Министерство образования Республики Коми
ГОУ «Коми республиканский лицей при Сыктывкарском государственном университете»
Рекомендована кафедрой
естественных наук
протокол №______
«___» ___________ 201__ г.
|
Утверждаю
Директор лицея
____________Штин А.В.
«___» ___________ 201__ г.
|
Дополнительная образовательная программа
Методы физико-технических исследований и измерений
ЭЛЕКТИВНЫЙ УЧЕБНЫЙ ПРЕДМЕТ ПО ВЫБОРУ УЧАЩИХСЯ
9 класс
Ступень образования – основное общее образование Срок реализации – 1 год
Составитель - учитель физики Вербин А. Э.
Сыктывкар
2013
Содержание 1. Пояснительная записка ……………………………………………… 3
2. Содержание программы… …………………………………………... 4
3. Тематический план …………………………………………………7
4. Календарно-тематический план ………………………………………8
5. Контрольно-измерительные материалы ……………………………..11
6. Критерии оценки знаний, умений и навыков учащихся….………....13
7. Литература ……………………………………………………………..16
Пояснительная записка
Всем известно, что физика – наука не только теоретическая, но и экспериментальная. В школьной образовательной программе вопросам практическим, экспериментальным уделяется недостаточное внимание, поэтому данная дополнительная образовательная программа позволяет расширить практические исследования учащихся в области физики.
Основные цели данной дополнительной образовательной программы элективного учебного предмета:
дать представление о методах физического экспериментального исследования как важнейшей части методологии физики и ряда других наук, развить интерес к исследовательской деятельности;
углубить знания основного курса физики, повысить интерес к его изучению;
воспитать инициативу, творческое отношение к труду;
научить правильному библиографически грамотному оформлению исследовательских работ (тезисов) и их защите перед аудиторией;
помочь профориентации учащихся лицея;
расширить межпредметные связи между физикой и другими учебными предметами.
В результате освоения практической части курса учащиеся должны знать/уметь:
знать основные методы физического экспериментального исследования и правильно их применять;
проводить физический эксперимент, измерять физические величины прямыми и косвенными методами;
использовать методы моделирования физических явлений и процессов, выдвигать обоснованные гипотезы;
пользоваться основными электроизмерительными и электронными приборами, источниками питания, генераторами, усилителями, некоторыми спектральными приборами, измерительными инструментами, вычислительной техникой;
подбирать аппаратуру, конструировать, собирать и налаживать установку, обрабатывать и анализировать результаты измерений;
читать и реферировать научный текст, конспектировать, анализировать и обобщать, делать выводы.
Данную программу условно можно разбить на теоретическую и практическую части. В теоретической части даются необходимые знания о методах и принципах экспериментальных физических исследований, а также сведения о физических принципах, лежащих в основе устройства приборов и их использования в эксперименте. Программа рассчитана на 35 часов в год по 1 часу в неделю.
Практическая часть включает в себя фронтальные лабораторные работы, работы практикума и экскурсии. Фронтальные лабораторные работы обеспечивают формирование основных навыков исследовательской работы и подготавливают учащихся к практикуму.
Особое место в данной программе отводится компьютерной обработке результатов физического эксперимента с помощью готовых программ и моделей, созданных самими учащимися. При защите исследовательских работ допускается использование компьютерных иллюстраций, презентаций, видеофрагментов с помощью современных мультимедиатехнологий. Лучшие работы учащихся презентуются на проводимых ежегодно внутрилицейских конференциях, конференциях СГУ и др.
Содержание программы
1. Введение (1 ч)
Роль экспериментальных исследований в науке и технике. Измерение как основа эксперимента, задачи курса специализации.
Организация рабочего места, техника безопасности при проведении электротехнических и радиотехнических работ, а также при работе со стеклянной посудой и химическими реактивами.
2. Методология физических
экспериментальных исследований (12 ч)
I. Структура физического эксперимента (7 ч)
Этапы проведения физических исследований, роль гипотез и физических моделей (на конкретных примерах), требования к проведению эксперимента. Прямые и косвенные измерения. Методы непосредственной оценки, сравнения и т. д. Оптические и электрические измерения неэлектрических величин. Датчики для измерений.
