|
Физика в наше время — одна из ведущих отраслей естествознания. Это определяет большое образовательное, политехническое и воспитательное значение ее как учебного предмета. Физические явления, законы и теории, изучаемые в курсе восьмилетней школы, наряду с самостоятельным их значением, необходимо рассматривать как первые шаги на пути к большой современной науке и технике.
Различные педагогические и дидактические средства обучения физике позволяют преподавать этот предмет в тесной связи теории с практикой. Школа должна дать учащимся достаточно глубокие и прочные знания снов науки и психологически подготовить ребят к упорному и настойчивому труду.
Учителя физики Свердловска и области давно работают над многими педагогическими проблемами, над повышением своей деловой квалификации. В этой книге описываются их передовые методы преподавания физики в шестых — восьмых классах. В частности, отражен юпыт работы учителей физики: Е. И. Андреевой (школа № 88), М. А. Гороховой (школа № 36), Р. А. Калюновой (школа № 72), А. Г. Ложкина (школа N° 106), Й. Н. Новиковой (школа № 103), Г. П. Павловой (школа № 9) и других.
Автор, заслуженный учитель школы РСФСР Г. К. Карпинский, более 20 лет посвятил преподаванию физики в школе и написал немало интересных книг об изучении физики. В новой книге он излагает свой опыт, свои творческие приемы и систему преподавания этого предмета.
Книга окажет большую помощь преподавателям физики, студентам педагогических вузов.
Образовательное и воспитательное значение физики
Физика — это окружающая жизнь, природа, техника. Программа по физике для восьмилетней школы дает богатые возможности в направлении формирования диалектико-материалистического мировоззрения учащихся — будущих строителей коммунистического общества. Это мировоззрение в значительной мере формируется при изучении физических явлений, механических, тепловых, звуковых, световых, электромагнитных и других. Почти все уроки физики насыщены философским материалом. Философия всегда стремилась ответить на вопросы: что собою представляет окружающий мир? Существует ли он вечно или возник в какой-то определенный момент? Может ли человек правильно познать окружающий мир?
В процессе изучения физики учащиеся убеждаются в материальности мира, объективности законов природы и возможности их познания, во взаимосвязи явлений, в отсутствии сверхъестественных, сил и т. д. Все это способ» ствует развитию научного мышления, формирует основы материалистического миропонимания, воспитывает атеистические убеждения. И, конечно, не проходит само по себе, без активной и целенаправленной помощи учителя. Постоянная и систематическая работа учителя способствует формированию у ребят глубоких идейных убеждений.
Уже с первого урока в шестом классе в вводной беседе учитель обязательно расскажет, что злейшим врагом науки о природе является религия. Возникла она в те времена, когда человек бессилен был познать законы природы и общества. Жестоко и беспощадно церковь расправлялась с передовыми учеными в средние века. Жертвами «святейшей инквизиции» были Джордано
Бруно, Галилео Галилей и многие другие ученые. 17 февраля 1600 года запылал костер, на котором заживо был сожжен великий мученик науки Джордано Бруно (рис. 1). Погибая, он сказал: «Сжечь — не значит опровергнуть. Грядущие века меня поймут и оценят».
Три столетия спустя, 9 июня 1889 года, в Риме, на площади Цветов, где некогда сожгли великого ученого, был установлен бронзовый памятник Джордано Бруно. А в 1931 году папа римский объявил «святыми» тех, кто казнил Джордано Бруно: церковь еще раз бросила вызов науке, культуре, всему прогрессивному человечеству.
Одна из основных задач учителя физики — систематическое расширение научного и технического кругозора школьников, разъяснение теснейшей связи между законами физики и современной наукой и техникой. Поэтому при изучении «Упругости и пластичности твердых тел» уже в шестом классе нужно не только рассказать о свойствах пластических масс, но и продемонстрировать некоторые из них. Учащиеся не только познакомятся таким образом с новейшими достижениями физики и техники, но смогут понять, что между физическими явлениями существуют причинно-следственные связи.
Учебная программа по физике предусматривает изучение не только обязательных теоретических вопросов,
Рнс. 1. Сожжение Джордано Бруно.
но и практические умения, необходимые школьникам, предполагает тесную связь с уроками родственных и смежных предметов: труда, математики, биологии, анатомии и физиологии человека, географии и химии. Усилены в программе экспериментальная и практическая стороны курса физики. Использована более современная теоретическая и практическая основа.
