II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ОПЫТЫ СВОИМИ РУКАМИ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Аннотация
В этом учебном году я начал изучать эту очень интересную, необходимую каждому человеку науку. С самого первого урока физика меня увлекла, зажгла во мне 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! (3)
Актуальность: физика наука экспериментальная и создание приборов своими руками способствует лучшему усвоению законов и явлений.
Много различных вопросов возникает при изучении каждой темы. На многие может ответить учитель, но насколько чудесно добыть ответы путём собственного самостоятельного исследования!
Цель: сделать приборы по физике для демонстрации некоторых физических явлений своими руками, объяснить принцип действия каждого прибора и продемонстрировать их работу.
Задачи:
-
Изучить научную и популярную литературу.
-
Научиться применять научные знания для объяснения физических явлений.
-
Сделать приборы, вызывающие большой интерес у учащихся.
-
Пополнение кабинета физики самодельными приборами, изготовленными из подручных материалов.
-
Более глубоко рассмотреть вопрос практического использования законов физики.
Продукт проекта: приборы, сделанные своими руками, видео физических 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:
-
Постановка проблемы.
-
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 обобщение.
-
Формулировка выводов.
В ходе работы применялись следующие физические методики исследований:
I. Физический опыт
Проведение опыта состояло из следующих этапов:
-
Уяснение условий опыта.
Этот этап предусматривает знакомство с условиями проведения эксперимента, определение перечня необходимых подручных приборов и материалов и безопасных условий при проведении опыта.
-
Составление последовательности действий.
На этом этапе намечался порядок проведения опыта, в случае необходимости добавлялись новые материалы.
-
Проведение опыта.
-
Моделирование является основой любого физического исследования. При проведении опытов мы моделировали устройство фонтана, воспроизводили старинные опыты: «Ваза Тантала», «Картезианский водолаз», создавали физические игрушки и приборы для демонстрации физических законов и явлений.
-
Всего нами моделировано, проведено и научно объяснено 12 занимательных физических опытов.
-
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.
Физика в переводе с греческого - наука о природе.Физика изучает явления, которые происходят и в космосе, и в земных недрах, и на земле, и в атмосфере – словом, повсюду. Такие общераспространённые 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.
Наблюдением не заканчивается, а только лишь начинается изучение явления. Полученные в ходе наблюдения факты надо объяснить, используя уже имеющиеся знания. Это этап теоретического осмысления.
Для того чтобы убедиться в правильности найденного объяснения, ученые проводят его опытную проверку. (6)
Таким образом, изучение физического явления обычно проходит следующие этапы:
-
-
Наблюдение
-
Эксперимент
-
Теоретическое обоснование
-
Практическое применение
-
Проводя свои научные забавы в домашних условиях, я разработал основные действия, которые позволяют успешно провести эксперимент:
К домашним экспериментальным заданиям я выдвигаю такие требования:
безопасность при проведении;
минимальные материальные затраты;
простота по выполнению;
ценность в изучении и понимании физики.
Мной проведено множество опытов по различным темам курса физики 7 класса. Представлю некоторые из них, по моему мнению, самые интересные и в то же время простые в выполнении.
2.2 Опыты и приборы по теме «Механические явления»
Опыт №1. «Катушка - ползушка»
Материалы: деревянная катушка от ниток, гвоздь (или деревянная шпажка), мыло, резинка.
Последовательность действий
Является трение вредным или полезным?
Чтобы лучше это понять, сделать игрушку катушку-ползушку. Это — самая простая игрушка с резиновым мотором.
Возьмём обыкновенную старую катушку от ниток и перочинным ножом зазубрим края обеих ее щечек. Полоску резины длиной 70—80 мм сложим пополам и протолкнём в отверстие катушки. В петлю резинки, которая выглядывает с одного конца, заложим обломок спички длиной 15 мм.
К другой щечке катушки приложим шайбу из мыла. Вырежем кружок из твердого, сухого обмылка толщиной около 3 мм. Диаметр кружка нужен около 15 мм, диаметр отверстия в нем — 3 мм На мыльную шайбу положим новенький, блестящий стальной гвоздь длиной 50—60 мм и поверх этого гвоздя свяжи концы резинки надежным узлом. Поворачивая гвоздь, заведём катушку-ползушку до тех пор, пока не начнет прокручиваться обломок спички о другой стороны.
Поставим катушку на пол. Резинка, раскручиваясь, повезет катушку, а конец гвоздя будет скользить по полу! Как ни проста эта игрушка я знал ребят, которые мастерили сразу по нескольку таких «ползушек» и устраивали целые «танковые бои», Побеждала катушка, подмявшая другую под себя, или опрокинувшая ее, или сбросившая со стола. «Побежденных» убирали с «поля боя». Наигравшись с катушкой-ползушкой, вспомним, что это не просто игрушка, а научный прибор.
