Фантазия и творчество – путь к науке.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 52 п. ИЛЬСКИЙ  МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СЕВЕРСКИЙ РАЙОН

Названи

Название:

ФИЗИКА И ПОЗНАНИЕ МИРА.

Фантазия и творчество – путь к науке.

Трение в природе.

Определение центра тяжести.

АВТОРЫ:                                    Учащиеся  9  класса  Шиханцова М.,

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:  учитель физики в МОУ СОШ № 52 

                                                      Ирина Анатольевна Обухова.

ПЛАН ИССЛЕДОВАНИЯ

1.     Цель данной работы – возбудить деятельность научного воображения, приучить мыслить в духе физики и развивать привычку к разностороннему применению своих знаний. Поэтому в данной работе на первый план выдвигаются физические головоломки, интересные задачи, поучительные парадоксы.

2.     Формирование команд и распределение ролей в них: конструктор, ученый, создатель презентации.

3.     Выдвижение идей, гипотез в ходе проведения мозгового штурма. Обсуждение и выбор идеи

a.      Обсуждение возможных методов исследования в группах, поиск  информации,     творческих решений.

b.      Формулирование физической задачи в каждой группе.

4.     Самостоятельная работа участников проекта по своим индивидуальным или групповым исследовательским, творческим задача

5.     решение физической задачи, промежуточное обсуждение полученных данных в группах на занятиях в Школе физики

6.     Создание презентации, с использованием фотографий, фиксирующих этапы работы при создании объекта.

7.     Занятия в компьютерном классе .

Защита проекта с использованием компьютерных технологий, оппонирование. Коллективное обсуждение, результаты внешней оценки, выводы

   ПРОЕКТНАЯ ИДЕЯ 

Формирование познавательного интереса к физике, осознанных мотивов учения через занимательные опыты и научный эксперимент.

Цели и задачи проекта			Цель: создание условий для творчества, самостоятельности, выбора в процессе выполнения группового задания. Задачи проекта:  -развитие мышления; -формирование умений самостоятельно приобретать и применять знания, работать в группе, проявлять взаимовыручку и сотрудничество, терпение по отношению к слабому ученику; -создание эмоциональных условий для самоутверждения личности и укрепления веры в свои силы; -формирование мотивации к наблюдению и объяснению физических явлений; - формирование умений решать и выполнять конструкторские задачи; использовать современные информационные технологии.
За основу проекта взята проектная идея:			Формирование познавательного интереса к физике, осознанных мотивов учения через занимательные опыты и научный эксперимент.
	Краткое описание выполненного проекта Возможности развития проекта Постановка задачи ученикам Полученные данные Методы			В настоящее время в связи с совершенствованием обучения, подготовкой их к трудовой деятельности, особое место и особое значение приобретает развитие школьного физического эксперимента. Возрастные особенности девятиклассников позволяют мотивировать их на желание заниматься фундаментальной наукой на дополнительных занятиях юного исследователя через практическую деятельность на уроках. Учащимся был предложен метод проектов, позволяющий изучать физические явления опытным путем, постигая основы физики через занимательные опыты и научный эксперимент, создавать арт- объекты как модели физического явления и как элементы праздничных представлений на общешкольных мероприятиях, новогоднем вечере, вечере посвящения в старшеклассники и т.д. При выполнении проекта обязательным условием являлось  использование компьютерных технологий, позволяющих формировать ИКТ-компетенции. Реализация данного проекта позволяет решить теоретические связи физики с жизнью, проявить интерес к  естественнонаучным предметам и желание выполнять данные опыты и получить результат самостоятельно. Практическим результатом проекта является выход на муниципальный этап всероссийский этап конференции молодых исследователей «Шаг в будущее».    Провести физический эксперимент и опыты по темам: «Трение в природе», «Определение центра тяжести». Составить творческий отчет в форме презентации, научных статей, подготовить занимательные опыты для показа на уроках в 7,9 классе. Проведено исследование кругового движения и получен ответ на вопрос «Как влияет сила трения на движение тел?», «Определение центра тяжести». .Проведены занимательные опыты  дано их описание и объяснение. Созданы презентации, с использованием фотографий, фиксирующих этапы работы при создании объекта. Проведение   занимательных опытов, изучение научной литературы, работа с компьютером. Фото отчет о проделанных опытах и экспериментах.
			Механика (от греческого mhcanich - мастерство, относящееся к машинам; наука о машинах) – наука о простейшей форме движении материи – механическом движении, представляющем изменение с течением времени пространственного расположения тел, и о связанных с движением тел взаимодействиях между ними. Механика исследует общие закономерности, связывающие механические движения и взаимодействия, принимая для самих взаимодействий законы, полученные опытным путем и обосновываемые в физике. Методы механики широко используются в различных областях естествознания и техники. Механика изучает движения материальных тел, пользуясь следующими абстракциями: 1) Материальная точка, как тело пренебрежимо малых размеров, но конечной массы. Роль материальной точки может играть центр инерции системы материальных точек, в котором при этом считается сосредоточенной масса всей системы; 2) Абсолютно твердое тело, совокупность материальных точек, находящихся на неизменных расстояниях друг от друга. Эта  абстракция применима, если можно пренебречь деформацией тела; 3) Сплошная среда. При этой абстракции допускается изменение взаимного расположения элементарных объемов. В противоположность твердому телу для задания движения сплошной среды требуется бесчисленное множество параметров. К сплошным средам относятся твердые, жидкие и газообразные тела, отражаемые в следующих отвлечённых представлениях: идеально упругое тело, пластичное тело, идеальная жидкость, вязкая жидкость, идеальный газ и другие.

