Виготовлення навчального обладнання
1
Миколаївський обласний інститут
післядипломної педагогічної освіти
Кафедра природничо-математичної освіти та ІТ
Лабораторія методики природничо – математичної освіти
Курсова робота
«Виготовлення навчального обладнання»
Виконав: слухач курсів підвищення кваліфікації вчитель інформатики
Ілляшенко Олександр Анатолійович
Вчитель Комсомольської ЗОШ І-ІІІ ступенів
Миколаївського району
Науковий керівник:
Ліскович Олена Володимирівна
Миколаїв
2014
ЗМІСТ
Набір легкорухомих візків з обладнанням
Закон прямолінійного поширення світла і світловод
Вступ
Актуальність дослідження. Шкільний фізичний експеримент розвивається у зв’язку із загальним розвитком науки і техніки, розширенням і оновленням змісту курсу фізики, поліпшенням методики її викладання та модернізацією обладнання. Цей розвиток об’єктивно відображає зміни, яких зазнає фізика та методи її дослідження.
Аналіз результатів наукових досліджень у галузі методики і техніки шкільного фізичного експерименту вказує на те, що спостерігається значне оновлення лабораторного і демонстраційного обладнання, зростає політехнічна спрямованість та широке впровадження в шкільний фізичний експеримент нової елементної бази.
Проте вчителі відчувають труднощі при постановці шкільного фізичного експерименту в курсі фізики середньої загальноосвітньої школи. Особистий досвід роботи в школі та ціленапрямлені спостереження, проведені в ході дослідження, показують, що навчальний експеримент ще не повністю відповідає сучасним вимогам до постановки демонстраційних та лабораторних дослідів. Існуюче обладнання несповна сприяє належному розкриттю співвідношень і закономірностей між фізичними величинами, виявленню кількісних сторін явищ, що вивчаються.
Обладнання, яке існує в школах і відображає експериментальні методи дослідження, що були характерні для часів їх становлення, є недостатнім і часто не відповідає сучасним вимогам. Склалась помітна невідповідність між розвитком експериментальних методів фізики як науки та їх відображенням у навчальному експерименті. Знання, які набувають учні під час засвоєння шкільного курсу фізики, значно відстають від вимог, пов’язаних з використанням нових прогресивних технологій, сучасної електроніки, а іноді не знаходять необхідного підтвердження в емпіричних фактах та їх життєвому досвіді.
Перехід до різнорівневого та різнопрофільного викладання шкільного курсу фізики висуває нові вимоги до системи шкільного фізичного експерименту як до невід’ємної складової методики навчання фізики. Ці вимоги зводяться до розширення системи навчальних дослідів, запровадження нових наукових досягнень у галузі фізики та сучасних експериментальних методів дослідження. Вимога часу - модернізація існуючого та створення нового навчального обладнання та методики його використання.
Одночасно зазначимо, що підтримання належного стану обладнання шкільного фізичного кабінету ускладнено через економічні труднощі та відсутність промисловості по виготовленню навчального устаткування. Тому проблема забезпечення навчання фізики у сучасній школі ефективно діючою системою шкільного фізичного експерименту може вирішуватися впровадженням в навчальний процес саморобного обладнання, виготовленого на основі використання сучасної електронної бази.
Теоретична частина
Під удосконаленням шкільного фізичного експерименту ми розуміємо поліпшення його структури та змісту, більш цілеспрямовану методику проведення демонстраційних дослідів та лабораторних робіт, їх модернізацію, оновлення змісту, форм, методів, засобів навчання, приведення їх у відповідність до сучасних вимог науки і техніки.
Проблемам удосконалення методики і техніки шкільного фізичного експерименту в загальноосвітній школі присвячені праці Л.І.Анциферова, В.О.Бурова, С.П.Величка, О.Ф.Кабардіна, Є.В.Коршака, Б.Ю.Миргородського, М.Я.Молоткова, М.М.Шахмаєва та інших дослідників.
