Разработка самостоятельных проектов по физике

Разработка самостоятельных научных проектов по физике

Самостоятельные научные проекты по физике.

В условии современности, обусловленной ускоряющимся научно-техническим прогрессом, развитием информатизации и телекоммуникаций, в обществе сформировалась острая потребность в подготовке творчески мыслящих личностях, обладающих исследовательской компетентностью.

Одним из способов развития познавательной активности школьников является обучение их проектно-исследовательской деятельности, которая помогает решать задачи развивающего образования: повышает мотивацию учения, формирует системность и глубину знаний, критическое мышление, умение поисковой работы, интеллектуальные и креативные способности, обогащает социальный опыт.

Проектно-исследовательская деятельность обучающихся является способом самореализации не только одарённых, но и высокомотивированных учащихся. Чаще всего трудности начинающих исследователей носят методологический характер. Им недостаёт знаний и опыта в организации своей работы, выделении понятийного аппарата, применении логических законов и правил.

1. ПРОЕКТ: «НЕСМЕШИВАЮЩИЕСЯ ЖИДКОСТИ».

Тебе потребуется: 3 небольшие банки с крышками, вода, зеленая пищевая краска, растительное масло, спирт, жидкость для мытья посуды

Схема работы:

1.                 Налей в первую банку воды на одну треть объема банки. Добавь немного краски.

2.                 Налей сверху по стенке банки на одну треть ее объема масла и затем на одну треть объема спирт.

3.                 Посмотри, как ведут себя жидкости.

4.                 Так же налей воду, масло и спирт - в две остальные банки.

5.                 В третью банку добавь примерно одну чайную ложку средства для мытья посуды.

6.                 Закрой все банки крышками.

7.                 Потряси вторую и третью банки.

8.                 Через несколько часов сравни жидкости в трех банках.

Результат: В первой банке четко видны три слоя жидкости. В третьей банке образовалась мутная смесь. Во второй банке масло находится почти посередине, но жидкость и сверху и снизу окрашена.

Объяснение: Спирт смешивается с водой, тогда как масло не смешивается ни с водой, ни со спиртом. При этом масло в воде плавает, а в чистом спирте тонет. Если правильно подобрать количество воды и спирта и добавить совсем немного масла, то масло будет плавать посередине этой смеси, собравшись в шарик.

Совет по подготовке отчета: Сделай фотографии банок сразу после встряхивания и через несколько часов. Подпиши банки и покажи их на выставке.

Знаешь ли ты? При добавлении средства для мытья посуды образуется эмульсия – жир разбивается на очень мелкие капельки, которые не могут соединиться вместе. Вещества, вызывающие образование эмульсии, называются эмульгаторами. Образуя эмульсию, средство для мытья посуды помогает смыть с тарелок остатки жирной пищи. Одним из природных эмульгаторов является яичный желток. При приготовлении майонез он помогает маслу смешаться с уксусом и другими добавками. Смеси веществ обычно более эффективны как эмульсии, чем индивидуальные вещества, и чаще последних используются в составах различного назначения.

Разнообразные по составу и свойствам, эмульсии широко используют в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и других областях. Многокомпонентными эмульсии являются многие пищевые продукты (например, молоко - одна из первых изученных эмульсий, яичный желток), а кроме того, млечные соки растений, сырная нефть.

В виде эмульсий применяют смазочно-охлаждающие жидкости, некоторые пестициды, космические средства, лекарства, связующие для эмульсионных красок. В строительстве широко применяют битумные эмульсии.

2. ПРОЕКТ: «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ».

Тебе потребуется: Прямоугольный магнит, железные опилки (или стальной гвоздь и напильник), старая баночка для перца, крышка от банки кофе, 2 листа плотной белой бумаги, бутылка с разбрызгивателем, уксус, линейка, ручка или маркер

Все магнитные поля – и маленькие и большие – имеют одинаковую форму. Огромное магнитное поле Земли, которое простирается от Южного полюса до Северного полюса, очень похоже на поле обычного прямоугольного магнита. Ты убедишься в этом, выполнив предлагаемый проект.

Схема работы:

1.                 С помощью крышки от банки кофе нарисуй на одном листе бумаги круг. Внутри круга нарисуй контуры континентов, чтобы получилась упрощенная карта Земли.

