Проектно-исследовательская деятельность по физике
1. Исследование времени реакции человека. Использование видеокамеры в качестве измерительного инструмента
Цели проекта
1. Измерение времени реакции человека на различные виды сигналов.
2. Изучение возможностей использования видеокамеры для измерения перемещения, скорости и ускорения.
Задачи проекта
1. Изучение теоретического материала по данным темам.
2. Изготовление простого измерителя времени реакции человека на различные виды сигналов: визуальный, звуковой, тактильный (прикосновение).
3. Измерение перемещения, скорости и ускорения различных тел с использованием видеосъемки.
4. Определение характера движения этих тел.
Оборудование
1. Линейка длиной 50 см с миллиметровыми делениями.
2. Видеокамера любительская или телефон со встроенной видеокамерой.
3. Плеер, дающий возможность покадрового просмотра видеофрагментов на компьютере.
4. Принтер.
ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОЕКТА
Базовый уровень
1. Время реакции человека – это промежуток времени от сигнала до ответной реакции на сигнал. В данном проекте время реакции человека находят по пути, который проходит тело, свободно падающее без начальной скорости. Рассчитайте, какое расстояние пройдет это тело за 0,1 с; 0 2 с; 0 3 с.
2. Расположите линейку вертикально нулевой отметкой вниз. Большой и указательный пальцы испытуемого должны находиться у нулевой отметки, не касаясь линейки (рис. 1, а).
Отпустите линейку. Испытуемый должен поймать ее, как можно раньше сжав большой и указательный пальцы.
3. По отметке, на которой оказались пальцы испытуемого, определите время его реакции (рис. 1, б).
4. Изготовьте простейший измеритель времени реакции. Для этого наклейте на линейку бумажную полосу, проградуированную в единицах времени.
5. Измерьте время реакции своих одноклассников и родственников. Запишите данные в таблицу.
6. Найдите зависимость времени реакции человека от его возраста, времени суток, предыдущей физической нагрузки (например, десяти быстрых приседаний).
7. Измерьте время реакции человека на звуковой сигнал и прикосновение.
Углубленный уровень
8. Определите частоту кадров при видеосъемке для имеющейся видеокамеры. Найдите интервал времени между последовательными кадрами.
9. Укрепите видеокамеру (если возможно, на штативе) и произведите видеосъемку движущихся тел, например автомобилей (можно из окна или с балкона). Узнайте размеры этих тел (если возможно, измерьте).
10. Распечатайте последовательные кадры видеосъемки.
11. По различным парам последовательных кадров определите значения скорости движущихся тел. Используйте при этом сведения о размерах тел. Объясните, почему для этого нужны два последовательных кадра.
12. По различным тройкам последовательных кадров определите значения ускорения движущихся тел. Объясните, почему для этого нужны три последовательных кадра.
Подготовьте презентацию о выполнении проекта.
2. Самозатягивающиеся узлы и замки
Цели проекта
1. Изучение условий, при которых действующая на ленту или веревку (или со стороны ленты или веревки) сила трения возрастает с увеличением силы натяжения.
2. Рассмотрение практического применения данного явления.
Задачи проекта
1. Исследование зависимости силы трения от силы натяжения.
2. Изготовление устройства «таинственный захват».
3. Изучение самозатягивающихся узлов и замков.
Оборудование
1. Самозатягивающийся замок от туристического рюкзака, капроновая стропа по ширине замка, два набора грузов, штатив с лапкой.
2. Пуговица с двумя отверстиями и прочная нить или тонкая веревка, которая свободно проходит в эти отверстия.
3. Капсула от «Киндер-сюрприза», прочная нить, грузы разной массы.
ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОЕКТА
Базовый уровень
1. На рисунке 1 показана натянутая веревка, огибающая препятствие. Объясните, почему модуль силы нормальной реакции n_vec, действующей на веревку со стороны этого препятствия, пропорционален модулю силы натяжения веревки t_vec.
2. Объясните, почему при увеличении силы натяжения веревки увеличивается действующая на нее сила трения, если веревку перемещают или пытаются перемещать поперек препятствия.
3. Изготовьте самозатягивающийся узел (рис. 2) и исследуйте его свойства.
4. Прикрепите нить к штативу и проденьте ее через оба отверстия пуговицы (рис. 3, а, изображено в разрезе). Объясните, почему чем больше натяжение веревки, тем труднее перемещать пуговицу вдоль нее.
5. Один конец капроновой ленты закрепите на лапке штатива, а саму ленту проденьте в замок от рюкзака,как показано на рисунке 3, б.
6. Проверьте возможность сравнительно свободного скольжения замка по ленте, когда она не натянута. Используя два набора грузов, найдите зависимость силы трения между замком и лентой от силы натяжения ленты.
7. Изучите на опыте свойства самозатягивающегося замка (рис. 3, в). Сравните наблюдаемые явления с «заклиниванием», описанным в § 20. Исходя из этого сравнения, дайте общее объяснение самозатягивающимся узлам.
8. Изготовьте устройство «Таинственный захват». Для этого проделайте в торцах капсулы от «Киндер-сюрприза» отверстия и проденьте сквозь них нить так, чтобы внутри капсулы нить проходила через два отверстия в пуговице. Закройте капсулу, чтобы «секрет» устройства не был виден. К одному концу веревки привяжите легкий груз, а к другому – тяжелый. Предложите зрителям объяснить, почему капсула будет скользить по веревке, если держать все устройство за тяжелый груз, и будет покоиться в любом месте на веревке, если держать устройство за легкий груз.
Загрузите архив «Таинственный захват» с сайта Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов school-collection.edu.ru/catalog/rubr/6ff3234e-18e5-11dc-8314-0800200c9a66/110805/?&onpage=20&page=3, а затем откройте файл 74.avi. Подготовьте презентацию о выполнении проекта.
3. Преобразование энергии при скатывании тел по наклонной плоскости
Цели проекта
1. Исследование преобразования потенциальной энергии в кинетическую энергию поступательного и вращательного движения при скатывании тел по наклонной плоскости.
2. Изучение применения данного явления на практике.
Задачи проекта
1. Изучение теоретического материала по данной проблеме.
2. Определение кинематических параметров поступательного и вращательного движения различных тел при скатывании по наклонной плоскости.
3. Наблюдение скатывания различных цилиндрических тел по наклонной плоскости.
Оборудование
1. Доска для наклонной плоскости длиной не менее 1 м.
2. Две одинаковые цилиндрические пластиковые бутылки объемом 0,5 л.
3. Сухой песок.
4. Однородный твердый шар.
5. Однородный твердый цилиндр (его можно заменить пластиковой бутылкой, плотно заполненной песком).
6. Однородный тонкостенный цилиндр (его можно заменить пустой пластиковой бутылкой).
7. Поролоновая губка в форме параллелепипеда.
8. Набор металлических скрепок или английских булавок.
9. Секундомер (можно использовать встроенный в электронные часы или мобильный телефон).
ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОЕКТА
Базовый уровень
1. Подберите такой угол наклона плоскости, чтобы подготовленные вами тела цилиндрической формы скатывались без начальной скорости в течение нескольких секунд.
2. Измерьте время скатывания различных тел.
3. Постройте столбчатую диаграмму для наглядного сравнения времени скатывания различных тел с одной и той же наклонной плоскости.
4. Присоединяя к губке металлические скрепки или английские булавки, добейтесь того, чтобы пропитанная водой губка находилась во взвешенном состоянии в бутылке, доверху наполненной водой.
5. Скатите бутылку с водой, в которой взвешена губка, по наклонной плоскости и рассмотрите, как изменяется положение губки в пространстве. Попробуйте сделать видеосъемку этого явления и рассмотрите последовательные кадры.
6. На основании произведенных наблюдений сделайте вывод: преобразуется ли начальная потенциальная энергия воды в кинетическую энергию вращательного движения.
