Ответы на вопросы к госу по МПФ
1. Методические особенности изучения темы «Давление твердых тел, жидкостей
и газов»
Изучение этой темы является продолжением темы «Взаимодействие тел» в 7
классе. Здесь рассматривается случай, когда твердые, жидкие и газообразные
тела соприкасаются друг с другом по некоторой поверхности и находятся
относительно друг друга в покое. В этом случае оба взаимодействующих тела
деформированы по всей поверхности соприкосновения.
В качестве меры напряженного состояния тел, используют физическую величину
– давление.
Формирование этого понятия можно начинать с рассмотрения примеров из
повседневной жизни, хождение по снегу на лыжах и без и т.д. На основе
примеров можно сделать вывод: результат действия силы зависит не только от
ее модуля, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она
действует. Здесь можно предложить учащимся опыт, описанный в учебнике
(песок, гвозди, груз).
При введении понятий давления, можно создать проблемную ситуацию, ставя
перед учениками следующие задачи:
1. Мальчик стоит на снегу на лыжах, а потом без. В каком случае снег
деформируется больше.
2. На лыжах стояли сначала папа, а потом его 5-ти летний сын.
3. На лыжах стояли папа и сын, длина лыж у папы 2,70 м, а у сына 1,10 м.
На 3-й вопрос ученики затрудняются ответить, следовательно возникает
необходимость уравнять условия, рассматривать силу, действующую на единицу
поверхности. Это новую величину называют давлением.
Далее даем опережение:
Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно к площади этой
поверхности, называется давлением.
Авторы учебника испытывают, так называемой мнемонический прием: [pic] ,
давление – p, сила – F, площадь – S.
Очень важно для закрепления данного понятия решать задачи не только
количественного, но и экспериментального характера.
Далее рассматривается вопрос о давлении газа. Подчеркивается, что давление
газа на стенки сосуда обусловлено ударами молнии и зависит от их числа
(плотность газа) и скорости движения (температуры). Это положение
подтверждается опытом.
Рассмотрим закон Паскаля. Этот закон является основным законом
аэрогидродинамики и является теоретической основой для изучения практически
всех вопросов, связанных с движением в жидкостях и газах. Авторы учебника
предлагают изучать этот закон с мысленного эксперимента. (равномерно
распределенный газ – сжатие газа, промежуточный этап – неравномерное
распределение, снова равномерное распределение).
На основе мысленного эксперимента формулируется закон Паскаля:
Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в
каждую точку жидкости или газа.
Демонстрируется опыт с шаром Паскаля. Необходимо подчеркнуть, что закон
Паскаля – количественный закон, но на первом этапе его изучения нельзя
показать учащимся количественный вывод но, так как они не знают устройство
и принцип действия манометра. Следовательно после изучения манометров,
можно вернуться к этому вопросу.
После изучения закона показывают его практическое применение, на примере
гидравлического пресса.
Давление в жидкости и газе.
Когда идет речь о законе Паскаля, там говорится о передаче жидкостью или
газом внешнего давления, но кроме давления, производимого на жидкость из
вне, можно говорить о давлении внутри жидкости, обусловленном его
притяжением к Земле (весовое давление).
При изучении данного вопроса можно организовать поисковую деятельность в
такой последовательности:
а) с помощью опытов разбирают следующие вопросы: "Только ли вода давит на
дно и стенки сосуда"; б) существует ли давление внутри жидкости; в) от чего
оно зависит; г) каково давление внутри жидкости на одном и том же уровне.
С помощью опытов приходим к выводу, что весовое давление зависит от рода
жидкости и глубины погружения. Можно формулу для определения давления
вывести теоретически:
[pic]
Для того, чтобы учащиеся усвоили эту формулу необходимо решать ряд задач.
Сообщающиеся сосуды легко усваиваются учащимися.
Атмосферное давление.
С этим понятием учащиеся уже встречались на уроках геометрии. На уроках
физики они рассматривают физическую сущность атмосферного давления. Его
причины, способы измерения. При изучении данной темы необходимо решить два
вопроса: 1. Показать, что атмосферное давление существует. Это можно
доказать с помощью опытов: поднятие воды под поршнем, фонтан, опыт с
магденбургскими полушариями. Данный материал богат исторически. Близко к
понятию атмосферного давления подошел Галилей, решая задачу, почему насосы
поднимают воду с глубины, не превышающей 10 метров. 2. Способ измерения
атмосферного давления. Опыт Торричелли по измерению атмосферного давления
принадлежит к фундаментальным опытам. Показать этот опыт невозможно,
поэтому о нем рассказывается, используя плакаты (ртуть…)
Действие жидкости и газа на погруженное в них тело.
К изучению данной темы можно подойти различными способами. Рассмотрим один
из них.
