XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучаем физику по собственным приборам: звуковой детектор и электроскоп

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гордиенко С.Р. 1Чермных И.Д. 1

---

1МОУ Гимназия №7

Зданевич Н.В. 1

---

1МОУ Гимназия №7

Работа в формате PDF

6.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Актуальность: физика наука экспериментальная и создание приборов своими руками способствует лучшему усвоению законов и явлений.

В этом учебном году мы начали изучать эту очень интересную, необходимую каждому человеку науку. С самого первого урока физика нас увлекла, зажгла в нас костёр желания узнавать новое и докапываться до истины, вовлекла в раздумья, навела на интересные идеи… Физика - это не только научные книги и сложные приборы, не только огромные лаборатории. Физика - это еще и фокусы, показанные в кругу друзей, это смешные истории и забавные игрушки-самоделки. Физические опыты можно делать с поварешкой, стаканом, картофелиной, карандашом шарами, стаканами, карандашами, пластиковыми бутылками, монетами, иголками и т.д. Гвозди и соломинки, спички и консервные банки, обрезки картона и даже капельки воды - все пойдет в дело!

Много различных вопросов возникает при изучении каждой темы. На многие может ответить учитель, но насколько чудесно добыть ответы путём собственного самостоятельного исследования!

Гипотеза: Возможно ли сделать приборы по физике для демонстрации некоторых физических явлений своими руками, объяснить принцип действия каждого прибора и продемонстрировать их работу с помощью экспериментов, поставленных в условиях школы и в домашних условиях?

Цель проекта: Изучить теоретические основы, заинтересовать учащихся, сформировать представления у них о том, что физика как наука не оторвана от реальной жизни, развивать мотивации к обучению физики.

Объект проекта: приборы, сделанные своими руками, результаты физических опытов.

Задачи проекта: Для достижения поставленной цели нам необходимо решить следующие задачи:

Изучение информации из разных источников по данной проблеме.

Выбор методов исследования и практическое овладение ими.

Сбор собственного материала – комплектование подручных материалов, проведение опытов.

Провести эксперименты и сделать соответствующие выводы.

Методы исследования: анализ, наблюдение, эксперимент.

Глава 1.

У великого русского поэта М. В. Ломоносова есть такие строки «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением». Это значит, что изучение большинства наук невозможно без постановки опытов.Для того, чтобы поставить необходимый опыт, нужно иметь приборы и измерительные инструменты. И не думайте, что все приборы делаются на заводах. Во многих случаях исследовательские установки сооружаются самими исследователями. При этом считается, что талантливее тот исследователь, который может поставить опыт и получить хорошие результаты не только на сложных, а и на более простых приборах. Сложное оборудование обоснованно применять только в тех случаях, когда без него нельзя обойтись. Так что не надо пренебрегать самодельными приборами- гораздо полезнее сделать их самим, чем пользоваться покупными. Использование самодельных приборов в школьном курсе мы считаем очень полезно. Изготовление приборов ведет за собой не только повышение уровня знаний, но и выявляет основное направление деятельности. 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. Изготавливать приборы на месте своими силами можно и нужно. Самодельные приборы имеют и другую постоянную ценность: их изготовление, с одной стороны, развивает у нас учащихся практические умения и навыки, а с другой - свидетельствует о творческой работе. Некоторые самодельные приборы могут оказаться удачнее промышленных, более наглядными и простыми в действии, более понятными нам учащимся. Другие позволяют полнее и последовательнее проводить эксперимент с помощью существующих промышленных приборов, расширяют возможность их использования.

