XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Занимательные опыты по физике
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность темы.
По школьной программе изучение физики начинается с седьмого класса, и на протяжении трех лет, вплоть до окончания 9 класса школы, большая часть учеников уверена в том, что физика – это очень сложный предмет, который требует запоминания сложных законов и формул. Но физика – это ещё и интересные опыты и эксперименты. Опыты повышают интерес к изучению предмета, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире. В школьном курсе уделено мало времени практике, большое внимание уделяется теории. Вследствие этого, мне как и многим ученикам предмет неинтересен и непонятен, а материал усваивался очень тяжело и плохо. Но, когда моя сестра тоже стала изучать физику в школе, передо мной стал вопрос: «Как помочь ей и себе лучше понимать этот предмет?». Посетив библиотеку и хорошо покопавшись на просторах интернета, я находил различные опыты по физике, которые помогают нам с сестрой лучше понимать интересную, но далеко не легкую науку – физику. Поэтому я решил провести исследовательскую работу на эту тему. В дополнение к учебному материалу, содержащемуся в учебниках я постараюсь разобраться в доступной форме в вопросах: взаимодействия тел, электрических, тепловых и световых явлений.
Цели работы:
Научиться показывать простейшие занимательные опыты и уметь объяснить их, пользуясь законами и понятиями предмета физики.
Задачи:
Проанализировать учебную и научную литературу;
Провести опыты;
Привлечь интерес к физике, путем опубликования статьей в журналах «Юнный ученный», «Старт в науке».
Гипотеза: можно предположить, что опыты повысят интерес к изучению физики, научат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений.
Объект исследования: занимательные опыты по физике, которые можно проводить в домашних условиях.
Предмет исследования: закономерности явлений природы: механические, электрические, тепловые, световые.
Методы исследования: наблюдение, эксперимент, анализ.
Срок реализации проекта: октябрь 2021 – апрель 2022 года
1.Наблюдения и опыты
Для более глубокого понимания изучаемой проблемы я изучил материал из сети Интернет и прочитал книги:Перельман Я.И. Занимательная физика, Перельман Я.И. Для юных физиков: опыты и развлечения, М.И.Блудов Беседы по физике, учебники по физике под редакцией А.В.Перышкина.
Я узнал, что существует много простых и эффектных опытов, которые не являются простой ловкостью рук, а построены на основных законах физики. Многие знания получены людьми из собственных наблюдений. Для изучения какого-либо явления необходимо прежде всего наблюдать его и по возможности не один раз. Конечно, ждать, пока какое-либо явление произойдет не один раз, не стоит. Для этого можно взять и провести опыты самостоятельно. Так поступали многие ученые. Известна легенда об итальянском ученом Галилео Галилее. Для того чтобы изучить, как происходит падение тел он ронял разные шары с наклонной башни в городе Пиза. Проделав такие опыты, ученый получил подтверждение своей гипотезы и открыл закон падения тел. Это вызвало у меня познавательный интерес и побудило к деятельности. В результате у меня появилось желание участвовать в изготовлении и демонстрации занимательных опытов, которые можно провести в домашних условиях, так как их проведение не требует всякого физического оборудования. Выбирая, опыты я остановился на физических опытах, постановка которых была для меня интересной и неожиданной с моей точки зрения и объясняла изучаемую тему на школьных уроках физики. Приступив к исследовательской работе, заручился наставлениями Тиндаля: «Ловкость в производстве опытов не дается сама собою; она приобретается только трудом. Когда вы учитесь танцовать, ваши первые движения неуклюжи, и только путем упражнения научаетесь вы танцовать. Таков же и единственный путь научиться производить опыты. Поэтому не следует смущаться своею неловкостью на первых порах; повторяя и повторяя то же дело, вы скоро справитесь с ним и приобретете недостававшие вам навык и ловкость. Идя таким путем, вы вступите в прямое сношение с природой; вы будете размышлять не о том, что прочитали в книгах, а о том, что говорит вам сама природа. Мысли, порожденные этим источником, отличаются удивительною живостью, какой не может им дать одно лишь книжное знание».
