МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО "МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКЕ" 1 курс Сестринское дело

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

 «Горячеключевской медицинский колледж»

министерства здравоохранения Краснодарского края

методическое пособие

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ  

по МЕДИЦИНСКОЙ

ФизикЕ

для студентов первого курса

СПЕЦИАЛЬНОСТИ 34.02.01 «СЕСТРИНСКОЕ ДЕЛО»

Подготовила  (разработала): М.А. Новоселова,

преподаватель  физики ГБПОУ   

 «Горячеключевской медицинский колледж»

Рассмотрено и одобрено на заседании

цикловой комиссии №1

протокол №1 от «31» августа 2022г.

Председатель ЦК №1                    С.П. Романенко

Горячий Ключ

2022г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 2

Лабораторная работа 1: Исследование движения тела под действием постоянной силы. 3

Лабораторная работа 2: Определение показателя влажности  воздуха. 6

Лабораторная работа 3: Изучение зависимости периода колебаний нитяного (или пружинного) маятника  от длины нити (или массы груза) 9

Материально-техническое оснащение                                                            13

Заключение. 13

Список используемых источников. 15

ВВЕДЕНИЕ

Рабочей программой учебной дисциплины «Физика в медицине», разработанной на основе  Федерального закона «Об образовании в Российской Федерации» от 29.12.2012 года № 273-ФЗ, приказа министерства образования и науки Российской Федерации от 17.05.2012 года № 413 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования», приказа министерства образования и науки  от 14.06.2013 года № 464 «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным программам среднего профессионального образования», учебного плана ГБПОУ «Горячеключевской медицинский колледж» по специальности 34.02.01 «Сестринское дело» предусмотрено проведение лабораторных работ.

Целью проведения лабораторных работ является закрепление теоретических знаний и приобретения необходимых лабораторных навыков и умений по отдельным темам курса. Наряду с формированием умений и навыков в процессе лабораторных занятий, обобщаются, систематизируются, углубляются и конкретизируются теоретические знания, вырабатывается способность и готовность использовать эти знания на практике, развиваются интеллектуальные умения.

В лабораторных работах представлены задания для выполнения в специально оборудованных лабораториях с применением необходимых средств обучения: лабораторного оборудования, образцов для исследований, методических пособий, компьютерных средств обработки результатов измерений. Они ориентированы на закрепление теоретических понятий, отработку умений и навыков при изучение методики работы, воспроизведение изучаемого явления, измерение величин, определение соответствующих характеристик и показателей, обработка данных и их анализ, обобщение результатов

В ходе изучения материала у обучающихся формируется информационно-коммуникационная компетентность – знания, умения и навыки по информатике, необходимые для изучения и других предметов, для их использования в ходе изучения специальных дисциплин профессионального цикла, в практической деятельности и повседневной жизни.

Каждая лабораторная работа состоит из следующих частей:

Цель работы: Указываются поставленные цели при выполнении данной работы.

Теоретическая часть: В ней даются краткие теоретические сведения, определения, основные понятия, необходимые для ознакомления с материалом и выполнения заданий.

Практическая часть: Выполняются практические задания, необходимые для закрепления изученного материала, отработку умений и навыков по данной теме.

Контрольные вопросы: Ставятся вопросы для повторения пройденного материала и его закрепления.

В ходе проведения работ используются план работы и таблицы для записей наблюдений. При выполнении лабораторной работы студент ведет рабочие записи результатов измерений (испытаний), оформляет расчеты, анализирует полученные данные путем установления их соответствия нормам, сопоставления с известными в литературе данными, а также данными других студентов. Окончательные результаты оформляются в форме выводов к работе.

Методическое пособие поможет студентам в освоении теоретических и лабораторных понятий информационных технологий, а преподавателю в проверке качества знаний обучаемых.

Лабораторная работа № 1 Исследование движения тела под действием постоянной силы.

Цель работы:  выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как. Определить коэффициент трения дерева по дереву.

Этапы работы:

1) Изучить движения тела под действием постоянной силы.

2) Выполнить практические задания по данной теме.

3) Ответить на контрольные вопросы

Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.

Теория

   Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.

   Сила трения - это сила электромагнитной природы.

   Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

  1) Шероховатостью поверхностей

   2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

   Силы трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям и подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.