Приступая к проектной работе, мы изучили научную и популярную литературу по созданию самодельных приборов. Мы узнали, что при конструировании, изготовлении и применении самодельного прибора учащиеся должны:

 четко представлять его назначение;

 заранее рассчитать его отдельные элементы, сделать необходимые схемы, чертежи;

 хорошо представлять принцип действия прибора;

 уяснить, на использовании каких законов основана его работа;

 согласовать параметры намечаемого к изготовлению прибора с параметрами тех приборов, совместно с которыми он будет работать;

 уметь ответить на вопросы: какова природа физического явления, демонстрируемого с помощью этого прибора, где применяется и встречается это явление: от каких факторов зависит эффективность его демонстрации.

Рассмотрели следующие этапы конструирования и изготовления самодельного оборудования:

- накопление теоретических и практических знаний и умений;

- составление эскизных рисунков, чертежей, схем прибора;

- выбор наиболее удачного варианта и краткое описание принципа его действия

- предварительный расчет и приближенное определение параметров элементов, составляющих выбранный вариант прибора;

- принципиальное теоретическое решение и разработка самого проекта;

- подбор деталей, материалов, инструментов и измерительных приборов для материализации проекта;

- мысленное предвосхищение всех основных этапов деятельности по сборке материального макета проекта;

- систематический контроль своей деятельности при изготовлении прибора (установки);

- снятие характеристик с изготовленного прибора (установки) и сравнение их с предполагаемыми (анализ проекта);

- перевод макета в завершенную конструкцию прибора (установки) (практическая реализация проекта);

- защита проекта на специальной конференции и демонстрация прибора (презентация).

Глава 2. Колебания звуковых волн.

Звуковая волна – что это?Звуки достигают наших ушей, распространяясь в воздухе в виде волн. Но звук может проходить и, сквозь твердые тела и жидкости. Даже плывя под водой в море или бассейне, мы все равно слышим звук. Морские волны бегут по воде, потому что она - подходящий путь для их перемещения, подобно тому как шоссе – путь для автомобилей. Звуковым волнам тоже нужен путь, по которому они могут распространяться. Им может служить любое вещество, через которое проходит звук. Такое вещество обычно называют средой, и она может быть, чем угодно – от воздуха до куска железа. Когда мы слышим звук из телевизора, нам кажется, что он перемещается от динамиков к нашим ушам через пустое пространство. На самом деле звуки проходят по воздуху в комнате. Воздух невидим, но, если бы мы могли покрасить его, чтобы он стал заметен, можно было разглядеть звуковые волны, распространяющиеся, подобно волнам на море. Иными словами, мы увидели бы колебания частиц воздуха, в результате которых акустическая – звуковая – энергия передается от телевизора к нашим ушам. Но если бы можно было откачать из комнаты весь воздух, то звуки от телевизора, да и любые другие звуки исчезли бы. Звук не может распространяться в вакууме – пустом пространстве, для его прохождения необходима какая-то среда. Хотя звуковые волны очень похожи на волны на воде, они все же отличаются от них одной очень важной особенностью. Образно их лучше всего сравнить … с поездом, причем в тот момент, когда локомотив дает задний ход. При этом он соприкасается с вагоном, стоящим за ним, ударяясь в буфер и немного сжимая его. От удара первый вагон сдвигается с места и врезается в буфер следующего вагона. Этот вагон движется в сторону третьего, но в то же время первый вагон, отпружинив от второго, откатывается в сторону локомотива. Если присмотреться внимательно, можно увидеть, как по составу идет энергия, и кажется, что одни промежутки между вагонами расширяются, а другие сжимаются. Распространение энергии таким образом называется продольной волной, или волной сжатия. Звуковая волна – еще один пример продольной волны. Только при распространении звуковых волн вместо локомотива и вагонов надо представить частицы воздуха, которые колеблются вперёд и назад, но передают звук одна к другой, словно эстафету, и он по ним уходит всё дальше от своего источника.

Первым обнаружил, что для перемещения в пространстве звуку требуется некая среда был ирландский химик Роберт Бойль (1627-1691). Он поместил часы, звонко отбивающие время, в большой сосуд и начал выкачивать из него воздух. Когда весь воздух был выкачан, Бойль обнаружил, что уже не слышит звона часов.