Все преподавание физики должно быть построено так, чтобы учащиеся постоянно ощущали потребность в новых знаниях. При изложении многих вопросов необходимо знакомить ребят с современной «большой наукой», с последними открытиями советских и зарубежных ученых, изобретателей, с научными основами современного сельскохозяйственного производства. На уроках нужно освещать также перспективный план развития народного хозяйства СССР, местную тематику, развитие данного экономического района.
Урок в школе — основная и главная, но не единственная форма организации учебно-воспитательной работы. Он должен быть живым, интересным, без штампов и трафарета. Форма ведения урока, педагогические и дидактические приемы определяются содержанием излагаемого материала, а также оборудованием кабинета и, что особенно важно, подготовленностью аудитории.
У каждого преподавателя свой стиль, свой педагогический почерк, своя система ведения урока — партитуру урока написать нельзя. И все же успех урока зависит прежде всего от учителя, от его творческого искания, высокой методической культуры и, конечно, от любви к своему делу, стремления провести урок интересно. Л. Н. Толстой писал: «Если учитель соединяет в себе любовь к делу и ученикам, он совершенный учитель».
Необходимо ставить перед школьниками задачи возрастающей трудности. На первом вводном уроке в шестом классе учитель, конечно, расскажет о том, что день 4 октября 1957 года вошел в историю науки как день новой эры, когда впервые в мире был запущен искусственный спутник Земли. 12 апреля 1961 года в Космос впервые поднялся человек — первый советский космонавт Ю. А. Гагарин. Этот день должен стать в каждой школе своеобразным праздником науки и техники. Все более усложняя задачу, надо подробно ознакомить учащихся со всеми этапами освоения Космоса. (Первый этап — 1957 год, второй — 1959 год, третий — 1961 год и т. д.).
В седьмых классах полезно ознакомить учащихся с некоторыми вопросами устройства и работы автомашин и мотоциклов. Эти виды транспорта имеются во многих семьях, и взрослые нередко говорят о них дома, обсуждают их устройство. Поэтому при изучении двигателей внутреннего сгорания можно подробнее остановиться на этой теме, рассказать, например, что при сгорании рабочей смеси температура внутри цилиндров двигателя достигает 2000 градусов. Поступающая новая порция горючей смеси снижает температуру. Однако в цилиндрах температура все же удерживается до 1000 градусов. При этой температуре детали шатунно-кривошипного и газораспределительного механизмов так же, как и весь корпус двигателя, сильно нагреваются. От перегрева мощность двигателя понижается, детали деформируются и преждевременно изнашиваются.
Отрицательно действует на работу двигателя также чрезмерное охлаждение: в холодном двигателе трудно воспламенить горючую смесь, она горит медленно, частично конденсируется. Поэтому для нормальной работы двигателя необходим определенный тепловой режим. (Особо нужно сказать об отводе тепла при охлаждении двигателя, который приводит к непроизводительным потерям тепловой энергии топлива.)
При изложении этого материала учащиеся увидят строгую причинность и взаимосвязь различных физических явлений и вместе с тем смогут многое рассказать сами, используя свои знания законов физики о теплопроводности и конвекции, конденсации и испарении, об изменении плотности вещества в зависимости от температуры и т. д. Этот рассказ лучше сопровождать показом отдельных узлов и механизмов четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания и его рисунками в разрезе.
Большую помощь учителю окажут методические и научно-популярные журналы: «Физика в школе», «Наука и жизнь», «Юный техник», «Техника — молодежи», «Знание — сила» и другие. Они должны стать необходимым пособием учителя при подготовке к уроку.
Излагая программный материал, преподаватель физики может сообщать сведения, выходящие за рамки учебника. Но не программы! Некоторые сведения из современной техники и физики в учебнике устарели, ведь жизнь идет вперед. Каждый день приносит новое: то успешно прошли испытания межконтинентальных баллистических ракет или запущен искусственный спутник Земли, то в строй вступают мощные электростанции или создаются турбины с новыми параметрами пара. Учителю необходимо следить за всеми событиями жизни. В запасе у него должно быть много таких фактов, которые помогали бы не только обогащать знания ребят, но и воспитывали бы в них чувство гордости за свою Родину.
Так, в седьмом классе при изучении темы «Водяные двигатели» интересно привести такой факт. Мощность самой большой гидроэлектростанции в царской России, построенной на реке Мургаб в Средней Азии, составляла всего 1350 киловатт. Такая электростанция в наше время не смогла бы дать йитание даже одному шагающему экскаватору с маркой Уральского завода тяжелого машиностроения. На Братской гидроэлектростанции работают турбины мощностью в 225000 киловатт, а на Красноярской гидроэлектростанции — 500 000 киловатт.
Детство и юность — пора удивительных мечтаний, открытий, увлечений и стремлений. Большая задача учителя — научить своих воспитанников думать, открывать и удивляться, научить видеть новое и понимать его. И тогда ученик, став взрослым, всю жизнь будет помнить учителя, научившего его познавать окружающий мир.
Развитие творческого мышления
Способности, как и мускулы, растут при тренировке.
Академик В. Обручев
Курс восьмилетней школы не позволяет учащимся с большой глубиной освоить многие разделы физики (масса тела, вес, электрическое и магнитное поле, строение атома и т. д.), но это не означает, что в пределах проходимого материала преподаватель не должен учить ребят умению анализировать и обобщать явления, способствующие воспитанию правильного научного восприятия. Необходима систематическая работа в этом направлении с учетом, конечно, развития и возраста. В формировании правильного научного мировоззрения учащихся немаловажна роль различных экскурсов в историю физики и техники. Меняются научные теории, но экспериментальные исследования, накопленные факты остаются, получая лишь новое толкование.
Учитель может и должен воспитывать у школьников научно-материалистическое мировоззрение, исходя из следующих положений: существование материи вечно; движение — неотъемлемое свойство материи; все происходящие в природе явления взаимосвязаны; религия тормозит развитие науки; новые знания — база дальнейшего развития науки.
В этом плане рассмотрим некоторые вопросы программы курса физики 6 — 7 классов.
В шестом классе с первых уроков надо знакомить школьников с методами исследования физических явлений (наблюдение, опыт, вывод); изучать различные состояния веществ (полезно хотя бы немного рассказать о плазме), не забывать о связи физики с техникой. Учитель обязательно расскажет о жестокой борьбе, которую вела и ведет религия против науки.
Чтобы привести примеры различных физических явлений и физических тел, учащимся придется воспользоваться знаниями курса географии, естествознания и других предметов. Они увидят и поймут необходимость изучения окружающей природы, при демонстрации различных опытов получат конкретные представления о богатстве и разнообразии содержания нового предмета.
Д. И. Менделеев указывал, что «мера и вес суть главные орудия познания природы». В курсе физики шестого класса много внимания уделяется различным единицам измерения. Но особо нужно выделить метр, как основную единицу всей метрической системы.
На уроке можно воспользоваться глобусом, найти Парижский меридиан, рассказать о больших трудностях, с которыми встретились ученые, проводившие первые измерения меридиана. Уместно сообщить и о том, что при измерении громадных расстояний между планетами в солнечной системе принимается астрономическая единица — расстояние от Земли до Солнца, равное 149500000 километров, округленно 150000000 километров. Ребятам интересно узнать расстояние планет от Солнца (в астрономических единицах):
Меркурий . . . 0,4
Венера .... 0,72
Земля .... 1
Марс............1,52
Юпитер . . . .5,2
Сатурн .... 9,5
Уран............19,2
Нептун .... 30
Плутон .... 40
Очень полезно предложить учащимся завести специальные тетради или в тетрадях по физике выделить отдельные страницы с надписью: «Это интересно» — и записывать туда сведения, выходящие за пределы учебника. К концу учебного года обычно получаются неплохие тетради-справочники. Ведение таких тетрадей-справочников способствует выявлению самостоятельного поиска учащихся.
В эту тетрадь можно записать таблицу расстояний планет от Солнца в астрономических единицах или, например, такой интересный факт: Плутон удален от Солнца на 40 астрономических единиц, а в километрах это расстояние равно 5 917 000 000 километров.
Или такой пример. Солнце настолько огромно, что рядом с ним Земля кажется пылинкой. На рисунке 2 показана разница в размерах Солнца и Земли. На площади солнечного диска умещается орбита Луны. Используя цифровые данные рисунка, учащиеся смогут самостоятельно рассчитать, во сколько раз диаметр Солнца больше диаметра Земли.
