experiment, Zadania z olimpiad fizycznych, Rosyjskie olimpiady fizyczne
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
С. Д. Варламов
А. Р. Зильберман
В. И. Зинковский
Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь Н Ы Е
З А Д А Ч И
Н А
У Р О К А Х Ф И З И К И
И Ф И З И Ч Е С К И Х
О Л И М П И А Д А Х
Москва
Издательство МЦНМО
2009
УДК 53 (023)
ББК 22.3я721 + 74.262.22
В18
Поддержано Департаментом образования г. Москвы
в рамках программы «Одарённые дети»
Варламов С. Д., Зильберман А. Р., Зинковский В. И.
В18
Экспериментальные задачи на уроках физики и физиче
ских олимпиадах.— М.: МЦНМО, 2009. — 184 с.
ISBN 9785940574675
Открытая вами книга адресована школьным учителям физики и тем
ученикам старших классов, которым интересна настоящая, реальная (кон
кретная, крутая и т. д.) экспериментальная физика. Полезна эта книга
будет и студентам первых курсов физических отделений вузов. Возможно,
её
будут
использовать
и
организаторы
школьных
физических
олимпиад
разных уровней.
В первой части книги рассматриваются простые методы измерений
различных физических величин, способы оценки погрешностей измерений,
приёмы, позволяющие получить приемлемую (максимальную в данных
условиях) точность измерений при ограниченных экспериментальных воз
можностях.
Во второй части книги описаны многочисленные экспериментальные
задачи для физических олимпиад, значительная часть которых была пред
ложена авторами. Большинство задач давались на экспериментальных ту
рах Московской городской олимпиады в разные годы. Приведены условия
задач, рекомендации для организаторов олимпиады по задачам, примерные
решения этих задач.
ББК 22.3я721 + 74.262.22
© Варламов С. Д., Зильберман А. Р.,
Зинковский В. И., 2009.
© МЦНМО, 2009.
ISBN 9785940574675
В В Е Д Е Н И Е
По
большому
счёту
обучение
ведётся
для
того,
чтобы
«научившийся»
мог
применять
свои
знания
на
практике.
Поэтому
важнейшим
элементом
обучения
является
практи
ческое
использование
тех
приборов
и
методов
измерений,
которые уже изучены школьниками.
Традиционно при изучении физики эксперименты разде
ляются на две большие группы: демонстрационные экспе
рименты, выполняемые обычно учителем, и практические
(экспериментальные) работы, выполняемые школьниками са
мостоятельно.
Демонстрационные
эксперименты
нужны
в
следующих
случаях.
1. Когда нужно познакомить учеников с физическими
явлениями и обстоятельствами, послужившими отправной
точкой для формулировки основных физических законов их
первооткрывателями. Как известно, обнаруженные при на
блюдениях закономерности обобщаются и формулируются
в виде соответствующих «законов природы». Иногда такие
«законы» получают имена своих первооткрывателей, напри
мер всем известный закон Архимеда, или закон Кулона. Все
законы физики имеют практическую основу — они являются
обобщением опыта.
2. Когда рассматривается устройство и принципы дей
ствия измерительных приборов, основанных на различных
физических явлениях. Приборов, которые позволяют изме
рять различные физические параметры, гораздо больше, чем
основных физических законов. И хотя у каждого прибора
имеется свой автор, то есть тот человек, который первым
предложил и реализовал конструкцию прибора, имена ав
торов обычно не сообщаются школьникам. Внимание этому
вопросу (авторству) уделяется только при изучении истории
физики.
3. При изучении сложных технических устройств или
процессов, в которых используются в комбинации различные
физические явления.
4
Введение
Практические самостоятельные экспериментальные рабо
ты тоже могут быть разделены на группы по назначению.
1. Качественные эксперименты: соберите — включите —
посмотрите — зарисуйте — сделайте вывод (словесная форму
лировка). Такие эксперименты нужны для непосредственного
ознакомления с физическими явлениями. Например, в таком
эксперименте проверяется «закон сообщающихся сосудов».
2. Количественные эксперименты: соберите — измерьте —
вычислите — постройте график — запишите результат в тет
радь.
Этот
тип
экспериментов
предназначен
для
выработки
навыков
применения
простейших
измерительных
приборов
и
оформления
экспериментальных
работ.
Например,
экспе
римент,
в
котором
регистрируются
различные
удлинения
одной
и
той
же
пружины,
если
на
ней
подвешены
разные
грузы, относится к этому типу.
3. Творческие эксперименты: дан некий набор оборудова
ния, которое можно использовать в эксперименте, дан объект
исследования, сформулирована конечная цель, однако не да
ны чёткие однозначные инструкции, следуя которым можно
было бы добраться до конечной цели.
Именно последний тип экспериментальных творческих
работ в подробностях рассматривается на страницах книги.
Работы этого типа «заставляют» учеников самостоятельно
искать пути, ведущие к конечному результату, разрабаты
вать план действий, учитывать возможности предоставлен
ных приборов и оборудования и добиваться получения мак
симально
возможной точности не за счёт
высокой
точности
приборов,
а
за
счёт
того,
что
выбран
оптимальный
метод
измерений.
Такие работы позволяют ученикам реализовывать и раз
вивать свои творческие способности, которые в других видах
учебной деятельности используются в малой степени.
1
Ч А С Т Ь
Предлагая серию экспериментальных заданий для школь
ников 9—11 классов, мы ставим целью дать им возможность
освоить простые методы измерений различных физических
величин, научить корректно (и без привлечения непонятных
математических методов) оценивать погрешности измерений
и на этой основе искать оптимальные методики и разум
но организовывать эксперимент. Почти все предлагаемые
задания рассчитаны на применение предельно простого обо
рудования, вполне доступного для кабинета физики в школе.
Точность получаемых результатов должна достигаться в экс
перименте за счёт удачного выбора методики, а не за счёт
применения фантастически точных (и столь же дорогих) за
граничных приборов. В большинстве предлагаемых работ нет
«наилучшего метода измерений» — такой метод обычно бы
вает продиктован наличием заранее собранной хитроумной
измерительной установки, методы можно придумывать, ком
бинировать и сравнивать по достигаемой точности и удобству
проведения эксперимента — именно в этом и заключается
смысл обучения умению измерять. Во многих из предлагае
мых задач не так легко додуматься не только до оптимальной,
но и вообще до какойнибудь «работающей» методики —
тут у разумных и быстро соображающих школьников есть
явное преимущество перед учителями (авторы не исключают
из этой категории и себя — в справедливости приведённого
утверждения они многократно убеждались за суммарные на
всех авторов 70 лет работы с одарёнными детьми).
Работы по механике
Простые измерения
Работа 1. Измерение массы, размеров и плотности тел
Цель
работы — проделать
простые
измерения
массы
и
размеров
тел,
определить
плотности
этих
тел.
Часть
тел —
[ Pobierz całość w formacie PDF ]