процессов. Например, избыток влажности может влиять на корректную работу большинства электроприборов.

Для измерения влажности используются специальные приборы- психрометры, гигрометры, зонды и различные устройства.

Организация исследования

Психрометр

Один из способов определения влажности основан на разнице показаний «сухого» и «влажного» термометров. Первый показывает температуру окружающего воздуха, а второй – температуру влажной ткани, которой он обернут. Используя эти показания по специальным психрометрическим таблицам, можно определить значение влажности.

В пластиковой бутылке из-под шампуня я сделал небольшое отверстие, в которое вставил шнурок, на дно налил воды.

Один конец шнурка закрепил на колбе правого термометра, другой поместил в бутылку, чтобы он находился в воде.

Организация исследования

Опыты с психрометром

Свой психрометр я проверил, определяя влажность в различных условиях

Вблизи отопительной батареи

Вблизи работающего увлажнителя воздуха

Сухой термометр 23 º С

Влажный термометр 20 º С

Влажность 76 %

Сухой термометр 25 º С

Влажный термометр 19 º С

Влажность 50 %

Вывод: я выяснил, что психрометр, собранный в домашних условиях можно использовать для оценки влажности помещений

Заключение

Наука измерений очень интересна и разнообразна, история ее начинается в глубокой древности. Существует огромное количество различных методов и приборов измерений.

Моя гипотеза подтвердилась - в домашних условиях можно смоделировать простые приборы (коромысловые весы, водяные часы, термометр, психрометр), которые позволяют определять вес, температуру, влажность и заданные промежутки времени.

Самодельные приборы можно использовать в обычной жизни, если под рукой не оказалось стандартных измерительных приборов:

Засекать время, выполняя упражнения на пресс, отжимания или прыжки на скакалке

Следить за временем при чистке зубов

На уроках – проводить пятиминутные самостоятельные работы

Список литературы.

1. «Познакомься, это… изобретения»; Энциклопедия для детей; изд-во «Махаон», Москва, 2013

2. «Зачем и почему. Время»; Энциклопедия; изд-во «Мир книги», Москва 2010

3. «Зачем и почему. Изобретения»; Энциклопедия; изд-во «Мир книги», Москва 2010

4. «Зачем и почему. Механика; Энциклопедия; изд-во «Мир книги», Москва 2010

5. «Большая книга знаний» Энциклопедия для детей; изд-во «Махаон», Москва, 2013

6. Интернет –сайт «Занимательная-физика.рф» http://afizika.ru/

7. Интернет-сайт «Часы и часовое дело» http://inhoras.com/

На школьных уроках физики учителя всегда говорят, что физические явления повсюду в нашей жизни. Только мы частенько об этом забываем. Меж тем, удивительное рядом! Не думайте, что для организации физических опытов на дому вам потребуется что-то сверхъестественное. И вот вам несколько доказательств;)

Магнитный карандаш

Что необходимо приготовить?

• Батарейку.
• Толстый карандаш.
• Медную изолированную проволоку диаметром 0,2–0,3 мм и длиной несколько метров (чем больше, тем лучше).
• Скотч.

Проведение опыта

Намотайте проволоку вплотную виток к витку на карандаш, не доходя до его краев по 1 см. Кончился один ряд - наматывайте другой сверху в обратную сторону. И так, пока не закончится вся проволока. Не забудьте оставить свободными два конца проволоки по 8–10 см. Чтобы витки после намотки не разматывались, закрепите их скотчем. Зачистите свободные концы проволоки и подсоедините их к контактам батарейки.

Что произошло?

Получился магнит! Попробуйте поднести к нему маленькие железные предметы - скрепку, шпильку. Притягиваются!

Повелитель воды

Что необходимо приготовить?

• Палочку из оргстекла (например, ученическую линейку или обычную пластмассовую расчёску).
• Сухую тряпочку из шёлка или шерсти (например, шерстяной свитер).

Проведение опыта

Откройте кран, чтобы текла тонкая струйка воды. Сильно потрите палочку или расчёску о приготовленную тряпочку. Быстро приблизьте палочку к струйке воды, не касаясь её.

Что произойдёт?

Струя воды изогнётся дугой, притягиваясь к палочке. Попробуйте то же самое сделать с двумя палочками и посмотрите, что получится.

Волчок

Что необходимо приготовить?

• Бумагу, иголку и ластик.
• Палочку и сухую шерстяную тряпочку из предыдущего опыта.

Проведение опыта

Управлять можно не только водой! Вырежьте полоску бумаги шириной 1–2 см и длиной 10–15 см, изогните по краям и посередине, как показано на рисунке. Воткните иголку острым концом в ластик. Уравновесьте заготовку-волчок на иголке. Подготовьте «волшебную палочку», потрите её о сухую тряпочку и поднесите к одному из концов бумажной полоски сбоку или сверху, не касаясь её.

Что произойдёт?

Полоска станет раскачиваться вверх-вниз, как качели, или будет крутиться, как карусель. А если вы сможете вырезать из тонкой бумаги бабочку, то опыт будет ещё интереснее.

Лед и пламя

(опыт проводится в солнечный день)

Что необходимо приготовить?

• Небольшую чашку с круглым дном.
• Кусочек сухой бумажки.

Проведение опыта

Налейте в чашку воды и поставьте в морозилку. Когда вода превратится в лёд, выньте чашку и поставьте в ёмкость с горячей водой. Через некоторое время лёд отделится от чашки. Теперь выйдите на балкон, положите кусочек бумажки на каменный пол балкона. Куском льда сфокусируйте солнце на бумажке.

Что произойдёт?

Бумага должна обуглиться, ведь в руках уже не просто лед… Вы догадались, что сделали лупу?

Неправильное зеркало

Что необходимо приготовить?

• Прозрачную банку с плотно закрывающейся крышкой.
• Зеркало.

Проведение опыта

Налейте в банку воды с излишком и закройте крышкой, чтобы внутрь не попали пузыри воздуха. Приставьте банку к зеркалу крышкой вверх. Теперь можно смотреться в «зеркало».

Приблизьте лицо и посмотрите внутрь. Там будет уменьшенное изображение. Теперь начинайте наклонять банку в сторону, не отрывая от зеркала.

Что произойдёт?

Отражение вашей головы в банке, само собой, будет тоже наклоняться, пока не окажется перевёрнутым вниз, при этом ног так и не будет видно. Поднимите банку, и отражение вновь перевернётся.

Коктейль с пузырьками

Что необходимо приготовить?

• Стакан с крепким раствором поваренной соли.
• Батарейку от карманного фонарика.
• Два кусочка медной проволоки длиной примерно по 10 см.
• Мелкую наждачную бумагу.

Проведение опыта

Зачистите концы проволоки мелкой наждачной шкуркой. Подсоедините к каждому полюсу батарейки по одному концу проволочек. Свободные концы проволочек опустите в стакан с раствором.

Что произошло?

Вблизи опущенных концов проволоки будут подниматься пузырьки.

Батарейка из лимона

Что необходимо приготовить?

• Лимон, тщательно вымытый и насухо вытертый.
• Два кусочка медной изолированной проволоки примерно 0,2–0,5 мм толщиной и длиной 10 см.
• Стальную скрепку для бумаги.
• Лампочку от карманного фонарика.

Проведение опыта

Зачистите противоположные концы обеих проволок на расстоянии 2–3 см. Вставьте в лимон скрепку, прикрутите к ней конец одной из проволочек. Воткните в лимон в 1–1,5 см от скрепки конец второй проволочки. Для этого сначала проткните лимон в этом месте иголкой. Возьмите два свободных конца проволочек и приложи к контактам лампочки.

Что произойдёт?

Лампочка загорится!

Искусственный смерч. В одной из книг Н. Е. Жуковского описана следующая установка для получения искусственного смерча. На расстоянии 3 м над чаном с водой помещается полый шкив диаметром 1 м, имеющий несколько радиальных перегородок (рис. 119). При быстром вращении шкива навстречу ему поднимается из чана крутящийся водяной смерч. Объяснить явление. Какова причина образования смерча в природе?

«Универсальный барометр» М. В. Ломоносова (рис. 87). Прибор состоит из наполненной ртутью барометрической трубки, имеющей наверху шар А. Трубка соединена капилляром В с другим шаром, содержащим сухой воздух. Прибор служит для измерения ничтожных изменений силы атмосферного давления. Разобраться, как действует этот прибор.

Прибор Н. А. Любимова. Профессор Московского университета Н. А. Любимов был первым ученым, который экспериментально исследовал явление невесомости. Один из его приборов (рис. 66) представлял собой панель l с петлями, которая могла падать вдоль направляющих вертикальных проволок. На панели l укреплен сосуд с водой 2. Внутри сосуда с помощью стержня, проходящего через крышку сосуда, помещена большая пробка 3. Вода стремится вытолкнуть пробку, и последняя, растягивая пру. жину 4, удерживает указательную стрелку на правой стороне экрана. Сохранит ли стрелка свое положение относительно сосуда, если прибор будет падать?

«Использование самодельных приборов – один из способов активации познавательной деятельности учащихся при изучении физики»

Есенжулова А.Д

2016 год

Знаете ли вы, сколь силён может быть один человек

Фёдор Достоевский

Аннотация

Данный проект предназначен для учителей физики и учащихся 7-11 классов. Он даёт возможность уйти от «меловой» физики, направлен на привлечение школьников к изготовлению приборов и на выявление творческих способностей детей.

Актуальность заключается в том, что изготовление приборов ведет за собой не только повышение уровня знаний, но и выявляет основное направление деятельности учащихся. 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. Самодельные приборы имеют и другую постоянную ценность: их изготовление, с одной стороны, развивает у учителя и учащихся практические умения и навыки, а с другой - свидетельствует о творческой работе, о методическом росте учителя.

Выход из затруднительного положения чаще всего бывает там, где был вход…

Карел Чапек

Проблемные вопросы

• Стоит ли заниматься изготовлением самодельных приборов по физике, когда промышленность выпускает их в достаточном количестве и высокого качества?
• Как без материальных затрат пополнить кабинет физики оборудованием?
• Какие самодельные приборы надо изготавливать?