2.                 Отогни вниз края листа, на котором нарисован земной шар так, чтобы изображение земного шара оказалось чуть-чуть выше магнита, который ты положишь под лист.

3.                 Положи магнит под лист так, чтобы он лежал вдоль линии, соединяющей Северный и Южный полюса Земли на рисунке.

4.                 Сложи второй лист бумаги воронкой и вставь узкий конец воронки в перечницу.

5.                 Через эту воронку засыпь железные опилки в перечницу. Если ты не можешь найти железные опилки, получи их сам из гвоздя с помощью напильника. Опилок должно быть столько, чтобы они тонким слоем покрывали лист бумаги. Согнув лист, пересыпь опилки перечницу.

6.                 Аккуратно посыпь опилками лист и подуй на них, чтобы они равномерно распределились по бумаге.

7.                 Налей уксус в бутылку-распылитель и аккуратно побрызгай им на свою карту. Не подноси распылитель слишком близко, чтобы не сдвинуть опилки. Оставь все на ночь, чтобы уксус высох, потом щеточкой убери опилки с карты.

Результат: Насыпая опилки на карту, ты будешь наблюдать интересное явление – опилки станут распределяться вдоль линий магнитного поля. Поле прямоугольного магнита довольно точно воспроизводит магнитное поле Земли. Под действием уксуса опилки ржавеют, и на бумаге остается рисунок линий магнитного поля.

Объяснение: Магнитные силовые линии соединяются в двух точках, которые называются магнитными полюсами. Хотя ученые долго искали исключения, до сих пор людям известны только магниты с северным и южным полюсами, между которыми и проходят магнитные линии. Все магнитные поля – и большие и маленькие - имеют одинаковую форму.

Совет по подготовке отчета: Фотографируй каждый этап своего опыта. Рядом с полученными фотографиями помести на стенде готовую карту. Нарисуй несколько магнитных полей разной формы, показав силовые линии и полюса.

Знаешь ли ты? Изучая распределение частиц железа и магнитных материалов в древних глинистых отложениях, ученые могут узнать, какими были магнитные поля Земли много тысячелетий назад. Эти древние, обладающие магнитными свойствами частицы, не подвластные времени, как крошечные компасы показывают, что раньше Северный полюс находился почти там же, где сейчас находится Южный полюс! Поэтому многие ученые считают, что когда-то давно произошла смена магнитных полюсов Земли.

3. ПРОЕКТ: «ИЗВЕРЖЕНИЕ ВУЛКАНА».

Тебе потребуется: две пластиковые бутылки из-под средства для мытья посуды, одна из них с крышкой, столовая ложка, красная пищевая краска, уксус, пищевая сода, папье-маше, толстый картон или доска, клейкая лента, гуашь черного и коричневого цветов, кисточка, лак для волос, клей воронка.

Извержение вулкана, сопровождающееся выбросом газа и лавы, - одно из самых пугающихся и эффективных явлений природы. Исследователи вулканов часто подвергают себя большой опасности, наблюдая за ними. Эта модель позволит тебе спокойно посмотреть на извержение вулкана, не выходя из дома.

Проект можно совместить с изучением извержения лавы.

Часть 1. Модель вулкана.

Схема работы:

1.                 Налей в бутылку с крышкой уксус на три четверти объема бутылки. Добавь красную пищевую краску и закрой бутылку крышкой. Напиши на ней «лава».

2.                 Приклей вторую бутылку в центр доски и листа плотного картона.

3.                 Нарежь клейкую ленту полосами, прикрепи ее к горлышку бутылки и к листу картона в форме тента.

4.                 Сделай папье-маше, смешав в миске крахмал, воду и куски старых газет. Покрой сверху полосы клейкой ленты. Аккуратно отделай папье-маше верхнюю часть бутылки, чтобы получилось что-то вроде кратера вулкана.

5.                 Оставь модель, чтобы она высохла. Раскрась ее черной и коричневой красками, чтобы было похоже на гору, покрой лаком для волос.

Часть 2. Модель извержения вулкана.

Схема работы:

1.                 Открой бутылку с «лавой» и аккуратно перелей «лаву» в бутылку вулкана (лучше наливать через воронку).

2.                 Быстро добавь 4 столовые ложки (60 мл пищевой соды).

3.                 Отойди и издали наблюдай за извержением вулкана.