	Мнение учителя (руководителя проекта)
На что следует обратить внимание при проведении проекта	При проведении проекта следует обратить внимание на подготовительный этап и приобретение необходимых материалов. Это позволит обеспечить декоративную целостность всех конструкций. Выполнение проекта потребует дополнительного времени и взаимодействия учителей  физики, технологии и информатики.
Что можно улучшить при проведении подобного проекта	Можно предложить учащимся два пути работы над проектом: -         от составления физической задачи к конструкторскому решению модели (арт-объекта); -         от арт-объекта  к составлению физической задачи.
Ваш отклик на проектную идею, в рамках которой вы реализовали этот проект	Междисциплинарный проект послужил  стимулом к творчеству учителя и учеников, позволил решить задачи педагогического сотрудничества и сотворчества. Позволил ученикам повысить мотивацию к изучению физики, используя современные информационные технологии, научил создавать презентации, защищать проект, выступая перед аудиторией, сформировал умение решать и выполнять конструкторские задачи, работать в группе. Проектная идея позволила учителю физики по-новому взглянуть на методику преподавания физики, а для учителей технологии открытием стало то, что техника (физика) тесно связана с потребностью художественного выражения. Чем сильнее удается возбудить и развить в ребенке такую потребность, тем большую помощь оказывают технические приемы и соответствующие материалы.

Отклики учеников	«…нам очень понравилось работать над проектом. Мы научились работать в команде, придумывать физические задачи на равновесие» «Было очень увлекательно и весело делать украшения для гимназии…» «Придумать задачу по физике было непросто. Не получалось уравновесить разные стороны нашей модели, но мы очень старались и у нас все получилось. Мы молодцы!»
Требуемое оборудование для проведения проекта      (в т.ч. аппаратное и программное обеспечение)	Ноутбук, проектор, интерактивная доска,  программы Microsoft Power Point, Paint, Microsoft Word.

Результаты оформлены в виде презентаций

(навести курсивом на название «Сказочная елка» щелкнуть левой клавишей мышки два раза)

Цель: создание условий для творчества, самостоятельности, выбора в процессе выполнения группового задания. Задачи проекта:  -развитие мышления; -формирование умений самостоятельно приобретать и применять знания,  работать в группе, проявлять взаимовыручку и сотрудничество, терпение по отношению  к слабому ученику; -создание эмоциональных условий для самоутверждения личности и укрепления веры в свои  силы; -формирование мотивации к наблюдению и объяснению физических явлений; - формирование умений решать и выполнять конструкторские задачи;  использовать современные информационные технологии.