1.1 Взаимодействие тел
Механика учит, что одностороннего притяжения – и вообще одностороннего действия – быть не может: всякое действие есть взаимодействие. Значит, если наэлектризованная палочка притягивает разные предметы, то она и сама притягивается к ним. Чтобы убедиться в существовании этого притяжения, нужно только сообщить гребню или палочке подвижность, например подвесив ее на нитяной петле (лучше, если нить шелковая). Тогда легко обнаружить, что всякий ненаэлектризованный предмет – хотя бы ваша рука – притягивает гребень, заставляет его поворачиваться и т. п. Это, повторяем, общий закон природы, проявляющийся всегда и всюду: всякое действие есть взаимодействие двух тел, действующих друг на друга в противоположном направлении. Действия одностороннего, не сопровождающегося противодействием того тела, на которое действие обращено – никогда в природе не бывает. Проделаем еще один опыт. Ударник подвесим на нить. Пружину ударника сожмем с помощью присоски. Сжатая пружина относительно подставки не меняет своего положения. На расстояние больше чем половина длины пружины разместим шарик на подставке. Станет ли двигаться ударник если пружина выпрямится? В результате имеем, что если пружина расположена от шарика на расстоянии большем чем половина длины пружины она не меняет своего положения относительно подставки. Приблизим шарик к ударнику, и повторим эксперимент. В результате шарик и ударник действуют друг на друга, т.е. они взаимодействуют. Из-за чего происходит взаимодействие, возможно из-за того что разные тела состоят из различной материи с ее различными свойствами, из-за действия на них различных сил. Продолжим эксперименты: используя рычажные весы с разновесом, мензурку, стакан с водой, цилиндр, соберем экспериментальную установку для измерения плотности материала, из которого изготовлен цилиндр. Абсолютную погрешность измерения массы принять равной ±0,1 Н, абсолютную погрешность измерения объема ±0,2 мл.
Схема экспериментальной установки для определения объёма тела:
Запишем формулу для расчёта плотности
Укажем результат измерений веса цилиндра в воздухе и веса цилиндра в воде с учетом абсолютных погрешностей измерений
m=(170±0,1) г. V=V2-V1=(20±0,1) мл= (20±0,1)см3(использовалась мензурка с ценой деления 0,5 мл).
Запишем численное значение выталкивающей силы.
Проведем опыт, который знакомит нас с выталкивающей силой. Используя динамометр, стакан с простой водой, цилиндр, соберем экспериментальную установку для определения выталкивающей силы (силы Архимеда), действующей на цилиндр. Абсолютная погрешность измерения силы составляет ±0,1 Н.
1) Схема экспериментальной установки для определения выталкивающей силы (силы Архимеда):
2) Запишем формулу для расчёта выталкивающей силы: P1=mg; P2=mg-Fвыт; Fвыт= P1- P2
3) Укажем результаты измерений веса цилиндра в воздухе и веса цилиндра в воде с учётом абсолютных погрешностей измерений:
4) Запишем численное значение выталкивающей силы: Fвыт=1,7-1,5=0,2 Н
Следующий опыт знакомит нас с силами трения скольжения. Используя каретку (брусок) с крючком, динамометр, два груза, направляющую рейку, соберем экспериментальную установку для измерения работы силы трения скольжения при движении каретки с грузами по поверхности рейки на расстояние в 40 см. Абсолютная погрешность измерения длины составляет ±0,5 см. Абсолютную погрешность измерения силы с помощью динамометра примем равной ±0,1 Н.
1) Схема экспериментальной установки для измерения работы силы трения скольжения:
2) Запишем формулу для расчёта работы силы трения скольжения: Fтяги = Fтр (при равномерном движении). Работа силы трения А = -Fтр · S.
3) Укажем результаты измерения модуля перемещения каретки с грузами и силы трения скольжения при движении каретки с грузами по поверхности рейки с учётом абсолютных погрешностей измерений: Fтяги = (0,6 ± 0,1) Н; S = (40,0 ± 0,5) см = (0,400 ± 0,005) м.
4) Запишем числовое значение работы силы трения скольжения: А = -0,6х0,4 = -0,24 Дж.
С силой упругости познакомимся используя следующий опыт. Используя штатив с муфтой, подвижный блок, нить, 3 груза и динамометр, соберем экспериментальную установку для измерения работы силы упругости при подъеме груза с использованием подвижного блока. Определим работу, совершаемую силой упругости при подъеме грузов на высоту 20 см. Абсолютную погрешность измерения силы с помощью динамометра примем равной ±0,1 Н.