Эти и подобные примеры помогут ребятам понять необходимость введения астрономических единиц.
Вопрос о точности измерения различных физических величин проходит через весь курс обучения и очень важен при формировании научного мировоззрения. В этой связи в шестом классе было бы уместно, например, решить такую задачу:
При измерении расстояния от Земли до Солнца» равного в среднем 149 500 000 километров» допущена погрешность в 100000 километров. Поперечник же карандаша» измеренный с точностью 0,1 миллиметра, равен 8,4 миллиметра. Какое измерение произведено точнее?
В начале решения задачи почти ни у кого в классе не возникает сомнения, что второе измерение выполнено точнее (ведь карандаш держали в руках и измеряли с точностью до 0,1 миллиметра!). Но, подумав, школьники приходят к иному выводу. Оказывается, измерить расстояния до огромных объектов Вселенной можно со значительно большей точностью, чем сделать вычисления непосредственно на рабочем столе.
При изучении темы «Измерение объемов», рассказывая о телах «великанах» и «лилипутах», можно привести интересные факты.
Объем Солнца больше объема Земли в 1300 000 раз.
Диаметр эритроцита равен почти 0,007 миллиметра. В кубическом миллиметре крови насчитывается 4,5 — 5 миллионов эритроцитов.
В наручных часах есть шайбочка толщиной в 0,01 миллиметра с наружным диаметром 0,645 миллиметра. В обычную спичечную коробку войдет 6 000000 таких деталей. Можно сообщить, что весит эта деталька 0,000013 грамма. (Цифровые данные в примерах приводятся как иллюстрации, а не для запоминания).
Рис. 2. Сравнение размеров Солнца и Земли.
Рис. 3. Различные динамометры.
При изучении понятия силы особенно важно добиться глубокого понимания того, что в природе существует взаимодействие тел, а не одностороннее действие. Нет сил, существующих отдельно от материальных тел.
Когда мы говорим: «на тело действует сила», мы имеем в виду, что одно тело действует на другое, происходит их взаимодействие. При изучении других разделов физики в шестом классе (давление, вес, сила давления, закон
Архимеда, закон Паскаля и т. д.) учитель продолжает формировать правильное научное понимание силы.
В технике, в быту, в сельском хозяйстве, в спорте часто бывает необходимо измерить силу, определить ее величину. На рисунке 3 показаны различные виды динамометров.
Необходимо на убедительных примерах показать ребятам, что физика — это окружающая жизнь и встречается она на каждом шагу: дома, за чайным столом и в школьных мастерских, на пришкольном участке и на стадионе, в спортивном зале и на реке, на железнодорожных путях. Учеников надо научить находить ее везде, показать им, что физика в школе — введение в большую науку и технику, творцами которой являются наши ученые, конструкторы, инженеры, рационализаторы и изобретатели.
Ни один человек не родится ученым или изобретателем — создателей техники, творцов науки воспитывают. С детства надо прививать ребенку любовь к творческому труду — к поискам новых решений посильных задач, к созданию интересных приборов.
Элементы творчества на уроках физики помогут школьникам глубже усвоить программный материал, повысят их познавательную активность. Убеждения человека вырабатываются в процессе труда, на протяжении всей его жизни, поэтому надо вести работу с учащимися так, чтобы их знания превращались в убеждения.
Привычка размышлять появится у подростка лишь тогда, когда его приучат не только внимательно и добросовестно выучивать все, что ему сообщают, или то, что он читает (пассивное восприятие материала), но и проявлять со своей стороны активность, задавать вопросы, подводить итоги и делать самостоятельные выводы, воспринимать все новое творчески. Развитию самостоятельного творческого мышления очень помогают вопросы «Почему?..» Вот, например, какие вопросы полезно задавать школьникам:
Почему для определения длины шага рекомендуй ется сделать 20 — 30 шагов?
Почему узкие лямки вещевого мешка сильнее «ре» жут» плечи, чем широкие ремни?
Почему заклепки делают из меди или алюминия, или из самой «мягкой» стали?
Почему железнодорожные шпалы укладывают на специально насыпанный балласт (песок, гравий, щебень), а не на основной грунт?
Почему насосом для автомобильных и велосипедных шин неудобно накачивать футбольный мяч?
Почему для опыта Торричелли наиболее удобна ртуть?
