XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Занимательные опыты по физике из подручных материалов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
Физика является одной из наиболее важных наук, она помогает понять мир вокруг нас, описывая законы и явления природы с помощью математических моделей. Однако, для многих школьников она кажется сложной из-за изобилия формул, определений и законов, которые нужно знать и запоминать. Тем не менее, физика – одна из тех наук, которые формируют базовые навыки анализа, логического мышления и проблемного подхода к решению задач. Часто уроки физики не сопровождаются достаточным количеством увлекательных наглядных примеров и демонстраций физических явлений, что затрудняет понимание и снижает интерес ребят к её изучению. Для повышения интереса к изучению физики необходимо расширить учебный материал, выйти за пределы школьной программы, включив в него более интересные и практические аспекты. Как ученик группы углубленного изучения физики, считаю, что важно использовать эксперименты и практические задания, которые выходят за рамки обычного учебного плана.
У меня возникла идея создать проект, в рамках которого я представлю увлекательный и интересный материал по физике. Считаю идею проекта актуальной, т.к. использование наглядных физических опытов поможет школьникам более эффективно освоить и запомнить физические явления, закономерности и закрепить учебный материал.
Цель проекта: привить интерес школьников 7-9 классов к фундаментальным наукам и показать, что физика может быть увлекательной и применимой в реальной жизни дисциплиной.
Задачи:
1.Подобрать приборы, материалы и оборудование для демонстрации опытов.
2.Провести опыты по разделам физики, отобрать лучшие.
3.Снять ролик, демонстрирующий занимательные опыты по физике.
Гипотеза: Если расширить содержание физики интересными и увлекательными опытами, то это будет являться дополнительной мотивацией для изучения физики
в основной школе.
Методы работы: изучение литературы, подбор приборов и материалов, экспериментирование.
Продукт проекта: ролик, демонстрирующий занимательные опыты по различным разделам физики.
2. Подбор материалов и оборудования, систематизация опытов по разделам физики
Было решено подобрать и систематизировать опыты по основным разделам физики и показать наиболее интересные, увлекательные и простые в подготовке. Каждый опыт описывался в следующей последовательности: цель проведения опыта, приборы и материалы, описание демонстрации и её объяснение. Выводы по результатам опыта делались непосредственно при его объяснении.
Раздел «Механика»
Опыт №1. Закон сохранения момента импульса
Цель: Продемонстрировать закон сохранения момента импульса замкнутой системы.
Приборы:
1. Скамья Жуковского.
2. Две гантели.
3. Для безопасности в этой демонстрации предусмотрено использование крутящегося табурета.
Описание демонстрации
«Скамья Жуковского» представляет собой горизонтальную платформу на опорном подшипнике, которая может свободно вращаться около вертикальной оси. На платформе закрепляется табуретка, так, что человек, сидящий на этой табуретке, с ногами, поставленными на платформу, может свободно вращаться около вертикальной оси. В качестве скамьи Жуковского можно использовать вращающийся стул (рис.1).
Ученик, взяв в каждую руку по гимнастической гантели и встав на скамью, сводит гантели на груди. Преподаватель осторожно сообщает ему вращательное движение и отходит в сторону. Затем ученик разводит руки с гантелями в стороны. При этом момент инерции системы увеличивается, а скорость ее вращения уменьшается. Когда ученик вновь сводит гантели вместе, его скорость опять увеличивается.
Примечание: Вначале демонстрации гантели следует именно свести вместе на груди. В этом случае, если у сидящего на табурете закружится голова, он, разведя руки, уменьшит скорость вращения. Если сделать наоборот, то, сведя руки и начав вращаться быстрее, он может растеряться и упасть
Рис.1. Скамья Жуковского
Объяснение: Объяснение эффекта изменения скорости вращения основано на сохранении момента импульса. При вращении и разведении рук с гантелями в стороны, человек увеличивает радиус вращающегося тела, тем самым увеличивается момент инерции тела, и угловая скорость падает. Именно так изменяют угловую скорость своего вращения балерины и фигуристы.