За основу проекта взята проектная идея: Формирование познавательного интереса к  физике, осознанных мотивов учения через занимательные опыты и научный эксперимент.           Краткое описание выполненного проекта В настоящее время в связи с совершенствованием обучения, подготовкой их к трудовой деятельности, особое место и особое значение приобретает развитие школьного физического эксперимента. Возрастные особенности девятиклассников позволяют мотивировать их на желание заниматься фундаментальной наукой на дополнительных занятиях юного исследователя через практическую деятельность на уроках. Учащимся был предложен метод проектов, позволяющий  изучать физические явления опытным путем, постигая основы физики через занимательные опыты и научный эксперимент, создавать арт- объекты как модели физического явления и как элементы праздничных представлений на общешкольных мероприятиях, новогоднем вечере, вечере посвящения в старшеклассники и т.д. При выполнении проекта обязательным условием являлось  использование компьютерных технологий, позволяющих  формировать ИКТ-компетенции. Возможности развития проекта . Реализация данного проекта позволяет решить теоретические  связи физики с жизнью, Проявить интерес к  естественнонаучным предметам и желание выполнять данные опыты и получить результат самостоятельно. Практическим результатом проекта является выход на муниципальный этап всероссийский этап конференции молодых исследователей «Шаг в будущее».       Постановка задачи ученикам Провести физический эксперимент и опыты по темам: «Определение центра тяжести», «Трение  в природе» Составить творческий отчет в форме презентации, научных статей, подготовить занимательные опыты для показа на уроках в 7,9 классе. Проведено исследование и получен ответ на основополагающий вопрос: Как влияет сила трения на движение тела. Найдено решение   задачи и получен ответ на проблемный вопрос учебной темы: Зависимость трения от внешних сил. В ходе реализации проекта был проведен ряд занимательных опытов . Созданы презентации, с использованием фотографий, фиксирующих  этапы работы при создании объекта. Методы: Проведение   занимательных опытов, изучение научной литературы, работа с компьютером. Фото отчет о проделанных опытах и экспериментах.

Определение центра тяжести.

Трение в природе.

АНАТАЦИЯ

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ

Трение в природе.

Зависимость силы трения от внешних факторов.

Вступление

Это удивительное трение

Где-то на белом свете,
Там, где всегда мороз...

Возьмём монету и потрём ею о шершавую поверхность. Мы отчётливо ощутим сопротивление – это и есть сила трения. Если тереть быстрее, монета начнёт нагреваться, напомнив нам о том, что при трении выделяется тепло, – факт, известный ещё человеку каменного века, ведь именно таким способом люди впервые научились добывать огонь.

Снова потрём о ту же поверхность, но уже не монетой, а школьным ластиком, и сопротивление резко возрастёт. Это также не вызывает особого удивления: всякий знает, что кроме скользких предметов, норовящих выскочить из рук, есть резина, которая в отличие от других материалов не скользит, а потому с успехом идёт на подметки для обуви.

Изучением причин трения и природы этого явления занимались в разные времена и эпохи самые выдающиеся естествоиспытатели: Аристотель, Леонардо да Винчи, Г.Галилей, И.Ньютон, Л.Эйлер, Дж.Джоуль. В 1669 г. Гильом Амонтон направил письмо во Французскую академию наук, в котором впервые представил в математическом виде закон о прямой пропорциональности между силой N, прижимающей одно тело к другому, и силой трения F = kN.

Надо отметить, что постоянство отношения F/N было установлено ещё Леонардо да Винчи, который путём измерения нашёл его равным 1/4 для всех материалов. Ничего не знавший об этом Амонтон подтвердил вывод великого итальянца собственными опытами с медью, свинцом, железом и деревом, получив во всех случаях значение k 1/3. Теперь мы знаем, что коэффициент трения непостоянен и зависит от свойств двух соприкасающихся материалов. Закон Амонтона дожил до нашего времени и стал основой при расчёте и решении множества инженерных задач. Но этот закон при его видимой простоте таит в себе множество секретов, не разгаданных до сих пор.

Известно, что значение силы трения не зависит от площади поверхности соприкасающихся тел. Я решил провести своё исследование коэффициента трения. Я взял карандаш и попытался найти коэффициент трения грифеля. Сначала разработал теорию эксперимента. Она вкратце заключалась в следующем:

С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем. Но несмотря на большую роль, которую играет трение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картина природы трения. Это связано, скорее, с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработке поверхности и поэтому трудно воспроизводимы.

Теория

Линейку, обёрнутую бумагой, ставим вертикально на другой такой же лист бумаги, лежащий на столе. Прислоняем к линейке карандаш (заточенный с двух сторон) под углом – предельным, когда карандаш ещё не скользит. Условия равновесия карандаша определяются равенством нулю моментов сил относительно общей точки. Запишем в проекциях на горизонтальную и вертикальную координатные оси условие условия равенства нулю суммы всех сил:

N₂ – F_тр1 = 0;                  (1)

N₁ + F_тр2 – mg = 0.        (2)

Определим моменты сил относительно точки О:

0,5mgLcos – N₂L sin – F_тр2L cos = 0,          (3)

где L – длина карандаша. В результате математических операций (они здесь опущены. – Ред.) с уравнениями 1–3 получаем формулу

          (4)

Экспериментальные данные

Таблица1*

 

Выводы

1. Коэффициент трения не зависит от длины карандаша: при изменении L меняется критическое расстояние x, а отношение L/x не меняется.

2. Коэффициент трения зависит от твёрдости карандаша (Н, НВ, В).

3. Коэффициент трения составил 0,39 для остро заточенных грифелей и 0,25 – для тупых. Мы знаем, что коэффициент не зависит от площади соприкасающихся тел, он получился разным, возможно, потому, что в критический момент острый грифель чуть-чуть застревает в малейшей неровности.

С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем. Но несмотря на ту большую роль, которую играет трение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картина возникновения трения. Это связано даже не с тем, что трение имеет сложную природу, а скорее с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработке поверхности и поэтому трудно воспроизводимы.
Когда говорят о трении, различают три несколько отличных физических явления: сопротивление при движении тела в жидкости или газе его называют жидким трением; сопротивление, возникающее, когда тело скользит по какой-нибудь поверхности, трение скольжения, или сухое трение; сопротивление, возникающее при качении тела, трение качения.
Движению тела обычно препятствуют силы трения. Если соприкасаются поверхности твёрдых тел, их относительному движению мешают силы сухого трения. Характерной особенностью сухого трения является существование зоны застоя. Тело нельзя сдвинуть с места, пока абсолютная величина внешней силы не превысит определённого значения. До этого момента между поверхностями соприкасающихся тел действует сила трения покоя, которая уравновешивает внешнюю силу и растёт вместе с ней. Максимальное значение силы трения покоя определяется формулой
|¦тр max| = µ |N |
где m- коэффициент трения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей;
N сила нормального давления.
Когда абсолютная величина внешней силы превышает значение |¦тр max|, возникает относительное движение проскальзывание. Сила трения скольжения обычно слабо зависит от скорости относительного движения, и при малых скоростях её можно считать равной |¦тр max|.
Движению тела в жидкости и газе препятствует сила жидкого трения. Главное отличие жидкого трения от сухого отсутствие зоны застоя. В жидкости или газе не возникает силы трения покоя, и поэтому даже малая внешняя сила способна вызвать движение тела.
Первые исследования трения, о которых мы знаем, были проведены Леонардо да Винчи примерно 500 лет назад. Он измерял силу трения, действующую на деревянные параллепипеды, скользящие по доске, причём, ставя бруски на разные грани, определял зависимость силы трения от площади опоры. Но работы Леонардо да Винчи стали известны уже после того, как классические законы трения были вновь открыты французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII XVIII веках. Вот эти законы:

1. Величина силы трения F прямо пропорциональна величине силы нормального давления N тела на поверхность, по которой движется тело, т.е. F = m N;
2. Сила трения не зависит от площади контакта между поверхностями;
3. Коэффициент трения зависит от свойств трущихся поверхностей;
4. Сила трения не зависит от скорости движения тела.
Вот пример. Английский физик Гарди исследовал зависимость силы трения между стеклянными пластинками от температуры. Он тщательно обрабатывал пластинки хлорной известью и обмывал их водой, удаляя жиры и загрязнения. Трение увеличивалось с температурой. Опыт был повторён много раз, и каждый раз получались примерно одни и те же результаты. Но однажды, моя пластинки, Гарди протер их пальцами трение перестало зависеть от температуры. Протерев пластинки, Гарди, как он сам считал, удалил с них очень тонкий слой стекла, изменивший свои свойства из-за взаимодействия с хлоркой и водой.
Механизм трения очень сложен. Обсудим такую модель. Из-за неровностей поверхностей они касаются друг друга только в отдельных точках на вершинах выступов. Здесь молекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстоянием между молекулами в самих телах, и сцепляются. Образуется прочная связь, которая рвётся при нажиме на тело. При движении тела связи постоянно возникают и рвутся. При возникают колебания молекул. На эти колебания и тратится энергия.
Площадь действительного контакта обычно порядка тысяч квадратных микронов. Она практически не зависит от размеров тела и определяется природой поверхностей, их обработкой, температурой и силой нормального давления. Если на тело надавить, то выступы сминаются, и площадь действительного контакта увеличивается. Увеличивается и сила трения.
При значительной шероховатости поверхностей большую роль в увеличении силы трения начинает играть механическое зацепление между “холмами”. Они при движении сминаются, и при этом тоже возникают колебания молекул.
Теперь понятен опыт с полированными стеклянными пластинками. Пока поверхности были “грубые”, число контактов было не велико, а после хорошей полировки оно возросло. Можно привести ещё пример увеличения трения с улучшением поверхности. Если взять два металлических бруска с чистыми полированными поверхностями, то они слипаются. Трение здесь становится очень большим, так как площадь действительного контакта велика. Силы молекулярного сцепления, которые ответственны
за трение, превращают два бруска в монолит.
Сухое трение имеет ещё одну существенную особенность: наличие трения покоя. В жидкости или газе трение возникает только при движении тела, и тело можно сдвинуть, приложив к нему даже очень маленькую силу. Однако при сухом трении тело начинает двигаться только тогда, когда проекция приложенной к нему силы F на плоскость, касательную к поверхности, на которой лежит тело, станет больше некоторой величины. Пока тело не начало скользить, действующая на него сила трения равна касательной составляющей приложенной силы и направлена в противоположную сторону.
Вот ещё примеры, когда хотят вытащить гвоздь из стенки без помощи клещей, его сгибают и тащат, поворачивая одновременно вокруг оси. По той же причине при резком торможении автомобиль теряет управление и машину “заносит”: колёса скользят по дороге, за счёт неровностей дороги возникает боковая сила.
Обычно считают, что, для того чтобы сдвинуть тело с места, по нему нужно