Сделать приборы, установки по физике для демонстрации физических явлений, объяснить принцип действия каждого прибора и продемонстрировать их работу.

Гипотеза

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

1) изучить научную и популярную литературу по созданию самодельных приборов;

2) сделать приборы по конкретным темам, которые вызывают затруднение в понимании теоретического материала по физике;

3) сделать приборы отсутствующие в лаборатории;

Результаты диагностики

Что вам нравится при изучении физике ?

а) решение задач -19%;

б) демонстрация опытов - 21%;

в) чтение учебника дома - 4%;

г) рассказ учителем нового материала - 17%;

д) самостоятельное выполнение опытов -36%;

е) ответ у доски -3%.

Какое домашнее задание вы предпочитаете выполнять?

а) чтение учебника -22%;

б) решение задач из учебника -20%;

в) наблюдение физических явлений -40%;

г) составление задач -7%;

д) изготовление простых устройств, моделей -8 %;

е) решение трудных задач – 3 %.

На каком уроке вам интересно?

а) на контрольной работе - 3%;

б) на лабораторной работе - 60%;

в) на уроке решения задач - 8%;

г) на уроке изучения нового материала - 22%;

д) не знаю -7 %.

Самодельный прибор

Своими руками

Самодельный прибор

Дробилка

Самодельный прибор

Швейная машина

Ученик 9 ж Тищенко А

Самодельный прибор

Жангабаев А 10 Д класс

Нуранов А 10 Г класс

1. Самодельные физические установки обладает большей дидактической отдачей.

2. Самодельные установки создаются под конкретные условия.

3. Самодельные установки априорно более надёжны.

4. Самодельные установки намного дешевле, чем государственные приборы.

5. Самодельные установки часто определяют судьбу школьника.

Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений,

рождённых только воображением

М.Ломоносов

Заключение

Замечательно, если наш проект «зарядит» творческим оптимизмом, заставит кого-то поверить в свои силы. Ведь в этом и состоит его главная цель: сложное представить доступным, стоящим любых усилий и способным дать человеку ни с чем не сравнимую радость постижения, открытия. Возможно, наш проект взбодрит кого-то на творчество. Ведь творческая бодрость, как крепкая упругая пружина, затаившая заряд мощного удара. Не зря гласит мудрый афоризм: «Только начинающий творец всемогущ!»

Предложение:

Оценку состояния и работы школьных кабинетов физики проводить не по сомнительным миллионам рублей, затраченным на сомнительное псевдооборудование, а по количеству самодельных установок, охвату ими школьного курса физики и учеников школы.

Мастера… Профессионалы

Те, что в жизни постичь смогли

Щедрость камня, душу металла

Свежесть формулы, нрав земли

Мастера. Мастаки. Умельцы

Понимающие до глубин

Механизм станка и сердца

Ход смычка или гул турбин

Руки вещие простирая

К перекрёсткам звёздных миров

Время движется мастерами и надеется на мастеров!

… А они стоят, будто крепости,

В правоте своего труда

И не могут иначе

И требуются

Роберт Рождественский

Литература

1. Н.М. Шахмаев Физический эксперимент в средней школе.

2. Л.И.Анциферов. Самодельные приборы для физического практикума.

3. Н.М.Маркосова. Изучение ультразвука в курсе физики.

4. Н.М.Зверева. Активизация мышления учащихся на уроках физики.

5. С.Павлович. Приборы и модели по неживой природе.

6. И.Я.Ланина. Не уроком единым.

7. С.А.Хорошавин. Физико-техническое моделирование.

8. Л.И Анциферов « Самодельные приборы для Физического практикума» Москва Просвещение 1985 г

9. А.И Уханов « Самодельные приборы по физике» Саратов СГУ 1978

МОУ «Средняя общеобразовательная школа №2» п. Бабынино

Бабынинского района Калужской области

X научно-исследовательская конференция

«Одаренные дети – будущее России»

Проект «Физика своими руками»

Подготовили ученицы

7 «Б» класса Ларькова Виктория

7 «В» класса Калиничева Мария

Руководитель Кочанова Е.В.

п. Бабынино, 2018 г

Введение стр.3

Теоретическая часть стр.5

Экспериментальная часть

Модель фонтана стр.6

Сообщающиеся сосуды стр. 9

Заключение стр. 11

Список литературы стр. 13

Введение

В этом учебном году мы окунулись в мир очень сложной, но интересной науки, необходимой каждому человеку. С первых уроков физика нас увлекла, хотелось узнавать все больше нового. Физика – это не только физические величины, формулы, законы, но и опыты. Физические опыты можно делать с чем угодно: карандашами, стаканами, монетами, пластиковыми бутылками.

Физика – это экспериментальная наука, поэтому создание приборов своими руками способствует лучшему усвоению законов и явлений. Много различных вопросов возникает при изучении каждой темы. Учитель, конечно, может ответить на них, но насколько интересно и увлекательно добыть ответы самому, тем более используя при этом приборы, сделанные своими руками.

Актуальность: Изготовление приборов не только способствует повышению уровня знаний, но является одним из способов активизации познавательной и проектной деятельности учащихся при изучении физики в основной школе. С другой стороны, такая работа служит 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 ценность: их изготовление, с одной стороны, развивает у учителя и учащихся практические умения и навыки, а с другой - свидетельствует о творческой работе. Цель: Сделать прибор, установку по физике для демонстрации физических опытов своими руками, объяснить его принцип действия, продемонстрировать работу прибора.
Задачи:

1. Изучить научную и популярную литературу.

2. Научиться применять научные знания для объяснения физических явлений.

3. Сделать приборы в домашних условиях и продемонстрировать их работу.

4. Пополнение кабинета физики самодельными приборами, изготовленными из подручных материалов.

Гипотеза: Сделанный прибор, установка по физике для демонстрации физических явлений своими руками применить на уроке.

Продукт проекта: приборы, сделанные своими руками, демонстрация опытов.

Результат проекта: заинтересованность учащихся, формирование представления у них о том, что физика как наука не оторвана от реальной жизни, развитие мотивации к обучению физики.

Методы исследования: анализ, наблюдение, эксперимент.

Работа проводилась по следующей схеме:

Изучение информации из разных источников по данной проблеме.

Выбор методов исследования и практическое овладение ими.

Сбор собственного материала – комплектование подручных материалов, проведение опытов.

Анализ и формулировка выводов.

I . Основная часть

Физика – это наука о природе. Она изучает явления, которые происходят и в космосе, и в земных недрах, и на земле, и в атмосфере – словом, повсюду. Такие явления называются физическими явлениями. Наблюдая незнакомое явление, физики стараются понять, как и почему оно происходит. Если, например, явление происходит быстро или редко встречается в природе, физики стремятся увидеть его ещё столько раз, сколько необходимо для того, чтобы выявить условия, при которых оно происходит, и установить соответствующие закономерности. Если есть возможность, учёные воспроизводят изучаемое явление в специально оборудованном помещении – лаборатории. Они стараются не только рассмотреть явление, но и произвести измерения. Всё это учёные – физики называют опытом или экспериментом.

Мы загорелись идеей – сделать приборы своими руками. Проводя свои научные забавы в домашних условиях, разработали основные действия, которые позволяют успешно провести опыт:

Домашние эксперименты должны соответствовать таким требованиям:

Безопасность при проведении;

Минимальные материальные затраты;

Простота по выполнению;

Ценность в изучении и понимании физики.

Нами проведено несколько опытов по различным темам курса физики 7 класса. Представим некоторые из них, интересные и в то же время простые в выполнении.

Экспериментальная часть.

Модель фонтана

Цель: Показать простейшую модель фонтана

Оборудование:

Большая пластиковая бутылка- 5 литров, маленькая пластиковая бутылка – 0,6 литра, коктейльная трубочка, кусочек пластика.

Ход проведения опыта

Трубочку согнем у основания буквой Г.

Зафиксируем с помощью маленького кусочка пластика.

В трехлитровой бутылке вырежем небольшое отверстие.

В маленькой бутылке отрежем дно.

Закрепим маленькую бутылку в большой с помощью крышки,как показано на фото.

Трубочку вставим в крышку маленькой бутылки. Закрепим с помощью пластилина.

В крышке большой бутылки прорежем отверстие.

Нальем в бутылку воды.

Понаблюдаем за струей воды.

Результат : наблюдаем образование фонтана воды.

Вывод: На воду в трубочке действует давление столба жидкости, находящегося в бутылке. Чем больше воды в бутылке, тем больше будет фонтан, так как давление зависит от высоты столба жидкости.

Сообщающиеся сосуды

Оборудование: верхние части от пластиковых бутылок разных сечений, резиновая трубка.

Отрежем верхние части пластиковых бутылок, высотой 15-20см.

Соединим части между собой резиновой трубкой.

Ход проведения опыта №1

Цель : показать расположение поверхности однородной жидкости в сообщающихся сосудах.

1.Нальем в один из получившихся сосудов воду.

2.Видим, что вода в сосудах оказалась на одном уровне.

Вывод: в сообщающихся сосудах любой формы поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне (при условии, что давление воздуха над жидкостью одинаково).

Ход проведения опыта №2

1.Пронаблюдаем за поведением поверхности воды в сосудах наполненных разными жидкостями. Нальем одинаковое количество воды и моющего средства в сообщающиеся сосуды.

2.Видим, что жидкости в сосудах оказались на разных уровнях.

Вывод : в сообщающихся сосудах неоднородные жидкости устанавливаются на разных уровнях.

Заключение

Наблюдать за опытом проводимым учителем, интересно. Проводить его самому интереснее вдвойне. Проведенный опыт с прибором, сделанным своими руками, вызывает очень большой интерес у всего класса. Такие опыты помогает лучше понять материал, установить взаимосвязи и сделать правильные выводы.