В данной работе исследуется зависимость силы трения скольжения от веса тела.

Сила трения скольжения – это сила, которая возникает при скольжении предмета по какой-либо поверхности. По модулю она почти равна максимальной силе трения покоя. Направление силы трения скольжения противоположно направлению движения тела. Сила трения в широких пределах не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. В данной работе надо будет убедиться в том, что сила трения скольжения пропорциональна силе давления (силе реакции опоры): Fтр=μN, где μ - коэффициент пропорциональности, называется коэффициентом трения. Он характеризует не тело, а сразу два тела, трущихся друг о друга.    

Ход работы

Практическая часть:

1. Определите цену деления шкалы динамометра.

2. Определите массу бруска. Подвесьте брусок к динамометру, показания динамометра - это вес бруска. Для нахождения массы бруска разделите вес на g. Принять g=10 м/с2.

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз 100 г.

3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

4. Добавьте второй, третий, четвертый грузы, каждый раз измеряя силу трения. С увеличением числа грузов растет сила нормального давления.

5. Результаты измерений занесите в таблицу.

№ опыта	Масса бруска,  m1 , кг	Масса груза, m2 , кг	Общий вес тела (сила нормального давления), Р=N=(m1+m2)g, Н	Сила трения, Fтр, Н	Коэффициент трения, μ	Среднее значение коэффициента трения, μср
1
2
3
4
5

6.Сделайте вывод: зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, и если зависит, то как?

7. В каждом опыте рассчитать коэффициент трения по формуле: . Принять g=10 м/с².

    Результаты расчётов занести в таблицу.

8. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы нормального давления. При построении графика по результатам опытов экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле. Это связано с погрешностями измерения. В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой. После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы трения и силы нормального давления и вычислите коэффициент трения . Это и будет средним значением коэффициента трения. Запишите его в таблицу.

9. Исходя из цели работы, запишите вывод и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Что называется силой трения?

2. Какова природа сил трения?

3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?

4. Перечислите виды трения.

5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?

Вариант выполнения лабораторной работы.

 Результаты измерений:

опыта	Масса бруска, m1 , кг	Масса груза, m2 , кг	Общий вес тела  (сила нормального давления), Р=N=(m1+m2)g, Н	Сила трения, Fтр, Н	Коэффициент трения, μ	Среднее значение коэффициента трения, μср
1	0,07	0,1		0,4
2		0,2		0,6
3		0,3		0,8
4		0,4		1
5		0,5		1,2

Лабораторная работа № 2  Определение влажности  воздуха

Цель: освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра..

Этапы работы:

1) Изучить изменение влажности воздуха.

2) Выполнить практические задания по данной теме.

3) Ответить на контрольные вопросы

Приборы и материалы: Психрометр, психрометрическая таблица, таблица «Давление и плотность насыщенного водяного пара при различных температурах».

Теория.

В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютной влажностью воздуха r_а - называется плотность водяных паров, находящихся в воздухе при данной температуре.

 

Относительная влажность воздуха j показывает сколько процентов составляет абсолютная влажность от плотности насыщенного водяного пара при данной температуре:

 ,

где ρ₀-плотность насыщенного водяного пара при данной температуре и определяется по таблице «Давление насыщенного водяного пара и его плотность при различных значениях температуры» Таким образом, относительная влажность характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Для жилых помещений нормальной влажностью считается относительная влажность, равная 40 - 60 %. О влажности воздуха можно судить только по относительной влажности, так как при одной и той же абсолютной влажности в зависимости от температуры воздух может казаться или сухим или влажным.

Относительную влажность воздуха можно определить с помощью психрометра.

Психрометр или психрометр Августа (см.рисунок) состоит из двух термометров: сухого и увлажненного. На шарике увлажненного термометра закреплен фитиль, конец которого опущен в чашечку с водой. Вода, испаряясь с фитиля забирает от термометра тепло, поэтому показания увлажненного термометра ниже, чем у сухого. По показанию сухого и разности показаний сухого и увлажненного термометров с помощью психрометрической таблицы находится относительная влажность воздуха.

Температура, при которой охлажденный воздух становится насыщенным водяными парами, называется точкой росы Т_р

При точке росы абсолютная влажность воздуха равна плотности насыщенного пара ρ₀= ρ_a

Запотевание холодного предмета, внесенного в теплую комнату, объясняется тем, что воздух вокруг предмета охлаждается ниже точки росы и часть имеющихся в нем водяных паров конденсируется.