Углубленный уровень
7. Используя наблюдения, сделанные при выполнении предыдущего пункта, объясните, почему бутылка, наполненная песком, скатывается медленнее, чем пустая бутылка.
8. Оцените, в каком соотношении распределяется начальная потенциальная энергия различных тел между кинетической энергией поступательного и вращательного движения.
9. Сравните время скатывания шара и цилиндров (сплошного и тонкостенного). Исходя из результатов опыта, сделайте вывод: у какого из этих тел отношение кинетической энергии вращательного движения к кинетической энергии поступательного движения больше?
10. Наполните бутылку до половины песком и плотно закройте крышку, держа бутылку вертикально. Осторожно, стараясь, чтобы песок «не растекся» внутри бутылки, положите ее на наклонную плоскость. Пронаблюдайте за движением бутылки. Подберите такой угол наклона плоскости, при котором бутылка остановится посредине доски. Опишите, какие превращения энергии при этом произошли.
11. Исследуйте, как изменяется скатывание бутылки по мере ее заполнения песком. Объясните, почему почти пустая и почти полная бутылка катятся по плоскости, а полупустая – не катится.
Загрузите архив «Песок в бутылке» с сайта Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов school-collection.edu.ru/catalog/rubr/6ff3234e-18e5-11dc-8314-0800200c9a66/110820/?interface=pupil&class=53&subject=30 и откройте файл 51.avi.
Подготовьте презентацию о выполнении проекта.
4. Устойчивое равновесие тела, имеющего одну точку опоры.
Цепи проекта
1. Исследование равновесия тела, имеющего только одну точку опоры.
2. Нахождение условий устойчивого равновесия тела с одной точкой опоры.
3. Изучение применения данного явления на практике.
Задачи проекта
1. Изучение теоретического материала по данной теме.
2. Расчет и изготовление тел с одной точкой опоры, находящихся в положении устойчивого равновесия, когда центр тяжести находится ниже точки опоры.
3. Расчет и изготовление тел с одной точкой опоры, находящихся в положении устойчивого равновесия, когда центр тяжести находится выше точки опоры.
Оборудование
1. Проволока и пластилин.
2. Полый цилиндр.
ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОЕКТА
Базовый уровень
1. Изготовьте конструкцию, подобную изображенной на рисунке 1.
2. Объясните, почему система находится в положении устойчивого равновесия, когда ее центр тяжести расположен ниже точки опоры. Сделайте пояснительный чертеж.
3. Изготовьте с помощью проволоки и пластилина несколько различных тел, находящихся в положении устойчивого равновесия на одной точке опоры.
4. Найдите положение центра тяжести каждого из этих тел (см. § 35) и убедитесь: для устойчивого равновесия тела необходимо, чтобы его центр тяжести находился ниже точки опоры.
Углубленный уровень
5. Рассмотрите случай, когда тело находится в положении устойчивого равновесия, причем центр тяжести тела выше точки опоры. Изготовьте игрушку типа куклы-неваляшки (рис. 2), используя подручные материалы.
6. Рассчитайте, где должен находиться центр тяжести тела, нижняя часть которого – полусфера или полуцилиндр, чтобы оно было в устойчивом равновесии при опоре на одну точку, находящуюся ниже его центра тяжести. Воспользуйтесь для этого условиями равновесия тела (см. § 35, 36).
7. Для дальнейшего исследования изготовьте модель «неваляшки», используя полый цилиндр и два одинаковых пластилиновых кубика (на рисунке 3 цилиндр для наглядности показан с двух сторон). Разметьте цилиндр, разделив его двумя образующими на две равные части – например, окрасив половины цилиндра разными цветами.
8. Поочередно прикрепите к цилиндру два пластилиновых кубика в положениях, показанных на рисунках 4, а–в. Определите на опыте, в каких случаях равновесие цилиндра будет устойчивым, неустойчивым и безразличным. Объясните результаты своих опытов, сделав пояснительные чертежи.
9. Предложите возможные практические применения устойчивого равновесия тела с одной точкой опоры.
Подготовьте презентацию о выполнении проекта.