Среди учащихся седьмых классов мы провели опрос и узнали, интереснее ли уроки физики с проведением опытов, хотели бы наши одноклассники сделать прибор своими руками. Результаты получились такими:

Большинство учащихся считают, что уроки физики становятся интереснее с проведением опытов.

Больше половины опрошенных одноклассников хотели бы изготовить приборы для уроков физики.

Нам понравилось делать самодельные приборы, проводить опыты. В мире физики столько интересного, поэтому в дальнейшем будем:

Продолжать изучение этой интересной науки;

Проводить новые эксперименты.

Список литературы

1. Л. Гальперштейн «Забавная физика", Москва, «Детская литература», 1993г.

Учебное оборудование по физике в средней школе. Под редакцией А.А Покровского «Просвещения», 2014 г

2. Учебник по физике А. В. Перышкина, Е. М. Гутник «Физика» для 7 класса; 2016 г

3. Я.И. Перельман «Занимательные задачи и опыты», Москва, «Детская литература», 2015г.

4. Физика:Справ.материалы:О.Ф. Кабардин Учеб.пособие для учащихся. – 3-е изд. – М.:Просвещение, 2014 г.

5.//class-fizika.spb.ru/index.php/opit/659-op-davsif

а- Давыдов Рома Руководитель: учитель физики- Ховрич Любовь Владимировна Новоуспенка – 2008

Цель: Сделать прибор, установку по физике для демонстрации физических явлений своими руками. Объяснить принцип действия данного прибора. Продемонстрировать работу данного прибора.

ГИПОТЕЗА: Сделанный прибор, установка по физике для демонстрации физических явлений своими руками применить на уроке. При отсутствии данного прибора в физической лаборатории, данный прибор сможет заменить недостающую установку при демонстрации и объяснении темы.

Задачи: Сделать приборы вызывающие большой интерес у учащихся. Сделать приборы отсутствующие в лаборатории. сделать приборы вызывающие затруднение в понимании теоретического материала по физике.

ОПЫТ 1: Вынужденные колебания. При равномерном вращении ручки мы видим, что на груз через пружину будет передаваться действие периодически измененной силы. Изменяясь с частотой, равной частоте вращения ручки, эта сила заставит груз совершать вынужденные колебания Резонанс-это явление резкого возрастание амплитуды вынужденных колебаний.

Вынужденные колебания

ОПЫТ 2: Реактивное движение. На штативе в кольце установим воронку, к ней прикрепим трубку с наконечником. В воронку нальем воду, и когда вода начнет вытекать с конца, то трубка отклонится в противоположную сторону. Это и есть реактивное движение. Реактивное движение- это движение тела, возникающее при отделении от него с какой либо скоростью некоторой его части.

Реактивное движение

ОПЫТ 3:Звуковые волны. Зажмем в тисках металлическую линейку. Но стоит заметить, что если тисками будет выступать большая часть линейки, то, вызвав ее колебания, мы не услышим порождаемые ею волны. Но если укоротить выступающую часть линейки и тем самым увеличить частоту ее колебаний, то мы услышим порожденные Упругие волны, распространяясь в воздухе, а так же внутри жидких и твердых телах, не видимы. Однако при определенных условиях их можно услышать.

Звуковые волны.

Опыт 4: Монета в бутылке Монета в бутылке. Хотите увидеть закон инерции в действии? Приготовьте пол-литровую бутылку из-под молока, кольцо из картона шириной 25 мм и 0 100 мм и двухкопеечную монету. Поставьте кольцо на горлышко бутылки, а сверху точно напротив отверстия горлышка бутылки положите монету (рис. 8). Просунув в кольцо линейку, ударьте ею по кольцу. Если вы это сделаете резко, кольцо отлетит, а монета упадет в бутылку. Кольцо переместилось настолько быстро, что его движение не успело передаться монете и та по закону инерции осталась на месте. А потеряв опору, монета упала вниз. Если кольцо отвести в сторону медленнее, монета «почувствует» это движение. Траектория ее падения изменится, и в горлышко бутылки она не попадет.

Монета в бутылке

Опыт 5: Парящий шарик Когда вы дуете, струя воздуха поднимает шарик над трубкой. Но давление воздуха внутри струи меньше, чем давление окружающего струю «спокойного» воздуха. Поэтому шарик находится в своеобразной воздушной воронке, стенки которой образует окружающий воздух. Плавно снижая скорость струи из верхнего отверстия, нетрудно «посадить» шарик на прежнее место Для этого опыта понадобится Г-образная трубка, например стеклянная, и легкий шарик из пенопласта. Закройте верхнее отверстие трубки шариком (рис. 9) и подуйте в боковое отверстие. Вопреки ожиданию шарик не отлетит от трубки, а начнет парить над ней. Почему так происходит?

Парящий шарик

Опыт 6: Движение тела по "мертвой петле " С помощью прибора "мертвая петля" можно демонстрировать ряд опытов по динамике материальной точки по окружности. Демонстрация проводится в следующем порядке:1. Шарик скатывают по рельсам с наивысшей точки наклонных рельсов, где он удерживается электромагнитом, который питается от 24в. Шарик устойчиво описывает петлю и с некоторой скоростью вылетает с другого конца прибора2. Шарик скатывают с наименьшей высоты, когда шарик только описывает петлю, не срываясь с верхней точки ее3. Еще с меньшей высоты, когда шарик, не доходя до вершины петли, отрывается от нее и падает, описав в воздухе внутри петли параболу.

Движение тела по "мертвой петле

Опыт 7: Воздух горячий и воздух холодный На горлышко обыкновенной пол-литровой бутылки натяните воздушный шарик (рис. 10). Поставьте бутылку в кастрюлю с горячей водой. Воздух, находящийся внутри бутылки, начнет нагреваться. Молекулы газов, входящих в его состав, станут двигаться все быстрее и быстрее по мере повышения температуры. Они сильнее будут бомбардировать стенки бутылки и шарика. Давление воздуха внутри бутылки начнет повышаться, а шарик-раздуваться. Через некоторое время переставьте бутылку в кастрюлю с холодной водой. Воздух в бутылке начнет остывать, движение молекул замедлится, давление понизится. Шарик сморщится, будто из него выкачали воздух. Вот так можно убедиться в зависимости давления воздуха от окружающей температуры

Воздух горячий и воздух холодный

Опыт 8: Растяжение твердого тела Взяв паралоновый брусок за концы, растягиваем его. Хорошо видно увеличение расстояний между молекулами. Можно имитировать также возникновение в этом случае меж молекулярных сил притяжения.

Растяжение твердого тела

Опыт 9: Сжатие твердого тела Сжимают поролоновый брусок вдоль его большой оси. Для этого его кладут на подставку, накрывают с верху линейкой и производят давление на нее рукой. Наблюдают уменьшение расстояния между молекулами и возникновение сил отталкивания между ними.

Сжатие твердого тела

Опыт 4: Конусдвойной, катящийся вверх. Этот опыт служит для демонстрации опыта, подтверждающего, что свободно перемещающийся предмет всегда располагается таким образом, чтобы центр тяжести занимал наинизшее из возможных для него положений. Перед демонстрацией планки расставляются на определенный угол. Для этого двойной конус помещают концами в вырезы, сделанные в верхней кромке планок. Затем переносят конус вниз, в начало планок и отпускают. Конус будет передвигаться вверх, пока своими концами не попадет в вырезы. Фактически центр тяжести конуса, лежащий на его оси, будет при этом смещаются вниз, что мы и видим.

Кузнечики - вредители или полезные насекомые?

Кузнечик - членистоногое насекомое, относится к надотряду новокрылые насекомые, отряду прямокрылые, подотряду длинноусые прямокрылые, надсемейству кузнечиковые (Tettigonioidea).Русское слово “кузнечик” считается уменьшительным от слова “кузнец”. Но к куз

МАОУ лицей №64 г. Краснодара Физика рук-ль Спицына Л.И.

Работа - участник Всероссийского фестиваля педагогического творчества в 2017 году

На сайте сайт размещается для обмена опытом работы с коллегами

САМОДЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ УЧЕБНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В ЛАБОРАТОРНОМ ПРАКТИКУМЕ по ФИЗИКЕ

Научно-исследовательский проект

"Физика и физические задачи повсюду существуют

в том мире, в котором мы живем, работаем,

любим, умираем." - Дж.Уокер.

Введение.

С раннего детства, когда с легкой руки воспитателя детского сада Зои Николаевны, ко мне приклеилось «Коля-физик», я интересуюсь физикой как наукой теоретической и прикладной.

Еще в начальной школе, изучая доступные мне материалы в энциклопедиях, определил для себя круг наиболее интересных вопросов; уже тогда радиоэлектроника стала основой внешкольного времяпрепровождения. В средней школе стал уделять особое внимание таким вопросам современной науки, как ядерная и волновая физика. В профильном классе на первый план вышло изучение проблем радиационной безопасности человека в современном мире.

Увлеченность конструированием пришла вместе с книгой Ревича Ю. В. «Занимательная электроника», моими настольными книгами стали трехтомный «Элементарный учебник физики» под редакцией Ландсберга Г. С., «Курс физики» Детлафа А.А. и другие.

Каждый человек, считающий себя «технарём», должен учиться воплощать свои, пусть даже самые фантастические замыслы и идеи, в самостоятельно изготовленные действующие модели, приборы и устройства, чтобы с их помощью подтвердить или опровергнуть эти замыслы. Тогда, завершив общее образование, он получает возможность искать пути, следуя которым сумеет идеи свои воплотить в жизнь.

Актуальность темы «Физика своими руками» определяется, во-первых, возможностью технического творчества для каждого человека, во-вторых, возможностью использовать самодельные приборы в образовательных целях, что обеспечивает развитие интеллектуальных и творческих способностей обучающегося.

