Для чего нужны опыты в физике
Методика навчання фізики в середній школі
§ 7. Опыт и теория в курсе физики
§ 7. Опыт и теория в курсе физики
1. Опыт в курсе физики. В преподавании физики физический эксперимент играет определяющую роль, являясь основой изложения физики. Особо важное значение имеет эксперимент в курсе начальной физики при формировании первых и основных понятий. Теория же, вследствие возраста учащихся и малого запаса и знаний, не может получить такого широкого развития, как это оказывается возможным во втором концентре физики средней школы, т. е. в 8-10 классах. Однако, было бы совёршенно неправильно считать, что в 6 и 7 классах учащиеся знакомятся с физикой только как с экспериментом. Опыты превратились бы тогда в занимательные фокусы и пустые манипуляции с приборами, если их содержание не раскрывалось бы разъяснением связи явлений между собой, т. е. не сопровождалось бы известными теоретическими предположениями. На основе же эксперимента производится обобщение и установление физических положений и законов.
Для всякого обобщения, в первую очередь, необходимо знание соответствующих фактов, и чем шире и глубже выводимые на их основе теоретические сведения, тем большим количеством фактов должны располагать учащиеся.
1) В начале курса физики учащиеся, ранее не изучавшие её, всё же обладают знанием некоторого количества физических фактов, почерпнутых ими из их обыденной жизни и при начальном обучении в школе. С некоторыми физическими явлениями учащиеся оказываются знакомыми настолько, что они становятся для них привычными, а их объяснения, иногда неправильные, само собой разумеющимися. Однако, этот жизненный опыт очень неполон и несистематичен а объяснения его часто могут быть совсем неверны. Объём и глубина этого жизненного опыта зависят от окружения учащихся и от постановки преподавания в начальных классах. С наличием этих сведений нельзя не считаться, но на них нельзя всецело опираться при изучении физики. Кроме того, одних жизненных наблюдений далеко недостаточно для построения курса физики; по некоторым же разделам наблюдения могут совершенно отсутствовать. Поэтому на жизненный опыт учащихся надо смотреть как на вспомогательный материал; его надо обязательно привлекать на уроках физики и уточнять, прибегая к повторным наблюдениям в классе при посредстве эксперимента. Основным же источником фактов служат опыты, непосредственно воспроизводимые учителем или самими учащимися. При этом, как бы ни были просты физические явления, всё же их надо обязательно воспроизвести и на основе наблюдения их учащимися построить соответствующие объяснения или обобщения.
2) При всяком опыте, будет ли он поставлен как демонстрационный (показываемый преподавателем) или лабораторный (выполняемый самими учениками), можно различить три стадии: а) Ознакомление с аппаратурой, рассмотрение её, название и описание частей аппаратуры и разъяснение назначения. б) Осуществление явления или показ самого опыта. в) Выводы из опыта, установление связей явлений, участвующих в опыте.
Первая стадия является подготовительной; в ней производится объяснение устройства применяемой аппаратуры для того, чтобы учащийся узнал, при помощи каких средств может быть воспроизведено данное физическое явление. Назначение и устройство всех частей применяемой аппаратуры должно быть объяснёно; их следует назвать соответствующими терминами. В результате преподаватель должен получить полную уверенность, что с каждым названием у учащихся соединяются совершенно определённые и правильные представления. Проделывая такую работу систематически с самого начала обучения, преподаватель получит полную гарантию, что ученики станут всегда понимать его при описании опыта и сами будут сознательно его описывать.
В процессе прохождения курса физики всё чаще и чаще в первую стадию опыта или даже до неё будет входить элемент «предвидения» результатов опыта. Опыт не должен ставиться как бы случайно, наоборот, он должен иметь определённую цель. Упражнения учащихся в проектировании опыта или в отыскании вариантов показанного опыта крайне важны, так как в значительной мере способствуют не только лучшему усвоению, но и развитию мышления. В самом начале куса или в начале каждого нового отдела в течение некоторого периода опыты служат, главным образом, для накопления фактического материала, но по мере развития темы сейчас же следует переходить от обдумывания уже проделанных опытов к задумыванию новых, побуждая к этому самих учащихся.