Научное объяснение
Где же здесь встречается трение? Начнем с обломка спички. Когда заводим резинку, она натягивается и все крепче прижимает обломок к щечке катушки. Между обломком и щечкой имеется трение. Если бы этого трения не было, обломок спички вертелся бы совершенно свободно и катушку-ползушку вообще не удалось бы завести даже на один оборот! А чтобы она заводилась еще лучше, делаем в щечке ложбинку для спички. Значит, здесь трение полезно. Оно помогает работе сделанного нами механизма.
А с другой щечкой катушки дело обстоит совершенно наоборот. Здесь гвоздь должен вращаться как можно легче, как можно свободнее. Чем легче он скользит по щечке, тем дальше уедет катушка-ползушка. Значит, здесь трение вредно. Оно мешает работе механизма. Его нужно уменьшить. Поэтому-то и подложена между щечкой и гвоздем мыльная шайба. Она уменьшает трение, она играет роль смазки.
Теперь рассмотрим края щечек. Это «колеса» нашей игрушки, их зазубрим ножом. Для чего? Да для того, чтобы они лучше сцеплялись с полом, чтобы создавали трение, не «буксовали», как говорят машинисты и шоферы. Здесь трение полезно!
Да, есть у них такое словечко. Ведь в дождь или в гололед колеса локомотива буксуют, прокручиваются на рельсах, не может он взять с места тяжелый состав. Приходится машинисту включать приспособление, которое сыплет на рельсы песок. Для чего? Да для того, чтобы увеличить трение. И при торможении в гололед на рельсы тоже сыплется песок. Иначе и не остановишь! А на колеса автомобиля при езде по скользкой дороге надевают специальные цепи. Они тоже увеличивают трение,: улучшают сцепление колес с дорогой.
Вспомним: трение останавливает автомобиль, когда кончится весь бензин. Но если бы не было трения колес о дорогу, автомобиль и с полным баком бензина не смог бы тронуться с места. Его колеса проворачивались бы, буксовали бы, словно на льду!
Наконец, у катушки-ползушки есть трение еще в одном месте. Это трение конца гвоздя об пол, по которому он ползет вслед за катушкой. Вот это трение — вредное. Оно мешает, оно задерживает движение катушки. Но тут трудно что-либо сделать. Разве что отшлифовать конец гвоздя мелкой шкуркой. Как ни проста наша игрушка, она помогла разобраться.
Там, где части механизма должны двигаться, трение вредно и его надо уменьшать.А там, где части не должны двигаться, где нужно хорошее сцепление, там трение полезно и его нужно увеличивать.
И еще трение необходимо в тормозах. У ползушки их нет, она и так едва ползет. А у всех настоящих колесных машин тормоза есть: без тормозов ездить было бы слишком опасно.(9)
Опыт №2. «Колесо на горке»
Материалы: картон или плотная бумага, пластилин, краски(чтобы раскрасить колесо)
Последовательность действий
Редко увидишь, чтобы колесо катилось вверх само собой. Но мы попробуем сделать такое чудо. Из картона или плотной бумаги склеим колесо. На внутреннюю сторону прилепим изрядный кусок пластилина где-нибудь в одном месте.
Готово? Теперь поставим колесо на наклонную плоскость (горку) так, чтобы кусок пластилина был наверху и немного со стороны подъема. Если теперь отпустить колесо, то за счет дополнительного груза оно преспокойно покатится вверх! (2)
Действительно, катится вверх. А потом и вовсе останавливается на склоне. Почему? Вспомните игрушку Вантка-встанька. При отклонении Ваньки, попытке его положить, центр тяжести игрушки поднимается. Так она сделана. Вот он и стремится к положению, в котором его центр тяжести располагается ниже всего, и…встает. Для нас выглядит парадоксально.
С колесом на горке то же самое.
Научное объяснение
Когда мы прилепляем пластилин, то смещаем центр тяжести объекта так, что он быстрее вернется в состояние равновесия (минимума потенциальной энергии, низшего положения центра тяжести) катясь вверх. А потом, когда это состояние будет достигнуто, он и вовсе останавливается.
И в том и другом случае внутри объёма малой плотности присутствует грузило (у нас пластилин), в результате чего игрушка стремится занять строго определённое конструкцией положение, из-за смещения центра тяжести.