Развитие коммуникационных технологий и поистине безграничные образовательные возможности Интернет-сети позволяют сегодня каждому желающему использовать их во благо своего развития. Что я хочу этим сказать? Только то, сейчас каждый, кто захочет, может «нырнуть» в бесконечный океан доступных сведений о чем угодно, в любой форме: видео, книги, статьи, сайты. Сегодня существует множество различных сайтов, форумов, каналов «YOUTUBE», которые с радостью поделятся с тобой знаниями в любой области, а в частности, в области прикладных радиоэлектроники, механики, физики атомного ядра и т.д. Было бы очень здорово, если бы больше людей имело тягу к освоению чего-то нового, тягу к познанию мира и позитивному его преобразованию.

Задачи, решаемые в данной работе:

- реализовать единство теории и практики через создание самодельныхучебных приборов, действующих моделей;

Применить теоретические знания, полученные в лицее, для выбора конструкции моделей, используемых для создания самодельного учебного оборудования;

На основе теоретических исследований физических процессов выбрать необходимое оборудование, соответствующее условиям эксплуатации;

Использовать доступные детали, заготовки для их нестандартного применения;

Популяризировать прикладную физику в молодежной среде, в том числе среди одноклассников, через привлечение их ко внеурочной деятельности;

Способствовать расширению практической части образовательного предмета;

Пропагандировать значимость творческих способностей обучающихся в познании окружающего мира.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В конкурсном проекте представлены изготовленные учебные модели и устройства:

Миниатюрный прибор оценки степени радиоактивности на основе счетчика Гейгера-Мюллера СБМ-20(самого доступного из существующих образцов).

Действующая модель диффузионной камеры Ландсгорфа

Комплекс для наглядного экспериментального определения величины скорости света в металлическом проводнике.

Небольшой прибор для измерения реакции человека.

Представляю теоретические основы физических процессов, принципиальные схемы и особенности конструкции приборов.

§1. Миниатюрный прибор оценки степени радиоактивности на основе счетчика Гейгера-Мюллера - дозиметр собственного изготовления

Идея собрать дозиметр посещала меня очень долго, и однажды руки дошли, я его собрал. На фото слева - счетчик Гейгера промышленного производства, справа - дозиметр на его основе.

Известно, что основным элементом дозиметра является датчик излучения. Самый доступным из них является счетчик Гейгера-Мюллера, принцип действия которого основан на том, что ионизирующие частицы могут ионизировать вещество - выбивать электроны с внешних электронных слоев. Внутри счетчика Гейгера находится инертный газ аргон. По сути, счетчик - конденсатор, который пропускает ток только тогда, когда внутри образуются положительные катионы и свободные электроны. Принципиальная схема включения устройства приведена на рис. 170. Одной пары ионов недостаточно, но из-за относительно высокой разности потенциалов на выводах счетчика происходит лавинная ионизация и возникает достаточно большой ток, чтобы можно было засечь импульс.

В роли пересчетного устройства выбрана схема на основе микроконтроллера кампании Atmel - Atmega8A. Индикация значений осуществляется при помощи LCD-дисплея от легендарного Nokia 3310, и звуковая индикация - посредством пьезоэлемента, взятого из будильника. Высокое напряжение для питания счетчика достигается при помощи миниатюрного трансформатора и умножителя напряжения на диодах и конденсаторах.

Принципиальная электрическая схема дозиметра :

Прибор показывает значение мощности дозы γ и рентгеновского излучения в микрорентгенах, с верхним пределом в 65мР/ч.

При снятии крышки-фильтра открывается поверхность счетчика Гейгера и прибор может фиксировать β - излучение. Замечу - лишь фиксировать, не измерять, так как степень активности β - препаратов измеряется плотностью потока - количество частиц на единицу площади. Да и эффективность к β - излучению у СБМ-20 очень низка, рассчитан он только для фотонного излучения.

Схема понравилась мне тем, что в ней грамотно реализована высоковольтная часть - количество импульсов для зарядки конденсатора питания счетчика пропорционально количеству регистрируемых импульсов. Благодаря этому прибор уже полтора года без выключений работает, истратив 7 батареек типа АА.

Почти все компоненты для сборки я закупил на адыгейском радиорынке, за исключением счетчика Гейгера - его приобрел в Интернет-магазине.

Надежность и эффективность прибора подтверждается таким образом: непрерывная полуторогодовая работа прибора и возможность постоянного контроля показывают, что:

Показания прибора колеблются от 6 до 14 микрорентген в час, что не превышает допустимую норму в 50 микрорентген в час;

Радиационный фон в учебных кабинетах, в микрорайоне моего проживания, непосредственно в квартире полностью соответствует нормам радиационной безопасности (НРБ - 99/2009), утвержденные Постановление главного государственного санитарного врача Российской федерации от 07 июля 2009 года № 47.

В повседневной жизни, оказывается, человеку не так-то просто попасть в область с повышенной радиоактивностью. Если это случится - прибор осведомит меня звуковым сигналом, что делает самодельный прибор гарантом радиационной безопасности его конструктора.

§ 2. Действующая модель диффузионной камеры Лангсдорфа.

2.1. Основы радиоактивности и способы ее изучения.

Радиоактивность - способность атомных ядер самопроизвольно или под действием внешнего излучения распадаться. Открытие этого замечательного свойства некоторых химических веществ принадлежит Анри Беккерелю в феврале 1896 года. Радиоактивность - явление, доказывающие сложное устройство атомного ядра, при котором ядра атомов распадаются на части, при этом почти все радиоактивные вещества имеют определенный период полураспада - промежуток времени, за который в образце распадется половина всех атомов радиоактивного вещества. При радиоактивном распаде из ядер атомов испускаются ионизирующие частицы. Это могут быть ядра атомов гелия - α-частицы, свободные электроны или позитроны - β - частицы, γ - лучи - электромагнитные волны. К ионизирующим частицам еще относят протоны, нейтроны, обладающие высокой энергией.

Сегодня известно, что подавляющее большинство химических элементов имеют радиоактивные изотопы. Есть такие изотопы и среди молекул воды - источника жизни на Земле.

2.2. Как обнаружить ионизирующее излучение?

Детектировать, то есть обнаружить ионизирующие излучения в настоящее время можно при помощи счетчиков Гейгера-Мюллера, сцинтилляционных детекторов, ионизационных камер, трековых детекторов. Последние могут не только обнаружить факт наличия излучения, но и позволяют наблюдателю увидеть, как летели частицы по форме трека. Сцинтилляционные детекторы хороши высокой чувствительностью и пропорциональным энергии частиц световыходом - количеством фотонов, излучаемых при поглощении веществом определенного количества энергии.

Известно, что у каждого изотопа различная энергия испускаемых частиц, поэтому при помощи сцинтилляционного детектора можно идентифицировать изотоп без химического или спектрального анализа. При помощи трековых детекторов тоже можно идентифицировать изотоп, поместив камеру в однородное магнитное поле, при этом треки будут искривлены.

Ионизирующие частицы радиоактивных тел обнаружить, изучать их характеристики можно с помощью специальных приборов, получивших название «трековые». К ним относят приборы, которые могут показать след движущейся ионизирующей частицы. Это могут быть: камеры Вильсона, диффузионные камеры Ландсгорфа, искровые и пузырьковые камеры.

2.3. Диффузионная камера собственного изготовления

Вскоре после того, как самодельный дозиметр стал стабильно работать, я понял, что дозиметра мне не достаточно и нужно сделать что-нибудь еще. В итоге я собрал диффузионную камеру, изобретенную Александром Лангсдорфом в 1936 году. И сегодня для научных исследований может быть использована камера, схема которой представлена на рисунке:

Диффузионная - усовершенствованная камера Вильсона. Усовершенствование заключается в том, что для получения перенасыщенного пара используется не адиабатное расширение, а диффузия паров из нагретой области камеры в холодную, то есть пар, находящийся в камере, преодолевает некий градиент температур.

2.4. Особенности процесса сборки камеры

Для работы устройства обязательным условием является наличие перепада температур в 50-700С, при этом нагревать одну сторону камеры нецелесообразно, т.к. спирт будет быстро испаряться. Значит, нужно охлаждать нижнюю часть камеры до - 30°С. Такую температуру может обеспечить испаряющийся сухой лед или элементы Пельтье. Выбор пал в пользу последних, ибо доставать лед мне было, честно, лень, да и порция льда послужит один раз, а элементы Пельтье - сколько угодно. Принцип их работы основан на эффекте Пельтье - переносе теплоты при протекании электрического тока.

Первый эксперимент после сборки дал ясно знать, что одного элемента оказалось недостаточно для получения необходимого перепада температур, пришлось использовать два элемента. На них подается разное напряжение, на нижний - большее, на верхний - меньшее. Это связано вот с чем: чем меньшую температуру необходимо достичь в камере, тем больше теплоты нужно отводить.

Когда я раздобыл элементы, мне пришлось немало поэкспериментировать, чтобы достичь нужной температуры. Нижнюю часть элемента охлаждает компьютерный радиатор с тепловыми (аммиачными) трубками и двумя 120-миллиметровыми кулерами. По приблизительным расчетам, кулер рассеивает в воздух около 100 ватт тепла. С источником питания я решил не заморачиваться, поэтому использовал импульсный компьютерный, суммарной мощностью 250 ватт, этого после проведения измерений оказалось достаточно.

Далее, я соорудил корпус из листовой фанеры для цельности и удобства хранения прибора. Получилось не совсем аккуратно, но довольно практично. Саму камеру, где образуются треки движущихся заряженных частиц или фотонных лучей, я сделал из обрезанной трубы и оргстекла, но вертикальный обзор не давал хорошей контрастности изображению. Я ее сломал и выбросил, сейчас использую в качестве прозрачной камеры стеклянный бокал. Дешево и сердито. Внешний вид камеры - на фото.

В качестве "сырья" для работы может быть использован как изотоп тория-232, находящийся в электроде для аргонодуговой сварки (применяется он в них для ионизации воздуха возле электрода и как следствие - более легкого зажигания дуги), так и дочерние продукты распада (ДПР) радона, содержащегося в воздухе, поступающего, в основном, с водой и газом. Чтобы собрать ДПР использую таблетки активированного угля - неплохой абсорбент. Чтобы интересующие нас ионы притягивались к таблетке, к ней подключаю умножитель напряжения, отрицательным выводом.

2.5. Ловушка ионов.

Еще один важный элемент конструкции - ловушка ионов, образующихся в результате ионизации атомов ионизирующими частицами. Конструктивно представляет собой умножитель сетевого напряжения с коэффициентом умножения равным 3, причем на выходе из умножителя имеют место быть отрицательные заряды. Это обусловлено тем, что в результате ионизации с внешней атомной оболочки выбиваются электроны, вследствие чего атом становится катионом. В камере использована ловушка, схема которой основана на использовании умножителя напряжения Кокрофта - Уолтона.

Электрическая схема умножителя имеет вид:

Эксплуатация камеры, ее результаты

Диффузионная камера после многочисленных пробных запусков, была использована в качестве экспериментального оборудования при выполнении лабораторной работы по теме "Изучение треков заряженных частиц", состоявшейся в 11 классе МАОУ лицея № 64 одиннадцатого февраля 2015 года. Фотографии треков, полученных посредством камеры, были зафиксированы на интерактивной доске, и использованы для определения вида частиц.

Как и в промышленном оборудовании, в самодельной камере удалось наблюдать следующее: чем шире трек, тем больше там частиц, следственно, более толстые треки принадлежат альфа-частицам, имеющим большие радиус и массу, а как следствие, большую кинетическую энергию, большее число ионизированных атомов на миллиметр пролета.

§ 3. Комплекс для наглядного экспериментального определения величины

скорости света в металлическом проводнике.

Начну, пожалуй, с того, что скорость света всегда для меня считалась чем-то невероятным, непостижимым, в какой-то степени невозможным, пока я не нашел в Интернете принципиальные электрические схемы валявшегося у меня двухканального осциллографа со сломанной синхронизацией, что без ремонта не давало возможности исследованию форм электрических сигналов. Но судьба была весьма благосклонна ко мне, мне удалось определить причину поломки блока синхронизации и устранить ее. Выяснилось, что неисправна была микросборка - коммутатор сигналов. По схеме из Интернета сделал копию этой микросборки из деталей, купленных на любимом радиорынке.

Взял экранированный телевизионный двадцатиметровый провод, собрал простой генератор высокочастотных сигналов на инверторах 74HC00. Н один конец провода подавал сигнал, параллельно снимая его из той же точки первым каналом осциллографа, со второго сигнал снимал вторым каналом, фиксировал разницу во времени помеж фронтов получаемых сигналов.

Длину провода - 20 метров разделил на это время, получил нечто похожее на 3*108 м/с.

Прилагаю принципиальную электрическую схему (куда же без нее?):

Внешний вид высокочастотного генератора представлен на фото. Используя доступное (бесплатное) программное обеспечение "Sprint-Layout 5.0" создал чертеж платы.

3. 1. Немного об изготовлении плат:

Саму плату, как обычно, сделал по технологии "ЛУТ" - народная лазерно-утюжная технология, разработанная обитателями просторов Интернета. Технология заключается в следующем: берется одно или двухслойный фольгированный стеклотекстолит, тщательно обрабатывается наждачной бумагой до блеска, затем ветошью, смоченной бензином или спиртом. Далее на лазерном принтере распечатывается рисунок, который необходимо нанести на плату. В зеркальном отражении на глянцевую бумагу печатается рисунок, а потом при помощи утюга тонер на глянцевой бумаге переносится на медную фольгу, покрывающую текстолит. Позже под струей теплой воды бумага скатывается пальцами с платы, остается плата с нанесенным рисунком. Теперь погружаем этот продукт в раствор хлорного железа, помешиваем порядка пяти минут, затем вынимаем плату, на которой медь осталась только под тонером из принтера. Наждачной бумагой удаляем тонер, опять обрабатываем спиртом или бензином, дальше покрываем паяльным флюсом. При помощи паяльника и залуженной оплетки телевизионного кабеля водим по плате, тем самым покрывая медь слоем олова, необходимого для последующей пайки компонентов и для защиты меди от коррозии.

Отмываем от флюса плату при помощи ацетона, например. Производим пайку всех компонентов, проводов и покрываем токонепроводящим лаком. Ждем сутки, пока лак сохнет. Готово, плата готова к работе.

Таким методом пользуюсь далеко не первый год, ни разу способ меня не подвел.

§ 4. Небольшое устройство для измерения реакции человека.

Работа по совершенствованию этого прибора идет и сейчас.

Используется устройство следующим образом: после подачи питания на микроконтроллер прибор переходит в режим циклического перебора значений некой переменной «С». После нажатия кнопки программа приостанавливается и присваивает значение, которое в тот момент было в переменной, значение которой циклически менялось. Таким образом, в переменной «С» получается случайное число. Сказали бы Вы: «А почему бы не воспользоваться функцией random() или чем-то вроде этого?».

А дело в том, что в языке, на котором я пишу - в BASCOM AVR, нет такой функции из-за его неполноценного набора команд, так как это язык для микроконтроллеров с малым объемом оперативной памяти, малой вычислительной способностью. После нажатия кнопки программа зажигает на табло четыре нуля и запускает таймер, ожидающий промежуток времени, пропорциональный значению переменной «С». После истечения заданного промежутка времени программа зажигает четыре восьмерки и запускает таймер, считающий время до того момента, пока не будет нажата кнопка.

Если нажать кнопку в момент между зажиганием нулей и восьмерок, то программа остановится, выведет на дисплей прочерки. Если кнопка была нажата после появления восьмерок, то программа выведет на дисплей время в миллисекундах прошедшее после зажжения восьмерок и до нажатия кнопки, это и будет время реакции человека. Остается лишь вычислить среднее арифметическое результатов нескольких измерений.

В данном устройстве используется микроконтроллер фирмы «Atmel» модель «ATtiny2313». На своем борту микросхема имеет два килобайта флэш-памяти, 128 байт оперативной, восьмибитный и десятибитный таймеры, четыре канала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), пятнадцать полностью доступных портов ввода-вывода.

Для вывода информации используется семисегментный четырехразрядный светодиодный индикатор с общим анодом. Индикация реализована динамическая, то есть все сегменты всех разрядов соединены параллельно, а общие выводы не параллельны. Таким образом, получается у индикатора двенадцать выводов: четыре вывода - общие для разрядов, остальные восемь распределены так: семь сегментов для цифр и один для точки.

Заключение

Физика - фундаментальная естественная наука, изучение которой позволяет познавать окружающий ребенка мир через деятельность учебную, изобретательскую, конструкторскую, творческую.

Ставя цель: сконструировать физические приборы для использования их в образовательном процессе, я ставил задачу популяризировать физику, как науку не только теоретическую, но и прикладную, среди сверстников, доказывая, что понять, почувствовать, принять окружающий нас мир можно только через познание и творчество. Как гласит пословица «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать», то есть, чтобы хоть чуть-чуть объять необъятный мир, нужно научиться взаимодействовать с ним не только посредством бумаги и карандаша, но и с помощью паяльника и проводов, деталей и микросхем.

Апробация и эксплуатация самодельных приборов доказывает их жизнеустойчивость и конкурентноспособность.

Я бесконечно благодарен тому, что мою жизнь, начиная с трехлетнего возраста, направил в техническое, изобретательско - конструкторское русло мой дедушка, Диденко Николай Андреевич, более двадцати лет преподававший физику и математику в Абадзехской средней школе, и более двадцати лет работавший программистов в научно-техническом центре РОСНЕФТЬ.

Список использованной литературы .

Наливайко Б.А. Справочник Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. МГП "РАСКО" 1992, 223 с.

Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика 11 класс, М., Просвещение, 2014, 400 с.

Ревич Ю. В. Занимательная электроника.2-е изд-е, 2009 БХВ-Петербург, 720 с

Том Тит. Научные забавы: физика без приборов, химия без лаборатории. М., 2008, 224 с.

Чечик Н. О. Файнштейн С.М. Электронные умножители, ГИТТЛ 1957, 440 с.

Шилов В.Ф. Самодельные приборы по радиоэлектронике, М., Просвещение, 1973, 88 с.

Википедия - свободная энциклопедия. Режим доступа

Элективный курс

Аннотация

Элективный курс предназначен для учащихся, желающих приобрести опыт самостоятельного применения знаний по физи­ке на практике при проведении экспериментов, т. е. носит предметно-ориентированный характер. В курсе даются сведения о методах физических измерений, полез­ные не только будущим физикам или инженерам, но и каждому человеку в его повседневной практической жизни. На лабораторных занятиях школь­ники научатся уверенно и безопасно использовать разнообразные физичес­кие приборы, от линейки и микрометра до цифрового мультиметра, приобретут практические умения грамотно использовать в бытовой практике термометр, измерять влажность воздуха, артериальное кровяное давление, проверять исправность бытовых электроприборов. Опыт практи­ческой работы с физическими приборами окажет помощь ученику в обосно­ванном выборе профиля дальнейшего обучения.

Курс построен с опорой на знания и умения учащихся, приобретен­ные при изучении физики, дает возможность более глубоко познакомиться с методами измерения физических величин, при­обрести умения практического использования измерительных приборов, обработки и анализа полученных результатов.

Пояснительная записка

Целью курса является предоставление учащимся возможности удов­летворить индивидуальный интерес к изучению практических приложений физики в процессе познавательной и творческой деятельности при проведении самостоятельных экспериментов и исследований.

Основной задачей курса является помощь ученику в обоснованном выборе профиля дальнейшего обучения. На элективных занятиях уча­щийся познакомится на практике с такими видами деятельности , кото­рые являются ведущими во многих инженерных и технических профес­сиях, связанных с практическими применениями физики. Опыт самостоятельного выполнения сначала простых физических эксперимен­тов, затем заданий исследовательского и конструкторского типа позво­лит ученику либо убедиться в правильности своего предварительного выбора, либо изменить свой выбор и испытать свои способности на каком-то ином направлении.