По мере прохождения курса и ознакомления учеников с большим количеством экспериментов у них должна вырабатываться способность «вообразить» себе тот или иной эксперимент по рисунку или по описанию. Эта способность, имеющая очень важное значение для облегчения усвоения физики, не создаётся у учеников сразу. Нельзя все существующие на свете эксперименты показать и тем более самому проделать; о многих придётся только прочесть или услышать. Если у учащихся имеется уже в прошлом знакомство с экспериментом, то они могут «вообразить» новый, невиданный эксперимент, пользуясь аналогиями.
Это обстоятельство повышает значение первой стадии ознакомления с экспериментом и делает особо важным показ большого количества опытов в начале курса физики.
2. Назначение и способы постановки опытов. Из изложенного в предыдущем параграфе вытекает возможность различной постановки опыта как со стороны техники его осуществления, так и ёго использования в процессе обучения физике. При этом надо иметь в виду, что целевое назначение опыта, сопровождающие его объяснения и внешнее оформление опыта в значительной мере связаны между собой. Прежде чем определить целевое назначение и способ постановки опыта, следует подчеркнуть неразрывную связь опыта и теории. Эта связь будет выяснена при рассмотрении значения теоретического элемента в процессе обучения физике (§ 8).
Опыты в процессе преподавания можно разделить на три группы: а) Опыты для ознакомления с явлениями, например: плавание, кипение, теплопроводность, конвекция и т. п., или с аппаратурой, создающей те или иные физические условия (например, рассмотрение действия воздушного насоса, устройства гальванического элемента и т. д.). б) Основные опыты, устанавливающие новые связи между явлениями, или закономерности, ещё не знакомые учащимся (например, прогибание упругой плёнки; магдебургские полушария при изучении атмосферного давления; действие электрического тока и т. д.). в) Опыты, служащие для вывода следствий из изученной закономерности или показывающие применение закономерности (например, горение электрической лампочки как следствие теплового действия тока; водяные насосы; электрический звонок и т. д.).
В связи с приведённой классификацией находятся способы постановки опытов в процессе обучения, а именно: а) Опыт ставится для обнаружения того или иного физического явления как известного, так и незнакомого учащимся, или для установления закономерностей; при этом опыт сопровождается такими манипуляциями с аппаратурой и объяснениями преподавателя, в результате которых учащиеся получают исчерпывающее представление о явлении или связи явлений. Преподаватель сам показывает опыт, объясняет его, делает выводы, всецело руководя мыслью учащихся, — таков распространённый способ обучения физике, который можно условно назвать догматическим». б) Поставив опыт, можно подготовить почву для вывода, но всё же не делать этого вывода; такая постановка называется эвристической. Она позволит учащимся самим найти вывод в посильных для них условиях. в) Опыт ставится с целью показать те или иные явления без предупреждения учащихся о том, как будет протекать явление или идти его объяснение. Наблюдение, объяснение и некоторые последующие выводы должны по замыслу преподавателя сделать сами учащиеся, которые таким образом ставятся в положение исследователей. Такая постановка называется условно исследовательской.
Вопрос о назначении эксперимента и его видах рассмотрен более подробно в т. II, § 1-3. Здесь же следует отметить, что каждый из пунктов первой и второй классификации самих опытов и способов их постановки вносит совершенно особые черты в те объяснения, которые сопровождают опыт, благодаря чему одна и та же аппаратура, почти одинаково используемая, может быть применена с различными целями.
Мастер класс «Занимательные опыты на уроках физики»
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Занимательные опыты на уроках физики.
Без сомнения, все наше знание начинается с опытов.
Ребенок – недописанная книга, в которой есть чистые листы, ожидающие нашего вмешательства. В зависимости от того, что мы нарисуем в этой книге и зависит результат достижения поставленной цели.
Физика – это не только научные книги и сложные законы, не только огромные лаборатории. Физика – это еще интересные эксперименты и занимательные опыты. Физика – это фокусы, показанные в кругу друзей, это смешные истории и забавные игрушки-самоделки.
Так давайте развивать творчество с помощью волшебства науки. “Физика – это волшебство, волшебство – это физика, а вместе – магия”. Волшебство и творчество связаны друг с другом.
Творчество – высшая форма человеческой активности. Творческая деятельность сопровождается напряжением всех духовных сил, высшей целеустремленностью человека, особым эмоциональным состоянием- вдохновением, а также эмоциями, чувствами радости и огорчения, страстным желанием решить проблему.
Оно включает в себя наблюдение явлений.
Самое главное, для физических опытов можно использовать любой подручный материал.