Ход работы.

Практическая часть:

Задание 1. Измерить влажность воздуха с помощью психрометра.

Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	tсухого, 0С	tвлажного, 0С	Δt, 0С	φ, %
1	24	21	3	77

Рассмотрели устройство психрометра.

Показания сухого термометра t_сухого =24⁰С.

Показания влажного термометра t_{влажного} =21⁰С.

Разность показаний термометров:

Δt = t_сухого - t_{влажного}

Δt = 24⁰С - 21⁰С=3⁰С

По психрометрической таблице определяем влажность воздуха φ:

Психрометрическая таблица.

tсухого,0С	Разность показаний сухого и влажного термометров
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
21	100	91	83	75	67	60	52	46	39	32	26	20
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40	34	28	22
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42	36	30	24
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31	26
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44	38	33	27
26	100	92	85	78	71	64	58	51	45	40	34	29

φ=77%

Вывод: в ходе лабораторной работы определили относительную влажность воздуха в кабинете, она равна 77%. Это повышенная влажность воздуха.

Контрольные вопросы.

1. Почему при продувании воздуха через эфир, на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?

2. Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?

3. Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?

4. При каком условии разности показаний термометров наибольшая?

5. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?

6. «Сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?

7. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Ответы на контрольные вопросы

1. При продувании воздуха через эфир, он быстро испаряется и охлаждает стенки камеры гигрометра. Слой водяного пара, находящийся вблизи поверхности камеры,тоже охлаждается. При определенной температуре водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным и начинает конденсироваться. На отполированной поверхности камеры гигрометра появляются капельки воды.

2. Резервуар «влажного» термометра обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается.

3. Да. В ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров могут оказаться одинаковыми при влажности 100%, т.к. в этом случае испарения с марли «влажного» термометра происходить не будет и он не будет охлаждаться.

4. Наибольшая разность показаний термометров будет при сухом воздухе (когда влажность воздуха близка к 0%)

5. Температура «влажного» термометра никогда не может оказаться выше температуры «сухого» термометра, т.к. с марли на резервуаре «влажного» термометра испаряется вода и при её испарении он охлаждается

6. Если «сухой» и «влажный» термометр психрометра показывают одну и ту же температуру, то влажность воздуха 100%

7. Предельное значение относительной влажности воздуха 100%

Лабораторная работа № 3 Изучение зависимости периода колебаний нитяного (или пружинного) маятника  от длины нити (или массы груза).

Цель работы: состоит в экспериментальной проверке формулы, связывающей пе­риод колебаний маятника с длиной его подвеса

Этапы работы:

1) Изучить зависимости периода колебаний нитяного (или пружинного) маятника  от длины нити (или массы груза).

2) Выполнить практические задания по данной теме.

3) Ответить на контрольные вопросы

Приборы и материалы: штатив с перекладиной и муфтой, нить с петлями на концах, груз с крючком, линейка, электронный секундомер.

Теория

Рассмотрим колебания нитяного маятника, т.е. небольшого тела (например, шарика), подвешенного на нити, длина которой значительно превышает размеры самого тела. Если шарик отклонить от положения равновесия и отпустить, то он начнет колебаться. Сначала маятник движется с нарастающей скоростью вниз. В положении равновесия скорость шарика не равна нулю, и он по инерции движется вверх. По достижении наивысшего положения шарик снова начинает двигаться вниз. Это будут свободные колебания маятника.

Свободные колебания – это колебания, которые возникают  в системе под действием внутренних сил, после того, как система была выведена из положения устойчивого равновесия.

Колебательное движение характеризуют амплитудой, периодом и частотой колебаний.

Амплитуда колебаний - это наибольшее смещение колеблющегося тела от положения равновесия. Обозначается А. Единица измерения - метр [1м].

Период колебаний - это время, за которое тело совершает одно полное колебание. Обозначается Т. Единица измерения - секунда [1с].

Частота колебаний - это число колебаний, совершаемых за единицу времени. Обозначается ν. Единица измерения - герц [1Гц].

Тело, подвешенное на невесомой нерастяжимой нити называют математическим маятником.

