Физика. 9 класс. Тетрадь-практикум. Артеменков Д.А., Белага В.В. и др.

Тетрадь-практикум является составной частью учебно-методического комплекта «Физика. 9 класс» линии «Сферы». В данном пособии приведены лабораторные работы, необходимые для успешного усвоения курса физики в соответствии с программой. Главная особенность содержания тетради-практикума заключается в ознакомлении с научными методами исследования в лабораторных и домашних условиях. Порядок лабораторных работ отвечает структуре учебника. Последовательное выполнение лабораторных работ, предложенных в тетради-практикуме, позволит связать теоретический материал, изучаемый на уроках физики, с практическим использованием этих знаний.

Физика. 9 класс. Тетрадь-практикум. Артеменков Д.А., Белага В.В. и др.

 

Описание учебника

Практические занятия по физике являются неотъемлемой частью изучаемой дисциплины. Ясное и глубокое усвоение основных законов физики и её методов невозможно без работы в физической лаборатории, а также без выполнения домашних лабораторных работ. Проводя лабораторные исследования, учащиеся не только подтверждают известные законы физики, но и обучаются работе с физическими приборами, овладевают навыками практической исследовательской деятельности.
Тетрадь-практикум представляет собой руководство по экспериментальной физике, которое предназначено для учащихся, не обладающих достаточным опытом проведения самостоятельной работы. Поэтому описания работ выполнены достаточно подробно, а также приведены необходимые теоретические
сведения по изучаемому материалу.
Учащиеся с помощью учителя заранее готовятся к выполнению каждой работы. Для этого они должны ясно понимать цель работы, назначение оборудования и знать теоретический материал в объёме, достаточном для выполнения практического задания.
Для удобства использования тетради-практикума все практические задания расположены по разделам и соответствуют темам материала учебника. Лабораторные работы, отмеченные звёздочкой (*), продолжают и дополняют рубрику учебника «Мои физические исследования». Они рекомендуются для факультативов, элективных курсов, при подготовке и проведении олимпиад, а также для индивидуальных занятий. Ряд работ можно выполнить в домашних условиях.
Некоторые работы и дополнительные материалы к ним можно также найти в электронном приложении к учебнику и выполнить их в интерактивном режиме.
В инструкции по выполнению лабораторной работы указаны название, цель работы и необходимое оборудование. Характер методических указаний по выполнению работы зависит от уровня сложности практического задания: для сложных заданий даются подробные пояснения. К каждой работе предлагаются различные формы представления результатов (таблицы, графики и т. д.). В конце каждой лабораторной работы дана форма отчёта о её выполнении в виде выводов по анализу проведённой работы, которые должны быть краткими, но вполне исчерпывающими.
В 9 классе вы завершаете изучение курса физики основной школы, поэтому не только тематика лабораторных работ становится более разнообразной, но и их выполнение потребует от вас более глубоких знаний о том, как получаются экспериментальные данные и как их можно анализировать.
Проводя эксперименты, вы описываете физический процесс, используя физические величины, определяя их значения. Измерить физическую величину — это значит найти опытным путём её значение, сравнив с эталоном, используя специальные технические средства. Например, чтобы измерить расстояние А, мы сравниваем его с эталоном длины а = 1м, применяя линейку. Тогда результат измерений величины А можно представить как А = па у где п — некоторое число.
Однако истинное (точное) значение физической величины Аист не может быть измерено абсолютно точно, что связано с рядом причин, в том числе с несовершенством измерительных приборов. Поэтому результат измерения может быть записан только приближённо, с той или иной степенью точности.
Точность прямых измерений зависит от точности используемых измерительных инструментов. Например, при измерении линейных размеров небольших тел предпочтительнее использовать штангенциркуль, поскольку его точность существенно выше, чем точность обычной линейки.
Для оценки качества измерений вводят относительную погрешность е. Относительная погрешность равна отношению абсолютной погрешности измерения АЛ к измеренному значению Аизм физической величины и обычно выражается в процентах:
При проведении простейших измерений в качестве абсолютной погрешности можно принять половину наименьшей цены деления шкалы прибора. Например, при измерении длины линейкой с ценой деления 1 мм за допустимую погрешность принимают 0,5 мм (инструментальная погрешность).
Пусть при многократном повторении N прямых измерений некоторой величины А получены значения А,, А2, А3 … Av. Тогда за наиболее близкое к истинному значению Аист принимается среднее арифметическое значение величины А:
Абсолютную погрешность измерения физической величины можно оценить, используя формулу
Возникающие при измерениях погрешности можно с определённой степенью условности разделить на систематические и случайные.
Систематические погрешности могут быть обусловлены, например, влиянием измерительного прибора на процесс измерения: сбит «ноль» прибора, слегка изогнута стрелка прибора, изменены физические параметры прибора и т. п.