Физические опыты можно делать с шарами, стаканами, шприцами, карандашами, соломинками, монетами, иголками и т.д.
Опыты повышают интерес к изучению физики, развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире.
Но, к сожалению, из-за перегруженности учебного материала на уроках физики занимательным опытам уделяется недостаточное внимание, большое внимание уделяется теории и решению задач.
Физические опыты в занимательной форме знакомят учащихся с разнообразными применениями законов физики. Опыты можно использовать на уроках для привлечения внимания учащихся к изучаемому явлению, при повторении и закреплении учебного материала, на физических вечерах. Занимательные опыты углубляют и расширяют знания учащихся, способствуют развитию логического мышления, прививают интерес к предмету.
Роль эксперимента в науке физике
О том, что физика наука молодая
Сказать определённо, здесь нельзя
И в древности науку познавая,
Стремились постигать её всегда.
Цель обучения физики конкретна,
Уметь на практике все знания применять.
И важно помнить – роль эксперимента
Должна на первом месте устоять.
Вы тоже можете стать ученым. Ставьте вопросы и ищите на них ответы. Для начала, не принимайте все на веру. Думайте, ставьте свои опыты и читайте о чужих экспериментах.
Приведу примеры, в результате которых ученики сами демонстрируют физические явления, а потом объясняют их смысл.
При изучении атмосферного давления провожу следующие опыты:
Перед учащимися ставится задача:
1. “Достань монетку не замочив руки, используя только стакан”.
Положите монету на большую плоскую тарелку, налейте столько воды, чтобы она покрыла монету, и предложите ребятам взять ее прямо руками, не замочив пальцев
Ребята как не ухищряются подставить стакан, а результата нет.
Объясняю с точки зрения физики.
Эта, казалось бы, невозможная задача довольно просто решается с помощью стакана и горящей бумажки. Зажгите бумажку, положите ее горящей внутрь стакана и быстро поставьте стакан на тарелку близ монеты, дном вверх. Бумажка погаснет, стакан наполнится белым дымом, а затем под ним сама собой соберется вся вода с тарелки. Монета же, конечно, останется на месте, и через минуту, когда она обсохнет, вы сможете взять ее, не замочив пальцев. Ребята остаются изумленно довольными.
Вопрос. Какая сила вогнала воду в стакан и поддерживает ее на определенной высоте? Атмосферное давление. Горящая бумажка нагрела в стакане воздух, давление его от этого возросло, и часть газа вышла наружу. Когда бумажка погасла, воздух снова остыл, но при охлаждении его давление ослабело и под стакан вошла вода, вгоняемая туда давлением наружного воздуха. (Вместо бумажки можно пользоваться спичками, воткнутыми в пробочный кружок.)
Налейте полную бутылку воды и толстой иглой сделайте в ней прокол. Вода не выливается. Что нужно сделать, чтобы вода вытекла? (Открыть пробку.)
Объяснение: На воду в бутылке будет действовать атмосферное давление и вода вытечет.)
При изучении явления инерции:
На пустой стакан положите открытку, а на открытку – монету. Щелчком выбейте открытку. Монета упадет в стакан.
Объяснение: Монета не успевает набрать скорость и остается на месте.
Аналогичный опыт можно провести со стаканом с водой, который стоит на листе бумаги.
При изучении видов теплопередачи:
Из плотной бумаги вырезать спираль, растянуть её немного и посадить на конец изогнутой проволоки. Держать эту спираль над свечкой в восходящем потоке воздуха, змейка будет вращаться.
Объяснение: Змейка вращается, т.к. происходит расширение воздуха под действием тепла и о превращении теплой энергии в движение.
Кипение жидкости в руках
Мензурку, наполненную водой, нагревает у верхней поверхности жидкости. Вода закипит, а наши руки не почувствуют увеличения температуры воды.
Объяснение: нагретые верхние слои воды не могут опуститься вниз, поэтому жидкости нагревают снизу.
При изучении электрических явлений:
Надуйте воздушный шарик, завяжите ниткой и потрите о волосы. Затем поднесите его к нарезанным маленьким бумажкам. Бумажки начнут прилипать к шарику.
Можно поднести шарик к стене в классе. Он повиснет на стене.
Объяснение: Произошло электризация шарика.
При изучении реактивного движения:
Надуйте шарик и отпустите. Шарик начнет летать по классу.