На теоретических занятиях первого уровня («Учимся изме­рять!») рассматриваются методы измерения физических величин, устрой­ство и принцип действия измерительных приборов, способы обработки и представления результатов измерений. На практических занятиях при выполнении лабораторных работ учащиеся смогут приобрести умения и навыки планировать физический эксперимент в соответствии с постав­ленной задачей, научиться выбирать рациональный метод измерений, выполнять эксперимент и обрабатывать его результаты.

Выполнение практических и экспериментальных заданий второго уровня («Измеряем самостоятельно!») позволит учащимся приме­нить приобретенные навыки в нестандартной обстановке, стать компе­тентными во многих практических вопросах. Семинарские занятия спо­собствуют развитию способностей самостоятельно приобретать знания, критически оценивать полученную информацию, излагать свою точку зрения по обсуждаемому вопросу, выслушивать другие мнения и конст­руктивно обсуждать их.

Третий уровень («Исследуем, изобретаем, конст­руируем, моделируем!») – совершенствование практических умений и развития творческих подходов к делу. На этом уровне учащимся предстоит выполнить лабораторные работы физического практикума, посвященные исследова­ниям некоторых процессов и явлений в физике, испытать свои силы при выполнении индивидуальных экспериментальных заданий и конструктор­ских работ, работая настолько самостоятельно, насколько они пожелают и смогут. В завершение этого этапа учащиеся могут представить резуль­таты своих исследований, например, на классном или школьном конкур­се творческих работ.

Таким образом, основными видами деятельности учащихся на заня­тиях по элективному курсу являются самостоятельная работа в физиче­ской лаборатории и выполнение простых экспериментальных заданий по интересам в домашних условиях.

Все виды практических заданий рассчитаны на использование типо­вого оборудования кабинета физики и могут выполняться всеми учащи­мися группы в форме лабораторных работ или в качестве индивидуаль­ных экспериментальных заданий для учащихся по их выбору.

Элективные занятия будут полезными для учащихся при решении задач, встречающихся в повседневной жизни людей, таких, как правиль­ное измерение температуры, измерение артериального кровяного давле­ния, проверка исправности электроприборов. Учащиеся должны убедить­ся, что они могут стать компетентными во многих практических вопросах уже сейчас. Предлагаемые задачи простые, но для их решения необходи­мо творческое применение знаний. На основе знакомства с устройством и принципами действия физических измерительных приборов, приобрете­ния самостоятельного опыта их использования у школьников вырабаты­вается чувство уверенности в своих способностях успешно взаимодейство­вать с предметами окружающего мира и разнообразными техническими устройствами.

Элективный курс направлен на воспитание чувства уверенности в своих силах и способностях при использовании разнообразных прибо­ров и устройств бытовой техники в повседневной жизни, а также на развитие интереса к внимательному рассмотрению привычных явлений, предметов. Желание понять, разобраться в сущности явлений, в устрой­стве вещей, которые служат человеку всю его жизнь, неминуемо потребу­ет дополнительных знаний, подтолкнет к самообразованию, человек бу­дет наблюдать, думать, читать, усовершенствовать и изобретать - ему будет интересно жить!

Методы измерения физических величин (ч)

Первый уровень: учимся измерять!

Основные и производные физические величины и их измерения. Единицы и эталоны величин. Абсолютные и относительные погрешнос­ти прямых измерений. Измерительные приборы, инструменты, меры. Инструментальные и отсчетные погрешности. Классы приборов. Границы систематических погрешностей и способы их оценки. Случайные погрешности измерений и оценка их границ.

Этапы планирования и выполнения эксперимента. Меры предосто­рожности при проведении эксперимента. Учет влияния измерительных приборов на исследуемый процесс. Выбор метода измерений и измери­тельных приборов. Способы контроля результатов измерений. Запись результатов измерений. Таблицы и графики. Обработка результатов из­мерений. Обсуждение и представление полученных результатов.

Измерения времени. Методы измерения тепловых величин. Методы измерения электрических величин. Методы измерения магнитных вели­чин. Методы измерения световых величин. Методы измерения в атомной и ядерной физике.

Лабораторные работы

1. Измерение длины с помощью масштабной линейки и микрометра.

2. Оценка границ погрешности при измерениях силы тока.

3. Измерения электрического сопротивления с помощью омметра.

4. Измерение коэффициента трения.

5. Исследование зависимости силы тока от напряжения на концах нити электрической лампы.

6. Исследование зависимости периода колебаний маятника от его массы, амплитуды колебаний и длины.

7. Измерение времени реакции человека на световой сигнал.

Физические измерения в повседневной жизни (ч)

Второй уровень: переходим к самостоятельным измерениям!

Измерения температуры в быту. Влажность воздуха и способы ее изме­рения. Исследования работы сердца. Источники электрического напряже­ния вокруг нас. Бытовые электроприборы. Бытовые .

Лабораторные работы

8. Исследование зависимости показаний термометра от внешних условий.

9. Измерение влажности воздуха.

10. Измерение артериального кровяного давления.

11. Изучение принципа работы электрической зажигалки.

12. Изучение принципа работы лампы дневного света.

Физический практикум (ч)

Третий уровень: исследуем, изобретаем, конструируем, моделируем!

Лабораторные работы

13. Измерение кинетической энергии тела.

14. Исследование свойств лазерного излучения.

Экспериментальные задания

ü Изготовление модели газового термометра.

ü Изготовление модели автомата пожарной сигнализации.

ü Расчет и испытание модели автоматического устройства для регулирования температуры.

Резерв времени - 1 ч.

Организация и проведение аттестации учеников

Элективные занятия по данной программе проводятся для удовлет­ворения индивидуального интереса учащихся к изучению практических приложений физики и для помощи в выборе профиля дальнейшего обу­чения. Поэтому нет нужды систематически контролировать и оценивать знания учащихся. Однако следует отмечать их достижения и тем самым поощрять к дальнейшим занятиям.

Особенностям элективных занятий наиболее соответствует зачетная форма оценки достижений учащихся. Зачет по выполненной лаборатор­ной работе целесообразно выставлять по письменному отчету, в котором кратко описаны условия эксперимента, в систематизированном виде пред­ставлены результаты измерений и сделаны выводы.

По результатам выполнения творческих экспериментальных заданий кроме письменных отчетов полезно практиковать сообщения на общем занятии группы с демонстрацией выполненных экспериментов, изготовленных приборов. Для подведения общих итогов занятий всей группы возможно проведение конкурса творческих работ. На этом конкурсе учащиеся смогут не только продемонстрировать экспериментальную ус­тановку в действии, но и рассказать о ее оригинальности и возможнос­тях, отдать свое творение на суд зрителей. Здесь приобретает большое значение умение оформить свой доклад графиками, таблицами, кратко и эмоционально рассказать о самом главном. На общешкольных конкур­сах могут быть представлены, например, работы биологов, химиков, ли­тераторов. В этом случае появляется возможность увидеть и оценить свой труд и себя на фоне других интересных работ и таких же увлеченных людей.

Итоговый зачет ученику по всему элективному курсу можно выстав­лять, например, по таким критериям:

1) выполнение не менее половины лабораторных работ;

2) выполнение не менее одного экспериментально­го задания исследовательского или конструкторского типа;

3) активное участие в подготовке и проведении семинаров, дискуссий, конкурсов. Предлагаемые критерии оценки достижений учащихся могут служить лишь ориентиром, но не являются обязательными.

На основе своего опыта учитель может устанавливать иные критерии.

Методы измерения физических величин

§ 1. Физические величины и их единицы.

Физика; физические свойства тел; история метра; современное определение метра; физическая величина; основные и производ­ные физические величины; единицы величин и эталоны; между­народная система единиц СИ.

§ 2. Измерения физических величин.

Измерения физических величин; размер и значение физической величины; меры и измерительные приборы; прямые и косвенные измерения; абсолютная и относительная погрешности измерений; измерения длины.

Лабораторная работа 1. Измерение длины с помощью масштаб­ной линейки и микрометра.

§3. Погрешности прямых однократных измерений.

Границы погрешностей измерений; границы абсолютной и отно­сительной погрешности; инструментальная погрешность; класс точности прибора; погрешность отсчета; погрешность метода измерения; систематические и случайные погрешности; как мож­но учесть ошибки измерений или уменьшить их.

Лабораторная работа 2. Оценка границ погрешности при изме­рениях силы тока.

§4. Безопасность эксперимента.

Обеспечение безопасности эксперимента для человека; меры пре­досторожности; обеспечение безопасности эксперимента для из­мерительных приборов и оборудования.

§5. Планирование и выполнение эксперимента.

Выбор метода измерений и приборов; влияние приборов на ре­зультаты измерений; предварительные измерения; выбор ступе­ни изменения регулируемой величины; поддержание постоянных условий эксперимента.

§6. Оценка границ случайных погрешностей измерений.

Повторные измерения и нахождение среднего арифметического значения измеряемой величины; среднее квадратичное отклоне­ние; стандартное отклонение; оценка границ случайных погреш­ностей измерений.

Лабораторная работа 5. Измерение коэффициента трения.

§7. Обработка результатов измерений.

Приближенные числа; оценка границ погрешностей косвенных измерений; запись и обработка результатов измерений: шесть про­стых правил.

§8. Построение графиков.

Представление результатов измерений в виде таблиц; назначение графиков; построение приближенного графика; выбор масшта­ба; указание границ погрешностей на графике; проведение ли­ний по экспериментальным точкам; анализ результатов.

Лабораторная работа 7. Исследование зависимости силы тока от напряжения на концах нити электрической лампы.

§9. Измерение времени.

Что такое время; сутки - естественная единица времени; про­стейшие приборы для измерения времени; маятниковые часы; неравномерность вращения Земли; электронные и атомные эта­лоны времени.

Лабораторная работа 8. Исследование зависимости периода коле­баний маятника от его массы, амплитуды колебаний и длины.

Лабораторная работа 9. Измерение времени реакции человека на световой сигнал.

