«Использование датчиков при выполнении лабораторных работ по тепловым явлениям. Практическое применение»

Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школы №8

села Русского Курского муниципального района Ставропольского края

«Использование датчиков при выполнении

лабораторных работ по тепловым явлениям.

Практическое применение»

2014 год

Расскажи мне, и я забуду.

Покажи мне, и я запомню.

Дай мне попробовать, и я научусь.

Китайская мудрость

Использование цифрового оборудования имело целью модернизировать и облегчить процесс преподавания естественных дисциплин, сэкономить время на проведение демонстрационных и лабораторных экспериментов. Лаборатория «MultiLab» дает возможность снимать данные, используя целый ряд датчиков - силы, напряжения, освещенности, температуры и так далее. Для того, чтобы повысить эффективность эксперимента, необходимо использовать современные приборы, ведь именно они регистрируют данные, которые и являются основой вычислений. К таким современным приборам относятся всевозможные датчики, призванные различные виды физических величин, в том числе звук, свет, силу, давление и другие, перевести в электрические сигналы. Полученные электрические сигналы подаются через специальное устройство, называемое регистратором, на компьютер, где программным образом обрабатываются и могут быть представлены нам в самой разнообразной форме, как в виде стилизованных аналоговых или цифровых приборов, так и в виде графиков. В ходе измерений данные в таблицу вносятся автоматически, и экспериментаторам остается только обработать полученные результаты. Вот к таким современным средствам измерения и относится цифровая лаборатория «MultiLab». Цифровые лаборатории — это новое поколение школьных естественнонаучных лабораторий. Они предоставляют возможность:

• сократить время, которое затрачивается на подготовку и проведение фронтального или демонстрационного эксперимента;

• повысить наглядность эксперимента и визуализацию его результатов, расширить список экспериментов;

Наблюдение процесса теплообмена.

Пожалуй, самый простой эксперимент, который полезно провести самим учащимся – это наблюдение за процессом теплообмена.

Процесс теплообмена дважды изучается в курсе физики средней школы – в 8-ом классе и в 10-ом. На уроках я подробно объясняю, что такое тепловое или термодинамическое равновесие, как измеряется температура тел. Объясняю, что любой термометр измеряет свою собственную температуру, и для того, чтобы показал температуру другого тела, его необходимо привести в состояние теплового равновесия с этим телом. При этом, такой вопрос: «От чего зависит скорость теплообмена?» учащихся ставит, как правило, в тупик. Он не объясняется в учебниках, об этом мы редко говорим на уроках, однако, вопрос очень важен. С этим вопросом сталкиваются только школьники, участвующие в олимпиадах, поскольку он традиционно входит в содержание многих олимпиадных задач. Представим себе, что на таком уроке учитель организует кратковременную лабораторную работу «Наблюдение за процессом измерения температуры горячей воды». (Демонстрация.) Для этого потребуется датчик температуры, регистратор подключенный к компьютеру и горячая вода. Опускаем датчик температуры и воду и наблюдаем процесс по графику. Опыт показывает, что после данного эксперимента вопрос «от чего зависит скорость теплопередачи?» не вызывает проблем даже в слабых классах. По графику видно, что эта скорость не постоянна и, очевидно, зависит от разности температур между термометром и телом, у которого необходимо измерить температуру. Кстати, для создания проблемной ситуации на уроке вопрос о том, как пойдет график зависимости температуры от времени, можно задать и до выполнения работы. Мнения обычно разделяются и на доске рисуются разные варианты.

Лабораторная работа "Газовые законы"

Раздел физики "Молекулярная физика", 10 класс. Фронтальная лабораторная работа.

Используемые

датчики датчик давления, регистратор, шприц. Работа выполняется в парах.

Настройки датчиков 10 замеров в секунду. Длительность регистрации 50 с.

Проведение измерений.

В качестве изучаемой емкости газа с изменяемым объемом выступал обыкновенный одноразовый шприц объемом 20 мл, вставленный в разъем датчика давления. Поршень шприца выставляется на деление 10 мл, шприц присоединяется к датчику давления, запускается регистрация. Далее быстро отводится поршень в позицию 15 мл и несколько секунд выдерживается, далее в позицию 20 мл, несколько секунд выжидаем, далее возврат в позицию 15 мл, далее 10 мл, далее 5 мл. Типичный график зависимости давления от времени, полученный на персональном компьютере, приведен ниже.

Заключение

Таким образом, цифровые датчики действительно обогащают преподавание физики. В приведенных примерах речь шла о простых лабораторных работах, в которых используется датчик температуры. А сколько возможностей имеет каждый датчик для практических и исследовательских работ учащихся или для проектной деятельности!

К сожалению, раньше измерительное оборудование для лабораторных работ и демонстрационных экспериментов по физике ограничивалось лишь вольтметрами и амперметрами. Поэтому большинство работ носило лишь описательный характер. Наличие мультимедийных материалов по изучаемым темам также не решало проблемы, поскольку продолжало ту же описательную линию и к тому же не давало возможности детям принимать участие в активной экспериментальной работе. Лабораторный эксперимент по физике (фронтальные лабораторные работы и опыты, физический практикум) по целому ряду причин к настоящему времени позволяет в наибольшей степени проводить количественное изучение явлений и в связи с широким спектром датчиков цифровых лабораторий кабинета физики. Среди современных цифровых датчиков имеются и такие, для которых никогда раньше не было аналогов. Многие физические величины на уроке никогда нельзя быть измерить. Например, модуль вектора магнитной индукции, скорость и ускорение движущихся тел, освещенность, уровень громкости и частоту звуковых волн. Нельзя было пронаблюдать и за многими быстропротекающими процессами. Сейчас многое стало возможно впервые. Все это говорит о том, что к нам в школу приходят совершенно новые инструменты. Но приходят не «на смену» традиционного оборудования. Я глубоко убеждена, что наше так называемое традиционное физическое оборудование обязательно должно сохраняться и поддерживаться, и к нему в дополнение должны прийти современные цифровые приборы. Особенность моего предмета заключается еще и в том, что все эти цифровые приборы могут быть не только средством, но и объектом изучения. И естественно, что если я использую датчик температуры, то при изучении зависимости сопротивления проводников от температуры он обязательно покажет практическое и крайне полезное применение данного явления.