Опыт №2. Явление прецессии
Цель: Познакомиться с явлением прецессии на примере спиннера.
оборудование:
1. Спиннер
Описание демонстрации
В первой части опыта из спиннера убираются подшипники, и он приводится в движение. Замеряется время вращения спиннера. Во второй части опыта в спиннер вставляются подшипники и опыт повторяют. Сравнивается время вращения в первом и втором опытах, выясняются причины. Вращающийся спиннер сравнивается с маховиком или гироскопом, которым свойственна прецессия - явление, при котором ось вращения тела меняет своё направление в пространстве.
Рис.2. Спиннер
Объяснение: Объяснение эффекта увеличения длительности вращения связано с увеличением массы спиннера за счёт вставленных подшипников. Большая масса спиннера приводит к увеличению запасенной кинетической энергии, которая тратиться на преодоление трения в подшипниках при его вращении. Также долго вращаться спиннеру позволяет и низкий коэффициент трения качения в подшипниках - 0,0015. Спиннер- это гироскоп, который вращаясь, сохраняет своё положение в пространстве. Гироскопы используются в корабельных компасах, авиагоризонтах, гироскутерах и спутниках на орбите.
Раздел «Оптика»
Опыт №3. Водяная линза (рис.3)
Цель: Продемонстрировать оптическую иллюзию, связанную с получением изображения в линзе.
Оборудование:
1.Стакан с водой.
2.Лист размера А4 с нарисованными стрелками.
Описание демонстрации
На столе устанавливается лист бумаги с крупно изображёнными и направленными вправо двумя стрелочками. Впереди листа ставится пустой стеклянный прозрачный стакан или любой другой сосуд. Наливается вода в стакан так, чтобы она была выше первой стрелки. Наблюдается изменение направления стрелочки на противоположное: она теперь направлена влево. Доливаем воду доверху стакана. Видим, что обе стрелочки поменяли направление на противоположное.
Рис.3. Преломление световых лучей в воде
Примечание: Стрелочки в опыте можно заменить на человечка, который бежит в определённую сторону, например, вправо. После наливания воды в стакан, человечек повернётся в другую сторону.
Объяснение:
Стакан с водой играет роль выпуклой линзы. При прохождении световых лучей, идущих через выпуклую линзу можно получить три разных вида изображения. Перевернутое и равное предмету изображение получается, если поместить рисунок со стрелочками точно в фокус «водяной» линзы. Тогда световые лучи, прошедшие через линзу и преломившись в ней, дадут четкое перевернутое изображение предмета- стрелочек.
Опыт №4. Искривление лазерного луча (рис.4.)
Цель опыта: Продемонстрировать преломление светового луча на границе раздела двух сред.
Оборудование:
1.Лазерная указка.
2.Вода.
3.Пластиковая бутылка.
4. Сосуд, куда можно сливать воду.
Описание демонстрации
В пластиковой бутылке делается сбоку отверстие. Ёмкость наполняется водой.
Включается лазерная указка, и её луч направляется на границу "воздух-вода" под углом. Наблюдается, как луч изменяет своё направление при входе в воду и выходе из неё.
Объяснение:
Когда свет проходит из одной среды в другую, его скорость изменяется, что приводит к изменению направления распространения света - преломлению. Лазерный луч изгибается на границе раздела двух сред из-за разницы в их оптических плотностях и выходит в струе выливающейся воды из бутылки. Опыт помогает учащимся понять принципы преломления света и его зависимость от оптических свойств сред.
Рис.4. Преломление световых лучей в воде
Раздел «Молекулярная физика»
Опыт №5. Строение вещества (рис.5.)
Цель опыта: Продемонстрировать молекулярное строение вещества.
Оборудование:
1.Пробирка или мерный цилиндр.