§10. Методы измерения тепловых величин.

Температура; теплообмен; жидкостный термометр; газовый тер­мометр.

§11. Методы измерения электрических величин.

Приборы для измерения силы тока; приборы для измерения напряжения; условные обозначения; электронные цифровые из­мерительные приборы.

§12. Методы измерения магнитных величин.

Магнитная индукция; магнитный поток; индуктивность.

§13. Методы измерения световых величин.

Источники света; световые величины и их единицы.

§14. Методы измерений в атомной и ядерной физике.

Физические величины в атомной и ядерной физике; поглощен­ная доза излучения; методы регистрации заряженных частиц.

§15. Как нужно измерять температуру?

Термометр; измерение температуры.

Лабораторная работа 15. Исследование зависимости показаний термометра от внешних условий.

§16. Измерение влажности. Влажность; гигрометр.

Лабораторная работа 16. Измерение влажности воздуха.

§17. Исследование работы сердца.

Система кровообращения человека; кровяное давление; сфигмоманометр; когда и зачем нужно измерять артериальное дав­ление.

Лабораторная работа 1 7. Измерение артериального кровяного давления.

§18. Электрические токи сердца.

Гальванические явления; электрокардиограмма.

§19. Источники электрического напряжения вокруг нас

Источники электрического напряжения в доме; проверка ис­правности электроприбора; газоразрядный индикатор; как ра­ботает электрическая зажигалка.

Лабораторная работа 18. Изучение принципа работы пьезо­электрической зажигалки.

§20. Бытовые источники света. Лампа накаливания; люминесцентная лампа.

Лабораторная работа 19. Изучение принципа работы люминес­центной лампы.

Глава 3. Физический практикум

Лабораторная работа 20. Измерение кинетической энергии тела.

Лабораторная работа 25. Исследование свойств лазерного из­лучения.

Экспериментальное задание 1. Изготовление модели газового термометра.

Экспериментальное задание 5. Изготовление модели автомата сигнализации.

Экспериментальное задание 6. Расчет и испытание модели авто­матического устройства для регулирования температуры.

Измерения физических величин. Измерением физической величины называется экспериментальное определение значения физической величины, характеризующей данный объект. Значение физической величины есть произведение отвлеченного числа, называемого числовым значением величины, на единицу физической величины. Например, значение длины стола / = 1,5 м = 1,5 x1 м. В данном случае числовое значение 1,5 показывает, сколько единиц длины 1 м укладывается на длине стола.

Количественное содержание характеристики физического объекта или явления называется размером физической величины. Размер ве­личины для данного объекта остается неизменным при выборе раз­ных единиц измерения , значение величины зависит от выбора еди­ницы измерения. Например, тело размером в 1 фут имеет различные значения длины при использовании разных единиц длины:

/ = 1 фут = 12 дюймов = 30,48 см = 0,3048 м.

Основой всех измерений физических величин является сравне­ние размера измеряемой величины с эталоном единицы физичес­кой величины. Например, чтобы измерить длину какого-либо предмета, надо сравнить его длину с длиной эталона метра.

Меры и измерительные приборы. Невозможно все измерения выполнять путем сравнений с единственным эталоном единицы величины. Для измерений в исследовательских лабораториях и в повседневной практической жизни изготавливаются меры и измерительные прибо­ры, сравниваемые с эталонами.

Однозначной мерой называют средство измерения, воспроиз­водящее физическую величину определенного размера. Например, килограммовая гиря является мерой массы размером 1 кг. Образцовая катушка индуктивностью 1 Гн может служить мерой индуктивности размером 1 Гн.

Измерительная линейка с миллиметровыми делениями на шкале или набор гирь разных значений могут служить примерами мно­гозначных мер.

Измерительным прибором называют средство изме­рения, дающее возможность непосредственно отсчиты­вать значения измеряемой величины. Измерительный прибор служит для выработки сигнала, непосредственно показывающего значение измеряемой физической величины. Примерами измерительных приборов могут служить динамометр, спидометр, вольтметр, амперметр, термометр, манометр.

Измерения, при которых измерительный прибор дает непосредственно информацию о значении измеряемой физической величины, называют прямыми измерениями.

Измерения, при которых значение измеряемой величины находят путем вычислений на основе использования результатов измерений других величин, называются косвен­ными измерениями.

Погрешности измерений. При измерениях физических величин любыми приборами результат измерения всегда сколько-то отличается от истинного значения физической величины. Эти отличия могут быть обусловлены несовершенством измерительного прибора, ошибкой экспериментатора, влиянием внешних факторов и другими причинами.

Модуль разности результата измерения и истинного значения измеряемой величины называется абсолютной погрешностью изме­рения.

Если при измерении отрезка АВ длиной а получен результат измерения, то абсолютная погрешность измерения 8х определяется выражением:

8х = δ х - 4 (1) где δ - строчная буква «дельта» греческого алфавита .

Абсолютная погрешность не дает полного представления о качестве измерения. Например, если известно только, что расстояние измерено с абсолютной погрешностью 3 см, то нельзя сказать, хорошего качества это измерение или плохого. Действительно, если с такой погрешностью измерено расстояние от Москвы до Санкт4Петербурга, равное примерно 600 км, то можно сказать, что это измерение очень высокого качества. А если погрешность 3 см вы допустили при отрезании стекла шириной около 60 см для вставления в оконную раму, то вам скорее всего понадобится новое стекло, так что качество измерений в этом случае нельзя признать хорошим. Следовательно, качество измерений определяется не только абсолютной погрешностью измерений, но и значением измеряемой величины. Характеристика качества измерений, учитывающая абсолютную погрешность и значение измеряемой величины, называется относительной погрешностью измерения.

Относительной погрешностью измерения называется отноше­ние абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины. Относительная погрешность выражается в долях единицы или в процентах.

Как показывают вычисления, относительная погрешность наглядно демонстрирует существенное различие качества первого и второго измерений при одинаковой абсолютной погрешности измерений. Поэтому в большинстве случаев качество измерений оценивается по значению его относительной погрешности.

Измерения длины. Для измерений линейных размеров тел и расстояний между телами применяются различные измерительные инструменты и методы измерений. Для измерения больших длин, например земельных участков , употребляют стальные мерные ленты длиной до 50 м. При обмере зданий используют рулетку с гибкой лентой длиной 10-20 м, разделенной на сантиметры. Для измерения небольших предметов употребляют масштабные линейки. Для измерения размеров малых предметов с точностью до десятых долей миллиметра применяют штангенциркуль или микрометр. Основная деталь микрометра - стальная скоба 1. С одной стороны в ней закреплена неподвижная пятка 2, с другой - стебель 4. Внутри стебля помещен микрометрический винт 3, заканчивающийся с левой стороны измерительной поверхностью. С правой стороны микрометрический винт соединен с барабаном 5, охватывающим стебель микрометра. При вращении барабана вращается и микрометрический винт. Шаг винта равен 0,5 мм, поэтому измерительная поверхность винта при одном обороте барабана перемещается на 0,5 мм относительно неподвижной пятки микрометра.

На поверхность стебля нанесена продольная риска, ниже которой расположена шкала с миллиметровыми штрихами, а выше - шкала со штрихами, делящими пополам каждое миллиметровое деление верхней шкалы. По левому краю барабана нанесено 50 равноотстоящих штрихов, позволяющих определять поворот микрометрического винта с точностью до 1/50 доли оборота. Так как при одном обороте измерительная поверхность микрометрического винта смещается на 0,5мм, при повороте на 1/50 долю оборота ее смещение оказывается равным 0,01 мм.

При смыкании измерительной поверхности микрометрического винта с поверхностью неподвижной пятки край барабана устанавливается против нулевой риски на шкале стебля. Для измерения размера детали ее помещают между пяткой и измерительной поверхностью микрометрического винта. Затем вращением барабана достигают соприкосновения измерительных поверхностей пятки и микрометрического винта с точками поверхности измеряемой детали. Для предотвращения деформации измеряемой детали силу нажатия микрометрического винта на измеряемую деталь ограничивают с помощью трещотки 6. Для этого микрометрический винт вращают с помощью трещотки и прекращают вращение с появлением звука. Микрометр дает возможность определять размер детали с точностью до 0,5 мм по шкале на стебле и с точностью до 0,01 мм по шкале на барабане микрометра против продольной риски на стебле.

Контрольные вопросы

Что называется измерением физической величины? Что такое размер и значение физической величины? Какие измерения называются прямыми измерениями? Какие измерения называются косвенными измерениями? Что такое абсолютная погрешность измерения? Что называется относительной погрешностью измерения?

Лабораторная работа 1

Измерение длины с помощью масштабной линейки и микрометра.

Цель работы. Приобретение умений оценивать абсолютные и относительные погрешности измерений.

Оборудование: масштабная линейка, микрометр, монета.

Задание: измерьте диаметр монеты с помощью масштабной линейки и определите абсолютную и относительную погрешности измерений.

1. Измерьте с помощью масштабной линейки диаметр D1 монеты и запишите результат измерений в отчетную таблицу.

2. Познакомьтесь с устройством и принципом действия микрометра. Измерьте диаметр D 0 монеты с помощью микрометра и запишите результаты измерений в отчетную таблицу.

3. Принимая условно значение D0 за точное значение диаметра монеты, вычислите абсолютную и относительную погрешности измерений с помощью масштабной линейки. Результаты запишите в отчетную таблицу.

Отчетная таблица

Контрольные вопросы

Какими причинами могут быть вызваны погрешности измерений?

Какими способами могут быть уменьшены погрешности измерений?

Задача

Представьте себе, что вы живете примерно в III-II веках до нашей эры и обладаете лишь такими приборами и инструментами, какими располагали ученые в то время. Попробуйте придумать в этих условиях метод измерения расстояний до Луны и до звезд. Если вы найдете принципиальное решение задачи, испытайте свой метод на модели. Пусть небольшой мяч или резиновый шар будет моделью Луны. Поместите «Луну» на расстояние 5-6 метров от себя и попробуйте измерить расстояние до «Луны» и ее диаметр. Потом прямыми измерениями проверьте, насколько хорош ваш метод.