   Период колебаний математического маятника определяется формулой:  (1), где l – длина подвеса, а g – ускорение свободного падения.

   Период колебаний математического маятника зависит:

   1) от длины нити. Период колебаний математического маятника пропорционален корню квадратному из длины нити . Т.е., например при уменьшении длины нити в 4 раза, период уменьшается в 2 раза; при уменьшении длины нити в 9 раз, период уменьшается в 3 раза.

   2) от ускорения свободного падения той местности, где происходят колебания. Период колебаний математического маятника обратнопропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения .

   Тело, подвешенное на пружине называют пружинным маятником.

   Период колебаний пружинного маятника определяется формулой  , где m - масса тела, k - жесткость пружины.

  Период колебаний пружинного маятника зависит:

   1) от массы тела. Период колебаний пружинного маятника пропорционален корню квадратному из массы тела .

   2) от жесткости пружины. Период колебаний пружинного маятника обратнопропорционален корню квадратному из жесткости пружины.

   В работе мы исследуем колебания математического маятника. Из формулы  следует, что период колебаний изменится вдвое при изменении длины подвеса в четыре раза.

   Это следствие и проверяют в работе. Поочередно испытывают два маятника, длины подвесов которых отличаются в четыре раза. Каждый из маятников приводят в движение и измеряют время, за которое он совершит определённое количество колебаний. Чтобы уменьшить влияние побочных факторов, опыт с каждым маятником проводят несколько раз и находят среднее значение времени, затраченное маятником на совершение заданного числа колебаний. Затем вычисляют периоды маятников и находят их отношение.

Ход работы.

Практическая часть

  1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

l, м	№ опыта	N	t, с	tср, с	Т, с	ν, Гц
l1 =	1	30
	2	30
	3	30
	4	30
l2 =	1	30
	2	30
	3	30
	4	30

   2. Закрепите перекладину в муфте у верхнего края стержня штатива. Штатив разместите на столе так, чтобы конец перекладины выступал за край поверхности стола. Подвесьте к перекладине с помощью нити один груз из набора. Расстояние от точки повеса до центра груза должно быть 25-30 см.

   3. Подготовьте электронный секундомер к работе в ручном режиме.

   4. Отклоните груз на 5-6 см от положения равновесия и замерьте время, за которое груз совершит 30 полных колебаний (при отклонении груза следите, чтобы угол отклонения не был велик).

   5. Повторите измерение 3-4 раза и определите среднее время t_ср1=(t₁+t₂+t₃+t₄)/4

   6. Вычислите период колебания груза с длиной подвеса 25-30 см по формуле .

   7. Увеличьте длину подвеса в четыре раза.

   8. Повторите серию опытов с маятником новой длины и вычислите его период колебаний по формуле . 

   9. Вычислите частоты колебаний для обеих маятников по формулам  и .

   10. Сравните периоды колебаний двух маятников, длины которых отличались в четыре раза, и сделайте вывод относительно справедливости формулы (1). Укажите возможные причины расхождения результатов.

   11. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

   1. Что называют периодом колебаний маятника?

   2. Что называют частотой колебаний маятника? Какова единица частоты колебаний?

   3. От каких величин и как зависит период колебаний математического маятника?

   4. От каких величин и как зависит период колебаний пружинного маятника?

   5. Какие колебания называют собственными?

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ

для проведения лабораторных работ по дисциплине «Физика в медицине»

Специальность:  34.02.01 «Сестринское дело»

Технические средства обучения:

мультимедийный проектор 1

проекционный экран 1

компьютер (ноутбук) 1

виртуальная лаборатория физики 13 лицензий

слайды (презентации) по темам дисциплины Физика 1 комплект

Приборы и аппараты

динамометр,

деревянный брусок,

набор грузов по 100 г.

психрометр,

таблица «Давление и плотность насыщенного водяного пара при различных температурах»,

штатив с перекладиной и муфтой,

нить с петлями на концах,

груз с крючком.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основная цель, которая была поставлена студенту при выполнении лабораторных заданий - это практическое освоение всех этапов работы, направленная на развитие самостоятельности учащихся и приобретение умений и навыков.