Все в мире стремится к состоянию равновесия.(2)
-
-
Опыты и приборы по теме «Гидростатика»
-
Опыт№1 «Картезианский водолаз»
Материалы: бутылка, пипетка (или спички утяжелённые проволокой), фигурка водолаза(или любая другая)
Последовательность действий
Этому занимательному опыту около трехсот лет. Его приписывают французскому ученому Рене Декарту (по-латыни его фамилия — Картезий). Опыт был так популярен, что на его основе создали игрушку, которую и назвали «картезианский водолаз». Прибор представлял из себя стеклянный цилиндр, наполненный водой, в которой вертикально плавала фигурка человечка. Фигурка находилась в верхней части сосуда. Когда нажимали на резиновую пленку, закрывавшую верх цилиндра, фигурка медленно опускалась вниз, на дно. Когда переставали нажимать, фигурка поднималась вверх.(8)
Проделаем этот опыт попроще: роль водолаза будет выполнять пипетка, а сосудом послужит обыкновенная бутылка. Наполним бутылку водой, оставив два-три миллиметра до края. Возьмём пипетку, наберём в нее немного воды и опустим в горлышко бутылки. Она должна своим верхним резиновым концом быть на уровне или чуть выше уровня воды в бутылке. При этом нужно добиться, чтобы от легкого толчка пальцем пипетка погружалась, а потом сама снова всплывала. Теперь, приложив большой палец или мягкую часть ладони к горлышку бутылки так, чтобы закрыть его отверстие, нажмите на слой воздуха, который находится над водой. Пипетка пойдет на дно бутылки. Ослабьте давление пальца или ладони — она снова всплывет. Мы немного сжали воздух в горлышке бутылки, и это давление передалось воде.(9)
Если в начале опыта «водолаз» вас не слушается, значит, надо отрегулировать начальное количество воды в пипетке.
Научное объяснение
Когда пипетка находится на дне бутылки, легко проследить, как от усиления нажима на воздух в горлышке бутылки вода входит в пипетку, а при ослаблении нажима выходит из нее.
Этот прибор можно усовершенствовать, натянув на горлышко бутылки кусочек велосипедной камеры или пленки от воздушного шарика. Тогда легче будет управлять нашим «водолазом». Вместе с пипеткой у нас ещё плавали водолазы из спичек. Их поведение легко объясняется законам Паскаля. (4)
Опыт №2. Сифон - "Ваза Тантала"
Материалы: резиновая трубка, прозрачная ваза, ёмкость (в которую будет уходить вода),
Последовательность действий
В конце прошлого века существовала игрушка, которая называлась «Ваза Тантала». Она, как и знаменитый «Картезианский водолаз», пользовалась большим успехом у публики. Игрушка эта тоже была основана на физическом явлении — на действии сифона, трубки, из которой вода вытекает даже тогда, когда ее загнутая часть находится выше уровня воды. Важно только, чтобы трубка сначала была вся заполнена водой.
При изготовлении этой игрушки придется использовать свои способности скульптора.
Но откуда такое странное название— «Ваза Тантала»? Существует греческий миф о лидийском царе Тантале, который был осужден Зевсом на вечные муки. Он должен был все время страдать от голода и жажды: стоя в воде, никак не мог напиться. Вода дразнила его, поднимаясь до самого рта, но стоило Танталу немного наклониться к ней, как она мгновенно исчезала. Спустя некоторое время вода опять появлялась, опять исчезала, и так продолжалось все время. То же самое происходило и с плодами деревьев, которыми он мог бы утолить голод. Ветки мгновенно отодвигались от его рук, как только он хотел сорвать плоды.
Так вот, на эпизоде с водой, с ее периодическим появлением и исчезновением, и основана игрушка, которую мы можем сделать. Возьмём пластиковый сосуд из-под упаковки торта, и в дне просверлим небольшое отверстие. Если у вас такого сосуда нет, то придется взять литровую банку и очень осторожно дрелью просверлить в ее дне отверстие. С помощью круглых напильников отверстие в стекле можно постепенно увеличить до нужного размера.
Прежде чем лепить фигурку Тантала, сделайте приспособление для выпуска воды. В отверстие в дне сосуда плотно вставляется резиновая трубка. Внутри сосуда трубка загибается петлей, ее конец доходит до самого дна, но в дно не упирается. Верхняя часть петли должна будет находиться на уровне груди будущей фигурки Тантала. Сделав заметки на трубке, для удобства работы выньте ее из сосуда. Облепите петлю пластилином и придайте ему форму скалы. А перед ней поместите вылепленную из пластилина фигурку Тантала. Нужно, чтобы Тантал стоял во весь рост с наклоненной к будущему уровню воды головой и с открытым ртом. Каким представляли мифического Тантала, никто не знает, поэтому не скупитесь на фантазию, пусть он у вас выглядит даже карикатурно. Но чтобы фигурка устойчиво стояла на дне сосуда, вылепите ее в широком, длинном халате. Конец трубки, который будет в сосуде, пусть незаметно выглядывает около дна из пластилиновой скалы.
