Эксперимент - источник знаний

Жижимонтова Т.Г.
учитель физики
МАОУ гимназии16 Г. Тюмени

«Информация — это не знание. Единственный источник знаний — опыт». А Эйнштейн

А. Эйнштейн говорил: «Чисто логическое мышление само по себе не может дать никаких знаний о мире фактов: всё познание реального мира исходит из опыта и завершается им».

Нам, физикам, хорошо известно, что большинство законов природы открыты на основе опытов. Науке известны имена физиков – теоретиков, например Джеймс Клерк Максвелл.

Но к теоретическим разработкам таких ученых на определенном этапе подключались физики экспериментаторы, доводившие теоретические выводы через эксперименты до практического применения. Если говорить о преподавании нашей науки, то урок физики без опытов, выглядит неполным, самое главное: экспериментальная база преподавания существенно влияет на качество обучения. В своей работе мы используем различные виды опытов: демонстрационный эксперимент; лабораторные работы и опыта; опыты, проводимые самими учащимися в классе во время физического практикума; опыты-демонстрации, проводимые учащимися при ответах; домашние опыты; опыты для исследовательской деятельности.

Предлагаю вашему вниманию серию демонстрационных опытов для урока изучения нового материала по теме «Явление электромагнитной индукции» 11 класс.

В соответствии с требованиями федерального государственного стандарта современный урок включает в себя следующие этапы.

1. Постановка учебных целей, на этом этапа создается проблемная ситуация
2. Совместное исследование проблемы, цель этапа - поиск решения учебной задачи.
3. Моделирование, цель этапа - фиксация в модели существенных отношений изучаемого объекта.
4. Конструирование способа действий, цель этапа - построение ориентированной основы нового способа действий.
5. Решения частных задач, цель этапа - первичный контроль над правильностью выполнения способа действия.
6. Применение общего способа действия для решения частных задач, цель этапа - коррекция отработки способа.

1. Постановка учебных целей.

Наблюдение токов Фуко – штатив с двумя лапками и муфтами, трубка из пластика и меди (длина 40см, диаметр 2-3 см), два пластмассовых шарика (диаметр 1- 0,5 см), два магнита (диаметр 1- 0,5 см), коврик. Трубки укрепить в лапках штатива, под них положить коврик. Бросать одновременно в трубки вначале шарики, затем магниты. Вопрос – почему шарики вылетают из трубок одновременно, а магниты нет?

2. Совместное исследование проблемы.

Наблюдение индукционного тока в катушке при движении магнита – мультисенсорный регистратор данных, кабели датчика напряжения, USB кабель, компьютер, катушка индуктивности 600 витков, постоянный полосовой магнит. Соединить регистратор данных с катушкой, подключить регистратор данных к компьютеру. Установить графическое изображение опыта, выбрать для измерения милливольтметр. Начать опыт, наблюдать нулевое значение ЭДС (тока), подносить магнит к катушке, оставлять магнит, в катушке неподвижным, выносить магнит из катушки. Обратить внимание, ЭДС (тока) индукции появляется при движении магнита, при неподвижном магните ЭДС (тока) индукции не появляется.

3. Моделирование.

Определить направление ЭДС (тока) при внесении и вынесении магнита, при изменении полярности магнита. Изменить скорость движения магнита, обратить внимание на величину ЭДС (тока). Появление ЭДС (тока) на графике свидетельствует о возникновении в катушке вихревого электрического поля.
Замена оборудования: вместо мультисенсорного регистратора данных - компьютерная лаборатория «Архимед», датчик тока (мА), соединительные провода.

4. Конструирование способа действий.

Наблюдение индуктивной связи катушек – источник постоянного тока 6В, две катушки индуктивности 1200 витков и 600 витков, сердечник, выключатель – рубильник, провода соединительные, гальванометр или миллиамперметр. Соедините катушку 1200 витков с гальванометром (цепь 1) катушку 600 витков соединить последовательно с выключателем и источником постоянного тока (цепь 2). Вставьте в катушки сердечник. Замыкая, и размыкая цепь 2, наблюдайте индукционный ток в цепи 1. Объясните появление индукционного тока. При изменении магнитного поля катушки 2, в замкнутом контуре 1 возникает вихревое электрическое поле, создающее индукционный ток.

5. Переход к этапу решения частных задач.

Почему в пластиковой трубке магнит двигается быстрее, чем в медной. В пластиковой трубке при движении магнита не возникают индукционные токи, а в медной возникают. Индукционные токи создают свои магнитные поля. Тормозящая сила этих полей возрастает с увеличением скорости падения магнита. Ускорение магнита постепенно уменьшается, в конце концов (если труба достаточно длинная) движение магнита станет практически равномерным.

6. Применение общего способа действия для решения частных задач.

Демонстрация модели индукционного счетчика электроэнергии – штатив с муфтой и лапкой, нить длиной 40 см, дугообразный магнит, алюминиевый стакан от калориметра, подставка от магнитной стрелки. На штатив подвесить магнит на нити, полюсами вниз, под магнит поставить подставку от магнитной стрелки, на ней уравновесить стакан, дном вверх. Закрутив нить, оставить магнит свободно вращаться. Наблюдать, как стакан приходит во вращательное движение. Объяснить, почему стакан вращается? Провести аналогию с работой счетчика электроэнергии.

Индукционные электросчетчики состоят из следующих элементов:

1. Последовательная обмотка, именуемая также токовой катушкой. Состоит из нескольких витков толстого провода.
2. Параллельная обмотка (катушка напряжения), устроена, наоборот, из большого количества витков провода маленькой толщины.
3. Счетный механизм. Устанавливается на оси алюминиевого диска.
4. Постоянный магнит, назначение которого – тормозить и обеспечивать плавный ход диска.
5. Диск из алюминия. Крепится на подшипниках и подпятниках.

Переменное напряжение подается на параллельную обмотку (катушку напряжения) и далее протекает на вторую, токовую катушку. Между двумя электромагнитами катушек возникают магнитные вихревые токи, которые и способствуют вращению диска. Чем больше сила тока, тем быстрее будет крутиться диск. Счетный механизм работает по следующему принципу: вращение от диска передается к барабану за счет червячной передачи (этому способствует установленный на оси диска червяк, который передает вращение через шестеренку).

Источники информации.

1. http://fiziks.org.ua/padenie-magnita-v-mednoj-trube/
2. https://samelectrik.ru/kak-rabotaet-schetchik-elektroenergii-starogo-i-novogo-obrazca.html
3. Физический эксперимент в средней школе. С.А.Хорошавин. Москва. Просвещение 1988г
4. Физический эксперимент в средней школе. Н.М.Шахмаев В.Ф.Шилов. Москва. Просвещение 1988г
5. Комплекс лабораторного оборудования «Физика». Москва. ИНТ 2012г
6. Мобильная естественно – научная лаборатория «ЛабДискФизика». Москва. ИНТ. 2012г7.