Изучение данной темы можно начать, проделав ряд опытов: 1. При погружении
мяча в аквариум с водой, учащиеся убеждаются, что мяч всплывает. Ответ:
возникает выталкивающая сила со стороны жидкости (газа). 2. Берут
металлический груз из набора гирь, подвязанного на нити, и погружают в
воду, от не всплывает, а погружается на дно. Вопрос: Действует ли в этом
случае выталкивающая сила. Затем переходят к нахождению значения этой силы.
Это можно сделать, используя различные методические приемы: 1. В начале
теоретически находят значение этой силы, а затем на опыте подтверждают. 2.
Рассматривают условие плавания тел, рассматривая 3 случая: Выталкивающая
сила, больше, равна и меньше веса тела.
2. Методика изучения темы «Первоначальные сведения о строении вещества» в 7
классе.
В связи с конкретно-образным мышлением учащихся данного возраста на первых
порах трудно убедить их в объективном существовании атомов, молекул,
электронов – этих чувственно не воспринимаемых частиц вещества. Для
преодоления этой трудности необходимо прежде всего убедить семиклассников в
том, что наши органы чувств при непосредственном восприятии объектов не
всегда дают верную информацию о свойствах этих объектов. Например, глядя на
густое дерево издалека, мы воспринимаем его крону в виде сплошного тела и,
только приблизившись к дереву, начинаем различать отдельные листья.
Поэтому тот факт, что мы видим окружающие нас тела сплошными, еще не
означает, что они таковы на самом деле Необходимы опыты, позволяющие дать
обоснованный ответ на вопрос о строении вещества.
Опытов, подводящих к догадке о дискретном строении вещества, может быть
проделано много, например - уменьшение объема газа при сжатии, расширение
твердых тел, жидкостей, газов при нагревании, уменьшение их объема при
охлаждении, уменьшение суммарного объема воды и спирта при их перемешивании
и др. Обязательными являются опыты, показывающие возможность дробления
вещества на все более и более мелкие кусочки (дробление куска мела,
получение муки, растворение краски в воде и др.), так как молекула вводится
как предел дробимости данного вещества.
В данной теме учащиеся по существу впервые встречаются с такими малыми
размерами, как размеры молекул, и осознать, образно представить частицы
столь малых размеров они не в состоянии. Поэтому не имеет смысла приводить
числовое значение размеров молекул. Лучше сравнить эти размеры с размерами
объектов, хорошо знакомых ребятам из жизненной практики. Например, можно
сказать, что молекула во столько раз меньше яблока среднего размера, во
сколько раз яблоко меньше земного шара, или: если мысленно увеличить
размеры молекулы воды так, чтобы она выглядела шариком радиусом 1 мм, то
при этом молекулы, из которых состоит бумага, выглядели бы как веревка
толщиной 1 см и длиной до 10 м.
Большую роль в формировании правильных представлений о размерах молекул
играет фронтальная лабораторная работа "Измерение размеров малых тел". При
ее выполнении учащиеся знакомятся с методом рядов при определении размеров
малых тел (горошин, крупинок, диаметра проволоки и др.) и самостоятельно
рассчитывают размер молекулы, работая с фотографиями, приведенными в
учебнике. Эти фотографии, сделанные с помощью электронного микроскопа,
должны показать учащимся, что объективное существование молекул и атомов –
в настоящее время твердо установленный факт.
О том, что молекулы движутся, школьники могут догадаться сами, если им
предложить объяснить причину распространения быстро испаряющихся пахучих
веществ. Догадку учитель должен рассматривать как гипотезу, которая может
быть подтверждена или опровергнута опытом. Опыты по диффузии газов и
жидкостей описаны в методической литературе. Об опыте
по диффузии твердых тел рассказывается во фрагменте "Диффузия" кинофильма
"Молекулы и молекулярное движение".
Весьма важным элементом знаний, приобретаемых учащимися при изучении темы
"Первоначальные сведения о строении вещества", является знание о связи
скорости движения молекул с температурой тела. На это положение опираются
при рассмотрении способов изменения внутренней энергии тела (VIII класс).
Догадаться о связи скорости движения молекул и температуры тела учащиеся
тоже могут самостоятельно, наблюдая за образованием разных объемов
окрашенной воды при растворении одинаковых кусочков грифеля химического
карандаша в холодной и теплой воде. Предположение о том, что при более
высокой температуре молекулы движутся быстрее, высказанное учащимися,
следует рассматривать как гипотезу и предложить им придумать дома опыт для
ее проверки.
Семиклассники должны хорошо понимать, что теплая вода состоит из таких же
молекул, что и холодная. Разница заключается лишь в скоростях движения
молекул.
К догадке о взаимном притяжении молекул можно подвести учащихся вопросом:
почему же тела, состоящие из молекул, между которыми есть промежутки, не
рассыпаются? Чтобы заострить внимание на расстоянии, при котором притяжение
между молекулами становится заметным, целесообразно для проверки
предположения, высказанного в ответе на поставленный вопрос, взять сначала
две стеклянные трубочки и показать, что при их сближении они "не
слипаются", а затем то же самое проделать с двумя кусочками пластилина.
Об отталкивании молекул школьники тоже могут догадаться самостоятельно,
если им предложить объяснить опыты, обнаруживающие упругость газов, малую
сжимаемость жидкости, твердых тел и др.
Таким образом, основные знания в этой теме учитель не должен давать в
готовом виде, а, умело создавая проблемные ситуации с помощью эксперимента,
побуждать учащихся искать пути решения проблемы, разрабатывать, планировать
и проводить эксперимент с целью проверки высказанных гипотез, анализировать
его результаты. Только в этом случае семиклассники будут осваивать
эмпирический метод познания.
Вместе с тем в данную тему входят и такие научные факты, экспериментальное
обоснование которых в данном курсе невозможно Это следующие утверждения,
молекулы одного вещества одинаковы, молекулы состоят из атомов, атомы
состоят из элементарных частиц Эти утверждения дают догматически.
Для проверки знаний по данной теме лучше всего воспользоваться заданиями с
выбором ответа, поскольку учащиеся еще не успели научиться свободному
обращению с новой для них физической терминологией и будут затрудняться в
выражении своих мыслей письменно.
Изучение темы целесообразно завершить уроком-конференцией, на которой
семиклассники в коротких выступлениях расскажут о жизни и деятельности М.
В. Ломоносова и его работах по изучению строения вещества.
3. Научно-методический анализ и методика формирования понятий тема:
«Тепловые явления» в 8 классе.
При изучении данной темы учащиеся знакомятся с рядом понятий: теплота,
количество теплоты, теплоемкость, теплопередача, конвекция и т.д. при
изучении данной темы используется политехнический материал, изучается
двигатель внутреннего сгорания, паровая турбина, паровое отопление.
Рассматривая методику изучения некоторых вопросов данной темы:
3.1. Хаотичное, тепловое движение молекул, температура.
Приступая к изучению данного вопроса необходимо повторить с учащимися
основные положения МКТ. Учащиеся вспоминают, что молекулы находятся в
непрерывном хаотическом движении. Такое движение получило название
теплового. Напоминаем, что скорость движения зависит от температуры. Затем,
переходим к температуре. В 8 классе авторы учебника Перышкин, Родина не
дают определения температуры, так как они не вводят понятия теплового
равновесия. Достаточно, если учащиеся воспримут понятие температуры, как о
степени нагретости тел, ознакомятся с устройством и принципом действия
термометра. На опыте объясняется учащимся следующую демонстрацию: берут 3
одинаковых сосуда, в первом – нагретая вода, во втором – комнатной
температуры, в третьем – холодная. Опускаем палец. В субъективности
теплового ощущения ученики убеждаются на этом опыте. Из этого можно сделать
вывод: необходимы специальные приборы – термометры – принцип действия
которых основан на тепловом расширении. Вместе с учащимися выяснить правила
измерения термометром. 1) каждый термометр предназначен для измерения
температуры только в определенных пределах. 2) нельзя пользоваться
термометром, если измеряемая температура выше или ниже установленных для
данного прибора значений. 3) отсчет по термометру нужно производить через
некоторое время. 4) при измерении температуры термометр (кроме
медицинского) не должен извлекаться из среды, температура которой
измеряется. 5) следить за правилами расположения глаза.
Полезно сообщить учащимся некоторые значения температур встречающихся в
природе и технике.
3.2. Внутренняя энергия тел и способы ее измерения
Внутренняя энергия – это одно из фундаментальных понятий в физике. К
формированию этого понятия можно подойти различными путями, например,
авторы учебника формирование этого понятия начинают с опыта о кажущемся
нарушении закона сохранения энергии при соударении неупругих тел. Опыт: шар
падает на спальную плиту. Непонятно, до удара, шар и стальная плита
обладали внутренней энергией. Второй способ: используется идея о том, что
работа представляет собой меру изменчивости или превращения энергии. Если
тело способно совершить работу, то оно обладает энергией. Здесь можно
предложить опыт с картофелем пистолетом (колба закрывается картофельной
пробкой и помещается под колпак воздушного насоса, откачав воздух, пробка
вылетает). Возникает вопрос: Обладал ли воздух в колбе энергией? (Да).
Далее дают определение: Энергия движения и взаимодействия частиц, из
которых состоит тело называется внутренней энергией.
Дальнейшая задача состоит в том. Чтобы ознакомить учащихся со способами
измерения внутренней энергии. Для этого проводится ряд опытов: нитью
натирают цилиндр и резиновая пробка вылетает; в сосуд наливают немного
воды, накачивают в него воздух, пробка вылетает и в сосуде наблюдается пар;
в шарообразную колбу с изогнутым концом, в трубку наливается вода
(капелька) держа колбу в руках капелька будет перемещаться по трубке. На
основе опытов приходим к выводу, что внутреннюю энергию можно изменить
двумя способами: теплообмен и совершение работы.
Далее дают определение: Процесс изменения внутренней энергии при котором
над телом совершается работа, а энергия передается от одних частиц к другим
называют теплопередачей.
Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.
Теплопроводность. Из жизненного опыта ученикам известен процесс передачи
энергии от одного тела другому. Однако, они не подставляют себе различия
тел по теплопроводности. Поэтому необходимо рассмотреть этот вопрос,
используя опыт: берут стальную и медную проволоки, на равных расстояниях
приклеивают парафином (пластилином) спички. Из опыта дел вывод: разные тела
обладают разной теплопроводностью. При изучении вопроса можно сделать
проблемную ситуацию: в картонной коробке кипятят воду.
Полезно также подчеркнуть, что при теплопроводности происходит перенос
энергии, связанной с хаотическим движением микрочастиц, само же вещество не
переносится. Для закрепления материала решают качественные задачи.
Конвекция. При изучении конвекции можно предложить следующие опыты: U
образная трубка с перегородкой в верхней части, заполняется водой, выше
уровня перегородки, затем с одного конца внизу нагревается (в трубки
помещаются марганцовка, в одну трубку к низу, в другую сверху…); в трубку с
двух сторон вставляют пробки с термометрами и начинают ее нагревать
(термометр, находящийся выше покажет большую температуру). При конвекции
происходит перенос вещества.
Для закрепления материала авторы учебника рассматривают образование дневных
и ночных бризов, а в технике – образование тяги в дымоходе, конвекция в
водяном отоплении.
Излучение. Излучение, как вид переноса, связано с излучением и поглощением
частицами вещества электромагнитных волн и поэтому не может быть объяснено
обстоятельно 8-классникам, поэтому при ознакомлении учащихся с этим видом
теплопередачи, следует проводить широко экспериментально. Здесь можно
поставить проблемный опыт. Капля жидкости в трубке термоскопа перемещается
вправо, указывая на расширение воздуха в термоскопе от нагревания.
Формулируют проблему: "Почему капля в термоскопе перемещается и тогда,
когда нагреватель расположен на одном и том же уровне с термоскопом?".
Подчеркивается, что в данном случае тепло передается от нагретого тела с
помощью невидимых глазом лучей – тепловых лучей. Здесь же подчеркивается,
что при излучении наличие среды необязательно, перенос энергии может
происходить и в вакууме (передача энергии от Солнца к Земле).
Количество теплоты. Единицы количества теплоты. Процесс совершения
механической работы и процесс теплопередачи имеют общий признак – изменяют
внутреннюю энергию тела.
Меру изменения внутренней энергии путем совершения работы назвали
количеством работы, а меру изменения внутренней энергии в процессе
теплопередачи назвали количеством теплоты.
Далее выясняют от чего зависит количество теплоты Q полученное или отданное
телом. Для расчета количества теплоты необходимо ввести понятие удельной
теплоемкости. Необходимо выяснить с учащимися, что количество теплоты,
полученное (отданное) телом при теплопередаче зависит от рода вещества. Эту
зависимость характеризую. Особой величиной, называемой удельной
теплоемкостью вещества. Это можно проверить, проводя следующий эксперимент:
используют прибор Тиндаля и замечают, что алюминиевый цилиндр погружается
больше в парафин, затем железный и медный. Делают вывод: тела из разных
веществ, но одной массы, отдают при охлаждении и требуют при нагревании на
одну температуру разное количество теплоты.
После этого вводим понятие удельной теплоемкости. Для закрепления
необходимо работать с таблицей удельных теплоемкостей, ставя следующие
вопросы: 1. Что означает, что удельная теплоемкость воды 4200 Дж/ кг К? 2.
Найдите вещество для которого теплоемкость наибольшая и т.п.
Введя понятие удельной теплоемкости, можно рассчитать количество теплоты
необходимое для нагрева тела массой 1 кг на температуру [pic] для случая m
вещества: [pic]. Далее изучается испарение, кипение, находят количество
теплоты необходимое для плавления, для парообразования и т.д. Необходимо
расплавить лед, испарить воду.
AB – процесс нагревания Q1=mcл(T-T1); BC – плавление Q2=?m; CD –
нагревание Q3=mcH2O(T2-To); DE – парообразование Q2=?m
4. Методические особенности изучения темы: «Электрические явления» в 8
классе.
