Введение
Для исследований в области физики предлагается 45 тем. Каждая тема содержит, как правило, вводную часть, подробное задание и список рекомендуемой литературы.
Большая часть тем предполагает проведение экспериментального исследования, которое может быть проведено в школьном физическом кабинете, а иногда и в домашних условиях. Самым ценным качеством исследовательской работы при этом является умение провести эксперимент, используя наиболее простые, доступные средства. Прежде чем начать экспериментальные исследования, учащемуся рекомендуется оценить порядок величин ожидаемых результатов и необходимую точность измерений. От этого зависит выбор необходимого для проведения эксперимента лабораторного оборудования и измерительных приборов.
Разумеется, предлагаемый список тем не является обязательным, он лишь призван стимулировать творческую инициативу. Предполагается, что учащийся может предложить собственную тему исследования, либо уточнить, дополнить и даже изменить какую-либо из предложенных тем, окончательно сформулировав название темы и задание к ней. Наконец, темой исследования может быть формулировка, анализ и теоретическое решение какой-либо физической задачи (проблемы), либо теоретический анализ известного эксперимента, который учащийся не всегда имеет возможность осуществить в силу отсутствия необходимого оборудования. В этом случае особый интерес имело бы компьютерное моделирование. Конечно, и любое выполненное экспериментальное или теоретическое исследование физического явления может быть дополнено компьютерным моделированием и компьютерной обработкой результатов.
Предполагается, что предметом исследования должно быть прежде всего само физическое явление, даже если выбранная тема исследования имеет прикладной, технический характер. Именно на такой выбор и ориентирует список предлагаемых тем по физике.
МЕХАНИКА
Тема 1. Измерение скорости полета пули
Название темы достаточно условно и везде далее под пулей следует подразумевать любое быстро движущееся тело: хоккейную шайбу, стрелу, выпущенную из лука, "пулю" игрушечного пружинного ружья или пистолета и т.п.
Скорость полёта пули обычно достигает значительной величины. Так у духового ружья, например, она, составляет 150-200 м/с. Прямое измерение скорости пули по формуле v = s/t,где s - измеряемое расстояние, t - измеряемое время полёта, требует разработки специальной аппаратуры. Гораздо проще измерять скорость пули косвенными методами, используя, например, неупругие соударения. В результате такого столкновения с неподвижным телом большой массы оба тела продолжают движение как единое целое с гораздо меньшей скоростью. Если измерить сравнительно небольшую скорость тела, то по известным законам механики можно вычислить и скорость пули.
Задание
1. Разработать и описать методику измерения скорости полета пули, дав достаточно подробное теоретическое обоснование методики измерения. Дать рисунок или чертеж схемы эксперимента. Дать анализ погрешностей (ошибок) измеряемых величин.
2. Провести достаточно подробную обработку результатов измерений с указанием погрешностей.
Литература
1. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика 9. Просвещение. Москва, 1994.
2. Физика 10. Под редакцией Пинского А.А. Просвещение. Москва,1995.
3. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, том 3. Наука.Москва, 1995
Тема 2. Определение параметров отклонения формы Земли от шарообразной
Земля из-за собственного вращения сплющена со стороны полюсов. Землю с достаточной степенью приближения можно считать жидким телом, заключенным в эластичную оболочку в виде земной коры.
Задание
1. Оценить величину отклонения формы Земли от шарообразной, т.е. оценить величину отношения разности диаметров Земли в экваториальной плоскости и вдоль оси вращения к диаметру в экваториальной плоскости.
2. Дать анализ погрешности (ошибки) полученного результата.
Литература
1. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1986. 320 с.
Тема 3. Определение массы атмосферы Земли и других планет
Задание
1. Оценить массу атмосферы Земли, зная радиус Земли, ускорение свободного падения и атмосферное давление у поверхности Земли.
2. Дать анализ погрешности (ошибки) полученного результата.
3. Какие другие возможные наборы параметров планет, включая Землю, нужны для оценки массы атмосферы этих планет?
Литература
1. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, том 1. Наука. Москва, 1995.
ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Тема 4. Измерение и исследование поверхностного натяжения. Измерение и исследование поверхностного натяжения мыльных пленок.
Коэффициент поверхностного натяжения жидкостей обычно определятся двумя способами: или через поверхностную энергию единицы площади поверхности, или через силу, действующую на единицу длины границы раздела между поверхностью жидкости и поверхностью тела, ограничивающей жидкость.
Большинство способов экспериментального измерения коэффициента поверхностного натяжения исходят из силовой характеристики поверхностного натяжения, используя эффект смачиваемости поверхности твердого тела жидкостью.
Задание 1
1. Разработать и описать методику измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, дав достаточно подробное теоретическое обоснование методики измерения. Дать рисунок или чертеж схемы эксперимента. Дать анализ погрешностей (ошибок) измеряемых величин.
