Методические указания по выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине "Физика"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГПОУ «МАКЕЕВСКОЕ МПТУ»

Методические указания

по выполнению лабораторных работ

по учебной дисциплине ОДП.21 Физика

по профессиям 23.01.03 Автомеханик

21.01.15 Электрослесарь подземный

по учебной дисциплине ОДБ 12 Физика

по профессии 19.01.17 Повар, кондитер

Составитель: преподаватель 1-й категории Чернюк Т.Г.

2017

Методические указания по выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине «физика» разработаны на основе Государственного образовательного стандарта среднего общего образования Донецкой Народной Республики на 2015-2017 годы (далее ГОС СОО) / Государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (далее ГОС СПО) по профессии 21.01.15 Электрослесарь подземный; профессии 23.01.03 Автомеханик; профессии 19.01.17 Повар, кондитер, рабочих программ учебной дисциплины «физика» по вышеуказанным профессиям.

Методические указания по выполнению лабораторных работ адресованы студентам очной формы обучения.

Содержание

Пояснительная записка

Первоначальное ознакомление с основными приёмами работы в физической лаборатории и первые умения в обращении с лабораторными оборудованием студенты получают из наблюдений за работой преподавателя на уроках. Отработка соответствующих умений и навыков происходит в процессе самостоятельной экспериментальной работы учащихся в лаборатории. Поэтому в систему учебно-физического эксперимента должны быть включены лабораторные работы, которым необходимо придать исследовательский характер.

Методика проведения лабораторных работ должна как можно полнее соответствовать дидактическим принципам: сознательности, самостоятельности студентов, развивающего обучения, дифференцированного подхода, соответствия содержания возрастным особенностям, прочности усвоения знаний и умений.

Лабораторный эксперимент является одним из основных методов обучения физике в образовательном учреждении. В учебном процессе он выполняет три основных функции:

-является источником новых знаний, фундаментальным основанием теории;

- является средством наглядности, «живым созерцанием», иллюстрацией

изучаемых явлений;

- является критерием истинности полученных знаний, средством

раскрытия их практических применений.

Лабораторный эксперимент развивает физическое мышление, познавательную самостоятельность, творческие особенности, интеллектуальные умения студентов.

Содержание лабораторных работ учитывает учебно-воспитательные задачи обучения физике в образовательных учреждениях.

Все лабораторные работы должны соответствовать требованиям, предъявляемым государственным стандартом к знаниям и умениям студентов по учебной дисциплине «физике»,учитывать возрастные особенности студентов технические возможности выполнения работ с простым лабораторным оборудованием, содержание других основных видов учебного эксперимента – демонстрационных опытов и работ физического практикума.

1. Перечень лабораторных работ

:

2. Инструкция по выполнению лабораторных работ

2.1. Цель, задачи и особенности лабораторной работы

Цель проведения лабораторных работ: формирование предметных и метапредметных результатов освоения студентами основной образовательной программы базового курса физики.

Лабораторная работа — один из видов учебных занятий при изучении курса физики.

Конечная цель лабораторных занятий по физике — знания, умения и навыки, необходимые для проведения физического эксперимента.

Для достижения этой цели в ходе каждой работы придется решать ряд задач:

— объяснять физическую суть изучаемого в данной работе явления;

— характеризовать, выделяя особенности, объект исследования (образец, устройство, поток частиц, излучение и т.д.);

— объяснять физические основы используемой в работе методики измерений,

- обосновывать последовательность действий при выполнении каждой конкретной работы;

— работать с приборами, выбирать нужный диапазон измерений, определять цену деления шкалы;

— проводить измерения, соблюдая заданные условия, грамотно и аккуратно записывать результаты в заранее составленные таблицы;

— вычислять и учитывать приборную и случайную погрешности прямых и косвенных измерений;

— представлять результаты эксперимента в виде сводных таблиц и графиков;

— анализировать полученные результаты, делать обоснованные выводы,

- составлять отчет по работе.

Особенности лабораторных занятий состоят в том, что они, в отличие от других учебных занятий, с первых шагов требуют самостоятельности (которая постепенно должна стать практически полной) и сознательной активной работы не только в лаборатории при сборке установки и проведении измерений, но и дома при подготовке к измерениям, обработке результатов и составлении отчета.

По цели, объему и содержанию лабораторные работы по физике могут резко различаться между собой. Однако все они содержат одни и те же конкретные этапы, перечисленные во введении.

2.2. Знания, необходимые для выполнения

лабораторной работы

Выполнение лабораторной работы есть определенная последовательность действий:

— подготовка к эксперименту;

— проведение измерений;

— обработка полученных результатов;

— формулировка выводов и написание отчета.

Для грамотного и быстрого их выполнения должна сложиться определенная система знаний и умений (ориентировочная основа действия), которая обеспечит правильное и рациональное исполнение действия. Другими словами, всякому действию должны предшествовать обосновывающие его теоретические знания. Поэтому выполнение каждой лабораторной работы по физике необходимо начинать с изучения ее описания и приведения знаний в систему, а именно:

— ясно представить себе общую цель данной конкретной лабораторной работы и последовательность задач, решение которых приведет к достижению окончательной цели;

— знать, какое физическое явление изучается в данной работе и какими зависимостями связаны описывающие его величины;

— знать основные особенности объекта исследования;

— изучить и уметь объяснить физические основы используемых в работе методов измерения искомых величин;

— уметь нарисовать принципиальную схему используемой установки и знать назначение каждого из ее узлов;

— знать последовательность выполнения этапов лабораторной работы;

— иметь общее представление об ожидаемых результатах проводимого эксперимента и уметь выбрать метод, нужный для их математической обработки.

Проверять степень своей готовности к выполнению каждой конкретной работы нужно с помощью обобщенных контрольных вопросов, общих для всех лабораторных работ.

2.3 Обобщенные контрольные вопросы для самопроверки

степени готовности к выполнению лабораторной работы

1. Какова цель работы?

2. Какие конкретные задачи в ходе опыта и обработки

результатов придется решать для достижения цели?

3. Какое физическое явление изучается в данной работе?

4.Какими зависимостями связаны величины, описывающие исследуемое физическое явление?

5. Какие физические явления положены в основу экспериментального метода определения искомых величин?

6. Какая теоретическая зависимость может быть проверена в данном конкретном опыте?

7. Какие допущения сделаны при описании теории метода?

8. Каково назначение отдельных узлов экспериментальной установки?

9. Что представляет собой объект исследования в данной работе?

10. Какое уравнение (или система) позволяет найти искомую величину или нужную зависимость на основании опытных данных?

11. Какие постоянные (табличные данные, параметры образца и установки) нужны для определения искомой величины по данным опыта?

12. Как можно проверить надежность полученных экспериментальных результатов?

13. Какие графики должны быть построены по полученным данным?

14. Как будет определена погрешность прямых измерений?

15. Как придется оценивать погрешность конечного результата?

16. Какие таблицы нужны в протоколе для записи результатов измерений?

17. Можно ли сопоставить результаты эксперимента с теоретическими данными?

2.4 Подготовка к лабораторной работе

Выполнение всех лабораторных работ включает самостоятельную подготовку, которая должна быть закончена к началу занятия. Подготовка к конкретной лабораторной работе начинается со знакомства с описанием работы. Затем с помощью описания и других рекомендованных учебных пособий надо ответить на все обобщенные контрольные вопросы к лабораторным работам, а потом на контрольные вопросы к данной работе. При соблюдении такой последовательности станет ясно, что вопросы по конкретным работам содержатся в предложенном общем подходе.

После этого следует:

- составить конспект,

-начертить принципиальную схему установки и таблиц в протоколе.

Готовясь к лабораторному занятию, необходимо составить конспект, т. е. дать краткое целенаправленное изложение содержания работы. Он должен быть отражением работы по систематизации приобретенных знаний, опорным планом для проведения эксперимента.

Конспект начинается с записи названия работы и формулировки цели — заранее мыслимого конечного результата. Затем перечисляются задачи работы. Одна из главных задач подготовки к работе при составлении конспекта — анализ физических основ метода и описание методики эксперимента, которые включают:

— физическое явление, изучаемое в работе, связь между величинами, его описывающими;

— объект исследования, его особенности;

— физическое явление, положенное в основу метода измерений;

— зависимость, которая может быть экспериментально проверена;

— условия, позволяющие осуществить такую проверку.

В конце конспекта отражается математическое описание эксперимента и заключительная методика обработка результатов.

Все записи, связанные с выполнением эксперимента непосредственно в лаборатории, следует делать только на бланке протокола. До начала работы он должен быть специально подготовлен, т. е. надо продумать вид таблиц для записи и обработки результатов и начертить эти таблицы в протоколе, указав их номера. Всякая небрежность при записи результатов есть источник дальнейших ошибок.

2.5. Проведение эксперимента

Проведение эксперимента — это центральный и самый интересный этап выполнения лабораторной работы, требующий активного использования на практике всех имеющихся знаний, умений и навыков. Именно для его успешного выполнения была нужна предварительная подготовка. Очень хорошо, если будет просматриваться определяющая роль эксперимента, которая выражается в том, что он есть критерий истинности теорий и основа для их создания. Еще важнее именно так относиться к эксперименту во всей дальнейшей работе.

Граничные значения диапазона изменения одной из величин обычно даны в описании работы. Необходимо выбрать значения интервалов или промежутков изменения этой величины, позволяющие наблюдать изменение другой, от нее зависящей. Для того чтобы число измерений было достаточным, нужно, учтя предполагаемый вид зависимости, записывать показания приборов часто для области резкого изменения величины (максимум, минимум, точка перегиба). На участках, где показания приборов меняются плавно, нет резких изменений величины, значения можно брать реже. Вообще, проводя эксперимент, лучше всего не жалеть времени на дополнительные измерения. Чем тщательнее эксперимент проведен , тем точнее полученная экспериментальная зависимость и обоснованнее выводы.

При проведении любых измерений нужно обращать внимание на воспроизводимость результатов. Именно хорошая воспроизводимость есть одно из доказательств надежности эксперимента. Для проверки воспроизводимости обычно поступают так:

— величины, определяемые при постоянных условиях, измеряют многократно;

— зависимости между величинами снимают (если это возможно) при прямом и обратном ходе изменения аргумента;

— в течение опыта многократно проверяют значение параметра, который должен оставаться постоянным (температура, давление, частота сигнала и т. п.).

Все записи, касающиеся выполнения эксперимента, следует делать только на бланке отчета. Черновые записи на других листах не допускаются. Независимо от содержания работы запись экспериментальных результатов должна удовлетворять следующим требованиям:

— быть понятной любому читателю, а не только ее автору;

— результаты измерений записывают сразу на бланк отчета без какой-либо обработки

— в отчете не должно быть исправленных цифр, лучше зачеркнуть неверные и записать рядом другие.

Обычно, пользуясь результатами прямых измерений, определяют величины, измеряемые косвенно. Результаты очень многих прямых измерений используют для расчетов и дальнейшей обработки, поэтому так важна надежность их определения и записи.

Закончив измерения, нужно проверить и записать недостающие сведения в таблицу.

Для многопредельных приборов должны быть указаны рабочие диапазоны. Для каждого из приборов должна быть приведена погрешность, которая рассчитывается самостоятельно, исходя из класса точности или цены деления для стрелочных приборов и используя специальные формулы для цифровых.

2.6. Обработка результатов измерений

Обработка результатов разделяется на начальную и окончательную.

Особенность начальной обработки в том, что его выполняют сразу после получения экспериментальных данных, т. е. прежде чем разобрана рабочая установка. Это позволяет при необходимости проверить отдельные точки, участки или даже всю зависимость в целом.

Обработку результатов сразу после их получения, т. е. на лабораторном занятии, надо производить в следующей последовательности:

— постройте зависимость между величинами по данным опыта, если они непосредственно измерялись;

— сопоставьте вид полученной зависимости с теоретическим ;

— получите однократно из графика значение нужной величины;

— вычислите конечный результат, используя данные графика.

Иногда оказывается, что величины, между которыми должна быть построена зависимость, непосредственно не измерялись. Тогда обработка производится в иной последовательности, а именно:

— вычислите, используя данные опыта, и запишите в таблицу значения величин, необходимых для построения графика; если экспериментальных данных много, то можно брать значения через одно или даже через два — это сократит объем и ускорит работу;

— постройте зависимость между величинами, используя результаты расчетов;

— сравните вид полученной зависимости с предполагаемым теоретически.

После того, как график построен, обработку продолжайте, как и в предыдущем случае.

Окончательная обработка результатов учитывает погрешности эксперимента. Общеизвестно, что принципиально невозможно абсолютно точно определить значение какой-либо физической величины. Поэтому всегда необходимо учитывать полную погрешность опыта и указывать ее в окончательном виде. Полная погрешность опыта складывается из погрешности, связанной с неидеальностью объекта исследования; погрешности метода; приборной погрешности; погрешностей, связанных с проведением данного конкретного опыта (промахи, систематические и случайные ошибки).

Все перечисленные погрешности, кроме случайных, могут быть оценены и практически учтены или устранены еще до начала систематических измерений. Следует помнить, что погрешность прибора нужно определить обязательно в конце работы.

.

2.7 Составление отчета

Отчет завершает лабораторную работу и обобщает результаты всех предыдущих этапов ее выполнения. Поэтому в нем обязательно должны быть отражены:

1) цель и задачи работы;

2) объект исследования, его общая характеристика и особенности;

3) методика эксперимента;

4) схема установки;

5) рабочие формулы с обязательной расшифровкой входящих в них величин;

6) систематизированные результаты эксперимента (сводные таблицы, графики);

7) оценка надежности и достоверности результатов (примеры вычислений величин, измеряемых косвенно, и погрешностей для прямых и косвенных измерений);

8) окончательные результаты с учетом погрешности, в том числе и приборной;

9) общие выводы по работе.

Первые пять пунктов отчета практически представляют собой сведения, которые должны быть изложить в конспекте.

Результаты эксперимента излагаются в такой последовательности:

— значения постоянных и исходных данных (характеристики образца, установки, табличные величины);

— условия проведения опыта или измерений (температура, давление воздуха, влажность);

— таблицы, содержащие результаты опытов. Это может быть ссылка на порядковый номер таблицы в протоколе или повторение таблицы протокола, если там она заполнена неаккуратно.

Бланк протокола должен быть вложен в отчет, это документ, отражающий проведение эксперимента. Итоги обработки результатов представляются по возможности в виде таблиц, содержащих не только конечные, но и промежуточные значения.

Выполняя обработку результатов измерений, нужно приводить в отчете вычисления значений величин. Проводя вычисления, прежде всего, нужно записать формулу, затем подставлять в нее числовые значения всех величин, и привести окончательный результат.

В конце отчета приводятся:

— окончательный результат, т. е. значение величины с указанием погрешности ее определения;

— анализ полученных результатов, сравнение экспериментально полученного и табличного значения величины, если это возможно;

— выводы, вытекающие из экспериментальных данных.

2.8 Критерии оценивания при выполнении

лабораторных работ

При оценивании уровня владения студентами практическими умениями и навыками во время выполнения фронтальных лабораторных работ, экспериментальных задач учитываются знание алгоритмов наблюдения, этапов проведения исследования (планирование опытов или наблюдений, сборка установки по схеме; проведение исследования, снятие показаний приборов), оформление результатов исследования − составление таблиц, построение графиков и т.п.; вычисление погрешностей измерения (по необходимости), обоснование выводов по проведенному эксперименту или наблюдению.

Уровни сложности лабораторных работ могут задаваться:

 через содержание и количество дополнительных заданий и вопросов по теме работы;

 через разный уровень самостоятельности выполнения работы (при постоянной помощи преподавателя, выполнение по образцу, подробной или сокращенной инструкцией, без инструкции);

 организацией нестандартных ситуаций (формулировка студентом цели работы, составление им личного плана работы, обоснование его, определение приборов и материалов, нужных для ее выполнения, самостоятельное выполнение работы и оценка ее результатов).

Обязательно учитывать при оценивании соблюдение студентами правил техники безопасности при выполнении лабораторных работ.

3.Инструкция по охране труда при проведении

лабораторных работ по физике

Общие требования безопасности

1. К проведению лабораторных работ и лабораторного практикума по физике допускаются студенты, прошедшие инструктаж по охране труда, медицинский осмотр и не имеющие противопоказаний по состоянию здоровья.

2. При проведении лабораторных работ и лабораторного практикума по физике возможно воздействие на студентов следующих опасных и вредных производственных факторов:

- термические ожоги при нагревании жидкостей и различных физических тел;

- порезы рук при небрежном обращении с лабораторной посудой и приборами из стекла;

- поражение электрическим током при работе с электроустановками;

- возникновение пожара при неаккуратном обращении с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями.

3. Кабинет физики должен быть укомплектован  медицинской аптечкой с набором необходимых медикаментов и перевязочных средств.

4. При проведении лабораторных работ и лабораторного практикума по физике соблюдать правила пожарной безопасности, знать места расположения первичных средств пожаротушения. Кабинет физики должен быть оснащен первичными средствами пожаротушения: огнетушителем пенным, огнетушителем углекислотным или порошковым, ящиком с песком и накидкой из огнезащитной ткани.

5. О каждом несчастном случае пострадавший или очевидец несчастного случая обязан немедленно сообщить преподавателю. При неисправности оборудования, приспособлений и инструмента прекратить работу и сообщить об этом преподавателю.

6. В процессе работы студенты должны соблюдать порядок проведения лабораторных работ и лабораторного практикума, правила личной гигиены, содержать в чистоте рабочее место.

7. Студенты, допустившие невыполнение или нарушение инструкции по охране труда, привлекаются к ответственности.

8.Со всеми студентами проводится внеплановый инструктаж по охране труда. 

Требования безопасности перед началом работы

       1. Внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной работы или лабораторного практикума, а также безопасные приемы ее выполнения.

2. Подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы. Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание.

3. Проверить исправность оборудования, приборов, целостность лабораторной посуды и приборов из стекла. 

Требования безопасности во время работы

1. Точно выполнять все указания преподавателя при проведении лабораторной работы или лабораторного практикума, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ.

2. При работе со спиртовкой беречь одежду и волосы от воспламенения, не зажигать одну спиртовку от другой, не извлекать из горящей спиртовки горелку с фитилем, не задувать пламя спиртовки ртом, а гасить его, накрывая специальным колпачком.

3. При нагревании жидкости в пробирке или колбе использовать специальные держатели (штативы), отверстие пробирки или горлышко колбы не направлять на себя и на своих товарищей.

4. Во избежание ожогов, жидкость и другие физические тела нагревать не выше 60-70^оС, не брать их незащищенными руками.

5. Соблюдать осторожность при обращении с приборами из стекла и лабораторной посудой, не бросать, не ронять и не ударять их.

6. Следить за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях, не прикасаться и не наклоняться близко к вращающимся и движущимся частям машин и механизмов.

7. При сборке электрической схемы использовать провода с наконечниками, без видимых повреждений изоляции, избегать пересечений проводов, источник света подключать в последнюю очередь.

8. Собранную электрическую схему включать под напряжением только после проверки ее преподавателем или лаборантом.

9. Не прикасаться к находящимся под напряжением элементам электрической цепи, к корпусам стационарного электрооборудования, к зажимам конденсаторов, не производить переключений в цепях до отключения источника тока.

10. Наличие напряжения в электрической цепи проверять только приборами.

11. Не допускать предельных нагрузок измерительных приборов.

12. Не оставлять без надзора не выключенные электрические устройства и приборы.

Требования безопасности в аварийных ситуациях

1. При обнаружении неисправности в работе электрических устройств, находящихся под напряжением, повышенном их нагревании, появлении искрения, запаха горелой изоляции и т.д.  немедленно отключить источник электропитания и сообщить об этом преподавалелю.

2. При разливе легковоспламеняющейся жидкости и ее загорании немедленно  сообщить об этом преподавателю и по его указанию покинуть помещение.

3. В случае, если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла, не собирать их осколки незащищенными руками, а использовать для этой цели щетку и совок.

4. При получении травмы сообщить об этом преподавателю, которому необходимо немедленно оказать первую помощь пострадавшему, сообщить об этом администрации учреждения, при необходимости отправить пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение.

Требования безопасности по окончании работы

1. Отключить источник тока. Разрядить конденсаторы с помощью изолированного проводника и разобрать электрическую схему.

2. Разборку установки для нагревания жидкости производить после ее остывания.

3. Привести в порядок рабочее место, сдать преподавателю приборы, оборудование, материалы и тщательно вымыть руки с мылом.

4. Инструкции к лабораторным работам

Источниками инструкций являются нижеприведенные учебники.

1. Физика.10 класс: учебник для общеобразовательных организаций: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н.Сотский; под редакцией Н.А.Парфентьевой.-2-е изд.-М.: Просвещение,2016.-416с.

2. Физика.11 класс: учебник для общеобразовательных организаций: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М.Чаругин; под редакцией Н.А.Парфентьевой.-3-е изд.-М.: Просвещение,2016.-432с.

3. Физика: 10кл : учебник для общеобразовательных учебных заведений: уровень стандарта: пер с укр/ Е.В. Коршак, А.И. Ляшенко, В.Ф.Савченко.- К.:Генеза,2010.-192с:

4. Физика: 11кл : учебник для общеобразовательных учебных заведений: уровень стандарта: пер с укр/ Е.В. Коршак, А.И. Ляшенко, В.Ф.Савченко.- К.:Генеза,2011.-256с:

5.Физика: 10 кл.: учебник для общеобразовательных учебных заведений: уровень стандарта: пер с укр/ С.В.Громова и др./Генеза,2012.-186с

19