Когда звуковая волна идет по воздуху, она толкает молекулы перед собой. Они сталкиваются с другими молекулами и тоже подталкивают их, создавая непрерывную волну. Когда эта волна достигает наших ушей, мы слышим звук. По мере своего движения волна теряет энергию. Поэтому, если звук раздается слишком далеко, мы не можем его услышать. Конечно, увидеть, как звук движется по воздуху, невозможно, но для изучения звуков есть другие способы. Звук появляется при вибрации объектов, но сами звуки тоже заставляют предметы вибрировать. В эксперименте, который мы предлагаем, мы сможем «увидеть» звуковые волны с помощью несложного устройства, которое можно смастерить своими руками.

Глава 2.1. Изготовление детектора звука.

С помощью линейки нарисуй на белом картоне сетку. Стороны каждого квадрата сетки должны быть по 5 см. Сетка должна заполнить весь лист. (см. приложение 1 рис.1)

Отрежь часть шарика так, чтобы получился большой кусок резины.

Аккуратно заклеиваем скотчем острые края банки. Натягиваем резину от шарика на банку. Закрепим ее, прижав резинкой. (см. приложение 1 рис.2)

Скотчем прикрепим к натянутой резине зеркальце. (см. приложение 2 рис.3)

Подопри лист картона с сеткой стопкой книг, чтобы он стоял на столе вертикально. Поставь банку и фонарик на стол так, чтобы свет от фонарика попадал на зеркальце и отражался на картоне.

Сделай отметку в том квадрате, куда падает свет.

Не отводя глаз от картона и держа руки на расстоянии около 60 см от банки, один раз хлопни в ладоши. На сколько сдвинется пятно света? Сделай отметку в том квадрате, куда попадет свет. (см. приложение 2 рис.4)

Теперь хлопни в ладоши на расстоянии 10 см от банки. Сделай отметку в том квадрате, куда попадёт свет. (см. приложение 3 рис.5)

Измерь расстояние между первой отметкой и каждой новой отметкой, сделанной, когда ты хлопал в ладоши. Сравни на какое расстояние перенеслось пятно света в каждом случае (см. приложение 3 – таблица результатов исследований №1).

Выводы из эксперимента: Когда ты производишь шум рядом с банкой: хлопаешь, стучишь или поешь, - звук распространяется в виде продольной волны. Когда волна достигает банки, резина поглощает часть энергии – она растягивается и слегка меняет свое положение. При растягивании резины меняет свое положение и зеркало. Именно зеркало позволяет увидеть движение звука. Если ты будешь шуметь громче, то создашь больше звуковой энергии. Заряженные энергией волны нанесут более мощный удар по резине и заставят ее растягиваться сильнее. В результате зеркало переместится на большее расстояние, и пятно света будет расположено дальше на сетке. Звуковой детектор похож на наши барабанные перепонки. Внутри нашего уха находиться тонкая ткань. Звуковые волны ударяются в эту ткань, заставляя ее шевелиться. Это движение улавливают нервы нашего ушного канала и посылают сигналы в мозг, который преобразует их в звуки.

Глава 3. Принцип образования статического электричества.

