Учебно - методическое пособие. Решение экспериментальных задач.

МБОУ СОШ с. Буриказган. Экспериментальные задачи по физике учебно­методическое пособие                                    Газтдинова З.Г.        Учительница МБОУ СОШ с. Буриказганово 2009г Предисловие В целях усиления практической направленности на уроках физики, во время  кружковых занятий  часто придется обращаться к экспериментальным задачам.                    Решение экспериментальных задач, задач­оценок позволяют успешно преодолевать  недостатки в знаниях учащихся. В пособии приведены задания, предлагаемые в районных  олимпиадах, за время моей работы в школе. Содержание. 1.Измерение физических величин 2.Задачи по кинематике 3. Задачи по динамике 4.Статика 5.Закон сохранения энергии 6.Электричество и магнетизм 7.Оптика 8.Механические колебания 9.Задачи ­ оценки 10.Варианты решения некоторых задач 1.Измерение физических величин 1.1. Определить радиус пластмассового шарика. Оборудование: линейка, не менее 20 одинаковых шариков, для стрельбы из пистолета. (2003г) 1.2.Определить диаметр нити  (проволоки). Оборудование:   нить   (проволока),   карандаш,   делением.(2002г)   линейка   с   миллиметровым 2.Задачи по кинематика. 2.3.Определить скорость монеты после легкого щелчка. Оборудование: стол, монета, метровая линейка.(2001г) 2.4.Исследуйте зависимость скорости струи, вытекающей из сосуда, от высоты уровня воды в нем. Оборудование: пластмассовый пузырь,  шило (острый гвоздь). Примечание. Домашняя лаборатория. 3.1.Определить коэффициент трения карандаша о дерево. Принадлежности:  линейка, карандаш цилиндрической формы.(10 кл) 3.Динамика 3.2.Определить   коэффициент   трения   скольжения   тела     о   горизонтальную поверхность. Оборудование: динамометр, брусок с параллельными гранями.(9 кл) 3.3.Определить коэффициент трения монеты по линейке. Оборудование: 2 деревянные линейки по 15 см, монета 5 копеек. (2008г) 3.4.Определить коэффициент трения  шнура о стол. Оборудование: кулек шнура около 1 м, линейка. (1989г)  3.5. Определить отношение коэффициентов трения и качения и скольжения. Оборудование:   карандаш   цилиндрической   формы,   наклонная   плоскость, линейка миллиметровым делением. 3.6.Экспериментально изучить зависимость КПД наклонной плоскости от ее высоты и постройте график этой зависимости. Оборудование:   трибометр,   штатив   с   муфтой,   набор   грузов,   измерительная лента (или линейка), динамометр. 3.7.Найти   зависимость   выталкивающей   силы   от   глубины   погружения   тела   в воду. Оборудование:   стакан   с   водой,   линейка,   груз   (цилиндрик   из   набора калориметра),   динамометр,   миллиметровая   линейка,   Плотность   воды   1000 кг/м3.   (9 класс,1996г). 3.8.Определите   ускорение,   с   которым   скатывается   брусок   с   наклонной плоскости.      Оборудование: брусок, наклонная плоскость, линейка. 2 3.9.Определить   коэффициент   поверхностного   натяжения   воды.   Пояснение: коэффициент поверхностного натяжения равна отношению веса одной капли к длине окружности шейки капли ( F/L ) Оборудование: одноразовый шприц, стакан с водой, миллиметровая линейка. (11 кл. 2001г) 4.Статика 4.1. Определите плотность твердого тела. Оборудование: сосуд с водой, пробирка, линейка, кусочки твердого тела. (8 класс). 4.2.Определить   плотность   неизвестной   жидкости   (   раствор   соли   в   воде) Оборудование: раствор соли в воде, плотность которого нужно определить; сосуд цилиндрической формы – высокий; плашка из дерева – длинный брусок, окрашенная масляной краской; миллиметровая линейка. Плотность воды 1000 кг/м3.   (9 класс,1990г). 4.3. Определить плотность раствора поваренной соли. Оборудование: алюминиевый или латунный цилиндр, динамометр, сосуд для раствора. (8 кл.) 4.4.Определить плотность дерева, из которого сделана шахматная фигура. Оборудование: фигурка из набора шахмат, сосуд с водой, динамометр, гирька. (9 класс) 4.5.Определить плотность вещества (дерева), из которого сделан деревянный брусок.(1998 г) Оборудование: сосуд с водой, деревянный брусок, миллиметровая линейка. 4.6.Определить плотность бумаги. Оборудование:   весы   учебные,   гирька   3г,   тетрадь   ученическая   в   клеточку, ножницы. 4,7. Определить плотность бумаги. Оборудование:   линейка,   монета   (груз)   известной   массы,   например   5   г, миллиметровая линейка, призма. (1987г). 3  4.8. Найти центр масс картонной пластины неправильной формы. Оборудование: пластина, нить, стол с горизонтальной поверхностью. (2006г)  4.9.Определить массу линейки.   Оборудование:   линейка   метровая,   гиря   массой   цилиндрический.      50г,   брусок   4.10.   Определить   высоту,   на   которую   можно   приподнять   один   из   концов линейки,   прежде   чем   установленный   посередине     линейки   параллелепипед начнет опрокидываться.     Проделать расчеты и проверить экспериментально. (11 кл, 2008г) 5.Закон сохранения энергии 5.1.Определите, какая часть механической энергии переходит во внутреннюю при ударе резинового мяча о пол. Оборудование: резиновый мяч, метровая линейка. (2005г) 5.2.   Исследуйте,   с   какой   минимальной   высоты   надо   уронить   гирю   1   кг   на кнопку, чтобы кнопка полностью вошла в мягкое дерево. (1997г, 9кл.)                              6. Механические колебания. 6.1.   К   динамометру,   закрепленному   в   штативе,   привязана   нить,  на   которой подвешен   груз   50   г.   Нить   отклоняют   от   вертикали   на   некоторый   угол   и отпускают.   Найти   зависимость   силы   натяжения   нити   при   прохождении положения равновесия от угла, на который отвели нить. Примечание: изменять угол в пределах от 00 до 900. Оборудование: штатив с лапкой, динамометр, нить, груз, линейка. (10 кл.)  6.2. Исследовать зависимость периода колебаний маятника от длины нити. Оборудование:   груз   на   нити,   длину   которой   можно   изменять;   секундомер, линейка.(11 кл.) 6.3. Определить коэффициент упругости резиновой нити (жесткость). Оборудование: резиновая нить, линейка, динамометр (1998г.) 7. Электричество и магнетизм. 7.1.Имеются только два одинаковых ножовочных полотна (спицы), из которых одно намагничено. Определите, которое  из полотен намагничено? (1985г) 4 7.2.Определить полярность выводов источника тока. Оборудование: источник тока (полярность клемм неизвестна),  металлический стержень   (гвоздь),   игла,   нитки,   кусочек   бумаги,   моток   изолированной проволоки. 7.3. Определите емкость конденсаторов. Оборудование: конденсаторы (2 шт), источник постоянного тока, вольтметр, соединительные   провода,   секундомер,   эталонные   сопротивления   (3  шт).   (11 класс)  7.4. Найти внутреннее сопротивление источника тока. Оборудование: источник постоянного тока (один использованный элемент) у которого   нет   сведения   о   его   ЭДС;   резистор   на   1­2   Ом;   соединительные провода;  школьный лабораторный вольтметр. (11 кл. 2006г) 7.5.   Определить   сопротивление   резистора,   используя   из   измерительных приборов лишь вольтметр. Оборудование:   резистор   с   неизвестным   сопротивлением,   второй   резистор   с известным сопротивлением, школьный лабораторный вольтметр. (11 кл.  1998г) 8.Оптика 8.1.Определить показатель преломления воды. Оборудование: измерительный цилиндр с водой, линейка, лист бумаги, тонкий стержень. 8.2.Определить оптическую силу системы, состоящей из собирающей линзы, зеркала. Оборудование: Собирающая линза, плоское зеркало, линейка. 8.3.Оцените фокусное расстояние рассевающей линзы. Оборудование: линза рассеивающая, измерительная линейка. 8.4.Найдите   оптическую   силу   заполненной   водой   круглой   колбочки.(11   кл. (2000г)  8.5.Учитель держит перед глазами книгу на расстоянии 12,5 см от глаз. Надо определить, какой оптической силы ему нужны очки. (11 кл.)                 5 9. Задачи ­ оценки.   9.1.   Оценить   мощность,   выделяющуюся   в   виде   тепла   при   экстренном торможении грузовика. 9.2. Оценить давление шариковой ручки на бумагу при письме. 9.3. Оценить давление в центре Земли. 9.4.   Оценить   выталкивающую   силу,   действующую   на   человека     со   стороны воздуха в комнате. 9.5. Какая масса воздуха уйдет из аудитории при повышении в ней температура на 10 К. 9.6.   Оценить   скорость   воздуха,   с   которой   можно   выдувать   его   ртом   через трубку. Варианты решений некоторых задач. 1.1.Радиус шариков определяется способом рядов. 1.2.Способом рядов. 2.1.Положим на край стола монету  и приведем  ее   в движение «щелчком». Монета одновременно движется равномерно в горизонтальном направлении и находится в свободном падении. Измеряем дальность полета  монеты S (S=Vt). Чтобы   найти   время   движения,   измеряем   высоту   падения  H        (H  =g  t2/2). Совместно решаем  первое и второе уравнения  и находим искомую  начальную скорость. 2.2. Делаем  2 прокола  на разных уровнях в пластиковой бутылке  заполненной водой.  Измеряем для каждого случая дальности полета и высоты падения.   Находим   скорости     равномерного   движения   струи   для   каждого случая как в работе 2.1.  