Однак переорієнтація змісту фізичної освіти у зв’язку з новими концепціями навчання вимагає адекватної методики навчання фізики та відповідної системи шкільного фізичного експерименту. Варіативність вивчення шкільного курсу фізики у середніх школах, потребує створення вдосконаленої системи шкільного фізичного експерименту при вивченні навчального матеріалу
Предметом дослідження є система шкільного фізичного експерименту у середній загальноосвітній школі.
Мета дослідження – на основі сучасних концепцій удосконалення фізичного обладнання, які базуються на нових технологіях, з урахуванням тенденцій розвитку шкільного фізичного експерименту, психолого-педагогічних і дидактичних вимог до системи шкільного фізичного експерименту розробити систему нових навчальних дослідів та навчального обладнання у шкільному курсі фізики.
Були сформульовані такі завдання:
- Визначити психолого-педагогічні основи шкільного фізичного експерименту.
- Визначити напрямки удосконалення шкільного фізичного експерименту.
- Створити систему навчальних дослідів, приладів та установок, які б відповідали технічним, психолого-педагогічним, економічним та естетичним вимогам.
- Розробити методику впровадження запропонованої системи навчальних дослідів, приладів та установок у навчальний процес.
- Провести експериментальну перевірку ефективності запроваджених удосконалень.
Для розв’язування цих завдань використовувались такі методи:
1) Метод теоретичного дослідження:
- вивчення наукових досліджень з питань удосконалення методики і техніки шкільного фізичного експерименту: аналіз програм, навчальних посібників, методичної літератури, авторських свідоцтв та винаходів, матеріалів науково-практичних конференцій з метою визначення основних вихідних позицій для розв’язання проблеми.
2) Метод експериментальних досліджень:
- діагностичний (вивчення та узагальнення досвіду роботи вчителів);
- вивчення значущості різних вимог до методики і техніки шкільного фізичного експерименту шляхом експертної оцінки;
- формуючий – розробка нових дослідів, приладів та установок, методичних рекомендацій до них, апробація методичних матеріалів і впровадження їх у практику навчання фізики.
Методологічну основу дослідження становили положення теорії пізнання, діяльністний підхід до навчання, теорія поетапного формування розумових дій, принципи дидактики.
Наукова новизна дослідження :
1) доведена необхідність і можливість удосконалення змісту, методики і техніки шкільного фізичного експерименту.
2) запропонований варіант системи навчального експерименту при вивченні коливальних і хвильових процесів включає в себе нові та модернізовані демонстраційні досліди та лабораторні роботи, які передбачають:
а) посилення ролі демонстрацій в процесі формування понять;
б) ознайомлення учнів із сучасними експериментальними методами дослідження в галузі фізики;
в) підвищення ефективності демонстраційних дослідів і лабораторних робіт;
г) впровадження прямих кількісних вимірювань у демонстраційний і лабораторний експеримент.
Теоретичне значення дослідження: уточнено деякі напрямки подальшого розвитку навчального фізичного експерименту та їх науково-методичне обґрунтування.
Статті у фахових виданнях
- Вовкотруб В.П. Ергономічний підхід до принципів інтеграції засобів навчання з фізики //Збірник наукових праць. Педагогічні науки. Випуск 15.- Херсон: Айлант, 2000.- С. 172-175 .
- Вовкотруб В.П Ергономічне оцінювання фізичного практикуму в 11 класі // Фізика та астрономія в школі. - 2002.- №4.- С. 18-19.
- Подопригора Н.В. Робота фізичного практикуму "Вивчення механічних коливань" в 11 класі // Фізика та астрономія в школі.-2003. - №4. - С. 10-13
- Подопригора Н.В. До організації і проведення лабораторних робіт з фізики в школі // Збірник наукових праць: Спеціальний випуск /Гол. Ред. В.Г.Кузь. - К.: Наук. Світ, 2003. - С. 139-144.
- Величко С.П., Сальник І.В., Федішова Н.В. Методичні рекомендації до лабораторних робіт з шкільного курсу фізики та методики її викладання. Частина ІІ А.- Кіровоград: педінститут, 1995.-58 с.
