Методические указания по организации и проведению лабораторных работ элективного курса: ЭК.03 Физика вокруг нас

Министерство просвещения и воспитания Ульяновской области

областное государственное бюджетное

профессиональное образовательное учреждение

«Карсунский медицинский техникум имени В.В. Тихомирова»

Методические указания

по организации и проведению лабораторных работ

Элективный курс: ЭК.03 Физика вокруг нас

для специальности 34.02.01 «Сестринское дело»

Р.п. Карсун, 2021

Методические рекомендации по организации и проведению лабораторных работ по элективному курсу «Физика вокруг нас» (ЭК.03 «Физика вокруг нас»)

Методические рекомендации для студентов и преподавателей ОГБПОУ «КМТ»

р.п. Карсун, 2021. ─ 15 с.

Методические рекомендации по организации и проведению лабораторных работ по элективному курсу «Физика вокруг нас» (ЭК.03 «Физика вокруг нас») по специальности 34.02.01 «Сестринское дело» предназначены для преподавателей и студентов ОГБПОУ «КМТ», обучающихся на базе основного общего образования, для выполнения лабораторных работ, предусмотренных программой по ЭК./ Сост.: А.Г. Селезнёв, методист, преподаватель химии, физики, астрономии и профессиональных модулей (Медицинский и социальный уход) ОГБПОУ «Карсунский медицинский техникум имени В.В. Тихомирова»

Содержание

Пояснительная записка 4

Лабораторная работа №1 «Изучение деформации растяжения (Измерение модуля упругости резины)»  8

Лабораторная работа №2 «Магнитное поле»  10

Лабораторная работа №3 «Изучение интерференции и дифракции света» 13

Список источников и литературы 15

Пояснительная записка

Программа элективного курса «ФИЗИКА ВОКРУГ НАС» (ЭК.03 Физика вокруг нас) является частью основной профессиональной образовательной программы (общеобразовательный цикл) в соответствии с ФГОС СПО по специальности 34.02.01 Сестринское дело квалификации Медицинская сестра / Медицинский брат, базовый уровень подготовки.

Согласно «Рекомендациям по реализации среднего (полного) общего образования в образовательных учреждениях начального профессионального и среднего профессионального образования» (письмо Департамента государственной политики и нормативно-правового регулирования в сфере образования Минобрнауки России от 29.05.2007 г. № 03-1180) физика изучается в учреждениях среднего профессионального образования (далее – СПО) с учётом профиля получаемого профессионального образования.

Программа ЭК.03 «Физика вокруг нас» может быть использована в профессиональной подготовке по специальности 34.02.01 Сестринское дело при наличии среднего (полного) общего образования.

В соответствии с Федеральным законом от 29.12.2012 г. № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации»; Приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 14.06.2013 г. № 464 «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным программам среднего профессионального образования»; Федеральным Государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования по специальности 340201 «Сестринское дело» — лабораторные работы направлены на экспериментальное подтверждение теоретических положений и формирование учебных и практических умений и составляют важную часть теоретической и практической подготовки.

Лабораторные работы и практические занятия (ЛПР) — основные виды учебных занятий, направленные на экспериментальное подтверждение и теоретических положений и формирование учебных и профессиональных практических умений.

Выполнение обучающимися лабораторных работ проводится с целью формирования результатов обучения:

ПРЕДМЕТНЫХ:

• П.3 – владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями;

• П.4 – уверенное пользование физической терминологией и символикой;

• П.5 – владение основными методами научного познания, используемыми в физике:

• наблюдением,

• описанием,

• измерением,

• экспериментом;

• П.6 – умение обрабатывать результаты измерений, обнаруживать зависимость между физическими величинами, объяснять полученные результаты проведенных опытов и делать выводы;

• П.7 – сформированность умения решать физические задачи;

• П.8 – сформированность умения применять полученные знания для объяснения условий протекания физических явлений в природе, профессиональной сфере и для принятия практических решений в повседневной жизни;

П.9 – сформированность собственной позиции

В Методических указаниях лабораторные работы представлены в соответствии с тематическим планированием изучения ЭК.03 «Физика вокруг нас»:

• Раздел 3. Основы молекулярной физики и термодинамики

Тема 3.4. Свойства паров, жидкостей

Тема 3.5. Свойства твёрдых тел

Лабораторная работа №1: «Определить модуля упругости и жесткости»

• Раздел 4. Электродинамика

Тема 4.8. Электромагнетизм

Лабораторная работа №2: «Магнитное поле»

• Раздел 6. Оптика

Тема 6.2. Световые волны. Спектр

Лабораторная работа №3: «Определять показатели преломления стекла» или «Наблюдать интерференции и дифракции света»

Теоретическая подготовка

Теоретическая подготовка необходима для проведения физического эксперимента, должна проводиться обучающимися в порядке самостоятельной работы. Её следует начинать внимательным разбором руководства к данной лабораторной работе.