Пройдись по ковру, а потом протяни руку к дверной ручке. Похоже, тебя бьет током? Войди с мороза в помещение, сними шерстяную шапку, и ты почувствуешь, что волосы становятся дыбом. И то и другое – эффекты статического электричества. Батареи аккумулируют электрический ток и перемещают его по цепи. Электричество, движущееся по цепи, называется электрическим током. Люди начали использовать ток лишь в конце 18 в., когда поняли его свойства. До этого было известно только электричество, которое идет по цепи – статическое электричество. В каждом атоме, как правило, содержится одинаковое количество частиц, называемых протонами и электронами. Эти частицы обычно уравновешивают друг друга. Однако иногда электроны покидают свои атомы. Например, когда ты проведешь по своим волосам воздушным шариком, электроны с волос перейдут на шарик и у него будут дополнительные электроны. О таком шарике говорят, что он заряжен статическим электричеством. Поскольку у шарика теперь больше электронов, чем протонов, то он заряжен отрицательно. А твои волосы, у которых больше протонов, чем электронов, заряжены положительно. Заряженный шарик будет притягиваться ко всем предметам с положительным или нулевым зарядом – и прилипать к ним. Из-за статического электричества волосы встают дыбом. Если мы проведем по волосам воздушным шариком, то тот притянет волосы вверх. Поскольку предметы с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, то, когда волосы становятся положительно заряженными, каждый волосок стремиться как можно сильнее отдалиться от остальных. Самое большее, что они могут в этом смысле сделать, - это встать дыбом, подальше от других.

Когда ты идешь по ковру, электроны движутся по направлению от ковра к твоему телу. Теперь ты заряжен отрицательно. Когда ты касаешься дверной ручки, электроны перепрыгивают на неё, а ты получаешь удар током. Атомы некоторых материалов (пластика, резины, одежды, волос) соединены таким образом, что в них нет свободных электронов, которые бы перемещались и проводили ток. Поэтому они плохие проводники электричества. Такие материалы называют изоляторами людей от действия электричества. Электрический ток зависит от способности заряда перетекать из одного места в другое через проводник. Статическое электричество обычно возникает, когда заряд накапливается в одном месте и не может перетечь в другое место. Если потереть резиновый шарик, дополнительные электроны остаются на нём же, поскольку и пластмасса, и окружающий его воздух – очень плохие проводники электричества.

Электроскоп – это прибор, показывающий, заряжен предмет или нет. Сделаем электроскоп и проверим с его помощью, насколько хорошо предметы удерживают заряд.

Глава 3.1. Изготовление электроскопа.

Поставь банку вверх дном на лист картона и обведи карандашом ее горло. Вырезаем из картона получившийся кружок. (см. приложение 4 рис.6)

Согнем проволоку в петлю и просунем ее концы сквозь картон. Концы должны подниматься над картоном на 2,5 см. (см. приложение 4 рис.7)

Скатаем фольгу в шарик и прикрепим его к концам проволоки. (см. приложение 5 рис.8,9)

Отрежем полоску фольги около 10 см длиной и 1 см шириной. Согнем проволоку пополам и повесим ее на петлю из проволоки. Теперь скотчем прикрепим крышку к банке. Фольга должна висеть в центре банке, не касаясь стекла. Если фольга касается стекла, надо укоротить ее. Не допускаем, чтобы две половинки фольги соприкасались. (см. приложение 6 рис.10)

Потрем пластмассовый расческой пять – десять раз о свитер или о волосы. Медленно поднесем заряженную расческу к шарику из фольги на крышке электроскопа. Оба конца фольги поднимутся. Чем ближе расческа, тем выше они поднимаются. (см. приложение 6 рис.10)

Удерживая расческу рядом с шариком из фольги, свободной рукой дотронемся до шарика, а затем уберем руку. Оба конца фольги вернуться в исходное положение. Медленно отведем расческу от электроскопа. Мы увидим, как фольга снова поднимется и вернется в исходное положение. (см. приложение 6 рис.10)

Результаты исследований, проведенных с различными материалами приведены в таблице (см. приложение 6 таблица результатов исследований №2).

Выводы из эксперимента: Когда мы потерли пластмассовую расческу, она приобрела положительный заряд. Когда мы подносим эту расческу к шарику из фольги, положительно заряженная расческа притянула к нему электроны из фольги. А поскольку металлическая фольга соприкасалась с металлической проволокой и полоской фольги, электроны прошли через них по направлению к шарику, сообщая ему отрицательный заряд. Покидая оба конца фольги, электроны стали положительными заряженными. Таким образом, оба куска фольги имели положительные заряды и отталкивались друг от друга.