- Величко С.П., Вовкотруб В.П., Федішова Н.В., Чінчой О.О Лабораторний практикум з шкільного курсу фізики та методики її викладання. Частина І: Для студентів фіз-мат. факультету. - Кіровоград: РВЦ КДПУ ім. В. Винниченка, 2001.-72 с.
- Вовкотруб В.П., Федішова Н.В Лабораторний практикум з основ автоматики і електроніки. -Кіровоград: РВВ КДПУ ім. В. Винниченка, 2003, - 94 с.
-
Вовкотруб В.П. Вивчення фізичних основ автоматики і електронно-обчислювальної техніки "Методичні особливості викладання фізики насучасному етапі" Кіровоград, 1994.- С.47-48.
Методична частина
Фізика – наука експериментальна. Спостереження і досліди є джерелом знань про природу фізичних явищ. Спостереження, вимірювання і аналіз отриманих результатів, які проводять учні на практичних заняттях, є по суті відтворенням основних методів фізики як науки. Вважаю, що без опори на навчальний експеримент не може бути успішного вивчення фізики в школі. Для постановки більшості фізичних дослідів у нашій школі використовується стандартне устаткування кабінету фізики. Останнім часом це устаткування не поповнюється і не оновлюється. Це дуже серйозна проблема. Величезне бажання демонструвати виразно суть фізичних явищ, різні залежності між фізичними величинами на кожному уроці спонукало зайнятися створенням саморобних приладів. Вважаю, що навіть за наявності стандартного устаткування використання саморобних приладів дозволяє педагогові успішно вирішувати завдання, пов'язані як із засвоєнням учнями навчального курсу, так і розвитком їхніх індивідуальних особливостей. Такий напрям роботи з учнями сприяє розвитку практичних навичок шляхом розробки нових приладів і удосконалення старої демонстраційної допомоги, а також розширює можливості експерименту, зумовлює економію часу під час щоденної підготовки демонстрацій до уроків, сприяє розвитку творчих здібностей учнів.
Не секрет, що однією з особливостей розвитку творчих здібностей є те, що вони розвиваються в діяльності. А тому цікаво організований навчально-виховний процес, постійна творча експериментальна робота учнів мають чи не найбільші можливості для реалізації цієї проблеми. Кожен урок фізики має приносити учням задоволення та радість успіху, підвищувати їх інтерес, сприяти розвитку пізнавальних здібностей, формуванню життєвих навичок.
Забезпечувати такі умови стараюсь на всіх етапах навчального процесу: чи то вивчення нового матеріалу, чи виконання лабораторних робіт, чи розв’язування задач, закріплення, перевірка знань, повторення тощо, застосовуючи при цьому постановку експерименту.
Практикую різні форми лабораторних та практичних робіт: демонстраційні, короткочасні, фронтальні, пошуково-конструкторські, пошуково-дослідницькі. Зосереджую увагу на різноманітних методах дослідження, намагаюся створити атмосферу творчого пошуку розв’язку зазначеної проблеми, пояснення умов, що впливають на хід експерименту, межі та галузі застосування спостережуваного явища або визначеної фізичної величини.
Це все і спонукало мене взятися за виготовлення саморобних приладів. Саморобні прилади, дбайливо виготовлені, відрізняються від фабричних, по-перше, своєю простотою, відсутністю зайвих деталей, які хоч іноді і дають деякі зручності при проведенні тих чи інших дослідів, але розсіюють увагу учнів і забирають у вчителя значний час для пояснення їх призначення. Треба пам'ятати, що прилади мають лише службове значення: чим простіший прилад, тим краще він відповідає своєму призначенню; тому в усіх випадках, коли вік і розвиток учнів вимагають особливої наочності, потрібно, по можливості, користуватися простими приладами. При виготовленні саморобних приладів вчитель набуває навичок користуватися найпростішим слюсарними та столярними інструментами, а такі навички у практичній роботі, вчителя фізики дуже потрібні. Так, наприклад, коли який-небудь прилад «не діє» і треба його розібрати, полагодити, вчитель, що має технічні навички, може це зробити сам, не звертаючись до спеціальних майстерень. Саморобний прилад, який бездоганно відповідає своєму призначенню, завжди дає вчителеві велике задоволення і спонукає його до подальшої творчої роботи в цьому напрямі.