Результат: Сода вступает в химическую реакцию с уксусной кислотой, образуя углекислый газ. Поднимающиеся со дна бутылки пузырьки газа задерживаются в узком горлышке бутылки, и в итоге из нее выбрасывается часть жидкости вместе с кусочками пены.

Объяснение: Перед извержением вулкана внутри него увеличивается давление. В результате из вулкана с силой выбрасывается газ и камни либо выливается лава.

Совет по подготовке отчета: «Извержение» продолжается недолго, поэтому для выставки надо сделать хорошие фотографии этого процесса. Модель вулкана красива сама по себе, и ее надо показать обязательно.

Знаешь ли ты? Давление лавы и раскаленных газов внутри вулкана может вызвать взрыв сильнее, чем взрыв атомной бомбы. Сейчас на Земле есть и действующие, и потухшие вулканы иногда «просыпаются» неожиданно, снова начиная действовать. В результате извержений появляются новые горы и острова. В кратерах потухших вулканах скапливается вода – образуются чистые, глубокие и очень красивые вулканические озера.

4. ПРОЕКТ: «ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ».

Тебе потребуется: сильный прямоугольный магнит, 1,5 метра медной проволоки без обмотки, компас, стакан, 4 скрепляющих проволочки, линейка, ножницы.

В этом проекте ты познакомишься с электромагнитной индукцией – явлением, которое считается одним из важнейших научных открытий 19 в. Английский физик Майкл Фарадей обнаружил не только появление магнитных свойств под действием электричества, но и появление электрических свойств под действием магнита.

Схема работы:

1.                 Намотай медную проволоку на стакан, оставив по 45 см проволоки с каждой стороны. Должен получиться толстый плотный моток – катушка.

2.                 Сними катушку со стакана и закрепи ее четырьмя кусками скрепляющей проволоки. Катушка должна быть толстой и плотной.

3.                 Приготовь компас.

4.                 Обмотай компас концами проволоки, идущей от катушки. Оба конца надо наматывать в одном направлении, при этом концы должны соединяться.

5.                 Возьми катушку в одну руку, а магнит – в другую. Медленно вставляй магнит в середину катушки и доставай его. Следи за стрелкой компаса.

Результат: Стрелка компаса дергается при движении магнита.

Объяснение: При движении магнита создается электромагнитное поле, которое передается по проволоке и действует на стрелку компаса.

Совет по подготовке отчета: Покажи на выставке готовую модель, сделай фотографии, показывающие все стадии работы. Сделай фотографии или рисунки приборов, в которых используется явление электромагнитной индукции. Напиши краткую биографию Майкла Фарадея и расскажи о его научных открытиях.

Знаешь ли ты? Электрическое поле и магнитное поле влияют друг на друга и переходят одно в другое, поэтому существуют понятия электромагнитного поля и электромагнитной индукции. Эти явления используются в генераторах электрического тока и трансформаторах.

5. ПРОЕКТ: «РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА».

Тебе потребуется: мягкий карандаш (3М), батарейка на 6 вольт, маленькая лампочка на 6 вольт, 2 скрепки, 3 кнопки, изоляционная лента, 2 метра медной проволоки в обмотке, 2 деревянных бруска размерами 5х15х1,25 см.

В этом проекте ты сделаешь модель реостата - прибора, регулирующего силу тока в электрической цепи за счет изменения сопротивления. Известно, что чем больше участок плохо проводящего ток материала включен в электрическую цепь, тем меньше будет сила тока. На плавном изменении длины этого участка и основано действие реостата.

Часть 1. Подготовка лампочки-измерителя.

Схема работы:

1.                 Распрями скрепки и загни концы так, чтобы один из них можно было закрепить на лампочку.

2.                 Второй конец каждой скрепки загни так, чтобы его можно было закрепить кнопкой.

3.                 Приготовь третью кнопку. Она не должна быть покрыта сверху краской или пластиком.

4.                 Отрежь два 30-сантиметровых куска проволоки и сними обмотку на концах (по 5 см).

5.                 Очищенным концом одного из проводов обмотай четыре раза третью кнопку и закрепи ее в центре доски.

6.                 Закрепи скрепки двумя кнопками так, чтобы над центральной кнопкой было место для лампочки.

7.                 Присоедини к одной из двух крайних кнопок один зачищенный конец второго провода.

8.                 Вставь лампочку в петли скрепок над центральной кнопкой. Основание лампочки должно обязательно касаться центральной кнопки. Если нужно, поправь петли скрепок.

Часть 2. Сборка реостата.

Схема работы:

1.                 Попроси кого-нибудь из взрослых помощь расщепить карандаш, чтобы открыть графитовый стержень.

2.                 Закрепи с помощью изоляционной ленты карандаш стержнем вверх на втором деревянном бруске.

3.                 Разрежь оставшийся кусок провода на три примерно одинаковые части. Очисти обмотку на концах проводов.

4.                 Присоедини провода к батарейке, измерительной системе и концу графитового стержня, как показано на рисунке. Один конец провода останется свободным.

5.                 Медленно двигай свободный конец провода вдоль графитового стержня. Следи за лампочкой.

Результат: Чем ближе ты подводишь провод к месту присоединения второго провода, тем ярче горит лампочка. Яркость лампочки меняется постепенно.

Объяснение: Графит плохо проводит ток, то есть у него большое сопротивление. Чем больше длина стержня, входящего в электрическую цепь, тем слабее ток.

Совет по подготовке отчета: Сделай фотографии, показывающие все стадии работы, и покажи на выставке готовую модель. Объясни принцип работы реостата. Напиши об устройствах, в которых используются реостаты.

Знаешь ли ты? Реостаты используют для постепенного выключения света, например, перед началом представления в театре. Иногда такие реостаты имеются дома. Реостаты есть в самых разных бытовых приборах. Именно они позволяют плавно реагировать громкость телевизора или проигрывателя. Реостаты имеются и во многих игрушках, работающих от батареек.

6. ПРОЕКТ: «СПИЧЕЧНЫЙ ТЕЛЕФОН».

Тебе потребуется: два спичечных коробка, нить   10 – 15 метров.

В повседневной жизни мы окружены  звуками и шумами. Они помогают нам понять все, что происходит вокруг нас. Когда мы не видим источник звука, расшифровать его происхождение помогает мозг. Звуки производятся  вибрирующими предметами.  Что и доказывает следующий проект.

Схема работы:

1. При изготовлении спичечного телефона необходимо проткнуть донышко спичечного коробка  иголкой с ниткой и выдернуть нитку из иголки.  Чтобы кончик нитки не выскочил из коробки,  необходимо привязать к нему спичку . 

2. Ко второму концу нитки точно также прикрепляют вторую коробку из-под спичек.

3. После этого экспериментаторы расходятся на такое расстояние друг от друга, чтобы нить между коробками была натянута как струна и не касалась никаких предметов и даже пальцев, которые держат коробочку. Иначе,  дрожание нити передастся другому предмету и во второй коробочке не будет слышно звука.

Результат: Один из экспериментаторов держит коробочку у уха (другое уже можно прикрыть рукой  для лучшей слышимости ),  а  другой  -  говорит в коробочку.

Объяснение: При разговоре донышко дрожит  и  нитку дрожать  заставляет. Дрожь бежит по ниточке к другой коробке, заставляет  ее донышко дрожать  и  от этого  снова получается звук.

Совет по подготовке отчета: Покажи на выставке готовую модель телефона. Напиши краткое эссе на тему изобретения первых телефонов и принципах их работы, расскажи о научных открытиях сотовый связи.

Знаешь ли ты? В 1871 году, за 5 лет до изобретения Александром Беллом телефона и получения патента, аналогичное устройство придумал изобретатель Антонио Меуччи, который отказался платить 10 долларов за регистрацию патента на свое изобретение.

7. ПРОЕКТ: «ФОНТАН».

Тебе потребуется: резиновая или пластмассовая трубка, скотч, стеклянная трубочка пипетки, воронка, вода.

Вода,  как  все жидкости,  не имеет собственной формы. Вода течет вниз под воздействием силы тяжести, а при падении с высоты ее сила  может превращаться в электроэнергию. Силу воды можно увеличить с помощью простого фонтана.

Схема работы:

1.  С  помощью скотча к одному концу трубки прикрепить воронку, а к другому -  пипетку.

2.  Закрыть пальцем отверстие  пипетки и через воронку наполнить трубку водой.

3.  Опустить конец трубки с пипеткой  и убрать с нее  палец.

Результат: Из пипетки  вырывается  струйка  воды.  Чем выше поднимать воронку,  тем выше забьет фонтан.

Объяснение: Это происходит вследствие  того,  что  в плече трубки  с воронкой  столб воды выше, чем в плече с пипеткой. Этот более высокий столб оказывает давление  и вода с силой вырывается  из пипетки. Если поднять воронку выше, столб воды увеличится  и фонтанчик забьет еще выше.

Совет по подготовке отчета: Можно фонтан оформить красивой конструкцией. Подбери несколько опытов, которые позволяют изменить силу воды.

Знаешь ли ты? В итальянской коммуне Марино ежегодно проходит фестиваль винограда. Его самое яркое событие - подача в фонтаны на главной площади вина вместо воды. В 2008 году из-за технической ошибки вино вместо фонтанов пошло в водопровод и стало литься из кранов нескольких близлежащих домов.

8.                 ПРОЕКТ: «СВЕТЯЩАЯСЯ СТРУЯ».

Тебе потребуется: прозрачная  пластиковая мягкая бутылка, прозрачная гибкая пластиковая трубка, тазик, пластилин, скотч, кусок плотной темной ткани, темная комната, вода, ножницы.

В нашей Вселенной  свет движется быстрее всего. В безвоздушном пространстве он распространяется с необычайной скоростью  -     300 000 км\ч.

Схема работы:

1.                 Наполнить бутылку водой.

2.                 Сделать в пробке отверстие и вставать в туда трубку, залепить место входа трубки.

3.                 Скотчем перекрепить фонарик к днищу бутылки и перекрепить его. Обвернуть всё плотной тёмной тканью, оставив только трубку.

4.                 В тёмной комнате надави на бутылку, чтобы получить постоянно текущую струю воды.    

Результат: Из трубки вытекает светящаяся струя воды.

Объяснение: Это происходит в случае того, что световой луч повторяет путь воды  в изогнутой трубке. Внутри трубки лучи не делают поворотов. Они постоянно отражаются от стенок и движутся зигзагообразно. Это явление называется полным внутреннем отражением.

Совет по подготовке отчета: Расскажи о том, где можно применить светящуюся жидкость. Придумай и приготовь фотоотчет шоу светящихся жидкостей.

Знаешь ли ты? В водной среде можно наблюдать сонолюминесценцию, то есть превращение звука в свет. Для этого нужно опустить в воду резонатор, создающий стоячую сферическую ультразвуковую волну. В фазе разрежения волны из-за очень низкого давления возникает кавитационный пузырёк, который некоторое время растёт, а затем в фазе сжатия быстро схлопывается. В этот момент в центре пузырька возникает вспышка света, а наблюдатель видит постоянное голубоватое свечение, так как пузырьки зарождаются и схлопываются с очень большой скоростью. Согласно господствующей в научных кругах точке зрения, данное излучение имеет тепловую природу.

9. ПРОЕКТ: «ИЗОБРАЖЕНИЕ В ЯЩИКЕ».

Тебе потребуется: квадратная коробка без крышки, картонная трубка, увеличительное стекло, лист кальки, ножницы, скотч, черная краска, кисточка.

Схема работы:

1.     Покрасить коробку в черный цвет.

2.      Ножницами вырезать в донышке коробки круглое отверстие, в котором трубка должна легко двигаться вперед и назад.

3.     Открытую сторону коробки заклеить калькой.

4.     На открытой части трубки закрепить с помощью скотча увеличительное стекло.

5.     Направить аппарат линзой на хорошо освещенный предмет, а калькой  -

к глазам.

Результат: На кальке появится  изображение предмета  в уменьшенном и перевернутом виде.

Объяснение: Вдвигая и выдвигая трубку, можно сделать изображение  более отчетливым. Это происходит вследствие того, что выпуклая линза собирает лучи внутри коробки. Лучи пересекаются и образуют на кальке перевернутое изображение.

Совет по подготовке отчета: Попробуй сделать фотогалерею. Расскажи историю изобретения фотоаппарата и его эволюцию с учетом нанотехнологий.

Знаешь ли ты? Исследователи фотографий обнаружили удивительный факт. Оказывается, левая сторона людей более фотогенична, чем правая.