Почему не выливается вода из бутылки, опрокинутой вверх дном, если ее горлышко погружено в воду?
Почему при охлаждения уровень жидкости в бутылке опускается, ведь бутылка тоже уменьшает объем?
Почему радиаторы водяного или парового отопления устанавливают, как правило, под окнами, а не над окнами?
Почему пассажирам самолета не рекомендуется иметь заряженные чернилами авторучки?
Почему ржавчина особенно вредна в тех местах машины, которые подвергаются постоянному трению?
Почему на поворотах водители различных видов транспорта уменьшают скорость движения машины?
Почему скорость вращения любого тела выражают в об I мин у а не в лесек?
Почему искусственные спутники Земли, не имеющие специальной тепловой защиты, сгорают при входе в более плотные слои земной атмосферы?
Почему сырые дрова горят хуже, чем сухие?
Почему по звуку легко обнаружить в небе летящий вертолет и трудно-скоростной реактивный самолет?
Почему электризация при трении была прежде всего замечена на диэлектриках?
Почему на заводах при переноске раскаленных стальных болванок не применяют подъемные электромагнитные краны?
Почему советская шхуна «Заря», снаряженная для исследования магнитного поля Земли, построена не из стали или чугуна, а из дерева, бронзы, латуни и других немагнитных материалов?
Почему ламповые и полупроводниковые радиоприемники принимают очень слабые радиосигналы, а детекторные приемники такие же сигналы принимать не могут?
Отвечая на вопрос «Почему?», школьники учатся понимать причинность и целесообразность тех или иных явлений, применение различных материалов, в зависимости от их физических свойств и условий работы прибора, аппарата, машины. Анализируя конструкцию установки, ребята задумываются над отдельными деталями прибора, и у них возникают мысли: «А почему бы не сделать иначе?» Эти проявления творческого мышления надо всячески поддерживать и развивать.
Если, к примеру, при определении объема тел с помощью отливного сосуда ученик предлагает для большей наглядности заменить железный отливной сосуд прозрачным, это, конечно, будет свидетельствовать о его вдумчивом отношении к работе на уроке и должно -быть отмечено учителем.
В тех же классах, где учащиеся не догадались о возможности такого усовершенствования, учителю надо поставить вопрос: «Что необходимо сделать, чтобы демонстрация с отливным стаканом была более выразительной?» Можно дать такое задание на дом. Выполнение его потребует от школьников творческого применения полученных знаний, графического оформления.
Как правило, шестиклассники приносят самые различные варианты конструктивного оформления прибора. Наиболее оригинальные решения нужно разобрать на уроке — пусть ребята сами поймут, какое конструктивное оформление удачнее и почему? Обычно возникает живое обсуждение — в спорах рождается истина, — поднимается познавательная и творческая активность класса. Вместе с тем выясняется глубина знаний учащихся — ребята начинают понимать, что можно создавать замечательные приборы своими руками. (Фамилию автора лучшего прибора нужно назвать).
Другой пример. Учитель предлагает продумать, как лучше изменить установку для демонстрации опыта по расширению газа в колбе при нагревании, чтобы она была более надежной и удобной (рис. 4 а). Проведение этого опыта, как известно, доставляет немало хлопот, так как капелька жидкости быстро покидает свое неустойчивое положение, скатываясь или за пределы прибора или внутрь колбы. Стоит колбу поместить выше, а трубочку с капелькой жидкости ниже и придать ей ничтожно малый уклон в сторону колбы, как прибор
становится более надежным в работе (рис. 46). Такое небольшое изменение в демонстрационной установке покажет учащимся необходимость вдумчивого отношен ния ко всем деталям даже самых простых приборов-..
Если при демонстрации Сегнерова колеса ученик предлагает для большей наглядности на вращающемся корпусе прибора поместить яркую полосу или находит возможным на этом приборе выполнить новый опыт, это — начало творческого поиска, которое заслуживает
Рис. 4. Прибор на расширение газов от на-гревания в положении б работает надежнее,, чем в положении а.