Целью лабораторных занятий было:

·        закрепление теоретических положений и умение применять их при выполнении лабораторных заданий;

·        проверка уровня понимания студентами вопросов, рассмотренных на лекциях и по учебной литературе, степени качества усвоения материала студентами;

·        обучение навыкам применения теоретических знаний на практике;

·        восполнение пробелов в пройденной теоретической части курса и оказание помощи в его усвоении.

Данные учебные занятия углубляют, расширяют, детализируют полученные на лекции знания. Практическое занятие предполагает выполнение студентами заданий под руководством преподавателя.

 В конце каждой лабораторной работы проводится защита выполненной работы. Студент должен знать теорию по данной теме: пояснить, как выполнялось задание; уметь проанализировать полученные результаты

Разработанное методическое пособие ориентировано на:

·        формирование и закрепление навыков работы с лабораторным оборудованием,

·        организация определения погрешности и числовой обработки результатов лабораторного эксперимента,

·        формирование навыков самостоятельной работы студентов со справочной литературой,

·        развитие внимательности и аккуратности при выполнении лабораторных работ,

·        формирование общеучебных и общепрофессиональных компетенций студентов.

·        формирование у обучающихся умений осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития;

·        формирование у обучающихся умений применять, анализировать, преобразовывать информационные модели реальных объектов и процессов, используя при этом теоретические знания по физике;

·        развитие у обучающихся познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей путем освоения и использования экспериментальных и наблюдательных методов физики;

·        приобретение обучающимися опыта использования наблюдений и экспериментов в учебной и познавательной, в том числе проектной, деятельности;

·        владение информационной культурой, способностью анализировать и оценивать информацию с использованием информационно-коммуникационных технологий, средств образовательных и социальных коммуникаций.

Подробное описание алгоритмов выполнения работ, теоретические сведения, наблюдения и эксперименты способствуют доступности восприятия и выполнения заданий, а в дальнейшем его использование, и все это повышает интерес к дисциплине.

Выполнение лабораторных работ обеспечивает формирование у обучающихся умений самостоятельно и избирательно применять различные средства и методы познания, пользоваться комплексными способами представления и обработки информации, а также изучить возможности использования приобретенных навыков в профессиональной деятельности.

Пособие создано для удобной работы на физики, и также может быть использовано во внеурочное время.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.     Гилярова М.Г. Физика для медицинских колледжей, Ростов-на-Дону Феникс 2017 г.

2.     Кравченко, Н.Ю. Физика: Учебник и практикум для СПО / Н.Ю. Кравченко. -  М.: Издательство Юрайт, 2017. – 300 с.

3.     Мякишев, Г.Я., Буховцев, Б.Б., Сотский Н.Г. Физика. Учебник для 11 класса, Москва, Просвещение, 2019.

4.     Омельченко В.П., Демидова А.А. Физика. Практикум, М: ГЭОТАР- Медиа, 2015 г., электронный учебник

5.     Семакин И.Г. Физика: Базовый курс . - СПб., 2018.

6.     Угринович Н.Д. и др. Практикум по информатике и информационным технологиям 10–11 кл. – М., 2016.

7.     Федорова В.Н., Фаустов Е.В. Физика, учебник [Электронный ресурс]. ГЭОТАР-Медиа, 2017

8.     http://book-shelf.narod.ru/ - информационный каталог лучших образовательных ресурсов

9.     http://catalog.iot.ru/ - каталог образовательных ресурсов сети Интернет

10. http://elib.altstu.ru/elib/int.htm - электронная библиотека образовательных Интернет-ресурсов

11. http://gnpbu.ru/web_resyrs/katalog.htm - образовательные ресурсы Интернет (аннотированный каталог)

12. http://rcmediateka.rusedu.net/post/ - образовательные ресурсы сети Интернет для учителей-предметников

13. http://www.allegn.ru- сайт Alleng.ru представляет собой библиотеку образовательных пособий, учебников, соответствующих современной школьной программе и вопросов/ответов на экзаменационные билеты

14. http://www.alleng.ru/edu/educ.htm - образовательные порталы и сайты

15. http://www.edu.of.ru/profil/ - сайт дистанционной поддержки программы «Интернет-поддержка профессионального развития педагогов».

16. http://www.edu.ru/ - Российское образование. Федеральный образовательный портал. Единый каталог
образовательных интернет-ресурсов.

17. http://www.intuit.ru-Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ"

18. http://www.school collection.ru - Федеральное хранилище Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов