Программа "Прикладная физика для начинающих". 8-й класс

Разделы: Физика

Класс: 8

Ключевые слова: дополнительное образование, прикладная физика, физический кружок, программа по прикладной физике


1. Пояснительная записка

Данная программа “Прикладная физика для начинающих” составлена для учащихся 7 – 9 классов средней общеобразовательной школы, занимающихся в системе дополнительного образования. Ее основным направлением является комплексный подход к получению обучающимися знаний, навыков и умений (в процессе занятий в творческом объединении) на базе теоретического материала, рассмотренного на уроках в школе [1,2]. Здесь представлен фрагмент программы, относящийся к 8 классу. Программа для 7 класса находится среди материалов фестиваля “Открытый урок” за 2006-2007 уч. год.

2.ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПРОВЕРКИ

а) Основные знания и умения учащихся

Обучающимся необходимо знать основной и дополнительный теоретический материал, рассматриваемый на уроках физики и на занятиях творческого объединения по основным разделам физики. Занимающиеся в творческом объединении школьники должны уметь на практике пользоваться соответствующими приборами, иметь твердые навыки работы с измерительными приборами (правильно подключать, определять цену деления, снимать показания, соблюдать все требования техники безопасности).

Обучающиеся должны овладевать навыками письменной речи, для того, чтобы грамотно, ясно и доступно выразить свои мысли при написании инструкций к своим моделям и приборам, при составлении текстов исследовательских работ. Навыки чтения и построения графиков, составления таблиц и диаграмм, составления и сборки схем, технического черчения, полученные на уроках физики, черчения и технологии, на занятиях в творческом объединении расширяются и находят конкретное применение в соответствующих работах учащихся. Обучающиеся должны получить навыки решения задач технического содержания: объяснить принцип действия прибора; придумать действующую модель, прибор, начертить схему устройства для выполнения тех или иных функций, овладеть навыками работы в области ТРИЗ. Занятия в творческом объединении требуют определенного навыка работы с компьютером для оформления результатов работ, для создания к ним компьютерных презентаций, а также домашних работ по программе схемотехнического моделирования и анализа процессов, происходящих в электронной схеме EVB, точнее ее более простому аналогу “Начала электроники”, для изучения в курсе физики раздела “Электричество”, производитель – физический факультет КазГУ им. аль-Фараби, г. Алма-аты, 2000г. (http:// elektronika. newmail.ru).

б) Проверка результатов

Качество подготовленности учащихся определяет качество выполненной ими работы. Главными критериями при этом являются степень овладения теми или иными навыками, тщательность эксперимента, научность предлагаемого решения проблемы, внешний вид и качество работы прибора, соответствие исследовательской работы требуемым нормам и правилам оформления. Но при этом в работе творческого объединения не исключается взаимоконтроль и взаимопроверка. Это становится особенно актуальным в процессе подготовки к защите авторских работ и проектов.

3. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

План составлен с учетом “Обязательного минимума содержания основного общего образования по физике” [3, с.5] и “Примерной программы основного общего образования” под редакцией Коровина В. А. [3, с.8].

2ой год обучения

Тема

Количество часов

теоретич.

практич.

всего

 

Физические методы изучения природы: теоретический и экспериментальный.

2

2

4

 

Тепловые явления и методы их исследования.

20

40

60

 

Электрические явления и методы их исследования.

20

80

100

 

Электромагнитные явления.

2

6

8

 

Оптика.

12

18

30

 

Формирование личностных качеств учащихся.

2

6

8

 

Заключительное мероприятие:

а) мероприятия,

б) подготовка.

4

 

2

6

 

ВСЕГО:

62

154

216

Тема 1. Физические методы изучения природы: теоретический и экспериментальный (4 часа)

Определение цены деления и показаний приборов. Абсолютная и относительная погрешность. Значение эксперимента для развития научных теорий и создания новых технических устройств. Правила техники безопасности (при работе с электричеством, при использовании паяльников и т.д.).

Практические работы

1. Определение цены деления различных приборов, снятие показаний.

2. Определение погрешностей измерений.

Тема 2. Тепловые явления и методы их исследования (60 часов).

Тепловое расширение тел. Использование теплового расширения тел в технике. Защита от него в различных технических устройствах, сооружениях и т.п.

Способы изменения внутренней энергии тел: совершение работы и теплопередача. История этого вопроса (нагревание стволов пушек при сверлении и т.д.). Виды теплопередачи – теплопроводность, конвекция и излучение. Теплопередача в природе и технике. Использование теплового расширения в датчиках температуры и пр. Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Агрегатные состояния вещества. Переход веществ из одного состояния в другое. Удельная теплота плавления и удельная теплота парообразования. Тепловые явления в природе и технике. Работа газа и пара. Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания. Роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Дизель. Паровая и газовая турбины. Применение их в автомобилестроении [4], в промышленности и пр. Необычные двигатели (сравнение принципов действия с уже хорошо разработанными конструкциями). Перспективы создания новых двигателей, усовершенствования прежних и замены используемого для них топлива. КПД теплового двигателя и пути его повышения.

Особенности теплового расширения воды, проявление этого в природе и учет в технике (система охлаждения автомобиля и т.д.). Паровой и воздушный клапан системы охлаждения. Термометры: жидкостный и газовый. Приборы для измерения влажности.

Практические работы

  1. Определение удлинения тела в процессе теплового расширения.
  2. Изучение работы датчика температуры на биметаллической пластине.
  3. Применение теплового расширения твёрдых тел, жидкостей и газов для регистрации изменения температуры. Анализ и обобщение возможных вариантов конструкций [5].
  4. Решение задач по теме с использованием книги “Физика в рисунках” [6] и т.п. Составление своих задач. Задачи ТРИЗ [7, 8, 9].
  5. Построение графика зависимости температуры тела от времени при плавлении и отвердевании кристаллического тела. Сравнение с аморфными телами.
  6. Изучение строения кристаллов и их выращивание.
  7. Наблюдение за процессом кипения и температурой кипения жидкости (Н2О). Кипение при пониженном давлении.
  8. Изучение на действующих моделях принципов действия: ДВС, парового двигателя, турбин. Изучение особенностей их изготовления.
  9. Снятие характеристики газового датчика температуры.
  10. Приборы для измерения влажности. Психрометр, гигрометры. Таблицы.

Изготовление пособий и моделей

Модели датчиков и указателей с использованием биметаллических пластин, модель системы отопления, термосы, модель печной тяги, модель “Конвекция”, наборы веществ с плохой теплопроводностью, комплекты рисунков-задач по теме, модель паровой турбины, модель: “Принцип действия ДВС”, модель роторно-поршневого двигателя, роторно-лопастного, Меркера и т.п. Психрометр Августа. Комплект “Способы теплопередачи в природе и технике”. Комплект “Удельная теплоемкость, удельная теплота плавления, удельная теплота парообразования”.

Темы исследовательских работ

  1. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах, история его открытия.
  2. ДВС. Необычные конструкции.
  3. Датчики и указатели с биметаллическими пластинами (области применения).
  4. Системы охлаждения двигателей (жидкостная и воздушная).
  5. Особенности физических характеристик воды (интервал от 0 – 4 0С, замерзание, различные типы льда; особенности, позволяющие существовать жизни на планете; вода на других планетах и спутниках в Солнечной системе).
  6. Лед из воды, углекислого газа и др. на планетах и спутниках планет.
  7. Экологические проблемы, связанные с работой тепловых двигателей и т.д.
  8. Применение изменения физических свойств вещества при переходе в другое агрегатное состояние в технике (металлургия, криогенное оборудование и т.д.).
  9. Рабочий цикл двигателя и КПД.

Тема 3. Электрические явления и методы их исследования (100 часов)

Электризация тел, два рода зарядов, их взаимодействие. Электроскопы и электрометры. Строение атома. Электрон. Проводники электрического тока. Диэлектрики и полупроводники. Конденсаторы.

Электрический ток. Источники тока. Электрическая цепь. Действия электрического тока. Электрический ток в металлах, растворах электролитов, в полупроводниках. Соединение проводников (последовательное, параллельное, смешанное). Гальванометр, амперметр, вольтметр, мультиметр, реостаты. Осветительная сеть. Схемы различных электрических устройств (в быту, в промышленности, на автомобиле, игрушках и играх и т.д.). Работа и мощность электрического тока, закон Джоуля-Ленца. Электронагревательные приборы. Расчёт электроэнергии, потребляемой бытовыми электроприборами. Освещение. Короткое замыкание. Плавкие предохранители и с биметаллическими пластинами. Применение полупроводниковых приборов.