3.1   Опускаем   карандаш   параллельно   наклонной   плоскости   (линейки). Постепенно   меняя   высоту   наклона,   добиваемся   равномерного   скольжения карандаша. Измеряя высоту наклона и длину основания, находим коэффициент трения  к=tg=  H/ S. 3.2 Равномерно перемещаем динамометром брусок, измеряем силу трения  Fтр=  Fдин. Измеряем динамометром вес тела.  Fтр=к  P.   Находим коэффициент трения к.  6 3.3 .Решение (см. 3.2). 3.4. Положим шнур на стол таким образом, чтобы он двигался под действием силы тяжести. Коэффициент трения в данном случае, это отношение длины шнура, которая лежит на столе на длину, которая висит.                                         3.5.Опускаем карандаш параллельно наклонной  плоскости. Измеряя высоту H1 наклонной   плоскости,   добиваемся   равномерного   скольжения   карандаша. Пускаем   карандаш   перпендикулярно   наклонной   плоскости.   Высоту  H2 измеряем так, чтобы карандаш катился равномерно.   К 1=sin 1= H1/ L,     К2=sin2= H2/ L,  где L­длина наклонной плоскости. К1 / К2= H1 / H2. 3.7.См рис. F V  3.8. При  достаточно малой силы трения качения, ускорение тела  а = g sin, где   угол наклона. sin= H/ L, высоту, длину наклонной плоскости измеряем линейкой. 4.1. Плотность находим по формуле р=m/V,  где V ­ объем  кусочков тела,   который определяют с помощью пробирки, в которую предварительно  наливается немного воды, и опускаем кусочки: V= Sh, где h­ изменение высоты уровня в пробирке после опускания в нее кусочки.  Для определения массы кусочков твердого тела необходимо опускать пустую пробирку   в   сосуд   с   водой,   и   определить   уровень   погружения     и   записать условие плавания пробирки: m прg=p жgSh1. 7 Опускаем   в   пробирку   кусочки   твердого   тела   и   измеряем   опять   глубину погружения h2. m прg+mg=pж gh2S , где m –масса кусочков твердого тела p жgSh1+ mg=pghS. Отсюда находим массу m=pж(h2­h1)S. S=πR2.                                                               4.6.Вычислим   толщину  d  бумаги   одного   листа,   предварительно   измерив толщину всей тетради, подсчитав число страниц. Вырезаем ножницами фигуры в форме квадрата или прямоугольника из листов тетради по линиям клеток. Кладем   фигуры   на   весы     в   количестве  N,   чтобы   уравновесить   гирьку. Вычисляем площадь всех фигур по числу клеток n: четыре клетки­ 1 см2 р=m/V=m/(Nd/4) в г/см.3 4.9. Используем линейку в качестве рычага, где опора брусок цилиндрический (рис ). По рис m гириgl1 =m линgl2 ,  отсюда находим массу линейки:  m лин=m гириl1 /l 2. 6.1. Угол наклона определяется по формуле Sin A=х/R.   Нить   отклоняют   от   вертикали   на   некоторый   угол   и   отпускают.   В   момент прохождения нитью положение равновесия снимаем показание динамометра. Составим   таблицу,   установим   зависимость   между   углом   наклона   и   силой натяжения нити.   Можно провести теоретический расчет силы натяжения нити. Запишем второй закон Ньютона в скалярной форме, отсюда сила натяжения нити  F =mg+ma=m(V2/R+g), где  m­масса   груза,  R­длина   нити,  V­   скорость,   с   которой   груз   проходит положение равновесия, определим из закона сохранения энергии;  где  h­ высота подъема. Сравним показание динамометра с теоретическим расчетом. mgh=mV2/2 , 9.2. Р=F/S=F/d2, где F=1 Н, d=0,2 мм –ширина следа, оставляемого шариком на бумаге, р=0,3 106 Па. 8 9.4.Средняя плотность вещества человека близка плотности воды . Плотность воды р известна. Объем человека можно определить по формуле V=m/р , где m­ масса человека. Выталкивающую силу определяем по формуле F= р 0gV= р 0g  m/р   ,     р0­плотность   воздуха.   При  m=   75   кг,     выталкивающая   сила приблизительно равна 1 Н. 9.5.   С   учетом   сохранения   объема   аудитории   и   давлении   в   ней   по   закону Клапейрона ­ Менделеева получаем                                  ∆m=m∆T/T=pV∆T/T, Где  p­ плотность воздуха, а V­объем аудитории. Объем  допустим равна 2000 м3, T= 300 К, плотность воздуха­ 1,3 кг/м3   получаем    ∆m­ 80 кг. 9.6.При оценке скорости воздуха можно рассуждать так. Объем легких V 9.7 Давление в остывающей медицинской банке падет. В результате возникает сила F, прижимающая банку к спине. Пусть в горячей банке температура ­ Т1 и давление Р1, а в остывшей Р2 и Т2. Сила F прямо пропорционально к разности давлений и площади соприкосновений банки к спине, т. е    F ~ (Р1­Р2)S.  Масса и объем воздуха в банке постоянны, поэтому газовый закон запишем в виде: Откуда Р2=Р1 Т2 /Т1  ,     Р1Т1=Р2/Т2.      Пусть ∆T=100 К, Т1=400К, S= 10 cм2 ,  Р=105Па , тогда F=25Н          F ~ Р1 (1­Т2/Т1)S=Р1 S∆T/T1 9