Особое внимание в ходе теоретической подготовки должно быть обращено на понимание физической сущности процесса. Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы. Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей:

• Название работы.

• Формируемые умения

• Цель работы.

• Оборудование.

• Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин, а так же расчетные формулы для определения погрешностей измеряемых величин).

• Расчеты – окончательная запись результатов работы.

• Вывод.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

1. получить у преподавателя приборы, требуемые для выполнения работы;

2. разобраться в назначении приборов и принадлежностей в соответствии с их техническими данными;

3. пользуясь схемой или рисунками, имеющимися в пособии, разместить приборы так, чтобы удобно было производить отсчеты, а затем собрать установку;

4. сборку электрических схем следует производить после тщательного изучения правил выполнения лабораторных работ по электричеству.

Проведение опыта и измерений

При выполнении лабораторных работ измерение физических величин необходимо проводить в строгой, заранее предусмотренной последовательности.

Особо следует обратить внимание на точность и своевременность отсчетов при измерении нужных физических величин. Например, точность измерения времени с помощью секундомера зависит не только от четкого определения положения стрелки, но и в значительной степени – от своевременности включения и выключения часового механизма.

Критерии оценки

Оценка «5»:

• студент выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;

• самостоятельно и рационально выбрал и подготовил для опыта необходимое оборудование, все опыты провел в условиях и режимах, обеспечивающих получение результатов и выводов с наибольшей точностью;

• в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы;

• правильно выполнил анализ погрешностей;

• соблюдал требования безопасности труда.

Оценка «4»:

• опыт проводился в условиях, не обеспечивающих достаточной точности измерении,

• или было допущено два-три недочета, или не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3»:

• работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы, или если в ходе проведения опыта и измерений были допущены следующие ошибки:

• опыт проводился в нерациональных условиях, что привело к получению результатов с большей погрешностью, 

• или в отчете были допущены в общей сложности не более двух ошибок (в записях единиц, измерениях, в вычислениях, графиках, таблицах, схемах, анализе погрешностей и т. д.), не принципиального для данной работы характера, но повлиявших на результат выполнения,

• или не выполнен совсем или выполнен неверно анализ погрешностей;

• или работа выполнена не полностью, однако объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы по основным, принципиально важным задачам работы.

Оценка «2»:

• работа выполнена не полностью, и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов,

• или опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно,

• или в ходе работы и в отчете обнаружились в совокупности все недостатки, отмеченные в требованиях к, оценке «3».

Оценка «1»:

• студент совсем не выполнил работу или не соблюдал требований безопасности труда

Лабораторные работы выполняются по письменным инструкциям, которые приводятся в данном пособии. Каждая инструкция содержит краткие теоретические сведения, относящиеся к данной работе, перечень необходимого оборудования, порядок выполнения работы, контрольные вопросы.

Внимательное изучение методических указаний поможет выполнить работу.

Небрежное оформление отчета, исправление уже написанного недопустимо.

В конце занятия преподаватель ставит зачет, который складывается из результатов наблюдения за выполнением практической части работы, проверки отчета, беседы в ходе работы или после нее. Все лабораторные работы должны быть выполнены и защищены в сроки, определяемые программой или календарным планом преподавателя. Студенты, не получившие зачет, к экзамену не допускаются.

.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема: «Изучение деформации растяжения (Измерение модуля упругости резины)»

Формируемые умения:

• измерять и делать простейшие расчеты физических величин: упругость, силы;

• решать простейшие задачи по определению: упругость, силы.

Цель: определить модуля упругости (модуля Юнга) резины.

Оборудование, необходимые измерения, средства измерений: установка для измерения модуля Юнга резины: штатив с муфтой и лапкой, резиновый шнур (например, от детской скакалки), грузы.

Время проведения практической работы: 90 мин.

Теоретическое обоснование

Модуль Юнга вычисляют по формуле, полученной из закона Гука.

Здесь Е – модуль Юнга; F – сила упругости, возникающая в растянутом шнуре и равная весу прикрепленных к шнуру грузов; S - плошать поперечного сечения деформированного шнура; - расстояние между метками А и В на нерастянутом шнуре; - расстояние между этими же метками на растянутом шнуре. Если поперечное сечение шнура имеет форму круга, то площадь сечения выражается через диаметр шнура:

Окончательно формула для определения модуля Юнга имеет вид:

Вес грузов определяется динамометром, диаметр шнура - штангенциркулем, расстояние между метками. А и В - линейкой. Относительная и абсолютная погрешности измерений модуля Юнга определяются по формулам

Погрешность можно пренебречь.

Модуль Юнга зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела. Для различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах.

Для стали, например, E ≈ 2·10¹¹Н/м², а для резины E ≈ 2·10⁶Н/м², то есть на пять порядков меньше.

Вопросы:

1. Почему модуль Юнга выражается большим числом?

2. Почему предел упругости при сжатии больше предела упругости при растяжении?

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений инструментальные погрешности определяются с помощью таблицы 1 учебник «Физика - 10» Г.Я.Мякишев)

2. Измерьте расстояние между метками А и В на нерастянутом шнуре.

3. Подвесьте грузы к нижнему концу шнура, предварительно определив их общий вес. Измерьте расстояние между метками на шнуре и диаметр шнура в растянутом состоянии.

   Измерено

   Вычислено

   , м

   , м

   , м

   , Н

   ul,м

   0l, м

   , м

   uD,м

   0D,м

   , м

   u F, Н

   0 F, Н

   , Н

   Е, Па

   , %

   , Па

4. Вычислите модуль Юнга резины:

Е_пр

5. Запишите полученный результат

Е= Е_пр ± ΔЕ

Сравните этот результат с табличным.

Вывод: _____________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Тема: «Магнитное поле»

Формируемые умения:

• измерять и делать простейшие расчеты физических величин: сила тока, работа тока;

• решать простейшие задачи по определению: силы тока, работы тока, мощности.

Цель: экспериментально определить зависимость действия магнитного поля на проводник с током от силы и направления тока в нём.

Оборудование: источник электропитания, катушка – моток, переменный резистор, ключ, полосовой магнит, штатив с муфтой и лапкой, соединительные провода.

Время проведения практической работы: 90 мин.

Теоретическая часть:

Магни́тное по́ле — поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения; магнитная составляющая электромагнитного поля.

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.

Основной количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B(вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения, магнитное поле описывается векторным полем B=B_(x,y,z), заданным в каждой точке пространства.

Вместо магнитной индукции для описания магнитного поля можно использовать ещё одну фундаментальную величину, тесно с ней взаимосвязанную, — векторный потенциал.

Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).

В простых случаях магнитное поле проводника с током (в том числе и для случая тока, распределённого произвольным образом по объёму) может быть найдено из закона Био-Савара-Лапласа или теоремы о циркуляции. Этот способ ограничивается случаем (приближением) магнитостатики — то есть случаем постоянных (если речь идёт о строгой применимости) или достаточно медленно меняющихся (если речь идёт о приближенном применении) магнитных и электрических полей.

В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла.

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к векторам v и B. Она пропорциональна заряду частицы q, составляющей скорости v, перпендикулярной направлению вектора магнитного поля B, и величине индукции магнитного поля B. В Международной системе единиц (СИ) сила Лоренца выражается так:

в системе единиц СГС:

где квадратными скобками обозначено векторное произведение.

Также (вследствие действия силы Лоренца на движущиеся по проводнику заряженные частицы) магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник с током называется силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

Ход работы:

1. Подвесьте проволочную катушку к лапке штатива, чтобы она не касалась вставленного в нее полюса дугообразного магнита, расположенного на столе. Концы катушки подключите через реостат и ключ к источнику постоянного тока (см. рисунок). Реостат установите на максимальное сопротивление.

style="position: absolute; top: 0.2in; left: 4.16in"

2. Замкните цепь на несколько секунд и заметьте, насколько отклонится катушка от первоначального положения.

3. Изменяя положение ползунка реостата, повторите опыт 2—3 раза при различной силе тока. Выясните, как зависит сила, действующая на катушку с током, от силы тока в катушке.

4. Не меняя силы тока, сравните углы откло­нения катушки от первоначального положения при одном, а затем при двух магнитах (дугообразном и полосовом), сложенных вместе одноименными полюсами, как показано на рисунке.

5. Выясните, как зависит сила, действующая на катушку с током, от значения магнитной индук­ции.

6. Поднесите дугообразный магнит к катушке с током, а за­тем к гибкому проводу, например идущему от катушки к ключу, и сравните их отклонения от первоначального положения. Выяс­ните, как зависит сила, действующая на проводник с током, от длины проводника.

7. Запишите в тетради для лабораторных работ: что вы наблю­дали.

Вывод: _____________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Что такое магнитное поле?

2. Какое действие мы наблюдали, поднося магнит к катушке с током?

3. Сформулируйте правило Ленца.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: «Изучение интерференции и дифракции света»

Формируемые умения:

• использовать спектроскоп для качественного спектрального анализа.

Цель: наблюдение интерференционных и дифракционных картин света.

Оборудование: две стеклянные пластины, лист фольги с прорезью длиной 1-2 см, сделанной с помощью лезвия бритвы, лампа накаливания (одна на весь класс), цветные карандаши, грампластинка, лазерный диск, капроновый лоскут.

Время проведения практической работы: 90 мин.

Теоретическая часть:

Интерференция световых волн – сложение двух волн,вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства. Результат интерференции зависит от угла падения на пленку, ее толщины и длины волны.

Усиление света произойдет в том случае, если преломленная отстанет от отраженной на целое число длин волн. Если вторая волна отстанет от первой на половину длину волны или на нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света. Дифракция – огибание волнами краев препятствий.

Содержание работы:

«Наблюдение интерференции света»

1. Сложите стеклянные пластины вместе и слегка сожмите пальцами. При этом вокруг отдельных мест соприкосновения пластин образуются воздушные зазоры разной формы. (Эти зазоры играют роль тонкой пленки)

2. Рассматривайте пластины в отраженном свете и наблюдайте радужную интерференционную картину.

3. Увеличьте нажим на стеклянные пластины и наблюдайте за изменениями картины.

4. Поместите между краями пластин кусочек бумаги. Наблюдайте интерференционную картину.

5. Наблюдайте интерференционные картины в проходящем свете.

6. Зарисуйте в таблице наблюдаемые интерференционные картины.

Вывод: _____________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

«Наблюдение дифракции света»

1. Расположите лист фольги со щелью вертикально и приблизьте её вплотную к глазу.

2. Смотря сквозь щель на нить лампы, установленную на демонстрационном столе, наблюдайте дифракционную картину.

3. Увеличивайте ширину щели, слегка растянув фольгу. И наблюдайте за изменениями дифракционной картины.

4. Наблюдайте дифракционную картину, получаемую с помощью лоскутов капрона в проходящем свете.

5. Наблюдайте дифракционную картину в отраженном свете, полученную с помощью грампластинки или лазерного диска.

6. Зарисуйте в таблице наблюдаемые при разных условиях дифракционные картины.

Вывод: _____________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

Список источников и литературы

1. Горлач В.В. Физика. Задачи . Тесты. Методы решения. Учебное пособие для СПО. Москва. Юрайт 2020

2. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб. пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2017.

3. Дмитриева В.Ф., Васильев Л.И. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Контрольные материалы: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В.Ф. Дмитриева, Л.И. Васильев. — М., 2017.

4. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. Образования /В.Ф. Дмитриева. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 448с.

5. Зотеев А.В., Склянкин А.А.Физика. Механика. Электричество и магнетизм.2 издание: Учебное пособие для СПО. Москва. Юрайт 2020

6. Касьянов В.А. Методические рекомендации по использованию учебников В.А.Касьянова «Физика. 10 кл.», «Физика. 11 кл.» при изучении физики на базовом и профильном уровне. – М., 2006.

7. Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. Физика. Учебник для 10 кл. – М.,2012.

8. Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. Физика. Учебник для 11 кл. – М.,2012.

9. Физика. Решение задач: учеб.пособие для ссузов/ Трофимова Т.И., Фирсов А.В. – М.: Издательство «Дрофа», 2008 - 398с. :ил.