Практические работы

  1. Электризация тел и два рода электрических зарядов.
  2. Закон Ома для участка цепи.
  3. Определение удельного сопротивления проводника.
  4. Исследование и использование свойств электрических конденсаторов.
  5. Различные типы конденсаторов.
  6. Изучение и испытание ёмкостного задатчика промежутков времени.
  7. Сборка электрических цепей и снятие показаний с амперметров и вольтметров.
  8. Составление различных схем электрических цепей.
  9. Решение задач по созданию конкретных устройств с использованием электрического тока. Задачи по ТРИЗ [7-9].
  10. Изучение последовательного, параллельного и смешанного соединения проводников. Решение задач по забавным рисункам из резисторов.
  11. Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры. (Проволочные резисторные датчики температуры).
  12. Расчет потребляемой электроэнергии. Определение работы и мощности электрического тока. Расчёт КПД технических устройств.
  13. Изучение работы конструктора на полупроводниках.
  14. Электрический поплавковый датчик концентрации раствора (снятие характеристики).
  15. Сборка автоматического сигнализатора ускорения.
  16. Изучение приборов, сделанных другими обучающимися и др.

Изготовление пособий и моделей.

  1. Электроскопы. Электроскопы-игрушки.
  2. Простейшие источники тока (мА).
  3. Параллельное, последовательное и смешанное соединение проводников.
  4. Реостаты и реохорды.
  5. Квартирная проводка и освещение (модель).
  6. Электрифицированные игры (электровикторины). Электрические игрушки и куклы кукольного театра с использованием светодиодов, герконов, фотосопротивлений и т.д.
  7. Датчики, указатели, контролирующие устройства [5].
  8. Элементы автоматических устройств. Модели электрических устройств автомобиля (динамические модели из картона) [4].

Темы исследовательских работ [10-14].

  1. Электрический ток в различных средах.
  2. Электрические датчики и указатели в различных технических устройствах.
  3. Источники электрического тока.
  4. Электроосветительные приборы (история и перспективы).
  5. Электрическое оборудование автомобиля.
  6. Различные типы электрических игрушек кукольного театра.
  7. Самодельные электрические приборы для кабинета физики.
  8. Самодельные электрические приборы для кабинета автодела.
  9. Бытовые электрические приборы.
  10. Электрические помощники в промышленности и сельском хозяйстве.
  11. Действия электрического тока.
  12. Конденсаторы и иониты.
  13. Электричество в живых организмах: животные; растения; клеточный уровень.
  14. Молния (подборка и обобщение материала).
  15. Статическое электричество.

Тема 4. Электромагнитные явления (8 часов).

Магнитное поле. Электромагниты электромагнитные реле и их применение. Постоянные магниты и их применение. Магнитное поле Земли. Его влияние на радиосвязь. Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель.

Практические работы.

  1. Получение и фиксирование изображения магнитных полей.
  2. Изучение свойств электромагнита.
  3. Изучение модели электродвигателя.

Творческие работы.

  1. Магнитное поле Земли.
  2. Применение электромагнитов.
  3. Сфера применения электродвигателей.

Тема 5. Оптика (30 часов).

Источники света. Сила света. Освещенность. Отражение и преломление света. Законы отражения и преломления. Полное отражение. Волоконная оптика. Зеркала плоские и сферические. Линзы. Оптическая сила линзы. Очки, лупа, микроскоп, телескоп, фотоаппарат, проекционный аппарат и т.д. Дисперсия света. Цвета тел. Интерференция света. Спектроскоп и спектрограф. Просветление оптики. Цвета тел, получаемые в результате интерференции света. Дифракция света. Искажение изображений, получаемых с помощью оптических приборов. Спектры и спектральный анализ.

Практические работы.