всяческого поощрения. Показывая прибор (рис. 43 ж) для демонстрации перехода механической энергии из одного вида в другой, учитель ставит перед учащимися вопросы: «Какие еще опыты можно провести, пользуясь данным прибором?», «Какие при этом наблюдаются физические явления?» Подобные вопросы создают в классе атмосферу творческого поиска, побуждают школьников проверять свои знания, исследовать, самостоятельно применять их в новых необычных условиях, критически оценивать конструкцию прибора, делать для себя новые открытия. Каждое новое предложение вызывает возражение класса или одобрение. «Сильные» и «слабые» оказываются почти в одинаковых условиях. Труд школьника на уроке становится творческим.
Ученики предлагают при помощи данного прибора демонстрировать относительное и поступательное движение (платформы, рамы, груза), инерцию, трение, применение блоков, механическую работу, совершаемую движущимся телом (на пути тележки поместите некоторое препятствие), определение средней скорости движения и т. д.
Ребята делают для себя «открытия». Оказывается, с помощью одного прибора можно выполнить около десятка различных опытов! Сделать эти «открытия» позволил коллективный творческий труд всего класса.
Познавательная активность на уроке возрастает еще больше, если учитель, подводя итог, объявит: «Самые лучшие предложения поступили от учеников второго ряда. Они — лучшие рационализаторы в классе». Этот небольшой игровой момент в виде элемента соревнования создаст на многих последующих уроках настрой класса на творческую работу. Его надо всячески поддерживать и развивать индивидуальной и коллективной работой со школьниками.
«Рационализаторские» предложения, которые вносят ребята, касаются пока маленьких и незаметных сторон деятельности человеческого общества, но они нужны и полезны, и главное — вызваны стремлением применить теоретически знания на практике.
Вот почему необходимо разрабатывать различные варианты обязательных и желательных практических домашних и классных работ, решать экспериментальные задачи, предлагать учащимся пронаблюдать новое физическое явление на приборе, который они уже не раз видели на уроке.
Объектами для размышления и поисков могут быть следующие задания:
Как измерить глубину узкого глухого (не сквозного) отверстия, просверленного в металлическом изделии? Ответ нужно пояснить рисунком.
При каких условиях измерений ошибка на параллакс будет наименьшей? Как это сделать?
Разработать различные варианты конструкции стакана с отливом.
Какой может быть конструкция пружинного динамометра? Дать его рисунок и описание. Изготовить динамометр.
Продумать дома возможные варианты демонстрации давления жидкости снизу вверх. Ответ пояснить рисунком и дать письменное объяснение.
Разработать и построить различные приборы для де--монстрации атмосферного давления.
Разработать и построить различные приборы и установки для демонстрации расширения газообразных, жидких и твердых тел от нагревания и сжатия при охлаждении.
Рис. 5. Модель кулисного механизма.
Построить модель термометра для работы на уроке по определению цены деления шкалы.
Какие существуют способы отсчета равных промежутков времени?
Разработать дома различные варианты установок для проведения опытов на закон инерции. Дать рисунок одной установки. Выполнить опыт.
Составить небольшой рассказ на тему: «Трение в окружающей жизни».
Какие виды движения можно наблюдать при работе кулисного механизма (рис. 5)?
Придумать дома возможные варианты приборов для демонстрации закона сохранения и превращения энергии. Ответ пояснить рисунком. Построить или описать один прибор.
Найти простые механизмы в домашних машинах и установках (швейная машина, велосипед, стиральная машина и т. д.).
В дополнительной литературе найти описание одного-двух проектов «вечных двигателей». Разобраться ? ошибках, допущенных изобретателями «вечных двигателей».
Разработать различные приборы и установки для демонстрации действия и противодействия. (Построить их или составить описание).
Разработать дома различные варианты установок к приборов для опытов по колебательному движению тел. (Составить рисунок, построить или описать один-два прибора).
Назвать примеры получения электрических зарядок при трении в быту и технике.
Разработать варианты схем для быстрого переключения последовательного соединения электрических лампочек на параллельное и обратно. Собрать цепь.
Найти возможные варианты изменения схемы электрической цепи по рисунку 123 из учебника для 8-го класса 1967 года.
Продумать конструкции простейших приборов для демонстрации различных действий электрического тока, составить рисунок к ним. Построить и описать некоторые из них.
Составить небольшой рассказ с иллюстрациями на тему: «Электромагнит ж его применение».
Как проверить, есть ли короткое замыкание в электрической цепи? Собрать несколько вариантов схем и проверить их пригодность.
Составить небольшой рассказ с иллюстрациями на тему: «Мирное применение атома».
Привести примеры взаимообратных физических процессов (динамомашины, трансформаторы и т. д.).
Каковы могут быть конструкции различных приборок автоматов? Составить к ним рисунки и чертежи. Построить или описать один-два прибора.
Приведенные задания рассчитаны как на коллективную работу класса, так и на индивидуальное выполнение. Все зависит от того, насколько хорошо учитель изучил индивидуальные особенности своих воспитанников, знает уровень их подготовки, интерес к предмету, склонности, умения и навыки, развитие, домашние условия. Важно дифференцированно подойти к заданию,
поставив перед учеником такую цель, которая посиль-на, но требует достаточного напряжения, вынуждает его мобилизовать все знания и умения.
При решении подобных задач подростку приходится в основном творить самостоятельно. Постепенно усложняя содержание задач, учитель показывает классу, что важность изучаемого материала определяется его познавательным и практическим значением с позиций современной науки и техники, независимо от времени открытия данного явления. (Атомоход «Ленин» работает на атомном «горючем», но плавает по закону Архимеда — пример сочетания новейших достижений в области науки и техники с давно открытыми явлениями и законами).
Успешное решение школьниками конструкторской задачи возможно только при условии хорошего и глубокого понимания назначения прибора и физических основ его работы.
Естественно, что к демонстрационным приборам предъявляются иные требования, чем к лабораторным. Эту специфику должны хорошо уяснить юные конструкторы. Полезно показать школьникам, что одно и то же физическое явление можно иногда продемонстрировать разными путями и средствами. Для примера рассмотрим давление жидкости снизу вверх.
Сначала лучше показать опыт в традиционном оформлении. Берется широкая стеклянная трубка с гладко обрезанными краями (ламповое стекло или сосуд от прибора для так называемого «парадокса Паскаля»), затем вырезается круглая пластинка из тонкой жести с небольшим запасом. К центру ее припаивается маленькая петля, к которой затем нужно привязать нитку (рис. 6). Трубку с приставным дном опускают в сосуд с водой и начинают понемногу заполнять ее водой. При этом обращается внимание учащихся на то, что дно трубки отпадает тогда, когда уровни жидкости в обоих сосудах сравняются.
Тот же опыт затем можно выполнить в другом варианте. Трубку с плотно прижатой к ее нижнему концу пластинкой погружают в сосуд с водой. В первый момент, даже если не натягивать нить, пластинка не отпадет от трубки. Это указывает на давление внутри жидкости, направленное снизу вверх. Но между пластинкой и краем трубки имеются небольшие зазоры, и жидкость постепенно проникает внутрь трубки.
Когда уровни жидкости в широком сосуде и в трубке сравняются, железная пластинка отпадает.
На поверхность железной пластинки лучше положить несколько кристаллов марганцовокислого калия, тогда окрашенный столб жидкости будет хорошо виден в прозрачной воде.
Возможность использования различных по своим физическим и химическим свойствам материалов для конструирования одного и того же прибора удобно показать, например, на так называемом «шаре Паскаля». Учащимся демонстрируют сначала прибор промышленного изготовления, затем тот же закон иллюстрируют опытом на флаконе из полиэтилена (прибор описан на стр. 47).
Школьники не только увидят несколько различных вариантов решения одного и того же опыта, но и продолжат знакомство со свойствами новых материалов и убедятся, что они с успехом заменяют металлы.
В современной технике широко применяются различные автоматические устройства. С простейшими автоматами необходимо знакомить учащихся при изучении закона Архимеда, биметаллических пластинок, расширения тел при нагревании и т. д.
Надо рассказать, что один из первых промышленных автоматов изобрел выдающийся русский теплотехник И. И. Ползунов. Им применен автоматический регулятор уровня воды в паровом котле. В основе работы этого автомата — закон Архимеда. Когда уровень воды опускается ниже нормального, поплавок открывает клапан и вода наполняет котел. Идея такого автоматического регулятора лежит в основе многих современных автоматов-регуляторов.
С одним из таких простых автоматов можно познакомить шестиклассников при изучении тепловых явлений. Прибор легко изготовить в школьном кабинете физики.
Для этого берется так называемый «кипятильник Франклина». Середина трубки зажимается между двумя деревянными пластинками, имеющими с внутренней стороны углубления, соответствующие форме трубки. В каждую пластинку вбивают по небольшому гвоздю
Рис. 7. Простой автомат из кипятильника Франклина.
(патефонной иголке) так, чтобы они выступали наружу, затем нужно закрепить трубку, зажав ее между пластинками. При этом гвозди располагаются по прямой и будут служить горизонтальными полуосями поворота кипятильника. Необходимо, чтобы полуоси совпадали с центром тяжести трубки и шариков.
Полуоси будущего двигателя крепятся между двумя стальными стойками на высоте 50 — 60 мм так, чтобы они легко поворачивались в стойках (рис. 7).
Затем стойки припаивают к середине дна кюветки, изготовленной из кровельного или оцинкованного железа (размер кюветки 400X200X40 мм). Чтобы при опускании вниз шарики кипятильника Франклина не разбились от удара о дно сосуда, на дне кюветки необходимо укрепить кусочки какого-либо амортизирующего материала, например резины.
Если сосуд заполнить теплой водой (температурой 40 — 50 градусов), то давление пара над спиртом внутри шариков прибора быстро возрастает. Жидкость по трубочке поднимается все выше и выше, и наступит такой момент, когда левый шарик перетянет вниз, а вверх поднимется правый. Затем нагретый пар перегонит спирт обратно в правый шарик. Прибор будет работать автоматически, поочередно поднимая или опуская один из шариков.
С помощью кипятильника Франклина можно построить другой прибор-автомат, работающий за счет лучепоглощения. Он описан в книге «Кружок юных физиков».
Еще один прибор с элементом автоматики, изображенный на рисунке 8 а. На деревянной стойке В устанавливают электрическую лампочку напряжением 3 — б вольт. Берут две металлические пластинки С длиной по 70 — 80 миллиметров каждая, небольшого сечения, но такого, чтобы они не прогибались под действием собственного веса. Пластинки располагают друг против друга во взаимно перпендикулярных плоскостях. Между ними оставляют зазор ? в 0,1 миллиметра и даже меньше. (На рисунке зазор между пластинками для наглядности сделан больше). При демонстрации опыта вначале в зазор между пластинками вводится листок бумаги, чтобы показать разрыв в электрической цепи. От нагревания на спиртовке пластинки удлиняются и зазор исчезает. Цепь электрического тока замыкается, и вспыхивает лампочка. Если приостановить нагревание, то между пластинками снова образуется зазор и лампочка гаснет.
Данный элемент автоматики можно использовать в пожарной сигнализации, особенно если вместо лампочки включить электрический звонок.
На рисунке 8 б показан прибор-автомат с барокоробкой. При нагревании воздух в барокоробке расширяется и несколько приподнимает крышку коробки, при этом замыкаются контакты реле и электрический звонок подает сигналы.
Пневматическое реле (рисунок 8 в) замыкает контакты электрической цепи при накачивании воздуха грушей В. Увеличение давления воздуха в стеклянной воронке вызывает расширение резиновой пленки М, в результате чего контакты реле КР замыкают электрическую цепь.
Между биметаллической пластинкой С и контактом В (рис. 8 г) имеется небольшой зазор. Классу можно предложить вопрос-шутку: «Как с помощью спички зажигается электрическая лампочка?» (Прибор подключен к источнику электрического тока.) Ответ простой: достаточно биметаллическую пластинку подогреть спичкой — и цепь замкнется.
Биметаллическая пластинка — очень распространенный элемент автоматики в современной технике. Она, например, нашла применение в сигналах поворота автомашин, в различных биметаллических термореле, ограничителях тока и т. д. С помощью такой пластинки можно построить немало приборов-автоматов, некоторые из них описаны в книге «Кружок юных физиков» (стр. 32 — 41). Ряд примеров применения биметаллической пластинки показан на рисунке 9
Знакомя шестиклассников с биметаллическими пластинками, необходимо на примерах показывать им, что физика — основа современной техники. С простейшими приборами-автоматами ребята знакомятся при изучении различных насосов, манометров, барометров, термометров, спидометров, счетчиков электрической энергии и т. д. Такая тесная связь урока с- жизнью повышает интерес к изучению физики. «Подсказка» учителя должна носить характер совместного поиска, помогать установлению правильной последовательности в раскрытии взаимосвязанных явлений.
KOHEЦ ФPAГMEHTA УЧЕБНИКА
|