Объяснение: струя воздуха вытекает из шарика, и шарик движется в противоположную сторону.
При изучении равновесия тел:
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, Чтобы спина касалась спинки стула, а ноги поставьте на пол под прямым углом. 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.
Объяснение: центр тяжести человека не приходится на точку опоры. 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 сделать ни того, ни другого, то встать мудрено, как вы и убеждаетесь на описанном опыте.
Подойдите к стене правой стороной, правую ногу поставьте к стене. А теперь поднимите левую ногу. Получилось?
Объяснение: Центр тяжести туловища сидящего человека находится внутри тела, близ позвоночника, сантиметров на 20 выше уровня пупка и не попадает на точку опоры ступней.
При изучении дифракции волн:
Поставить зажженную свечу позади бутылки, а самому стать так, чтобы лицо отстояло от бутылки на 20-30 см. Стоит теперь дунуть, и свеча погаснет, будто между тобой и свечёй нет никакой преграды.
Объяснение: Свеча гаснет потому, что бутылка воздухом “Обтекается”: струя воздуха разбивается бутылкой на два потока; один обтекает её справа, а другой – слева; а встречаются они примерно там, где стоит пламя свечи.
Анализируя результаты занимательных опытов, мы убедились, что знания, полученные на занятиях по физике вполне применимы для решения практических вопросов.
С помощью опытов, наблюдений и измерений были исследованы зависимости между различными физическими величинами.
Все явления, наблюдаемые при проведении занимательных опытов, имеют научное объяснение, для этого мы использовали фундаментальные законы физики и свойства окружающей нас материи.
Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики.
Следовательно, без оптов и эксперимента не может быть рационального обучения физике. Изучение физики и других технических дисциплин предполагает широкое использование опытов эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.
В соответствии с поставленными задачами все опыты проведены с использованием только дешевых, малогабаритных подручных материалов.
Занимательные опыты по физике
Разделы: Физика
Без сомнения, все наше знание начинается с опытов.
(Кант Эммануил. Немецкий философ 1724-1804г.г)
Физические опыты в занимательной форме знакомят учащихся с разнообразными применениями законов физики. Опыты можно использовать на уроках для привлечения внимания учащихся к изучаемому явлению, при повторении и закреплении учебного материала, на физических вечерах. Занимательные опыты углубляют и расширяют знания учащихся, способствуют развитию логического мышления, прививают интерес к предмету.
В данной работе описано 10 занимательных опытов, 5 демонстрационных экспериментов с использованием школьного оборудования. Авторами работ являются учащиеся 10 класса МОУ СОШ № 1 п. Забайкальск, Забайкальского края – Чугуевский Артём, Лаврентьев Аркадий, Чипизубов Дмитрий. Ребята самостоятельно проделали данные опыты, обобщили результаты и представили их в виде данной работы
Роль эксперимента в науке физике
О том, что физика наука молодая
Сказать определённо, здесь нельзя
И в древности науку познавая,
Стремились постигать её всегда.
Цель обучения физики конкретна,
Уметь на практике все знания применять.
И важно помнить – роль эксперимента
Должна на первом месте устоять.
Уметь планировать эксперимент и выполнять.
Анализировать и к жизни приобщать.
Строить модель, гипотезу выдвинуть,
Новых вершин стремиться достигнуть
Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления. Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений.
Следовательно, без эксперимента не может быть рационального обучения физике. Изучение физики предполагает широкое использование эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.
Занимательные опыты по физике
Описание опытов проводилось с использованием следующего алгоритма:
Опыт № 1 Четыре этажа
Приборы и материалы: бокал, бумага, ножницы, вода, соль, красное вино, подсолнечное масло, крашенный спирт.
Этапы проведения опыта
Попробуем налить в стакан четыре разных жидкости так, чтобы они не смешались и стояли одна над другой в пять этажей. Впрочем, нам удобнее будет взять не стакан, а узкий, расширяющийся к верху бокал.
Вот и получилось у нас четыре этажа жидкостей в одном бокале. Все разного цвета и разной плотности.
Опыт № 2 Удивительный подсвечник
Приборы и материалы: свеча, гвоздь, стакан, спички, вода.
Этапы проведения опыта
Не правда ли, удивительный подсвечник – стакан воды? А этот подсвечник совсем не плох.