2.Пшено.
3.Горох.
Описание демонстрации
Заполнить пробирку пшеном до определённого уровня и отметьте этот уровень.
Добавить горох в ту же пробирку, отмечая новый уровень заполненности. Тщательно перемешать содержимое пробирки. Обратить внимание на новый уровень смеси. Он станет меньше первоначальной суммы уровней пшена и гороха.
Объяснение:
Пшено и горох имеют разные размеры и формы. Когда они смешиваются, более мелкие частицы пшена заполняют промежутки между более крупными частицами гороха, что приводит к уменьшению общего объёма. Это явление демонстрирует, что между частицами вещества существуют промежутки. Эксперимент наглядно показывает, что вещества не занимают весь объём, который они кажутся занимать, из-за наличия промежутков между частицами. Это помогает лучше понять структуру и свойства веществ на молекулярном уровне.
Рис.5. Моделирование молекулярного строения вещества
Опыт №6. Явление поверхностного натяжения (рис.6.)
Цель опыта: Показать, как действует поверхностное натяжение воды.
Оборудование:
-
Стакан воды.
-
Скрепки.
-
Пипетка или чайная ложка.
Описание демонстрации
Наполните стакан водой до самого верха, так чтобы вода едва не переливалась через край. Возьмите скрепки и начните осторожно класть их на поверхность воды, стараясь не нарушить её целостность. Наблюдайте, как вода образует выпуклую поверхность, удерживая скрепки благодаря поверхностному натяжению.
Объяснение:
Поверхностное натяжение возникает из-за силы притяжения молекул воды друг к другу. Эти силы создают "пленку" на поверхности воды, которая может поддерживать лёгкие объекты, такие как скрепки. Благодаря этому явлению вода может выдерживать дополнительный вес, не проливаясь через край стакана. Эксперимент наглядно показывает эффект поверхностного натяжения воды. Это помогает лучше понять молекулярные силы, действующие на поверхности жидкости, и их роль в различных природных и технологических процессах.
Рис.6. Демонстрация явления поверхностного натяжения
Опыт №7. Явление несмачивания (рис.7.)
Цель опыта: Продемонстрировать явление несмачивания водой.
Оборудование:
-
Сосуд с водой
-
Гиброфобный песок
Описание демонстрации
Наполните стакан водой и аккуратно сверху насыпьте гидрофобный песок так, чтобы он образовал плёнку. Аккуратно погрузи свой палец в стакан. Видим, что гидрофобные песчинки облепят твой палец и не дадут ему намокнуть.
Объяснение:
Гидрофобный песок относится к гидрофобным материалам, которые отталкивают воду. При этом сами гидрофобные частички приклеиваются друг к другу. Когда палец медленно погружается в воду, то песчинки «обхватывают» палец, не давая воде намочить его. Получается подобие гидрокостюма.
Рис.7. Демонстрация несмачивания жидкости
Раздел «Магнитное поле»
Опыт №8. Магнитное поле (рис.8.)
Цель опыта: Продемонстрировать влияние магнитного поля на магнитные материалы
Оборудование:
1.Ферромагнитная жидкость.
2. Неодимовый магнит.
3.Пластиковая или стеклянная емкость.
Описание демонстрации
Ферромагнитную жидкость необходимо налить в емкость так, чтобы её уровень был около 1 см. Медленно поднести магнит к боковой поверхности емкости с жидкостью, не касаясь её. Ферромагнитная жидкость начнёт формировать пики и впадины, образуя характерные формы, которые следуют за линиями магнитного поля. Перемещая магнит вокруг емкости, наблюдаем, как жидкость реагирует на изменение положения магнитного поля.