Когда все будет готово, поставьте сосуд на доску с отверстием для трубки, а под трубку установите посудину для слива воды. Эти приспособления задрапируйте, чтобы не было видно, куда исчезает вода. Когда будете лить воду в банку с Танталом, отрегулируйте струю, чтобы она была тоньше той струи, которая будет вытекать.(4)
Научное объяснение
У нас получился автоматический сифон. Вода постепенно заполняет банку. Заполняется и резиновая трубка до самого верха петли. Когда трубка заполнится, вода начнет вытекать и будет вытекать до тех пор, пока ее уровень не станет ниже выходного отверстия трубки у ног Тантала.
Вытекание прекращается, и сосуд наполняется вновь. Когда вся трубка опять наполнится водой, вода снова начнет вытекать. И так будет продолжаться все время, пока в сосуд льется струйка воды.(9)
Опыт №3. «Вода в решете»
Материалы: бутылка с крышкой, иголка (чтобы сделать отверстия в бутылке)
Последовательность действий
Когда пробка не открыта, атмосфера выдавливает воду из бутылки, в которой проделаны крошечные отверстия. Но если пробку закрутить, на воду действует только давление воздуха в бутылке, а его давление мало и вода не выливается! (9)
Научное объяснение
Это один из опытов, демонстрирующий атмосферное давление.
Опыт №4. «Самый простой фонтан»
Материалы: стеклянная трубка, резиновая трубка, ёмкость.
Последовательность действий
Для того чтобы соорудить фонтан, возьмём пластиковую бутылку с отрезанным дном или стекло от керосиновой лампы, подбери пробку, закрывающую узкий конец. В пробке сделаем сквозное отверстие. Его можно просверлить, провертеть граненым шилом или прожечь раскаленным гвоздем. В отверстие должна плотно входить стеклянная трубка, изогнутая в форме буквы «П» или пластиковая трубочка.
Зажмём пальцем отверстие трубки, перевернём бутылку или ламповое стекло вверх дном и наполним водой. Когда откроешь выход из трубки, вода забьет из нее фонтаном. Он будет работать до тех пор, пока уровень воды в большом сосуде не сравняется с открытым концом трубки.(3)
Научное объяснение
Я сделал фонтан работающий на свойстве сообщающихся сосудов.
Опыт №5. «Плавание тел»
Материалы: пластилин.
Последовательность действий
Я знаю, что на тела, погруженные в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. Но не все тела плавают в воде. Так например если кусок пластилина бросить в воду, он утонет. Но если слепить из него кораблик он будет плавать. На этой модели можно изучить плавание судов.
Опыт №6. «Капля масла»
Материалы: спирт, вода, растительное масло.
Все знают, что если капнуть масло на воду, то оно растечется тонким слоем. Но я поместил капельку масла в состояние невесомости. Зная законы плавания тел, я создал условия, при которых капля масла принимает практически шарообразную форму и находится внутри жидкости.
Научное объяснение
Тела плавают в жидкости если их плотность меньше плотности жидкости. В объёмной фигуре кораблика средняя плотность меньше плотности воды. Плотность масла меньше плотности воды, но больше плотности спирта, поэтому если аккуратно вливать спирт в воду, то масло тонет в спирте, но всплывает на границе раздела жидкостей. Поэтому капельку масла я поместил в состояние невесомости, и она принимает практически шарообразную форму. (6)
-
-
Опыты и приборы по теме «Тепловые явления»
-
Опыт №1. «Конвекционные потоки»
Материалы: бумажная змея, источник тепла.
Последовательность действий
Есть на свете хитрая змея. Она лучше людей чувствует движение потоков воздуха. Сейчас мы проверим, действительно ли так неподвижен воздух в закрытой комнате.
Научное объяснение
Хитрая змея действительно замечает то, чего люди не видят. Она чувствует, когда воздух поднимается вверх. С помощью конвекции - потоки воздуха движутся: теплый воздух поднимается вверх. Он и вертит хитрую змею. Конвекционные потоки постоянно окружают нас в природе. В атмосфере конвекционные потоки-это ветра, круговорот воды в природе.(9)
2.5 Опыты и приборы по теме «Световые явления»
.
Опыт №1. «Камера обскура»
Материалы: цилиндрической коробки от чипсов Pringles, тонка бумага.
Последовательность действий
Маленькую камеру обскуру легко сделать из жестянки или еще лучше - из цилиндрической коробки от чипсов Pringles. С одной стороны иголкой прокалывается аккуратная дырочка, с другой - днище заклеивается тонкой полупрозрачной бумагой. Камера обскура готова.
Но намного интереснее делать с помощью камеры обскуры настоящие фотографии. В спичечном коробке, выкрашенном черной краской, вырежьте небольшое отверстие, заклейте его фольгой и проколите иглой крохотную дырочку не более 0,5 мм в диаметре.
Пропустите через спичечный коробок фотопленку, загерметизировав все щели, чтобы не засветить кадры. "Объектив", то есть дырочку в фольге, нужно чем-нибудь заклеивать ли плотно прикрывать, имитируя затвор. (09)
Научное объяснение
Камера обскура работает на законах геометрической оптики.
2.6 Опыты и приборы по теме «Электрические явления»
Опыт №1. «Электротрусишка»
Материалы: пластилин (чтобы вылепить голову трусишке), эбонитовые полочки
Последовательность действий
Вылепи из пластилина голову с самой испуганной рожицей, какую только сумеешь, и насади эту голову на авторучку (разумеется, закрытую). Ручку укрепи в какой-нибудь подставке. Из станиолевой обертки от плавленого сырка, чая, шоколада сделай трусишке шапочку и приклей ее к пластилиновой голове. «Волосы» нарежь из папиросной бумаги полосками по 2—3 мм шириной и сантиметров по 10 длиной и приклей к шапочке. Эти бумажные космы будут свисать в беспорядке.
А теперь хорошенько наэлектризуй палочку и поднеси ее к трусишке. Он страшно боится электричества; волосы на голове у него зашевелились, Коснись палочкой станиолевой шапочки. Даже проведи боком палочки по свободному участку станиоля. Ужас электротрусишки дойдет до предела: волосы его поднимутся дыбом!Научное объяснение
Опыты с трусишкой показали, что электричество может не только притягивать, но и отталкивать. Существует два вида электричества "+" и "-". В чем же разница между положительным и отрицательным электричеством? Одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются.(5)
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все явления, наблюдаемые при проведении занимательных опытов, имеют научное объяснение, для этого мы использовали фундаментальные законы физики и свойства окружающей нас материи – законы гидростатики и механики, закон прямолинейности распространения света, отражение, электромагнитные взаимодействия.
В соответствии с поставленной задачей все опыты проведены с использованием только дешевых, малогабаритных подручных материалов, при их проведении изготовлены самодельные приборы, в том числе, прибор для демонстрации элекризации опыты безопасные, наглядные, простые по конструкции
Вывод:
Анализируя результаты занимательных опытов, я убедился, что школьные знания вполне применимы для решения практических вопросов.
Мною были проведены различные опыты. В результате наблюдения, сравнения, вычислений, измерений, экспериментов я пронаблюдал следующие явления и законы:
Естественная и вынужденная конвекция, сила Архимеда, плавание тел, инерция, устойчивое и неустойчивое равновесие, закон Паскаля, атмосферное давление, сообщающийся сосуды, гидростатическое давление, трение, электризация, световые явления.
. Мне понравилось делать самодельные приборы, проводить опыты. Но в мире много интересного, что можно ещё узнать, поэтому в дальнейшем:
- я буду продолжать изучение этой интересной науки;
- я надеюсь, что мои одноклассники заинтересуются этой проблемой, а я постараюсь помочь им;
- в дальнейшем я буду проводить новые эксперименты.
Наблюдать за опытом проводимым учителем, интересно. Проводить его самому интереснее вдвойне. А проводить опыт с прибором, сделанным и сконструированным своими руками, вызывает очень большой интерес у всего класса. В таких опытах легко установить взаимосвязь и сделать вывод как работает данная установка.
-
Список изученной литературы и интернет ресурсов
-
М.И. Блудов «Беседы по физике», Москва, 1974г.
-
А. Дмитриев «Дедушкин сундук» , Москва, «Диво», 1994г.
-
Л. Гальперштейн «Здравствуй, физика», Москва, 1967г.
-
Л. Гальперштейн «Забавная физика" ,Москва, «Детская литература», 1993г.
-
Ф.В. Рабиза «Забавная физика», Москва, «Детская литература», 2000г.
-
Я.И. Перельман «Занимательные задачи и опыты», Москва, «Детская литература»1972г.
-
А. Томилин «Хочу все знать», Москва, 1981г.
-
Журнал "Юный техник"
-
//class-fizika.spb.ru/index.php/opit/659-op-davsif
Приложение1