Практична частина
Я пропоную вашій увазі саморобні легкорухомі візки з обладнанням, конструкції головних деталей набору, опис деяких фізичних дослідів, які можна проводити за допомогою цих приладів під час вивчення механіки.
Набір легкорухомих візків з обладнанням
Набір легкорухомих візків з обладнанням призначений для демонстрації експериментів з механіки у шкільному курсі фізики.
Технологія виготовлення окремих деталей є досить простою і тому набір їх може бути виготовлений в умовах кабінету фізики та шкільної майстерні.
Набір складається із таких деталей:
- Легкорухомий візок – 2 шт.
- Електропривід – 1 шт.
- Покажчики – 6 шт.
- Вантаж – 2 шт.
- Обмежувач – 2 шт.
- Плоска пружина – 1 шт.
- Стальна кулька – 2 шт.
- Гумовий буфер – 2 шт.
- Присмоктувач – 1 шт.
10. Гачок – 2 шт.
11. Гармата пружинна – 1 шт.
12. Утримувач-кутомір для пружинної гармати – 1 шт.
13. Снаряди до пружинної гармати – 2 шт.
14. Кронштейн з колесами – 1 шт.
15. Відерце – 1 шт.
16. Набір магнітів – 4 шт.
Конструкція головних деталей набору
Легкорухомі візки (мал. 2).
Мал. 2
Каркас візка виготовлений із алюмінієвого сплаву. У першого візка (мал. 3) у платформі зробимо два отвори для кріплення додаткових важелів і стержня
Мал. 3
універсального штативу. Крім того, над віссю коліс прорізане продовгувате вікно. У центрі торців є отвори діаметром 6 мм для кріплення кульок, гумових корків, плоскої пружини.
У другого візка (мал. 4) платформа, крім отворів з діаметром 6 мм, має ще один отвір в торці з діаметром майже 6 мм.
Мал. 4
Другий торець гладкий. Інших відмінностей в конструкції візків немає.
Осі і колеса у платформах взяті з дитячих іграшкових машинок з діаметром коліс 36 мм.
Після збірки візків перевіряємо їх маси і в разі необхідності доводимо їх до 200 г , шляхом підкладання магнітів до днища візків.
Електропривід складається із маленького електродвигуна (з дитячої іграшки), редуктора і батарейок до кишенькового ліхтарика R6 (АА) 1,5V.
Конструкція редуктора може бути будь-якою. Потрібно тільки пам’ятати, що, при установці електроприводу на візок, шестерня редуктора повинна входити в зачеплення з шестернею на вісі коліс. Бажано, щоб швидкість руху візка була біля 20 см/с.
Покажчики (мал.8) застосовують для того, щоб відмічати положення візків і пройдені ними шляхи.
Мал. 8
Масу візків можна змінювати за допомогою магнітів, які прикріплюються до стальної жерсті знизу платформи візків.
Плоску пружину застосовують у дослідах із взаємодією тіл та при ознайомленні з поняттям про масу.
Плоска пружина виготовлена із учнівської стальної лінійки.
При підготовці до дослідів пружину згинають і в зігнутому положенні фіксують кільцем із нитки. Щоб кільце не сповзало з пружини, на її боках зроблені зарізи.
Присмоктувач (мал. 12). Присмоктувач використовують для проведення дослідів під час вивчення закону збереження імпульсу. Зручно брати присмоктувач від мельнички, або стріли дитячого лука.
Мал. 12
Гармата пружинна (мал.13). Виготовити її можна із двохстороннього балістичного пістолета, який є в обладнанні фізичного кабінету. Використовують її в дослідах під час вивчення третього закону Ньютона, руху тіл, кинутих горизонтально, вертикально і під кутом до горизонту, та закону збереження імпульсу.
Мал. 13
Кронштейн з колесами (мал.16). Для демонстрації цілої низки дослідів потрібний візок із довгою платформою. Для складання такого візка і призначений кронштейн із колесами.