И, правда, свеча будет понемножку всплывать, причём охлаждённый водой парафин у края свечи будет таять медленней, чем парафин, окружающий фитиль. Поэтому вокруг фитиля образуется довольно глубокая воронка. Эта пустота, в свою очередь, облегчает свечу, потому-то наша свеча и догорит до конца.
Опыт № 3 Свеча за бутылкой
Приборы и материалы: свеча, бутылка, спички
Этапы проведения опыта
Свеча гаснет потому, что бутылка воздухом “Обтекается”: струя воздуха разбивается бутылкой на два потока; один обтекает её справа, а другой – слева; а встречаются они примерно там, где стоит пламя свечи.
Опыт № 4 Вертящаяся змейка
Приборы и материалы: плотная бумага, свеча, ножницы.
Этапы проведения опыта
Змейка вращается, т.к. происходит расширение воздуха под действием тепла и о превращении теплой энергии в движение.
Опыт № 5 Извержение Везувия
Приборы и материалы: стеклянный сосуд, пузырёк, пробку, спиртовая тушь, вода.
Этапы проведения опыта
Вода имеет большую плотность, чем спирт; она постепенно будет входить в пузырёк, вытесняя оттуда тушь. Красная, синяя или черная жидкость тоненькой струйкой будет подниматься из пузырька кверху.
Опыт № 6 Пятнадцать спичек на одной
Приборы и материалы: 15 спичек.
Этапы проведения опыта
Для этого нужно только поверх всех спичек, в ложбинку между ними, положить ещё одну, пятнадцатую спичку
Опыт № 7 Подставка для кастрюли
Приборы и материалы: тарелка, 3 вилки, кольцо для салфетки, кастрюля.
Этапы проведения опыта
Данный опыт объясняется правилом рычага и устойчивым равновесием.
Опыт № 8 Парафиновый мотор
Приборы и материалы: свеча, спица, 2 стакана, 2 тарелки, спички.
Этапы проведения опыта
Чтобы сделать это мотор, нам не нужно ни электричества, ни бензина. Нам нужно для этого только… свеча.
Капля парафина упадёт в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечёт несколько капель парафина, и он станет легче первого конца; он поднимается к верху, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и наш мотор начнёт работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться всё больше и больше.
Опыт №9 Свободный обмен жидкостями
Приборы и материалы: апельсин, бокал, красное вино или молоко, воду, 2 зубочистки.
Этапы проведения опыта
Опыт №10 Певучая рюмка
Приборы и материалы: тонкая рюмка, вода.
Этапы проведения опыта
1. Диффузия жидкостей и газов
Демонстрационный эксперимент «Наблюдение диффузии»
Приборы и материалы: вата, нашатырный спирт, фенолфталеин, установка для наблюдения диффузии.
Этапы проведения эксперимента
Явление диффузии можно пронаблюдать при помощи специальной установки
Докажем что явление диффузии зависит от температуры. Чем выше температура, тем быстрее протекает диффузия.
Для демонстрации данного опыта возьмём два одинаовых стакана. В один стакан нальём холодной воды, в другой – горячей. Добавим в стаканы медный купорос, наблюдаем, что в горячей воде медный купорос растворяется быстрее, что доказывает зависимость диффузии от температуры.
2. Сообщающиеся сосуды
Для демонстрации сообщающихся сосудов возьмем ряд сосудов различной формы, соединенных в нижней части трубками.
Будем наливать жидкость в один из них: мы сейчас же обнаружим, что жидкость перетечет по трубкам в остальные сосуды и установится во всех сосудах на одном уровне.
Объяснение этого опыта заключается в следующем. Давление на свободных поверхностях жидкости в сосудах одно и то же; оно равно атмосферному давлению. Таким образом, все свободные поверхности принадлежат одной и той же поверхности уровня и, следовательно, должны находиться в одной горизонтали плои верхняя кромка самого сосуда: иначе чайник нельзя будет налить доверху.
Шар Паскаля – это прибор предназначен для демонстрации равномерной передачи давления, производимого на жидкость или газ в закрытом сосуде, а также подъёма жидкости за поршнем под влиянием атмосферного давления.
Для демонстрации равномерной передачи давления, производимого на жидкости в закрытом сосуде, необходимо, используя поршень, набрать в сосуд воды и плотно насадить на патрубок шар. Вдвигая поршень в сосуд, продемонстрировать истечение жидкости из отверстий в шаре, обратив внимание на равномерное истечение жидкости по всем направлениям.