Схема экспериментальной установки для измерения работы силы упругости при подъеме груза с использованием подвижного блока:
Запишем формулу для расчёта работы силы упругости: А=Fупр*S
Укажем результаты измерения силы упругости с учетом абсолютной погрешности и пути. Fупр=(1.6 ± 0,1) H, при подъеме груза на 20 см, динамометр необходимо поднять на 40 см, т.е. S=0.4 м.
Запишем числовое значение работы силы упругости. А=1,6*0,4=0,64 Дж.
Выводы по разделу:
Действие одного тела на другое не может быть односторонним, оба тела действуют друг на друга, т.е. взаимодействуют.
В результате взаимодействия оба тела могут изменить свою скорость.
Сила является мерой взаимодействия тел.
1.2 Работа
В физике изучают прежде всего механическую работу. Термин «Механическая работа» ввел в физику в 1826 году французский ученный Жан-Виктор Панселье. Механическая работа – это постоянное преодоление сопротивлений силой действующей вдоль пути. На сегодняшний день в физике следующее определение: механическая работа прямо пропорциональна пройденному пути. А=F*S, где А - работа (Дж), F – сила (Н), S – путь (м). Примером механической работы является поезд движущийся под действием силы тяги электровоза или автомобиль движущийся по автомагистрали благодаря работающему двигателю или мяч падающий под действием силы тяжести и др. С незапамятных времен человек для совершения механической работы использует различные приспособления. Рассмотрим самый простой и распространенный механизм рычаг.
Какой груз вы можете поднять рукой? Положим, что 10 кг. Вы думаете, что эти 10 кг определяет силу мускулов вашей руки? Ошибаетесь: мускулы гораздо сильнее! Проследите за действием, например, так называемой двуглавой мышцы вашей руки. Она прикреплена близ точки опоры рычага, каким является кость предплечья, а груз действует на другой конец этого живого рычага. Расстояние от груза до точки опоры, т. е. до сустава, почти в 8 раз больше, чем расстояние от конца мышцы до опоры. Значит, если груз составляет 10 кг, то мускул тянет с силой, в 8 раз большей. Развивая силу в 8 раз большую, чем наша рука, мускул мог бы непосредственно поднять не 10 кг, а 80 кг. Мы вправе без преувеличения сказать, что каждый человек гораздо сильнее самого себя, т. е. что наши мускулы развивают силу, значительно большую той, которая проявляется в наших действиях. Целесообразно ли такое устройство? На первый взгляд как будто нет, – мы видим здесь потерю силы, ничем не вознаграждаемую. Однако вспомним старинное “золотое правило” механики: что теряется в силе, выигрывается в перемещении. Тут и происходит выигрыш в скорости: наши руки движутся в 8 раз быстрее, чем управляющие ими мышцы. Тот способ прикрепления мускулов, который мы видим в теле животных, обеспечивает конечностям проворство движении, более важное в борьбе за существование, нежели сила. Мы были бы крайне медлительными существами, если бы наши руки и ноги не были устроены по этому принципу. Продолжим исследования работы: используя рычаг, линейку, три груза, штатив и динамометр, соберем установку для исследования равновесия рычага. Три груза подвесим слева от оси вращения рычага следующим образом: два груза на расстоянии 6 см и один груз на расстоянии 12 см от оси. Определим момент силы, которую необходимо приложить к правому концу рычага на расстоянии 6 см от оси вращения рычага для того, чтобы он оставался в равновесии в горизонтальном положении. Абсолютную погрешность измерения силы с помощью динамометра принять равной ± 0,1 Н, абсолютную погрешность измерения расстояния с помощью линейки принять равной ± 0,2 мм.
Схема экспериментальной установки для исследования равновесия рычага:
2) Запишем формулу для расчёта момента силы: M = FL.
3) Укажем результаты измерения момента силы с учетом абсолютной погрешности и пути: F = (4,0± 0,1) Н; L = (0,06± 0,2) м.
4) Запишем числовое значение: M = 4,0*0,06=0,24 Н · м.
При создании машин, механизмов и различных конструкций важно знать, при каких условиях они будут устойчивыми, т.е. находиться в равновесии. Представляю занимательный опыт по определению центра тяжести. Если я скажу вам: “Сейчас вы сядете на стул так, что не сможете встать, хотя и не будете привязаны”, вы примете это, конечно, за шутку. Хорошо. Сядьте же так, как сидит человек, изображенный на следующем рисунке
т. е. держа туловище отвесно и не пододвигая ног под сиденье стула. А теперь попробуйте встать, не меняя положения ног и не нагибая корпуса вперед. Что, не удается? Никаким усилием мускулов не удастся вам встать со стула, пока вы не пододвинете ног под сиденье или не подадитесь корпусом вперед. Чтобы понять, почему это так, нам придется побеседовать немного о равновесии тел вообще и человеческого в частности. Стоящий человек не падает только до тех пор, пока отвесная линия из центра тяжести находится внутри площадки, ограниченной краями его ступней, поэтому так трудно стоять на одной ноге; еще труднее стоять на канате: основание очень мало и отвесная линия легко может выйти за его пределы. Заметили ли вы, какой странной походкой отличаются старые “морские волки”? Проводя всю жизнь на качающемся судне, где отвесная линия из центра тяжести их тела ежесекундно может выйти за пределы пространства, занятого ступнями, моряки вырабатывают привычку ступать так, чтобы основание их тела (т. е. широко расставленные ноги) захватывало возможно большее пространство. Это придает морякам необходимую устойчивость на колеблющейся палубе; естественно, что та же привычка сохраняется при ходьбе по твердой земле. Можно привести и обратный пример, когда необходимость поддерживать равновесие обусловливает красоту позы. Обращали вы внимание на то, какой стройный вид имеет человек, несущий на голове груз? Всем известны изящные изваяния женских фигур с кувшином на голове. Неся на голове груз, по необходимости приходится держать голову и туловище прямо: малейшее уклонение грозит вывести центр тяжести (приподнятый в таких случаях выше обычного положения) из контура основания, и тогда равновесие фигуры будет нарушено. Теперь вернемся к опыту с вставанием сидящего человека. Центр тяжести туловища сидящего человека находится внутри тела, близ позвоночника, сантиметров на 20 выше уровня пупка. Проведите отвесную линию из этой точки вниз: она пройдет под стулом, позади ступней. А чтобы человек мог стоять, линия эта должна проходить между ступнями. Когда человек стоит, отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит внутри площадки, ограниченной ступнями. Значит, вставая, мы должны либо податься грудью вперед, перемещая этим центр тяжести, либо же пододвинуть ноги назад, чтобы подвести опору под центр тяжести. Обычно мы так и делаем, когда встаем со стула. Но если нам не разрешают делать ни того, ни другого, то встать мудрено.
Выводы по разделу:
Механическая работа совершается в том случае, когда тело движется под действием силы.
Рычаг это простой механизм, представляющий собой твердо тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси.
«Золотое правило механики»: во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии
При создании машин, механизмов и различных конструкций важно знать, при каких условиях они будут устойчивыми, т.е. находиться в равновесии.
1.3 Тепловые явления
В окружающем нас мире происходят различные физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел. Проведем эксперимент: из тонкой папиросной бумаги вырежем прямоугольничек. Перегнем его по средним линиям и снова расправьте: мы будем знать, где центр тяжести нашей фигуры. Положите теперь бумажку на острие торчащей иглы так, чтобы игла подпирала ее как раз в этой точке. Бумажка останется в равновесии: она подперта в центре тяжести. Но от малейшего дуновения она начнет вращаться на острие. Пока приборчик не обнаруживает ничего таинственного. Но приблизьте к нему руку, как показано на рисунке
приближайте осторожно, чтобы бумажка не была сметена потоком воздуха. Вы увидите странную вещь: бумажка начнет вращаться, сначала медленно, потом все быстрее. Отодвиньте руку – вращение прекратится. Приблизьте – опять начнется. Это загадочное вращение одно время – в семидесятых годах IXX века – давало многим повод думать, что тело наше обладает какими-то сверхъестественными свойствами. Любители мистического находили в этом опыте подтверждение своим туманным учениям об исходящей из человеческого тела таинственной силе. Между тем причина вполне естественна и очень проста: воздух, нагретый снизу вашей рукой, поднимается вверх и, напирая на бумажку, заставляет ее вращаться, подобно всем известной спиральной “змейке” над лампой, потому что, перегибая бумажку, вы придали ее частям легкий уклон. Внимательный наблюдатель может заметить, что описанная вертушка вращается в определенном направлении – от запястья, вдоль ладони, к пальцам. Это можно объяснить разницей температур названных частей руки: концы пальцев всегда холоднее, нежели ладонь; поэтому близ ладони образуется более сильный восходящий ток воздуха, который и ударяет в бумажку сильнее, чем ток, порождаемый теплотой пальцев.