Мал. 16
Кронштейн виготовлений із того ж матеріалу, що і візки.
Колеса такі ж самі, як і у візків.
Кронштейн прокручується двома гвинтами до довгої платформи так, щоб колія всіх коліс співпадала, і візок з довгою платформою їхав без розворотів вправо і вліво.
Відерце (мал.18) застосовують у дослідах з динаміки для розміщення вантажів, які приводять у рух візок.
Мал. 18
Для виготовлення відерця потрібно головну увагу звернути на те, щоб воно мало мінімально можливу масу. Найпростіше його виготовити із поліетиленового флакону, наприклад, із-під миючого засобу, відрізавши з нього нижню частину, прикріпивши до нього дротяну дугу.
Гумовий буфер (мал.19) і стальна кулька (мал.20). Гумові буфери і стальні кульки використовують для демонстрації сил пружності і їх зіткнення, а також для демонстрації закону збереження імпульсу.
Мал. 19 Мал. 20
Гумові буфери (їх потрібно 2 шт.) можна виготовити із гумових корків для хімпосуди, накрутивши на гвинт для кріплення буферу в топці візка.
Конструкція стальної кулі із гвинтом зрозуміла із малюнка.
Стальну кулю приварюють до гвинта.
Гачок. Спосіб виготовлення гачка може бути будь-яким.
Деякі досліди із застосуванням деталей з набору
Механічний рух. У дослідах використовується візок із електроприводом і покажчиками, які встановлюються на демонстраційному столі. Вмикають двигун візка і спостерігають зміну його положення відносно покажчиків.
Відносність спокою і руху. Для демонстрації застосовують довгу платформу. На неї встановлюють візок з електроприводом. Покажчики розміщують на демонстраційному столі, платформі і візку (мал.23).
Мал. 23
Спостерігають переміщення візка відносно платформи і платформи відносно стола. Покажчики дозволяють побачити зміну положення візка, платформи і стола одне відносно одного.
Рівномірний рух. Для демонстрації використовують візок з електроприводом, покажчиками та метрономом. Покажчики встановлюють на такій відстані, щоб проходження візка повз покажчик співпадало з ударами метронома.
Взаємодія тіл. Для дослідів використовуються легкорухомі візки і плоска пружина, нитка і сірники.
Якщо зігнути пружину і перепалити нитку на одному візку, то положення його відносно стола не зміниться.
Потім дослід повторюють, але біля зігнутої пружини ставлять другий візок. Початкове положення візків відмічають покажчиками. Після перепалювання нитки візки почнуть рухатися у протилежні сторони.
Звідси висновок, що у результаті взаємодії змінилась швидкість візків.
Інерція. Збирають похилу площину. Поверхню демонстраційного стола у кінці похилої площини накривають складеною тканиною. З похилої площини скочується візок і, попадаючи на м’який шар тканини, швидко зупиняється. За допомогою покажчика відмічається відстань, яку проїхав візок.
Дослід повторюють, але тканину розкладають в один шар. Тепер візок проїде більшу відстань.
І, на кінець, дослід повторюють, прибравши тканину. Але на краю стола потрібно поставити обмежувач.
Тертя. Збирають похилу площину. Для досліду використовується саморухомий візок, листок целофану і наждачного паперу.
Похилу площину встановлюють під таким кутом, коли візок ще може заїхати по похилій площині вверх.
Якщо тепер покласти на похилу площину листок із целофану, то візок не зможе з’їхати на похилу площину.
Якщо замінити целофан наждачним папером, то візок заїде на похилу площину навіть при збільшенні кута нахилу.
Енергія. На легкорухомому візку з вікном у верхній платформі встановлюють стержень універсального штативу з блоком. Нитку одним кінцем закріплюють на вісі коліс і намотують на вісь, а потім пропускають у вікно, перекидають через блок і до її вільного кінця прив’язують відерце з важками ( мал.25).
Мал. 25 Мал. 26
При падінні відерця з важками візок приходить в рух.