2. Провести достаточно подробную обработку результатов измерений с указанием погрешностей.
Мыльные плёнки - прекрасный объект исследования интерференционных явлений. Именно их радужная окраска так привлекает внимание человека. Легче всего создать мыльную плёнку с помощью 10% раствора любого шампуня. Такой раствор позволяет создать долго живущий пузырь. Для исследований пузырь лучше всего поместить в достаточно большой сосуд конической формы, например, в стакан или колбу и закрыть прозрачной крышкой. На дно сосуда полезно налить немного того же мыльного раствора.
Задание 2
1. Исследуйте характер изменения толщины плёнки. Предложите методику определения толщины. Объясните, для чего на дно сосуда лучше налить немного мыльного раствора?
2. С течением времени в разных местах пленки появляются тёмные участки, называемые ньютоновской плёнкой. Опишите и исследуйте появление и динамику роста ньютоновских плёнок. Объясните причину изменения толщины плёнки. Предложите способ "управления" толщиной плёнки. Исследуйте динамику поведения плёнки при разных температурах и углах наклона сосуда. Дайте физическую интерпретацию наблюдаемых явлений.
3. Проведите обработку результатов измерений с указанием погрешностей.
Литература
1. Физика 10. Под редакцией Пинского А.А. Просвещение, Москва, 1995.
2. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. Физика 11. Просвещение, Москва, 1994.
3. Физика 11. Под редакцией Пинского А.А. Просвещение, Москва, 1995.
4. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, том 3. Наука, Москва, 1995.
5. Гегузин Я.Е. Пузыри. Библиотечка "Кванта", вып.46, Москва, 1985.
Тема 5. Радиометрический эффект
Сила взаимодействия молекул разреженного газа с поверхностью твердого тела зависит от температуры поверхности. Радиометрический эффект состоит в том, что неравномерно нагретое тело, помещенное в разреженный газ, пытается перемещаться в направлении от более нагретой поверхности этого тела к менее нагретой.
Задание
1. Исследуйте радиометрический эффект. Укажите причины этого эффекта. Опишите схемы возможных экспериментов и необходимые условия для наблюдения радиометрического эффекта.
2. Укажите возможные применения радиометрического эффекта.
3. Возможно создание демонстрационной установки, сопровождаемое оценочным расчетом радиометрических сил для конкретной установки и оценкой погрешностей расчетов.
Литература
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. М.: Наука. 1990. С.385.
2. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Высшая школа, 1981. С.40
Тема 9. Гейзер
Гейзеры могут рассматриваться как большие подземные резервуары, наполненные грунтовой водой и прогреваемые подземным теплом. Выход из них на поверхность земли осуществляется через достаточно узкий канал. Существует несколько типов гейзеров. В одном из них канал в "спокойный" период заполнен водой. "Активный" период такого гейзера наступает, когда закипает вода в подземном резервуаре. Во время извержения гейзера канал заполнен только паром, который и выбрасывается наружу.
Задание
1. Разработать и описать физическую модель функционирования гейзера, дав достаточно подробное теоретическое обоснование модели.
2. Описать или (и) сделать работающую лабораторную модель гейзера. Дать рисунок или чертеж лабораторной модели.
3. Исследовать физические явления, сопровождающие работу лабораторной модели гейзера, например, зависимость времён "жизни" гейзера в спокойном и активном периодах от скорости подвода тепла к водяному резервуару и т.п. Дать анализ погрешностей (ошибок) измеряемых при исследовании величин.
4. Провести достаточно подробную обработку результатов исследования с указанием погрешностей.
Литература
1. Мякишев Г.Я.,Буховцев Б.Б. Физика 10. Просвещение, Москва, 1994.
2. Физика 10. Под редакцией Пинского А.А. Просвещение, Москва, 1995.
3. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, том 1. Наука, Москва, 1995.
4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. М.: Наука, 1990.
Тема 10. Определение атмосферного давления
Задание
Предположим, что Вы находитесь высоко в горах, где давление значительно меньше нормального атмосферного давления. Требуется определить атмосферное давление, имея под руками резиновую трубку, две стеклянные трубки, пластилин, измерительную линейку и воду. Длины каждой из трех трубок 50-80 см. Резиновая трубка может одеваться на стеклянную.
1. Предложите методы определения атмосферного давления и дайте их теоретическое обоснование. Разработайте и опишите методику измерений. Дайте рисунки или чертежи схем экспериментов.
2. Измерьте атмосферное давление в Вашем населенном пункте разными методами.
3. Проведите сравнительный анализ погрешностей результатов вычисления атмосферного давления по экспериментальным данным, полученным различными методами.
4. Выберите с обоснованием лучший метод и создайте для него демонстрационную установку.
5. Предложите другие простые и доступные методы определения атмосферного давления, расширив список оборудования.
|