приложить большую силу, чем для того, чтобы тащить тело. В большинстве случаев это связано с загрязнениями поверхностей трущихся тел. Так, для чистых металлов такого скачка силы трения не наблюдается.
При равномерном движении смычка скрипки струна увлекается им и натягивается. Вместе с натяжением струны увеличивается сила трения между смычком и струной. Когда величина силы трения становится максимально возможной, струна начинает проскальзывать относительно смычка. Если бы сила трения не зависела от относительной скорости смычка и струны, то, очевидно, отклонение струны от положения равновесия не изменялось бы. Но при проскальзывании трение уменьшается, поэтому струна начинает двигаться к положению равновесия. При этом относительная скорость струны увеличивается, а это ещё уменьшает силу трения. Когда же струна, совершив колебания, движетсяв обратном направлении, её скорость относительно смычка уменьшается смычёк опять захватывает струну, и всё повторяется сначала. Так возбуждаются колебания струны. Эти колебания незатухающие, поскольку энергия, потерянная струной при её движении, каждый раз восполняется работой силы трения, подтягивающей струну до положения, при котором струна срывается.
Этим можно и закончить тему о сухом трении явлении, природу которого мы ещё не понимаем достаточно хорошо, но умеем описывать с помощью законов, выполняющихся с удовлетворительной точностью. Это даёт нам возможность объяснять многие физические явления и делать необходимые расчёты

Заключение

      Уже в определении физики как науки заложено сочетание в ней как

теоретической, так и практической частей. Считается важным, чтобы в процессе обучения учащихся физике учитель смог как можно полнее продемонстрировать своим ученикам взаимосвязь этих частей. Ведь когда учащиеся почувствуют эту взаимосвязь, то они смогут многим процессам, происходящим вокруг них в быту, в природе, дать верное теоретическое объяснение. Это может являться показателем достаточно полного владения материалом.

Какие формы обучения практического характера можно предложить в дополнение к рассказу преподавателя? В первую очередь, конечно, это наблюдение учениками

за демонстрацией опытов, проводимых учителем в классе при объяснении нового материала или при повторении пройденного, так же можно предложить опыты, проводимые самими учащимися в классе во время уроков в процессе фронтальной лабораторной работы под непосредственным наблюдением учителя. Еще можно предложить: 1)опыты, проводимые самими учащимися в классе во время физического практикума; 2)опыты-демонстрации, проводимые учащимися при ответах; 3)опыты, проводимые учащимися вне школы по домашним заданиям учителя; 4)наблюдения кратковременных и длительных явлений природы, техники и

быта, проводимые учащимися на дому по особым заданиям учителя.

Опыт же не только учит он увлекает ученика заставляет лучше понимать то

явление которое он демонстрирует. Ведь известно, что человек заинтересованный в конечном результате добивается успеха. Так и в данном случае заинтересовав ученика, пробудем тягу к знаниям. Использование всякого рода викторин основана тоже на том что бы заинтересовать но здесь и проявляется монет игры соревнования то есть спортивный интерес. От умение учитель применять такого рода опыты напрямую зависит успеваемость его учеников.