Додавання переміщень. Збирають довгу платформу. На платформу розміщають візок з гачком. Нитку прив’язують до гачка і, перекинувши через край торців довгої платформи, закріплюють вільний кінець нитки до осі візка. При переміщенні довгої платформи нитка буде накручуватись на вісь і викликати переміщення візка на платформі. Початкове положення візка і платформи відносно стола відмічають покажчиками (мал.26).
Якщо тепер переміщати платформу вправо, то візок на платформі теж буде переміщатись вправо.
Сила. У досліді використовується візок із плоскою пружиною і додаткові важки та гиря масою 5 кг. Прилади встановлюють так, як показано на мал. 27.
Мал. 27
У цьому досліді візок взаємодіє з гирею. Так як в результаті взаємодії гиря не отримує помітного прискорення, то можна говорити тільки про рух візка.
Спостерігають прискорення, яке отримує візок, коли маса його змінюється, а діюча сила залишається незмінною.
Для того, щоб змінювати силу, що діє на візок, потрібно стягувати плоску пружину кільцями із нитки різних розмірів.
Третій закон Ньютона. На візок установлюється гарматна пружина (мал.28).
Мал. 28
В дуло пружинної гармати вставляють снаряд. При вильоті снаряду із гармати візок рухається у протилежний бік від снаряду.
Можна змінювати початкову швидкість снаряду, якщо його вставляти у гармату глибше. Для цього на снаряді зроблені дві паски для защіпки.
Далі демонструється залежність швидкості руху візка від маси снаряду.
Сила пружності. На торці візків закручують гумові буфери. Візки ставлять на демонстраційний стіл так, щоб буфери були повернуті один до одного (мал.29).
Мал. 29
Візки розводять на деяку відстань, а потім одночасно з однаковою силою штовхають назустріч один одному. При зіткненні візки зупиняються, а потім рухаються у протилежних напрямках з однаковою швидкістю.
Потім гумові буфери замінюють стальними кульками і дослід повторюється (мал.30).
Мал. 30
Рух тіла, кинутого під кутом до горизонту. У досліді використовується пружинна гармата з легким снарядом.
Гармату встановлюють під потрібним кутом до горизонту і роблять постріл. Місце падіння відмічають покажчиком. Дослід повторюють при іншому куті пострілу. Робимо висновки.
Закон збереження імпульсу.
Дослід1. На візок з прорізом встановлюють присмоктував (мал.31). Другий візок встановлюють так, щоб гладким торцем він був повернутий до присмоктувача. Із зручної для досліду відстані візки штовхають назустріч один одному з однаковою силою. Зіткнувшись, візки зупиняються. Робимо висновки.
Мал. 31
Якщо візки штовхнути назустріч один одному з різними швидкостями, то після зіткнення вони будуть рухатися разом у тому напрямку, в якому рухався візок із більшою швидкістю.
Робимо висновок.
Дослід 2. Один із візків є нерухомим, а другий штовхаємо в напрямку до першого. Після зіткнення обидва візки рухаються із швидкістю приблизно у 2 рази меншою за швидкість другого візка до зіткнення.
Дослід 3. На візки закріплюють гумові буфери (мал.29). Один із візків встановлюють на столі нерухомо, а другий штовхають назустріч першому. Оскільки маси візків однакові, то після зіткнення другий візок зупиняється, а перший починає рухатися з такою швидкістю, з якою рухався до зіткнення другий візок.
Мал. 29
Дослід 4. Збираємо довгу платформу. На платформу ставимо візок з електроприводом (мал.33).
Мал. 33
При ввімкненні електродвигуна, візок на платформі рухається в один бік, а платформа у протилежний.
Швидкості платформи і візка будуть залежати від маси саморухомого візка. Збільшуючи його масу, можна спостерігати зменшення швидкості саморухомого візка відносно стола і збільшення швидкості довгої платформи відносно стола.
