Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет
имени М.В. Ломоносова»
Н.В. Шабунина, О.Н. Оруджова
МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
Часть 1
Учебное пособие
Архангельск
САФУ
2022
1
Стр.2
УДК 53(075)
ББК 74.265.1
Ш 14
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом
Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова
Рецензенты:
О.В. Гермидер, доцент кафедры строительной механики
и сопротивления материалов САФУ, канд. физ.-мат. наук;
М.Г. Берденникова, учитель физики ГБОУ АО «Архангельский
морской кадетский корпус», канд. пед. наук
Шабунина, Н.В.
Ш 14
Методика обучения физике. Ч. 1: учебное пособие / Н.В. Шабунина,
О.Н. Оруджова; Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. – Архангельск:
САФУ, 2022. – 243 с. – Текст: электронный.
ISBN 978-5-261-01582-6
Рассмотрены теоретические основы по методике и технике учебного физического
эксперимента, приборы и оборудование, используемое при проведении лабораторных
работ. Направлено на обучение студентов умениям демонстрировать
опыты и проводить школьные лабораторные работы.
Предназначено для студентов очной формы обучения высшей школы естественных
наук и технологий, обучающихся по направлению подготовки 44.03.05
«Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки: физика и информатика)».
УДК
53(075)
ББК 74.265.1
Издательский дом им. В.Н. Булатова САФУ
163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56
ISBN 978-5-261-01582-6
© Шабунина Н.В., Оруджова О.Н., 2022
© Северный (Арктический) федеральный
университет им. М.В. Ломоносова, 2022
2
Стр.3
Оглавление
Методика и техника учебного физического эксперимента ..........................
Приборы и оборудование ................................................................................. 12
4
Лабораторные работы ....................................................................................... 58
Электроизмерительные приборы. Электрические явления.
Законы постоянного тока ......................................................................... 58
Изучение проекционной аппаратуры. Световые явления .................... 102
Первоначальные сведения о строении вещества.
Тепловые явления ..................................................................................... 133
Насосы и манометры. Давление в жидкостях и газах ........................... 167
Механические колебания и волны .......................................................... 189
Библиографический список ............................................................................. 243
3
Стр.4
При работе с прибором концы ЗГ обмоток L1 и L2 подключают к выходным
зажимам «Общ» и «5 Ом» звукового генератора, а концы Г обмотки L3 –
к зажимам переменного тока гальванометра от демонстрационного амперметра
или вольтметра.
Прибор для демонстрации правила Ленца (прибор Петроевского)
Прибор состоит из легкого металлического коромысла с двумя алюминиевыми
кольцами, одно из которых сплошное, а другое имеет прорезь, и
подставкой с иглой (рис. 71).
Коромысло в середине имеет стеклянный
подпятник, который в рабочем положении
опирается на острие иглы. Коромысло на
острие иглы следует устанавливать осторожно,
иначе легко можно разрушить стеклянный
подпятник. Прибор рекомендуется хранить в
коробке в разобранном состоянии.
Рис. 71
57
Стр.58
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Электроизмерительные приборы. Электрические явления.
Законы постоянного тока
Опыт 1. Электроизмерительные приборы
Оборудование: 1) демонстрационный амперметр, 2) демонстрационный
вольтметр, 3) усилитель к гальванометру, 4) зеркальный гальванометр,
5) авометр, 6) выпрямитель ВС-24М, 7) фотоэлемент, 8) термоэлемент,
9) термопара, 10) термостолбик, 11) реостат (15 Ом, 30 Ом), 12) электрическая
лампа, 13) электрическая плитка, 14) паяльник, 15) проводники.
1. Работа с демонстрационными амперметром и вольтметром.
Как измерить силу постоянного тока в 1 А? в 7 А? Как измерить силу
переменного тока в 2 А? Как измерить силу переменного тока в 8 А? Как
измерить напряжение постоянного тока в 4 В? в 12 В? Как измерить
напряжение переменного тока в 13 В? в 120 В?
2. Подбор шунтов и добавочных сопротивлений к демонстрационным
электроизмерительным приборам.
а) Установите движок реостата так, чтобы получить сопротивление на
зажимах 1,5–2 Ом. Подберите к демонстрационным приборам подходящие
шкалы, шунты и добавочные сопротивления, позволяющие наиболее эффективно
провести демонстрацию опыта по измерению сопротивления реостата
в цепи постоянного тока. Подготовьте приборы для проведения опыта,
соберите установку и покажите преподавателю до подключения источника
тока. Выполните измерения при напряжении 4 В и оцените сопротивление
реостата.