Объяснение:
Ферромагнитные жидкости состоят из магнитных наночастиц, взвешенных в жидкой среде. Под действием внешнего магнитного поля наночастицы выстраиваются вдоль линий магнитного поля, создавая характерные пики на поверхности жидкости. Это явление демонстрирует взаимодействие магнитных сил с наноматериалами и даёт наглядное представление о поведении магнитных полей. Данный опыт наглядно показывает, как магнитное поле может влиять на магнитные материалы, даже если они находятся в жидком состоянии. Этот эксперимент помогает учащимся лучше понять принципы действия магнитных полей и их применение в различных технологических и научных областях.
Рис.8. Действие магнита на ферромагнитную жидкость
Раздел «Термодинамика»
Опыт №9. Теплоёмкость воды (рис.9.)
Цель опыта: Продемонстрировать, что теплоёмкость воды больше, чем теплоёмкость воздуха.
Оборудование:
1.Два воздушных шарика.
2.Свеча или другой источник огня.
3.Холодная вода.
Описание демонстрации
Для демонстрации опыта необходимо надуть один шарик без воды, а другой шарик с небольшим количеством холодной воды. Сначала пустой надутый пустой шарик подносится к огню. Наблюдаем, что он лопается при нагревании. Далее к огню подносится шарик с водой. Видим, что шарик не лопается.
Объяснение:
Когда шарик с водой подносится к огню, вода внутри поглощает тепло, не давая поверхности шарика нагреться до температуры, при которой он лопнет. Эксперимент наглядно демонстрирует высокую теплоёмкость воды и её способность поглощать тепло, защищая материалы от перегрева. Это помогает учащимся лучше понять принципы термодинамики и теплоёмкости.
Рис.9. Демонстрация теплоемкости воды
Опыт №10. Плавание тел (рис.10.)
Цель опыта: Продемонстрировать поведение тел при изменении условий окружающей среды
Оборудование:
1.Ледяная вода.
2.Картошка.
3.Контейнер.
Описание демонстрации
Наполните контейнер ледяной водой. Нарежьте картошку на одинаковые кусочки.
Добавьте кусочки картошки в контейнер и наблюдайте, как они тонут. Добавьте соль в воду и размешайте. Наблюдайте, как картошка всплывает.
Объяснение:
Ледяная вода имеет не высокую плотность, и картошка тонет в ней. Добавление соли увеличивает плотность воды, что позволяет картошке всплывать. Это демонстрирует принцип действия архимедовой силы и влияние температуры на плотность. Эксперимент помогает учащимся понять принципы плотности и теплоёмкости, а также показывает, как изменение условий может влиять на поведение материалов.
Рис.10. Опыт с картофелем
3.Заключение
В ходе работы над проектом удалось собрать и продемонстрировать увлекательные опыты, которые помогут расширить практическую составляющую на уроках физики и повысить интерес ребят к её изучению. Все опыты проведены с использованием дешевых, малогабаритных подручных материалов. Опыты просты в подготовке, но они развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире. По итогам учебно - исследовательской работы можно сделать следующие выводы:
-
В различных источниках информации можно найти и самим придумать много занимательных физических опытов, выполняемых с помощью подручного оборудования.
-
Занимательные опыты и самодельные физические приборы увеличивают спектр демонстраций физических явлений.
-
Занимательные опыты позволяют проверить законы физики и теоретические гипотезы.
Опыты, описанные в работе, могут демонстрироваться на уроках физики, при изучении элективных курсов, в кружковой работе, а также на предметных неделях для обучающихся начальной школы. В будущем предполагается расширить список таких опытов и создать учебное пособие для кабинета физики.
4. Список литературы
1.Блудов М.И. «Беседы по физике», Москва, 1974г.
2.Гальперштейн Л. «Здравствуй, физика», Москва, 1967г.
3.Ди Специо М. «Занимательные опыты», ООО «Астрель», 2004г.
4.Перельман Я.И. «Занимательные задачи и опыты», Москва, 1972г.
5.Рабиза Ф.В. «Забавная физика», Москва, 2000г.
6.Томилин А. «Хочу все знать», Москва, 1981г.