Закон прямолінійного поширення світла і світловод
Явище поширення світла описується, зокрема, законом прямолінійного поширення. У підручнику фізики цей закон набраний жирним шрифтом: «Світло в прозорій однорідної середовищі поширюється прямолінійно». При цьому згадується, що освіта тіні - одне з дослідчених доказів цього закону. Однак тінь може вийти тільки у випадку, коли в однорідну середу введено відрізняється від неї тіло, тобто коли середовище стає оптично неоднорідною.
У навчальному посібнику вивчення прямолінійного поширення світла проводиться із залученням принципу Гюйгенса-Френеля. У методичних посібниках для вчителя можна зустріти рекомендації з проведення відповідних дослідів. Однак не завжди в однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно.
Звернемося, наприклад, до світловоду, виготовленому зі скла або оргстекла. Для світла це прозора однорідне середовище, але в світловоді світло поширюється ... не прямолінійно. Вірніше, всередині серцевини * світло поширюється дійсно прямолінійно, але дійшовши до кордону серцевина-оболонка, випробовує повне внутрішнє віддзеркалення і змінює напрямок поширення.
Тут саме час поговорити про область застосовності приватних фізичних законів. До них відноситься і закон прямолінійного поширення світла, він застосовний лише у випадку необмеженої однорідного середовища. Тому формулювання його повинна бути уточнена: світло поширюється прямолінійно в прозорій оптично однорідною необмеженої середовищі. Дещо пізніше учні дізнаються, що якщо середовище обмежена, то на кордоні розділу можуть відбутися такі явища, як відображення, заломлення і поглинання світла. Ці ж явища мають місце, якщо в оптично однорідне середовище введена неоднорідність, в цьому випадку відбуваються інтерференція, дифракція та розсіювання світла.
2. Як зробити світловод
Зовнішній вигляд навчального світловоду у роботі і спосіб кріплення джерела світла показані на рис.1.
З листа оргскла товщиною 4 мм різаком виріжте дві смужки довжиною приблизно 50 см і шириною 10 мм. Торці і вузькі бічні поверхні смужок відшліфуйте послідовно все більш дрібною шкіркою. Грубу тканину або шматок повсті злегка змочіть гасом і натріть полировальной пастою ГОІ і обробіть їм спочатку торці обох смужок, а потім - бічні поверхні однієї з них. Полірувати потрібно до тих пір, поки оброблювані поверхні не стануть абсолютно прозорими.
Взявши одну зі смужок за кінці, помістіть її над розпеченою електроплиткою. Переміщуючи і повертаючи смужку, тримайте її над плиткою до повного розм'якшення, а потім швидко зігніть так, щоб вийшли два відігнутих коліна. Зафіксуйте виріб, щоб, охолонувши, воно зберегло свою форму. Другу смужку зігніть так само, використовуючи першу в якості шаблону. Взагалі кажучи, форма світловода може бути довільною, рекомендована просто більш зручна в навчальних дослідах. Бажано, щоб радіус кривизни вигинів світловода був не менше 15 мм.
Підберіть поліхлорвінілову трубку діаметром приблизно 10 мм і лампочку на напруга 3,5 або 6,5 В. До цоколю лампочки припаяйте гнучкі провідники довжиною приблизно 60 см. Від трубки відріжте шматок завдовжки 40 мм і вставте в нього лампочку так, щоб вона зайшла повністю. Одержаний патрон з лампочкою надіньте на один з кінців світловода. Прилад для дослідів готовий.
3. Демонстраційні досліди
Вони дадуть найбільший ефект, якщо учні будуть мати можливість одночасно виконувати учнівські досліди на своїх робочих місцях.
Дослід 1. Покажіть учням світловод і лампочку. На лампочку надіньте кожух і з'єднайте його з одним кінцем світловода. Увімкніть харчування і покажіть, що світ виходить тільки через другий торець світловоду
При демонстрації цього досліду учні 7-го класу відразу помічають протиріччя між побаченим і викладеним у підручнику. Виникає унікальна ситуація, що дозволяє вчителю говорити про межі застосування фізичних законів взагалі і закону прямолінійного поширення світла зокрема. Разом з тим не можна обмежитися лише констатацією факту обмеженості дії закону прямолінійного поширення світла. Необхідно вказати причину того, чому світло поширюється усередині світловода практично без втрат: кожен раз, доходячи до поверхні, світло випробовує повне внутрішнє віддзеркалення і повертається назад, всередину світловода.