б) Установите движок реостата так, чтобы получить сопротивление на
зажимах 15–20 Ом. Подберите к демонстрационным приборам подходящие
шкалы, шунты и добавочные сопротивления, позволяющие наиболее
эффективно провести демонстрацию опыта по измерению сопротивления
реостата в цепи переменного тока. Подготовьте приборы для проведения
опыта, соберите установку и покажите преподавателю до подключения
источника тока. Выполните измерения при напряжении 15–25 В и оцените
сопротивление реостата.
3. Работа с демонстрационным гальванометром амперметра (вольтметра).
а) Установите на демонстрационном амперметре шкалу гальванометра,
совместив стрелку прибора с нулем шкалы. Подключите термоэлемент к
58
Стр.59
зажимам гальванометра от амперметра. Установите лампу на расстоянии
5–8 см от термоэлемента. Пронаблюдайте изменение показаний прибора при
изменении теплового потока, идущего от лампы к термоэлементу, то есть
пронаблюдайте изменение показаний прибора при включении и выключении
лампы, передвижении лампы.
Подключите вместо гальванометра от амперметра гальванометр от
вольтметра. Выполните аналогичные наблюдения. Запишите в тетрадь
значения отклонений стрелки в обоих случаях. Сделайте вывод.
б) Подсоедините к зажимам гальванометра от амперметра фотоэлемент.
Расположите его на расстоянии 3–5 см от лампы. Пронаблюдайте изменение
показаний прибора при изменении светового потока, идущего от лампы к
фотоэлементу, то есть пронаблюдайте изменение показаний прибора при
включении и выключении лампы, передвижении лампы. Выполните эти же
наблюдения, применив гальванометр от вольтметра. Запишите в тетрадь
значения отклонений стрелки в обоих случаях. Сделайте вывод.
4. Работа с усилителем к гальванометру.
Установите усилитель в гнездах гальванометра от амперметра. Зажимы
усилителя «батарея» подключите к выпрямителю ВС-24-М (U_= 4 В),
соблюдая полярность. К зажимам усилителя «вход» подключите термопару.
Установите стрелку на нуль, пользуясь ручкой усилителя. Пронаблюдайте за
показаниями прибора, поместив термопару на предварительно разогретую
плитку. Повторите опыт с гальванометром от вольтметра. Запишите в
тетрадь значения отклонений стрелки в обоих случаях. Сделайте вывод.
5. Работа с зеркальным гальванометром.
Подготовьте зеркальный гальванометр к работе. Подсоедините входные
зажимы гальванометра к термостолбику, который расположите перед
лампой. Пронаблюдайте отклонение светового штриха вначале при чувствительности
прибора «×100», затем при разной чувствительности. Пронаблюдайте
за током в цепи, заменив термостолбик фотоэлементом. Запишите
в тетрадь значения отклонений стрелки в обоих случаях. Сделайте
вывод.
6. Работа с авометром.
а) Измерьте авометром напряжение на аккумуляторе или подключите
авометр к зажимам постоянного тока выпрямителя ВС-24-М и пронаблюдайте
изменение напряжения при вращении ручки выпрямителя. По мере увеличения
напряжения переключайте пределы измерения авометром. Научитесь
отсчитывать напряжение по шкале постоянного тока.
б) Подключите авометр к зажимам переменного тока выпрямителя
ВС-24-М и пронаблюдайте изменение напряжения при вращении ручки выпрямителя.
По мере увеличения напряжения переключайте пределы изме59
Стр.60
рения авометром. Научитесь отсчитывать напряжение по шкале переменного
тока.
в) Подключите авометр к термоэлементу и определите силу тока в цепи,
когда лампа мощностью 100 Вт расположена на расстоянии 10 см от термоэлемента.
г)
Определите сопротивление реостата авометром.
Опыт 2. Электризация тел. Взаимодействие наэлектризованных тел
Оборудование: 1) штатив изолирующий с легко вращающейся насадкой,
2) палочки: эбонитовая, из органического стекла, металлическая на изолирующей
ручке, 3) кусок меха и лоскут шелка, 4) различные тела: деревянная
рейка, металлическая трубка или стержень, пластмассовая линейка, 5) маятники
электростатические на изолирующих подставках, 6) преобразователь
высоковольтный, 7) выпрямитель ВС-24М, 8) сосуд с отверстием внизу и
краном, 8) подъемный столик, 9) кювета для стока воды, 10) разрядник на
изолирующей ручке.
1. Явление электризации необходимо продемонстрировать с различными
телами. Наэлектризованную эбонитовую палочку или палочку из органического
стекла поднесите к деревянной рейке (рис. 72). Рейку поместите в
углубление самодельной легко вращающейся насадки, установленной на
острие в изолирующем штативе. Устройство и размеры насадки показаны на
этом же рисунке отдельно.
Пронаблюдайте притяжение рейки к палочке. Затем замените рейку
пластмассовой линейкой, металлической трубкой и покажите их притяжение
к различным наэлектризованным палочкам: эбонитовой, стеклянной и металлической.
Сделайте вывод.
2. Соберите установку согласно рис. 73. Каждую станиолевую гильзу
зарядите зарядом одного и того же рода, то есть либо положительно, либо
отрицательно. Это можно сделать с помощью эбонитовой палочки (палочки
из оргстекла), потертой о мех (шелк), или переносом заряда с борна высоковольтного
преобразователя.
Рис. 72
Рис. 73
60
Стр.61
Перенос заряда выполните, применяя металлический шарик на изолирующей
ручке. Штативы с заряженными шариками сблизьте и пронаблюдайте
явление. Аналогично проведите опыт по наблюдению взаимодействия
шариков, заряженных разноименным зарядом.
3. Чтобы показать притяжение струи воды к
наэлектризованной палочке, соберите установку по
рис. 74.
Пользуясь краном, получите достаточно заметную,
но не слишком сильную струю воды и поднесите
к ней сверху и несколько сбоку хорошо наэлектризованную
палочку. Пронаблюдайте, как струя,
притягиваясь, изгибается в сторону наэлектризованной
палочки.
Рис. 74
Опыт 3. Электрометр. Одновременная электризация двух тел
при соприкосновении. Электростатическая индукция
Оборудование: 1) электрометры с шаровыми кондукторами (2 шт.),
2) пластинки для электризации, 3) разрядник на изолирующей ручке, 4) палочки:
эбонитовая, из органического стекла и металлическая на изолирующей
ручке, 5) кусок меха и листовой резины, лоскут шелка, 6) проводник на
изолирующей ручке.
1. Объясните устройство и принцип действия электрометра.
2. Пронаблюдайте электризацию трением (при электризации соприкосновением
(трением) заряжаются оба тела равными и разноименными зарядами).
а)
Натрите эбонитовую палочку куском меха. Полученный заряд перенесите
на электрометр, проведя палочкой по его стержню. Вновь натрите
эбонитовую палочку, поднесите ее к стержню электрометра, не касаясь
его. Пронаблюдайте отклонение стрелки электрометра. Натрите стеклянную
палочку куском шелковой ткани. Поднесите стеклянную палочку к
стержню электрометра и пронаблюдайте отклонение стрелки. Сделайте
вывод.
б) Установите большой полый шаровой кондуктор на электрометр,
возьмите две пластинки для электризации (эбонитовую и из органического
стекла).
Сначала внесите в полый шар незаряженные пластинки поочередно и
убедитесь, что электрометр не обнаруживает каких-либо зарядов. Затем
наэлектризуйте пластинки, потерев одну о другую, и опять порознь внесите
их внутрь шара. Теперь при внесении каждой пластинки стрелка электрометра
отклоняется на одинаковый угол. Сделайте вывод.
61
Стр.62
Наконец, внесите в полость шара, не касаясь стенок, сразу обе пластинки
(рис. 75). Электрометр не обнаруживает никакого заряда – стрелка не отклоняется.
Если же удалить одну из пластинок, то стрелка опять отклонится,
как и в первом случае. Сделайте вывод.
Опыт полезно продолжить, воспользовавшись двумя одинаковыми,
предварительно выверенными электрометрами. Наэлектризуйте друг о друга
пластинки и внесите в полые шары электрометров, как показано на рис. 76.
Пронаблюдайте, что стрелки электрометров отклоняются на одинаковый
угол. После этого кондукторы электрометров соедините проводником на
изолирующей ручке и пронаблюдайте, как стрелки возвращаются на нуль,
что указывает на разноименность зарядов и на их равенство по величине.
Рис. 75
Рис. 76
3. Пронаблюдайте электризацию через влияние.
а) На стержень электрометра наденьте шар-кондуктор. Наэлектризуйте
эбонитовую (стеклянную) палочку и поднесите к шару, не касаясь его.
Пальцем коснитесь шара-кондуктора со стороны, противоположной той, к
которой поднесена заряженная палочка. Уберите сначала палец, а затем
палочку. Пронаблюдайте явление и определите род заряда, которым заряжен
электрометр. Пример описанного опыта показан на рис. 77.
б) Явление электростатической индукции – это разделение электрических
зарядов в проводнике путем внесения его в электрическое поле.
На столе установите два незаряженных электрометра и соедините их
проводником (рис. 78).
Рис. 77
Рис. 78
62
Стр.63