ФРАГМЕНТ МЕТОДИЧЕСКОГО ПОСОБИЯ

§ 2. Измерения физических величин

Для того чтобы приступить к выполнению измерений физических величин, учащихся необходимо познакомить с такими понятиями, как размер и значение физической величины, пояснить, что такое мера и что называется измерительным прибором, какие измерения называются прямыми и какие косвенными, что такое абсолютная и относительная погрешности измерений. Однако теоретическое знакомство должно быть очень кратким и непосредственно связанным с выполнением лабораторной работы и творческого задания.

Лабораторная работа 1.

Измерения длины являются самыми простыми и привычными измерениями, постоянно встречающимися в повседневной жизни. Простую задачу измерения диаметра монеты с помощью масштабной линейки и затем микрометра можно предложить учащимся с целью практического применения приобретенных знаний об абсолютной и относительной погрешностях измерений и подготовке к введению на следующем занятии понятий об инструментальной погрешности и погрешности отсчета. Второй задачей лабораторной работы является знакомство с точным измерительным прибором - микрометром.

Задача. В сильной группе учащихся лабораторная работа 1 займет малую долю урока и большую часть времени можно использовать на решение задачи, знакомящей учащихся с конкретными примерами косвенных измерений расстояний и достижениями современной науки в области измерения расстояний.

Задача об измерениях расстояний до небесных тел и их размеров имеет важное значение для формирования представлений учащихся о мире и возможности его познания. Для принципиального решения задачи нужно догадаться, что для измерения расстояния до недоступного предмета можно использовать свойства подобных треугольников. Когда эта идея высказана, остается найти способы практического решения задачи. Вероятно, начать лучше с практического решения задачи с использованием модели Луны. В классе роль «Луны» может выполнить любое шарообразное тело - глобус, мяч, резиновый шар, - установленное на демонстрационном столе или укрепленное на классной доске. Автор идеи должен представить объяснение своего решения с использованием чертежа на доске. Этот чертеж и будет ориентиром для учащихся при практическом выполнении задания.

Для определения расстояния от точки A, в которой находится наблюдатель, до недоступной точки B отметим направление прямой AB и переместимся на некоторое измеренное расстояние до точки C по прямой, перпендикулярной направлению AB (рис.1). Из прямоугольного треугольника ABC искомое расстояние АВ равно: АВ = АС · ctga . Так как расстояние АС измерено, для расчета задачи нужно найти значение ctga .

Рис. 1

Угол α = 90 - β можно определить прямым измерением угла β между прямыми CA и CB. Но более удобно выполнить следующее дополнительное построение. Прикрепим к листу картона лист белой бумаги и положим его на ученический стол таким образом, чтобы левый край листа совпал с прямой AB. Совпадение проконтролируем наблюдением совпадения двух булавок, вколотых по левому краю листа, с центром «Луны» в точке В. Затем, не изменяя положения листа на столе, переместим глаз к правому углу листа. Вколем первую булавку в правый угол листа, а вторую на пересечении прямой, соединяющей первую булавку с центром «Луны», с дальним краем листа.

После нахождения расстояния до небесного тела может быть решена задача нахождения размеров небесного тела, если удастся измерить угловой диаметр γ тела. Обозначим расстояние до небесного тела AB = L . Тогда диаметр D небесного тела можно вычислить по измеренному углу γ, под которым виден диаметр небесного тела с Земли, и расстоянию L :

D = L - tgy .

Тангенс угла γ можно найти, направив масштабную линейку вдоль прямой АВ и измерив расстояние L , на котором монета диаметром dточно закрывает диск «Луны» (рис. 2):

Измерение расстояний до небесных тел. Одному из учащихся можно заранее поручить подготовку сообщения об измерениях расстояний до небесных тел. В этом сообщении должно быть объяснено, что при измерениях расстояний от Земли до других небесных тел в пределах Солнечной системы в качестве базиса используют радиус Земли. Для измерений расстояний до ближайших звезд земной радиус непригоден в качестве базиса, так как угол, под которым радиус Земли виден со звезды, оказывается неизмеримо мал. Даже угол, под которым виден со звезды радиус земной орбиты, оказывается очень трудно измеримым.

Удается обнаружить только смещение самых близких к Земле звезд относительно «неподвижных» звезд при движении Земли по ее орбите вокруг Солнца.

Измерения малых расстояний. Второе сообщение можно поручить на тему об измерениях сверхмалых расстояний. Это позволит оценить современные возможности физики в области измерений расстояний и линейных размеров тел как в области мегамира, так и в области микромира. Так как информацию об измерениях сверхмалых расстояний отыскать не очень просто, эту тему можно поручить школьнику, имеющему опыт поиска нужной информации в Интернете. Задание можно сформулировать следующим образом: нужно найти статьи, в которых описан принцип действия растрового туннельного микроскопа, и рассказать об этом приборе и получаемых с его помощью результатах.

В растровом туннельном микроскопе над поверхностью исследуемого тела устанавливается металлическое острие малого диаметра, между острием и поверхностью образца создается электрическое поле. Под действием электрического поля электроны вытягиваются с поверхности острия, однако их возможное удаление от конца острия не превышает диаметра атома. Если расстояние от острия до исследуемой поверхности меньше 1 нм, то между острием и поверхностью протекает электрический ток. При изменении расстояния на диаметр атома сила тока изменяется в 1000 раз. Это позволяет по силе тока очень точно определять расстояние от острия до исследуемой поверхности. Если перемещать острие по прямой вдоль горизонтально расположенной поверхности и автоматически поддерживать постоянное значение силы тока в цепи путем перемещений острия по вертикали, то полученная кривая зависимости вертикальной координаты острия от горизонтальной даст срез рельефа поверхности вдоль одной прямой. Повторяя такие срезы шаг за шагом, можно получить сведения о строении поверхности и преобразовать их в объемную картину на экране компьютера.

На рисунке представлена картина строения поверхности кристалла кремния, полученная с помощью растрового туннельного микроскопа. Бугры и впадины на этой картинке показывают структуру внешних элек4 тронных оболочек атомов кремния в кристалле.

Аннотированный список литературы

1. , Экспериментальные задания по физике. 9-11 классы: Учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений. - М.: Вербум, 2001.

В пособии, ориентированном на развитие творческих способностей школьников, представлена система экспериментальных заданий различ­ной сложности. Большинство заданий рассчитано на использование очень простых приборов и оборудования, поэтому пособие можно рекомендо­вать для организации самостоятельной экспериментальной работы. В первой части книги даны теоретические сведения об измерениях физичес­ких величин и погрешностях измерений, необходимые при планировании эксперимента, выборе метода измерения и измерительных приборов, анализе и оценке результатов эксперимента. Во второй части книги даны описания 22 экспериментальных задач, для решения которых достаточно знаний по физике в пределах базового курса, но эти знания требуется применить в незнакомой ситуации, проявить творческий подход. Зада­ния третьей части книги позволят учащимся провести самостоятельно небольшие экспериментальные исследования.

2. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики: 10 -11 кл. / Под ред. , . - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Просвещение, 2002.

В книге предлагаются описания лабораторных работ физического практикума для 10- 11 классов средней школы . Содержание практикума ориентировано на учащихся профильных классов, в которых физика явля­ется одним из профилирующих предметов. По многим темам лаборатор­ные работы представлены в нескольких вариантах. Варианты отличаются как по уровню сложности, так и по используемому оборудованию. Это дает возможность учителю выбрать из нескольких предложенных вариан­тов такой, который соответствует задачам данного элективного курса, обо­рудованию физического кабинета, интересам и уровню подготовки учащихся. Описания лабораторных работ предваряет теоретическая глава «Измерения физических величин и оценка погрешностей измерений».

3. , Экспериментальные задачи по физике: 10-11 кл. общеобразоват. учреждений: Кн. для учителя. - М.: Просвещение, 1998.

Книга содержит экспериментальные задачи и методические указа­ния по курсу физики старших классов средней школы. Для их выполне­ния могут быть использованы школьное оборудование, бытовая техника и простейшие самодельные приборы. В пособии приведено 260 задач.

4. Всероссийские олимпиады по физике: 1992-2001 / Под ред. СМ. Козела, . - М.: Вербум-М, 2002.

В книгу вошли материалы всероссийских олимпиад школьников за 10 лет. Это условия и решения теоретических и экспериментальных заданий двух последних этапов олимпиад (окружного и заключительного). Пособие адресовано учащимся 9-11 классов.

5. Эрик Роджерс. Физика для любознательных. Т.1. Материя, движение, сила / Под ред. - М.: Мир, 1969.

Автор поставил перед собой цель изложить основы физики на эле­ментарном уровне, сделав это так, чтобы читатель невольно чувствовал себя участником процесса отыскания и формулирования фундаменталь­ных законов природы. Существенную роль при этом играет историчес­кий фон. Цель книги - заставить читателя думать, раскрыть перед ним внутренний механизм развития науки. Книга является ценным пособием для преподавателей физики в школах, ее могут с пользой изучать любоз­нательные школьники старших классов.

6. Физика. 4.1: Вселенная / Пер. с англ.; под ред. . - М.: Наука, 1973.

Книга является полезным дополнением к существующим учебникам по физике. Она рассчитана на широкий круг читателей: учащихся сред­них школ, студентов техникумов, лиц, занимающихся самообразовани­ем, и представляет большой интерес для преподавателей физики. «Все­ленная» представляет собой обширное введение в физику, главное содержание книги - основы кинематики и атомно-молекулярной теории строения вещества с элементами кинетической теории газов. В книге рассматриваются фундаментальные понятия и методы измерений време­ни, пространства и материи, даны первые представления о возможных ошибках при измерениях, о приближенных вычислениях, о регистрации измерений и некоторых современных средствах измерений.

Тематическое планирование элективного курса

(2 часа в неделю, всего 14ч)