Дослід 2. Зніміть зі світловоду кожух з лампочкою і замініть світловод іншим, мають матові вузькі межі. Увімкніть джерело, і учні з подивом виявлять, що світло через такий світловод не проходить (рис. 2)!
Спочатку вони абсолютно збентежені: невже ці вузькі матові смужки з боків світловода є справжня причина того, що світло через нього не проходить?! Але уважний розгляд показує, що другий світловод абсолютно не відрізняється від першого, тому вони приходять до висновку, що, дійсно, потрапляючи на матові межі, світло розсіюється на них, в значній мірі виходячи за межі світловода. На ці грані не потраплять тільки ті промені, які йдуть строго по осі світловода, а таких променів тим менше, чим довше світловод і чим менше його поперечний переріз.
Учні формулюють гіпотезу: якщо матові грані зробити прозорими, то світловод почне пропускати світло.
Дослід 3. Ганчірочкою, змоченою в машинному маслі, проведіть по матовим гранях світловода і продемонструйте, що через нього при цьому починає проходити світло.
Значить, зроблене припущення вірне: тонка плівка масла на матовій поверхні запобігає розсіювання світла, і результат майже такий же, як якщо б всі грані світловода були відполіровані.
Дослід 4. Під світловодом з полірованими поверхнями поставте склянку з гліцерином (рис. 3), що мають показник заломлення, близький до показника заломлення оргскла (з гіршими результатами можна використовувати насичений розчин кухонної солі). Увімкніть лампочку і покажіть, що світло проходить через світловод. Занурте нижню вигнуту частину світловоду у склянку з рідиною і продемонструйте, що інтенсивність минулого пучка різко зменшиться.
Поясніть результат досліду тим, що світло з оргскла проходить в гліцерин, тому що ці два середовища мало розрізняються оптично, а значить, контактуючи, утворюють середовище, близьку до оптично однорідною. У такому середовищі світло поширюється прямолінійно до її кордону. Якщо учні знайомі з явищем повного внутрішнього відображення світла, то результат досліду можна пояснити тим, що зсередини на кордон оргскло-гліцерин світло падає під кутом, меншим граничного, тому заломлюється з оргскла всередину гліцерину.
Те, що світло входить в гліцерин, учні можуть виявити, помістивши під склянку аркуш білого паперу.
Дослід 5. Продемонструйте світловод і потім на верхню його коліно приклейте шматок темної ізоляційної стрічки (рис. 4). Світло перестає проходити через світловод! Відірвіть ізострічку - світ з'являється, знову приклейте - він зникає.
Дослід пояснюється тим, що клейкий склад ізоляційної стрічки має показник заломлення, близький до показника заломлення оргскла. Тому світло на вигині виходить з оргскла і поглинається забарвленим шаром ізоляційної стрічки.
Висновок
На завершення хочу сказати, що я не ставив за мету описати всі можливі варіанти використання установки на уроках фізики. Насправді їх може бути набагато більше, якщо врахувати, скільки практичних задач можна запропонувати учням для розв’язання. Але це є елементом творчої роботи кожного вчителя зокрема.
Список літератури.
- С.Е.Каменецкого, Н.С.Пуришевой. М .Теорія й методику навчання фізиці у шкільництві. Загальні питання. Під ред..: Видавничий центр “Академія”, 2000.
- С.Ф.Покровский. Досліди й чужі спостереження у домашніх завданнях навчити із фізики.. Москва, 1963.
- Вовкотруб В.П Ергономічне оцінювання фізичного практикуму в 11 класі // Фізика та астрономія в школі. - 2002.- №4.- С. 18-19.
- С.Е.Каменецкого .Теорія й методику навчання фізиці у неповній середній школі. Приватні питання. М. Видавничий центр “Академія”, 2000.
про публікацію авторської розробки
Додати розробку