Систематические погрешности могут также возникать из-за несовершенной методики измерений, не учитывающей факторы, негативно влияющие на точность измерений (неучёт сил трения и сопротивления среды, изменение свойств измеряемого объекта в процессе измерения и т. п.).
Если не изменять способ измерения физической величины, то при повторных измерениях в тех же условиях эта погрешность остаётся прежней.
Систематические погрешности могут быть уменьшены путём более тщательной настройки измерительных инструментов, учёта поправок, влияющих на точность измерений, использования более совершенной методики измерений и т. п.
К случайным погрешностям относятся погрешности, которые неконтролируемым образом могут изменять своё значение (по величине и по знаку) при повторных измерениях в тех же условиях. При этом факторы, случайным образом влияющие на точность измерений, могут быть самыми разными: наличие в помещении конвекционных потоков воздуха, приводящих к перепадам температуры, колебаний напряжения в электрической цепи, различное время реакции человека при включении и выключении секундомера и т. п.
Основным способом борьбы со случайными погрешностями является многократное повторение измерений физической величины. При этом в качестве окончательного результата измерений принимается среднее арифметическое значение результатов серии измерений.
Необходимость учёта времени реакции возникает, например, при измерении периода колебаний нитяного маятника. Если при помощи секундомера измерить время одного полного колебания маятника, то возникающая погрешность может быть значительной. В первую очередь эта погрешность обусловлена именно существованием отличного от нуля времени реакции человека. Поэтому при измерении периода колебаний поступают иначе: измеряют время t за N полных колебаний маятника, а затем вычисляют период по формуле Т = —. При использовании такого метода погрешность, связанная с различным временем реакции человека, существенно уменьшается.
В заключение необходимо отметить, что в числе многих причин, приводящих к появлению погрешностей, можно выделить и такой фактор, как неполное соответствие реального физического объекта, с которым проводят измерения, той физической модели, которая используется для описания наблюдаемого явления. Например, формула для периода колебаний математического маятника получена с учётом предположения, что нить нерастяжима, воздух не оказывает влияния на движение и т. п. Однако на самом деле это не так, и поэтому измеренное значение всегда будет отличаться от рассчитанного по формуле.
Следовательно, при планировании и проведении измерений необходимо помнить о существовании принципиальных различий между реальным физическим объектом и его «идеальным» образом.
Предлагаем вашему вниманию два небольших задания, которые помогут вам на практике применить некоторые методы оценки погрешностей измерений.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ «ИЗМЕРЕНИЕ ДИАМЕТРА ТОНКОЙ ПРОВОЛОКИ С ПОМОЩЬЮ МИКРОМЕТРА»
Медная проволока диаметром 0,2 — 0,4 мм и длиной около 1 м, микрометр.
Проведите с помощью микрометра не менее десяти измерений диаметра проволоки на разных её участках. Результаты измерений занесите в таблицу.
Измерить диаметр проволоки и оценить абсолютную и относительную погрешности измерений.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ «ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ»
ХОД РАБОТЫ:
Подготовьте секундомер к работе.
Включите и сразу же выключите секундомер.
Запишите полученный результат.
Повторите измерение времени реакции 6—8 раз.
Результаты измерений запишите в таблицу.
Вычислите среднее значение времени реакции.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ:
Анализ групповых результатов
Проведите аналогичные измерения для группы из 6—8 учащихся, причём каждый из участников проводит однократное измерение своего времени реакции.
Результаты измерений запишите в таблицу.
ЦЕЛЬ:
ОБОРУДОВАНИЕ:
1-й СПОСОБ
Измерить собственное время реакции. Электронный секундомер.
Сравните средние значения времени реакции в двух сериях опытов.
Удерживая линейку вертикально, зажмите её в ладони примерно на середине шкалы.
2-й СПОСОБ
Измерение времени реакции методом пролёта линейки
Металлическая линейка длиной 50 см. с миллиметровыми делениями
Зафиксируйте по делениям линейки положение нижней части ладони (положение А).
Быстро разжав пальцы, предоставьте линейке возможность свободно падать.
Сразу же после освобождения линейки сожмите пальцы и поймайте линейку.
Отметьте по линейке новое положение нижней части ладони (положение Б).
Найдите разность между положениями А и Б ладони на линейке. Эта разность равна расстоянию Л, которое пролетела линейка при свободном падении.
Сравните оценки времени реакции, полученные первым и вторым способом.
Желаем вам успеха!
Повторите опыт 6—8 раз.
Вычислите среднее значение времени реакции. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ВОДЯНЫХ СТРУЙ, НАПРАВЛЕННЫХ ПОД УГЛОМ К ГОРИЗОНТУ
ЦЕЛЬ:
Исследовать зависимость расстояния, на которое бьёт водяная струя, от угла наклона сопла к горизонту.
Сосуд с водой, гибкий шланг диаметром 8—10 мм и длиной 3—3,5 м, сопло с сужением на конце, зажим для регулировки скорости истечения воды, штатив, поддоны для сбора воды, рулетка, транспортир демонстрационный.
В качестве сосуда удобно использовать пластиковую канистру для воды объёмом 5—6 литров.

Физика. 9 класс. Тетрадь-практикум.