  1. Изучение законов отражения (плоское и сферическое зеркала).
  2. Наблюдение преломления, измерение углов падения и преломления луча. Оборотные и поворотные призмы. Бинокль.
  3. Изображение, даваемое собирающей и рассеивающей линзами.
  4. Определение главного фокусного расстояния и оптической силы линзы.
  5. Наблюдение интерференции и дифракции света.
  6. Спектроскоп и методы спектрального анализа.
  7. Наблюдение полного отражения, изучение сферы использования волоконной оптики.
  8. Перископы и их назначение.
  9. Микроскоп.

Изготовление пособий и моделей.

Перископы. Комплекты образцов по теме “Интерференция света”. Модель “Волоконная оптика”. Модель телескопа. Модель микроскопа. Модель проекционного аппарата. Комплект иллюстраций: “Законы отражения и преломления”. Ремонт и восстановление проекционной аппаратуры. Комплект наглядного материала для проекций (по физике, астрономии, автоделу и другим предметам в рамках межпредметных связей). Комплект рисунков по книге “Занимательная физика” Перельмана [15].

Темы исследовательских работ.

  1. Законы отражения, преломления и распространения света (и история их открытия).
  2. Спектральный анализ (в астрономии, промышленности, криминалистике и т.п.).
  3. Интерференция и дифракция света.
  4. Оптические приборы.
  5. Полное отражение. Применение в технических устройствах.
  6. Фотоэлементы и фотосопротивления в оптической технике.
  7. Глаз – оптический прибор. Микрохирургия глаза. Фасетки насекомых.
  8. Информация о звездах, получаемая посредством изучения света, пришедшего от них.
  9. Определение значения скорости света по затмениям спутника Юпитера.

Тема 6. Формирование личностных качеств учащихся (8 часов)

Авторские права. Их защита. Плагиат. Правила пользования чужой интеллектуальной собственностью. Научная добросовестность при проведении эксперимента или в теоретических обоснованиях. Примеры.

Реклама, её принципы, структура и формы. Рекламные проекты собственных изделий или идей исследовательских работ.

История развития науки и техники (основные этапы и частные примеры). Биографии ученых, история изобретений и открытий (соответственно тематике выбранного для изучения материала). Вклад в развитие науки и техники ученых нашей страны. Оценка такого явления как “утечка мозгов” для развития страны. Значение мировой науки для развития цивилизации. Вопросы приоритета и конкуренции [16-19].

Литература

  1. Перышкин А. В., Гутник Е. М. Физика 7 – 9. – М.: Дрофа, 2000.
  2. Громов С. В., Родина Н. А. Физика 7 – 9. – М.: Просвещение, 2000.
  3. Коровин В. А. Оценка качества подготовки выпускников основной школы по физике. – М.: Дрофа, 2002.
  4. Цыбин В. С., Галашин В. А. Легковые автомобили. – М.: Просвещение, 1993.
  5. Резников З.М. Прикладная физика. – М.: Просвещение, 1989.
  6. Безчастная Н. С. Физика в рисунках. – М.: Просвещение, 1981.
  7. Рымкус А.А. Уроки с применением методов ТРИЗ.// Физика, №29, 2003.
  8. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. // Советское радио, 1979.
  9. Туров Н.П. Обучение решению изобретательских задач.// Школа и производства, 1990-1.
  10. Тарасов Б. В. Самоделки школьника. – М.: Просвещение, 1968.
  11. Горев Л. А. Занимательные опыты по физике. – М.: Просвещение, 1977.
  12. Кац Ц. Б. Биофизика на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988.
  13. Черненко Г. Простая автоматика. – Л.: Детская литература, 1989.
  14. Глазунов А. Т. Техника в курсе физики средней школы. – М.: Просвещение, 1977.
  15. Перельман Я. И. Занимательная физика. – М: Наука, 1972.
  16. Храмов Ю. А. Физики. Биографический справочник. – М.: Наука, 1983.
  17. Мощанский В. Н., Савелова Е. В. История физики в средней школе. – М.: Просвещение, 1981.
  18. Эльшанский И. И. Хочу стать Кулибиным. – М.: РИЦ МДК, 2002.
  19. Тарасьяц С. В. Особенности правового регулирования интеллектуальной собственности в российской федерации. //Фундаментальные исследования. – М.: Академия Естествознания.2007. № 12. С. 180.