1.4 Электрические явления
Ещё в глубокой древности люди заметили, что янтарь (окаменевшая смола хвойных деревьев), потёртый о шерсть, приобретает способность притягивать к себе различные тела: соломинки, пушинки, ворсинки меха и т. д. В дальнейшем установили, что этим свойством обладают и другие вещества: стеклянная палочка, потёртая о шёлк, палочка из органического стекла, натёртая о бумагу, эбонит (каучук с большой примесью серы), потёртый о сукно или мех. Так, если потереть стеклянную палочку о лист бумаги, а затем поднести её к мелко нарезанным листочкам бумаги, то они начнут притягиваться к стеклянной палочке. К ней будут притягиваться и тонкие струйки воды. Наблюдаемые явления в начале XVII в. были названы электрическими (от греч. электрон — янтарь). С помощью газетного наэлектризованного листа: вырежьте из папиросной бумаги небольшую фигурку бабочки и привяжите ее к нитке. Если вы будете держать над ней за шелковинки наэлектризованный газетный лист, то бабочка притянется к нему и начнет как бы парить в воздухе, удерживаемая, как воздушный шар на привязи, привязанной к ней ниткой. Вот еще опыт с наэлектризованной газетой. Вырежьте из бумаги несколько фигурок и к ноге каждой привяжите по крупной бисеринке, достаточно тяжелой, чтобы своим весом удерживать всю фигурку на месте, когда на нее дуют. Если теперь будете водить наэлектризованной бумагой над этими фигурками, то последние, притягиваемые бумагой и удерживаемые бисеринками, будут исполнять довольно забавный танец.
1.5 Световые явления
Ещё в глубокой древности учёные интересовались природой света. Древние египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установления колонн по прямой линии. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные. Свойствами теней можно воспользоваться, чтобы показать интересную шутку. Из промасленной бумаги устроим экран; для этого достаточно затянуть такой бумагой квадратный вырез в листе картона. Позади экрана поместите две лампы; зрители будут сидеть впереди него, по другую сторону. Одну лампу, например левую, зажгите. Между зажженной лампой и экраном поставьте на проволоке овальный кусок картона, и тогда на экране появится, конечно, силуэт яйца. (Правая лампа пока не зажжена.) Теперь вы заявляете гостям, что приведете в действие “рентгеновский аппарат”, который обнаружит внутри яйца… цыпленка! И действительно, через мгновение гости видят, как силуэт яйца словно светлеет по краям, а в середине его довольно отчетливо вырисовывается силуэт.
Разгадка фокуса проста: вы зажигаете правую лампу, на пути лучей которой помещен картонный контур цыпленка. Часть овальной тени, на которую накладывается тень от “цыпленка”, освещена правой лампой, поэтому края “яйца” светлее внутренней части. Зрители же, сидящие по ту сторону экрана и ничего не подозревающие о ваших действиях, могут, пожалуй, – если они несведущи в физике и анатомии, – вообразить, что вы в самом деле пропустили через куриное яйцо рентгеновские лучи. Продолжим эксперименты: используя собирающую линзу, экран, лампу на подставке, источник тока, соединительные провода, ключ, линейку, соберем экспериментальную установку для исследования свойств изображения, полученного с помощью собирающей линзы от лампы, расположенной от центра линзы на расстоянии 15 см.
Схема экспериментальной установки:
Передвинув экран, получим чёткое изображение: перевёрнутое, уменьшенное, действительное.
Вывод: лампа расположена за двойным фокусным расстоянием от центра линзы.
Заключение
На протяжении всей работы я прочитал много интересных фактов из раздела физики. Увидел, что занимательных опытов великое множество. Научился проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперимент. Углубил и расширил свой кругозор, совершенствовал свои знания и умения. Подобрал, а потом провел, самые основные опыты и эксперименты, которые помогут лучше понимать материал мне и моей сестре в следующих разделах физики: взаимодействия тел, электрических, тепловых и световых явлений. Кроме этого, научился объяснять физические явления, которые присутствуют в этих опытах. Таким образом, были достигнуты все цели, поставленные в начале исследовательской работы. В дальнейшем я продолжу свои наблюдения и исследования, ведь законы физики сопровождают нас в течение всей жизни. В ходе работы я принял участие в VX международном конкурсе научно-исследовательских и творческих работ учащихся, итоги конкурса будут подведены 1 апреля. Опубликовал свою исследовательскую работу в журналах «Юный ученный», «Старт в науке», журналы с публикацией выйдут в апреле этого года.
Список использованной литературы
Лазарев В.С. Проектная деятельность в школе. Сургут, РИО СурГПУ, 2014.
Перельман Я.И. Для юных физиков: опыты и развлечения. Римис 2015.
Перельман Я.И. Занимательная физика. Аванта 2017.
Перышкин А.В. Физика 7 кл.: учебник Дрофа 2018
Перышкин А.В. Физика 8 кл.: учебник Дрофа 2018
Перышкин А.В. Физика 9 кл.: учебник Дрофа 2018
Проект с участием разработчиков КИМ ОГЭ Физика под редакцией Е.Е.Камзеевой М 2022
https://yandex.ru/video/preview/?filmId
Слайд 1 Здравствуйте уважаемые члены комиссии, я Стрельцов Лазарь, учащийся 9 А класса, представляю свой проект на тему «Занимательные опыты по физике.
Слайд 2 По школьной программе изучение физики начинается с седьмого класса, и на протяжении трех лет, кажется что физика – это очень сложный предмет, который требует запоминания сложных законов и формул. Но физика – это ещё и интересные опыты и эксперименты. Когда моя сестра тоже стала изучать физику в школе, передо мной стал вопрос как помочь ей и себе лучше понимать этот предмет. Посетив библиотеку и хорошо покопавшись на просторах интернета, я находил различные опыты по физике, которые помогают нам лучше понимать интересную, но далеко не легкую науку – физику. Поэтому я решил провести исследовательскую работу на эту тему.
Слайд 3 Наэкране представлены цели и задачи. Вы можете с ними ознакомиться.
Слайд 4 Гипотеза: можно предположить, что опыты повысят интерес к изучению физики, научат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений. Вы можете так же ознакомиться с объектом, предметом и методами исследования. Срок реализации проекта с октября 2021 по апрель 2022 года.
Слайд 5Я узнал, что существует много простых и эффектных опытов, которые не являются простой ловкостью рук, а построены на основных законах физики. Многие знания получены людьми из собственных наблюдений. Для изучения какого-либо явления необходимо прежде всего наблюдать его и по возможности не один раз. Конечно, ждать, пока какое-либо явление произойдет не один раз, не стоит. Для этого можно взять и провести опыты самостоятельно.
Слайд 6 Так поступали многие ученые. Известна легенда об итальянском ученом Галилео Галилее. Для того чтобы изучить, как происходит падение тел он ронял разные шары с наклонной башни в городе Пиза. Проделав такие опыты, ученый получил подтверждение своей гипотезы и открыл закон падения тел. Это вызвало у меня познавательный интерес и побудило к деятельности. В результате у меня появилось желание участвовать в изготовлении и демонстрации занимательных опытов, которые можно провести в домашних условиях.
Слайд 7 Значит, если наэлектризованная палочка притягивает разные предметы, то она и сама притягивается к ним. Чтобы убедиться в существовании этого притяжения, нужно только сообщить гребню или палочке подвижность, например подвесив ее на нитяной петле (лучше, если нить шелковая). Тогда легко обнаружить, что всякий ненаэлектризованный предмет – хотя бы ваша рука – притягивает гребень, заставляет его поворачиваться и т. п. Это общий закон природы, проявляющийся всегда и всюду: всякое действие есть взаимодействие двух тел, действующих друг на друга в противоположном направлении. Действия одностороннего, не сопровождающегося противодействием того тела, на которое действие обращено – никогда в природе не бывает. Проведем опыт, который знакомит нас с выталкивающей силой. Используя динамометр, стакан с простой водой, цилиндр, соберем экспериментальную установку для определения выталкивающей силы (силы Архимеда), действующей на цилиндр.
1) Схема экспериментальной установки для определения выталкивающей силы (силы Архимеда):
2) Запишем формулу для расчёта выталкивающей силы: P1=mg; P2=mg-Fвыт; Fвыт= P1- P2
3) Укажем результаты измерений веса цилиндра в воздухе и веса цилиндра в воде с учётом абсолютных погрешностей измерений:
4) Запишем численное значение выталкивающей силы: Fвыт=1,7-1,5=0,2 Н
Слайд 8 На сегодняшний день в физике следующее определение: механическая работа прямо пропорциональна пройденному пути. А=F*S, где А - работа (Дж), F – сила (Н), S – путь (м). Примером механической работы является поезд движущийся под действием силы тяги электровоза или автомобиль движущийся по автомагистрали благодаря работающему двигателю или мяч падающий под действием силы тяжести и др. С незапамятных времен человек для совершения механической работы использует различные приспособления. Рассмотрим самый простой и распространенный механизм рычаг.
Какой груз вы можете поднять рукой? Положим, что 10 кг. Вы думаете, что эти 10 кг определяет силу мускулов вашей руки? Ошибаетесь: мускулы гораздо сильнее! Проследите за действием, например, так называемой двуглавой мышцы вашей руки. Она прикреплена близ точки опоры рычага, каким является кость предплечья, а груз действует на другой конец этого живого рычага. Расстояние от груза до точки опоры, т. е. до сустава, почти в 8 раз больше, чем расстояние от конца мышцы до опоры. Значит, если груз составляет 10 кг, то мускул тянет с силой, в 8 раз большей. Развивая силу в 8 раз большую, чем наша рука, мускул мог бы непосредственно поднять не 10 кг, а 80 кг. Мы вправе без преувеличения сказать, что каждый человек гораздо сильнее самого себя, т. е. что наши мускулы развивают силу, значительно большую той, которая проявляется в наших действиях. Целесообразно ли такое устройство? На первый взгляд как будто нет, – мы видим здесь потерю силы, ничем не вознаграждаемую. Однако вспомним старинное “золотое правило” механики: что теряется в силе, выигрывается в перемещении. Тут и происходит выигрыш в скорости: наши руки движутся в 8 раз быстрее, чем управляющие ими мышцы. Тот способ прикрепления мускулов, который мы видим в теле животных, обеспечивает конечностям проворство движении, более важное в борьбе за существование, нежели сила. Мы были бы крайне медлительными существами, если бы наши руки и ноги не были устроены по этому принципу.
Слайд 9 При создании машин, механизмов и различных конструкций важно знать, при каких условиях они будут устойчивыми, т.е. находиться в равновесии. Представляю занимательный опыт по определению центра тяжести. Если я скажу вам: “Сейчас вы сядете на стул так, что не сможете встать, хотя и не будете привязаны”, вы примете это, конечно, за шутку. Хорошо. Сядьте же так, как сидит человек, изображенный на следующем рисунке…..т. е. держа туловище отвесно и не пододвигая ног под сиденье стула. А теперь попробуйте встать, не меняя положения ног и не нагибая корпуса вперед. Что, не удается? Никаким усилием мускулов не удастся вам встать со стула, пока вы не пододвинете ног под сиденье или не подадитесь корпусом вперед. Чтобы понять, почему это так, нам придется побеседовать немного о равновесии тел вообще и человеческого в частности. Стоящий человек не падает только до тех пор, пока отвесная линия из центра тяжести находится внутри площадки, ограниченной краями его ступней. Центр тяжести туловища сидящего человека находится внутри тела, близ позвоночника, сантиметров на 20 выше уровня пупка. Проведите отвесную линию из этой точки вниз: она пройдет под стулом, позади ступней. А чтобы человек мог стоять, линия эта должна проходить между ступнями. Когда человек стоит, отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит внутри площадки, ограниченной ступнями. Значит, вставая, мы должны либо податься грудью вперед, перемещая этим центр тяжести, либо же пододвинуть ноги назад, чтобы подвести опору под центр тяжести. Обычно мы так и делаем, когда встаем со стула. Но если нам не разрешают делать ни того, ни другого, то встать мудрено.
Слайд 10 Проведем эксперимент: из тонкой папиросной бумаги вырежем прямоугольничек. Перегнем его по средним линиям и снова расправим: мы будем знать, где центр тяжести нашей фигуры. Положим теперь бумажку на острие торчащей иглы так, чтобы игла подпирала ее как раз в этой точке. Бумажка останется в равновесии: она подперта в центре тяжести. Но от малейшего дуновения она начнет вращаться на острие. Пока приборчик не обнаруживает ничего таинственного. Но приблизьте к нему руку, как показано на рисунке…
приближайте осторожно, чтобы бумажка не была сметена потоком воздуха. Вы увидите странную вещь: бумажка начнет вращаться, сначала медленно, потом все быстрее. Отодвиньте руку – вращение прекратится. Приблизьте – опять начнется. Это загадочное вращение одно время – в семидесятых годах IXX века – давало многим повод думать, что тело наше обладает какими-то сверхъестественными свойствами. Любители мистического находили в этом опыте подтверждение своим туманным учениям об исходящей из человеческого тела таинственной силе. Между тем причина вполне естественна и очень проста: воздух, нагретый снизу вашей рукой, поднимается вверх и, напирая на бумажку, заставляет ее вращаться, подобно всем известной спиральной “змейке” над лампой, потому что, перегибая бумажку, вы придали ее частям легкий уклон. Внимательный наблюдатель может заметить, что описанная вертушка вращается в определенном направлении – от запястья, вдоль ладони, к пальцам. Это можно объяснить разницей температур названных частей руки: концы пальцев всегда холоднее, нежели ладонь; поэтому близ ладони образуется более сильный восходящий ток воздуха, который и ударяет в бумажку сильнее, чем ток, порождаемый теплотой пальцев.
Слайд 11 Янтарь (окаменевшая смола хвойных деревьев), потёртый о шерсть, приобретает способность притягивать к себе различные тела: пушинки, ворсинки меха и т. д. В дальнейшем установили, что этим свойством обладают и другие вещества: стеклянная палочка, потёртая о шёлк, палочка из органического стекла, натёртая о бумагу, эбонит (каучук с большой примесью серы) потёртый о сукно или мех. Так, если потереть воздушный шарик о сукно, а затем поднести её к мелко нарезанным листочкам бумаги, то они начнут притягиваться. Так же будут притягиваться и тонкие струйки воды. Наблюдаемые явления в начале XVII в. были названы электрическими (от греч. электрон — янтарь). Вот еще опыт с наэлектризованной газетой. Вырежьте из бумаги несколько фигурок и к ноге каждой привяжите по крупной бисеринке, достаточно тяжелой, чтобы своим весом удерживать всю фигурку на месте, когда на нее дуют. Если теперь будете водить наэлектризованной бумагой над этими фигурками, то последние, притягиваемые бумагой и удерживаемые бисеринками, будут исполнять довольно забавный танец.
Слайд 12 Древние египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установления колонн по прямой линии. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные. Свойствами теней можно воспользоваться, чтобы показать интересную шутку. Из промасленной бумаги устроим экран; для этого достаточно затянуть такой бумагой квадратный вырез в листе картона. Позади экрана поместите две лампы; зрители будут сидеть впереди него, по другую сторону. Одну лампу, например левую, зажгите. Между зажженной лампой и экраном поставьте на проволоке овальный кусок картона, и тогда на экране появится, конечно, силуэт яйца. (Правая лампа пока не зажжена.) Теперь вы заявляете гостям, что приведете в действие “рентгеновский аппарат”, который обнаружит внутри яйца… цыпленка! И действительно, через мгновение гости видят, как силуэт яйца словно светлеет по краям, а в середине его довольно отчетливо вырисовывается силуэт. Разгадка фокуса проста: вы зажигаете правую лампу, на пути лучей которой помещен картонный контур цыпленка. Часть овальной тени, на которую накладывается тень от “цыпленка”, освещена правой лампой, поэтому края “яйца” светлее внутренней части. Зрители же, сидящие по ту сторону экрана и ничего не подозревающие о ваших действиях, могут, пожалуй, – если они несведущи в физике и анатомии, – вообразить, что вы в самом деле пропустили через куриное яйцо рентгеновские лучи.
Слайд 13 На протяжении всей работы я прочитал много интересных фактов. Увидел, что занимательных опытов великое множество. Научился проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперимент. Подобрал, а потом провел, самые основные опыты и эксперименты, которые помогут лучше понимать материал в следующих разделах физики: взаимодействия тел, электрических, тепловых и световых явлений. Кроме этого, научился объяснять физические явления, которые присутствуют в этих опытах. Таким образом, была достигнута цели, и решены все задачи поставленные в начале исследовательской работы. В дальнейшем я продолжу свои наблюдения и исследования, ведь законы физики сопровождают нас в течение всей жизни. В ходе работы я принял участие в VX международном конкурсе научно-исследовательских и творческих работ учащихся, итоги конкурса будут подведены 1 апреля. Опубликовал свою исследовательскую работу в журналах «Юный ученный», «Старт в науке», журналы с публикацией выйдут в апреле этого года. Начал работу над монтированием видео о проделанных опытах, чтоб выложить полученный фильм в интернет на сайт https://www.rutube.com для общего просмотра.