Демонстрации:
1. Датчики температуры и измерения с помощью компьютерного измерительного блока. Количество теплоты и теплоёмкость (опыты 1, 2)
2. Способы передачи тепла (теплопроводность, передача тепла при конвекции в газе и жидкости, перенос тепла излучением)
3. Равнопеременное движение. Ускорение.
Практические работы:
1. Решение экспериментальных задач по теме «Количество теплоты и теплоёмкость».
2. Решение экспериментальных задач по теме «Способы передачи тепла».
3. Исследование равнопеременного движения.
4. Способы определения ускорения свободного падения.
Работа с научными источниками:
1. Чтение теории по теме «Тепловые явления», «Кинематика»
2. Составление плана проведения практических работ и зарисовка опытных установок.
II. Обработка результатов измерений (5 ч)
Случайные и систематические погрешности, необходимость обработки результатов измерений. Приборные погрешности. Методы проверки приборов. Представление результатов измерений в виде таблиц и графиков.
Практические работы:
1. Исследование движения тела по окружности.
2. Движение тела по наклонной плоскости.
3. Проверка закона сохранения импульса.
Работа с научными источниками:
1. Поиск теории в библиотеке и интернете и конспектирование по тематике практических работ.
2. Составление простейшего реферата по разделу «Механика. Погрешности»
3. Техника физических
экспериментальных исследований (14 ч)
I. Правила пользования электроизмерительными приборами (4 ч)
Назначение электроизмерительной аппаратуры, пределы измерений, чтение шкал приборов, включение приборов в цепь, снятие показаний приборов.
Демонстрации:
1. Ознакомление с приборами различных типов и назначений.
2. Правила включения приборов в электрическую цепь и снятие показаний (последовательное и параллельное соединение проводников).
Практические работы:
1. Снятие вольтамперной характеристики резистора.
2. Изучение зависимости сопротивления металла от температуры (на примере лампы накаливания).
Работа с научными источниками:
1. Чтение технической документации и паспортов приборов, выделение в этих документах главного и второстепенного.
2. Краткое оформление выполненной лабораторной работы на компьютере.
II. Пайка (2 ч)
Практическая работа:
Пайка на монтажных платах простейших радиосхем с включением электроизмерительных приборов.
III. Электронные приборы (4 ч)
Источники питания. Усилители. Электронный осциллограф и его устройство, получение осциллограмм. Оптоэлектрические датчики.
Демонстрации:
1. Устройство источников питания.
2. Действие электронного усилителя.
3. Устройство и принцип действия электронного осциллографа. Компьютер как электронный осциллограф.
Лабораторные работы:
1. Исследование зависимости перемещения от времени при равноускоренном движении.
2. Исследование движения тела под действием нескольких сил.
3. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока графическим методом.
Работа с научными источниками:
1. Выписки из теоретического материала по механике, составление тезисов работы.
2. Выводы и оформление заключительной части выполненных работ.
IV. Составление и чтение простейших радиосхем (4 ч)
Обозначение элементов радиосхем и их назначение в простейших радиоконструкциях. Детекторный приёмник и радиосвязь. Оптоволоконная связь. Телефон, динамик.
Демонстрации:
1. Работа конденсаторов
2. Работа полупроводниковых приборов.
3. Принцип действия телефона, динамика
4. Пропускание лазерного луча по световоду.
Практические работы:
1. Сборка радио из готовых радиодеталей. Монтаж и пайка на печатной плате.
2. Сборка простейших радиоконструкций с использованием телефона и динамика.
Работа с научными источниками:
1. Поиск информации в библиотеке, через Интернет по теме «Радиосвязь»
2. Составление реферата по радиотехнике (по желанию).
4. Лабораторный практикум (7 ч)
1. Упругий удар (по разделу «Законы сохранения»)
2. Изучение фазовых переходов (по разделу «Тепловые явления»)
3. Создание самодельных приборов по физике.
4. II закон Ньютона. Определение ускорения тела по величине действующей на него силы и массе тела.
5. Изучение «золотого правила» механики.
6. Исследование количественных характеристик центростремительной силы.
7. Исследование движения тела под действием силы тяжести.
8. Методы определения ускорения свободного падения.
9. Измерение характеристик звуковых волн.
10. Измерение индукции магнитного поля различными методами (после теории).
По одной из выбранных экспериментальных работ учащиеся пишут правильно оформленную реферативную работу (не менее чем по двум теоретическим источникам) и представляют краткую устную защиту.
5. Экскурсия (1ч)
Тематический план
№ темы
|
Название темы
|
Количество часов
|
1.
|
Введение
|
1
|
2.
|
Методология физических
экспериментальных исследований:
I Структура физического эксперимента
II. Обработка результатов измерений
|
7
5
|
3.
|
Техника физических
экспериментальных исследований:
I. Правила пользования электроизмерительными приборами
II. Пайка
III. Электронные приборы
IV. Составление и чтение простейших радиосхем
|
4
2
4
4
|
4.
|
Лабораторный практикум
|
7
|
5.
|
Экскурсия
|
1
|
|
итого
|
35
|
Календарно-тематический план
1. Введение (1 ч)
№
|
Тема занятия
|
Количество часов
|
Месяц проведения
|
1.
|
Наука и техника, цели и задачи курса, ТБ
|
1
|
сентябрь
|
2. Методология физических
экспериментальных исследований (12 ч)
|
Тема занятия
|
Количество часов
|
Месяц проведения
|
I. Структура физического эксперимента (7 ч)
|
2.
|
Этапы проведения физических исследований
|
1
|
сентябрь
|
3.
|
Способы изменения внутренней энергии. Датчики для измерений
|
1
|
сентябрь
|
4.
|
Решение экспериментальных задач по теме «Количество теплоты и теплоёмкость».
|
1
|
сентябрь
|
5.
|
Контрольная работа №1 «Количество теплоты»
|
1
|
октябрь
|
6.
|
Кинематика. Ускорение. Исследование равнопеременного движения.
|
1
|
октябрь
|
7.
|
Способы определения ускорения свободного падения.
|
1
|
октябрь
|
8.
|
Контрольная работа №2 «Эксперименты в кинематике»
|
1
|
ноябрь
|
II. Обработка результатов измерений (5 ч)
|
9.
|
Случайные и систематические погрешности, приборные погрешности
|
1
|
ноябрь
|
10.
|
Исследовательская работа «Движение тела по окружности»
|
1
|
ноябрь
|
11.
|
Исследовательская работа «Движение тела по наклонной плоскости»
|
1
|
ноябрь
|
12.
|
Исследовательская работа «Проверка закона сохранения импульса».
|
1
|
декабрь
|
13
|
Контрольная работа №3 по теме «Обработка результатов измерений. Погрешности»
|
1
|
декабрь
|
3. Техника физических
экспериментальных исследований (14 ч)
№
|
Тема занятия
|
Количество часов
|
Месяц проведения
|
I. Правила пользования электроизмерительными приборами (4 ч)
|
14.
|
Электроизмерительная аппаратура: шкалы, включение в цепь, снятие показаний.
|
1
|
декабрь
|
15.
|
П/р «Снятие вольтамперной характеристики резистора»
|
1
|
декабрь
|
16.
|
П/р «Изучение зависимости сопротивления металла от температуры».
|
1
|
январь
|
17.
|
Контрольная работа №4 «Электроизмерительные приборы»
|
1
|
январь
|
II. Пайка (2 ч)
|
18.
|
Практическая работа «Пайка на монтажных платах с включением электроизмерительных приборов»
|
1
|
февраль
|
19.
|
Практическая работа «Пайка на монтажных платах с включением электроизмерительных приборов»
|
1
|
февраль
|
III. Электронные приборы (4 ч)
|
20.
|
Источники питания. Генераторы.
|
1
|
февраль
|
21.
|
Электронный осциллограф. Оптоэлектрические датчики.
|
1
|
февраль
|
22.
|
П/р «Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока графическим методом»
|
1
|
февраль
|
24
|
Контрольная работа №5 «Электронные приборы»
|
1
|
март
|
IV. Составление и чтение простейших радиосхем (4 ч)
|
25.
|
Элементы радиосхем. Детекторный приёмник и радиосвязь.
|
1
|
март
|
26.
|
П/р «Сборка радио»
|
1
|
март
|
27.
|
П/р «Сборка радиоконструкций с паяльником»
|
1
|
апрель
|
28.
|
Контрольная работа №6 «Радиосхемы»
|
1
|
апрель
|
4. Лабораторный практикум (7 ч)
№
|
Тема занятия
|
Количество часов
|
Месяц проведения
|
1.
|
П/р «Упругий удар»
|
7
|
апрель - май
|
2.
|
П/р «Изучение фазовых переходов»
|
3.
|
П/р «Создание самодельных приборов по физике»
|
4.
|
П/р «Изучение «золотого правила» механики»
|
|
|
5.
|
П/р «Измерение характеристик звуковых волн»
|
|
|
6.
|
П/р «Измерение индукции магнитного поля различными методами»
|
7.
|
Зачёт по практикуму: сдача и защита работ практикума.
|
|
|
5. Экскурсия (лаборатории СыктГУ) - 1 ч
Контрольно-измерительные материалы
Контрольная работа №1.
Тема: «Количество теплоты и теплоёмкость».
1. Что называется внутренней энергией тела?
2. Какие есть способы изменения внутренней энергии? Приведите примеры.
3. Что называется количеством теплоты?
4. Что называется удельной теплоёмкостью вещества?
5. От каких величин зависит количество теплоты?
6. Как составить уравнение теплового баланса?
7. Экспериментальная задача №1: зная температуру воды и спирта до и после смешивания, а также отношение масс (объёмов), рассчитать теплоёмкость спирта, считая, что теплоёмкость воды известна.
8. Экспериментальная задача №2: зная температуру грузов и их массы, а также массы и температуры воды и спирта, рассчитать теплоёмкость спирта. Сравнить её с данными задачи №1.
9. Сравнить две кривые нагрева спирта и воды (путём одновременного нагревания в одинаковых условиях). Оценить теплоёмкость спирта по графикам. Сравнить с полученными данными предыдущих задач.
10. Экспериментальная задача №3: одновременно нагреть масло и воду. Перед опытом выдвинуть гипотезу: в какой пробирке температура будет расти быстрее и почему?
Контрольная работа №2
Тема: «Способы передачи тепла».
1. Какие вы знаете способы передачи тепла?
2. Дайте определение каждому способу передачи тепла.
3. Чем они друг от друга отличаются? Приведите примеры.
4. Как по экспериментальной кривой оценить теплопроводность образца?
5. Экспериментальная задача №1: какова природа стационарного участка кривой для медного образца? Как влияет на стационарную температуру теплоизоляционная оболочка и радиатор? Где это можно использовать в технике?
6. Экспериментальная задача №2: по данным, полученным в задаче №1, сделайте количественную оценку отношения теплопроводящих свойств материалов стержней.
7. Экспериментальная задача №3: как влияет форма образца на процесс теплопередачи?
8. Экспериментальная задача №4: построить зависимость стационарной температуры чёрного образца от расстояния до нити накаливания лампы. Объяснить результаты эксперимента.
9. Экспериментальная задача №6: найти зависимость температуры по глубине объёма в алюминиевом калориметре с водой и в стакане из термостойкого стекла.
10. Объяснить принцип работы пирометра.
Контрольная работа №3
Тема: «Погрешности при проведении физических исследований»
1. От чего зависит неточность измерений?
2. Как находится абсолютная и относительная погрешность приближённого числа?
3. Как оценить, какова абсолютная и относительная погрешность результата по данным опыта?
4. Как осуществляются сокращённые вычисления?
5. Для чего производятся повторные измерения?
Тема: «Механика. Погрешности при проведении исследовательских работ»
6. Определить погрешности при проведении лабораторной работы по кинематике.
7. Определить погрешности при проведении лабораторной работы по динамике.
8. Определить погрешности при проведении лабораторной работы по закона сохранения.
9. Написать основные уравнения кинематики, законы Ньютона.
10. Как рассчитывается механическая энергия тел? Что влияет на погрешность при расчёте энергий тел?
Контрольная работа №4
Тема: «Электроизмерительная аппаратура и законы постоянного тока»
1. Объяснить принцип действия вольтметра и амперметра.
2. Как включаются в цепь электроизмерительные приборы?
3. Какова погрешность данных приборов и пределы измерения?
4. От чего зависит электрическое сопротивление? Чем отличаются резисторы друг от друга?
5. Назовите закон Ома для участка цепи.
6. Каковы законы последовательного и параллельного соединения проводников?
7. Какова количественная зависимость сопротивления проводника от температуры?
8. Придумать экспериментальную установку для определения удельного сопротивления проводника и представить расчётные формулы.
9. Напишите закон Джоуля-Ленца. От чего зависит мощность тока?
10. Как отражается рост температуры нити лампы накаливания на величину сопротивления лампы и на выделяемую в ней мощность? ( по выполненной работе).
Контрольная работа №5
Тема: «Электронные приборы»
1. Какие вы знаете источники тока? Что между ними общего? В чём различие?
2. Назовите закон Ома для полной цепи. Что такое ЭДС?
3. Как устроен генератор постоянного тока?
4. Каково устройство и принцип действия электронного осциллографа?
5. Где используются оптоэлектрические датчики? Принцип действия датчика.
6. Напишите основные уравнения кинематики. Что такое ускорение тела?
7. Каковы основные законы динамики? Какие вы знаете силы в природе?
8. Экспериментальная задача №1: зависит ли коэффициент трения от массы движущегося тела по наклонной плоскости?
9. Экспериментальная задача №2: предложите экспериментальную установку для измерения ускорения свободного падения и расчётные формулы.
10. Предложите способ измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока неграфическим методом.
Контрольная работа №6
Тема: «Элементы радиотехники»
1. Нарисуйте обозначения часто встречающихся элементов радиосхем. Назовите эти элементы.
2. Назовите части детекторного радиоприёмника. Каково их назначение?
3. Какова история изобретения радио?
4. Каковы принципы радиосвязи?
5. Для чего используются в радиосвязи антенна и заземление?
6. Назовите характеристики магнитного поля тока. Как устроен телефон и динамик?
Критерии и нормы оценки знаний и умений
Оценка устных ответов учащихся при использовании контрольно-измерительных материалов:
Оценка «5» ставится, если учащийся:
- обнаружил верное понимание физической сущности рассматриваемых явлений, закономерностей, законов и теорий, дает правильное определение физических величин, их единиц и способов измерения;
- правильно выполняет чертежи, схемы, графики (сопутствующие ответу);
- строит ответ по собственному плану, приводит новые примеры, применяет знания в новой ситуации, при выполнении практических заданий;
- устанавливает связь между изучаемым и заранее изученным материалом и материалом усвоенном при изучении других предметов.
Оценка «4»
- ответ удовлетворяет основным требованиям к ответу на оценку «5», но без использования собственного плана ответа, новых примеров, без применения знаний в новой ситуации, без использования связей с ранее изученным материалам и материалом, усвоенным при изучении других предметов.
Оценка «3»
- большая часть ответа удовлетворяет требованиям на оценку «4», но в ответе обнаруживаются пробелы, не препятствующие дальнейшему усвоению программного материала, ученик знает основные формулы по данному вопросу.
Оценка «2»
- ученик не овладел основными знаниями и умениями в соответствии с требованиями к уровню подготовки учеников.
Оценка «1»
- ученик не может ответить ни на один из поставленных вопросов.