Когда мы дотрагиваемся до шарика из фольги, его отрицательный заряд проходит через твое тело и уходит в землю. Это называется заземлением заряда. Земля настолько велика, что ее невозможно зарядить ни при каких обстоятельствах, и она мгновенно поглощает любой электрический заряд. После того как мы заземлим шарик, прикоснувшись к нему, полоска фольги опустилась, поскольку электроны устремились от земли к шарику и сняли с фольги положительный заряд. Когда мы уберем расческу, то несколько дополнительных электронов из нее остались и снова заставили полоски фольги подняться.

Заключение.

Целью нашей проектной работы было, доказать, что опыты с приборами, сделанными своими руками, вызывает очень большой интерес у всего класса. Полученные результаты убедили нас в правильности выбранной темы, её актуальности. Таким образом, анализ ответов показал, что четко фиксируется интерес учащихся к эксперименту. И это неудивительно, так как особенностью физики является ее экспериментальный характер. Поэтому наряду с обычными домашними заданиями - изучением текста учебника, выучиванием правил, законов, решением задач и упражнений - необходимо, чтобы учащиеся выполняли задания практического характера: наблюдение явлений в природе, выполнение качественных опытов, измерений.

Систематическое выполнение учащимися экспериментальных заданий и работ способствует более осознанному и конкретному восприятию изучаемого на уроке материала, повышает интерес к физике, развивает любознательность, прививает ценные практические умения и навыки. Эти задания являются эффективным средством повышения самостоятельности и инициативы учащихся, что благоприятно сказывается на всей их учебной деятельности.

Нам понравилось изучать, делать самодельные приборы, проводить опыты. Но в мире много интересного, что можно ещё узнать, поэтому в дальнейшем:

- мы будем продолжать изучение этой интересной науки,

- будем самостоятельно готовить новые приборы для демонстрации физических явлений.

Список литературы:

Блудов М.И., Беседы по физике. М.: Просвещение, 2001 г.

Кабардин О.Ф., Факультативный курс физики 8 класс. М.: Просвещение, 2009.

Перельман Я. П., Знаете ли вы физику? Домодедово «ВАП», 2000г.

Перышкин А.В., Физика 9 класс. М.:Дрофа 2014г

Пинский А.А., Физика и астрономия. М.: Просвещение, 2010 г.

Рабиза Ф., Простые опыты. М.: Детская литература 2009 г..

Гальперштейн Л. Занимательная физика. М.: РОСМЭН, 2000.

Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. М.: Просвещение, 1995.

Горячкин Е.Н. Методика и техника физического эксперимента. М.: Просвещение. 1994 г.

Майоров А.Н. Физика для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке. Ярославль: Академия развития, Академия и К, 1999.

Перельман Я.И. Занимательная механика. Знаете ли вы физику? М.: ВАП, 1994.

Перышкин А.В., Родина Н.А. Учебник физики для 7 класса. М.: Просвещение. 2012 г.

Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. Физика. 8 класс: учебник. -М.: Дрофа,2014.

Шилов В.Ф. Домашние экспериментальные задания по физике 7-9 классы, М.: Школьная пресса, 2003.

Формирование понятия температуры в предметах естественнонаучного
цикла. Методические рекомендации. - М.,ШШСиМ0 АПН СССР,1985.-30с.

http://www.nkj.ru/archive/articles/12835/

https://project.1september.ru/work.php?id=572989.

http://pedsovet.org/component/option,com_mtree/task,viewlink/link_id,109450/Itemid,118/

Приложение 1.

Рис. 1.

Рис.2

ложение 2.

Рис.3.

Рис.4.

Приложение 3.

Рис.5.

Таблица результатов исследований №1.

Приложение 4.

Рис.6.

Рис.7.

Приложение 5.

Рис.8.

Рис.9.

Приложение 6.

Рис.10.

Таблица результатов исследований №2.