Критерии качественного выполнения исследовательской или лабораторной (экспериментальной) работы:
Считается выполненной полностью и качественно исследовательская или лабораторная работа, если ученик:
- знает теоретические основы работы, ее цель;
- правильно планирует проведение эксперимента или исследования;
- собирает установку по схеме или планирует схему сам,
- правильно пользуется измерительными приборами;
- правильно и последовательно проводит наблюдения, снимает показания измерительных приборов, соблюдая технику безопасности,
- обрабатывает полученные результаты исследования или эксперимента, оценивает и измеряет погрешности измерений;
- составляет таблицу зависимости величин и строит графики;
- составляет краткий отчет и делает выводы по проделанной лабораторной работе;
- составляет реферат по теме исследовательской работы, состоящий из теоретической и практической (экспериментальной) частей с указанием используемой литературы;
- докладывает результаты исследовательской работы перед аудиторией и отвечает на вопросы по теории и экспериментальной части работы.
Оценка исследовательских или лабораторных (экспериментальных) работ:
Оценка «5» - работа выполнена в полном объёме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;
- самостоятельно и рационально монтируется необходимое оборудование, все опыты проводятся в режимах, обеспечивающих получения правильных результатов и выводов с соблюдением техники безопасности,
- в отчете (реферате) приведена теоретическая часть по теме, правильно и аккуратно выполнены все записи, таблицы, графики, рисунки, чертежи, вычисления;
- правильно выполнен анализ погрешностей.
Допускаются в работе 1-2 недочета.
Оценка «4» - выполнены требования к оценке «5», но допустил 1 негрубую ошибку и 1-2 недочета или 3-4 недочета.
Оценка «3» - плохое знание теоретического материала по теме работы, результаты выполненной экспериментальной части таковы, что позволяют получить правильные выводы или в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки,
Оценка «2» - работа выполнена не полностью, а объем выполненной части работы не позволяет сделать правильные выводы, или опыты измерения, вычисления производились неправильно.
Оценка «1» - работа совсем не выполнена.
Примечания:
1) Во всех случаях оценка снижается, если ученик не соблюдал требования безопасности труда и сдал исследовательскую работу (реферат) не в положенные сроки.
2) Исследовательская работа (реферат) должна быть оформлена согласно норм оформления научных работ. Оценка снижается, если исследовательская работа (реферат) нарушает данные нормы.
3) В тех случаях, когда ученик показал оригинальный подход к выполнению исследовательской работы, но в отчете (реферате) содержатся недочеты, оценка за выполненную работу по усмотрению учителя (экзаменационной комиссии) может быть повышена по сравнению с указанными нормами.
Учебное пособие для учащихся
Никифоров Г. Г. Физика в ученическом эксперименте (руководства по выполнению лабораторных работ). М.: Росучприбор, 2002. -
http://www.all-library.com/obrazovanie/fizika/29678-fizika-v-uchenicheskom-yeksperimente-mexanika.html
Дополнительная литература
1. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики, в 3 томах. Москва, Наука, 1995
2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 1,2, Москва, Наука, 1990
3. Матвеев А. Н. Молекулярная физика. М., Высшая школа, 1981.
4. Горелик Г. С. Колебания и волны. Москва, Физмат, 1959
5. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Ч. 1,2,3. М., Высшая школа, 1978
6. Калашников С. Г. Электричество. М., Наука, 1977
7. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. М., Высшая школа, 1989
8. Стрелков С. П. Механика. М., Наука, 1975
9. Поль Р. В. Оптика и атомная физика. М., Наука, 1966
10. Локшин Г. Р. Волны. Дифракция. Оптическая фильтрация. Долгопрудный, 1976
11. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 1,2,3. М., Наука, 1989
12. А. Н. Богатырёв Радиоэлектроника, автоматика и элементы ЭВМ, 8-9 класс, М.: Просвещение, 1990
А. В. Демашев Демонстрационный эксперимент по физике (руководства к выполнению экспериментов), Росучприбор,1999-2004
Р. Сворень Электроника шаг за шагом, М.: Детская литература, 1986
Кл. Э. Суорц Необыкновенная физика обыкновенных явлений (в 2-х томах), М.: Наука, 1986
П. А. Знаменский Лабораторные занятия по физике в средней школе (в 2-х частях), Ленинград, Учпедгиз, 1955
|
