О нерешённых проблемах или физика вокруг нас

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

СЕМИНАРА ПО ФИЗИКЕ НА ТЕМУ:

«О нерешённых проблемах или физика вокруг нас»

Автор: преподаватель ГБОУ СПО

«Жирновский нефтяной техникум»

Долгова Татьяна Васильевна

Жирновск 2013

Цель семинара ? кружка: научить ребят удивляться явлениям природы, объяснять их, опираясь на приобретенные знания.

Занятие проводится как открытое заседание кружка, на которое приглашаются кроме кружковцев все учащиеся (обычно планируется на конец учебного года).

Семинар открывается песней:

Когда-то Лобачевский думал,

Кутаясь в пальто:

«Как мир прямолинеен,

Видно, что-то здесь не то!»

Но он огляделся пристально

В безоблачную высь

И там все параллельные

Его пересеклись.

Всё известно вокруг,

Тем не менее

На Земле еще много того,

Что достойно, поверь, удивления

И твоего и моего.

Удивляйся росе,

Удивляйся цветам,

Удивляйся, упругости стали,

Удивляйся тому,

Чему люди порой

Удивляться уже перестали!

Ведущая: Уважаемые друзья! Сегодня вы присутствуете на очередном заседании нашего кружка ? семинара из цикла: «Физика вокруг нас». У нас в гостях всемирно известный исследователь ? философ Кифа Васильевич, человек, который при решении любых вопросов ищет суть проблемы. Его девиз: «Смотри в корень». Свое имя ученый получил от литературных предков: Кифы Мокиевича из поэмы Н.В. Гоголя «Мёртвые души» и Василия Семи-Булатова из рассказа А.П. Чехова «Письмо к учёному соседу». А теперь поприветствуем его!

(раздаются аплодисменты)

Преподаватель: Дорогие друзья! Я искренне рада нашей встрече. Как неизменный ревнитель просвещения, я всегда завидовала ученым, ведущим битву за знания на переднем крае науки. Термоядерный синтез, чёрные дыры, генная инженерия ? вот они, славные рубежи этой нынешней научной битвы. Однако, снимая шляпу перед первопроходцами и первооткрывателями, я вместе с тем утверждаю, что не только на переднем крае науки, но и в глубоком её тылу, остались островки непознанного. И посему, здесь есть ещё место научных открытий нам, добровольцам научного поиска. И ещё есть ряд интересных вопросов, над которыми стоит подумать.

Позвольте привести пример. Совсем недавно я возвращалась в Москву из очередной командировки на самолёте, и меня заинтересовало увиденное явление. Я сняла его на киноплёнку и предлагаю вам посмотреть.

(демонстрируется без звука учебный кинофильм «Образование и виды облаков»)

Преподаватель: (комментирует фильм)

За стеклом иллюминатора знакомая картина: вверху ? ослепительно сияющее Солнце, внизу ? освещённые или белоснежные, как сугробы, кучевые облака. Поэты, может быть, осудят меня за банальное сравнение. Но я не поэт, я естествоиспытатель и преклоняюсь не Мельпомене, а Урании ? музе науки. Сходство сугробов и облаков я вижу не только в белом цвете. Очертания газообразного облака столь же чётки, как границы сугроба ? твёрдого тела. А ведь, казалось бы, у облака, летучего и эфемерного, края должны размываться, постепенно переходя в безбрежную прозрачность атмосферы. Какие-то силы удерживают частицы в облаке. Какие же? Наука знает четыре вида взаимодействия: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое. Электрические силы вряд ли могут придать облаку стойкую форму ? оттого, что частицы его одинаковы, они и заряд, по всей видимости, имеют одного знака. А одинаковые заряды отталкиваются, что должно было бы вызвать «расплывание» облака. Перебрав аналогичным образом остальные взаимодействия, я по здравому размышлению заключила: ни одно из них тут не подходит. Но любая задача должна иметь решение. И я начала размышлять. Думы мои привели меня к такому заключению: Солнце нагревает землю и испаряет влагу с её поверхности. Расширяясь при нагревании, влажный воздух становится менее плотным и, по закону Архимеда, поднимается вверх. Но чем выше, тем холоднее, а чем холоднее, тем ниже то значение влажности, при повышении которого, содержащаяся в воздухе влага начинает конденсироваться в мелкие водяные капельки. Они образуются, когда поднимающийся влажный воздух достигает определённой высоты. Поэтому пространство за восходящим потоком воздуха заполняется капельками тумана, возникает кучевое облака.

Солнце неодинаково нагревает отельные участки земной поверхности. Неодинаковыми оказываются и восходящие от них объёмы тёплого воздуха, его влажность. Как следствие, различной оказывается и высота кучевых облаков. Причём верхняя их поверхность имеет характерный кучеобразный профиль, давший повод называть их кучевыми, как правило, ровная: ведь слой атмосферы, где температура воздуха одинакова, лежат примерно на одной высоте, так что уровень, выше которого начинается конденсация содержащейся в воздухе влаги, пролегает параллельно земной поверхности. Если капелька выйдет из воздуха и опустится ниже этой поверхности, она испарится, поскольку тут содержание влаги в воздухе ниже предельного. Вот почему у кучевого облака столь чёткая нижняя граница. А почему столь чёткая граница верхняя? Тёплый влажный воздух, поднимающийся от земли и занимающий своё место наверху, вытесняет оттуда сухой холодный воздух. Уходя вниз, он обтекает массу тёплого воздуха и если облачная верхняя капля попадает в этот исходящий поток, то она испарится, поскольку воздух там сухой т содержание влаги в нём ниже предельного. Таким образом, выходя за пределы облака, капли превращаются в невидимый водяной пар, при этом сохраняются чёткие границы облака. Они обрисовывают ту область пространства, где влага находится в виде капелек, а не некую устойчивую совокупность капель, и нет никакой необходимости в поисках сил, удерживающих их друг подле друга. Такое моё соображение.

(после паузы)

А умеете ли вы, друзья, решать проблемы? Можете ли вы объяснить мне: почему небо голубое?

(с этим вопросом Кифа Васильевич обращается к участникам семинара)

Студент 1: Можно мне попробовать? Я любитель математики и поэтому попытаюсь разрешить эту проблему, рассуждая от противного, как в ней принято. Итак, предположим противное ? небо не голубое; значит, оно обладает каким-то другим цветом. Каким? Чёрным? Тогда днём было бы темно, как ночью. Белым? Тогда облака визуально не были бы видны, что противоречит наблюдениям. Жёлтым или зелёным? Тоже не годиться, ибо в первом случае на его фоне не было бы различимо Солнце, а во втором ? деревья, что опять таки не согласуется с практикой. Красным? Но сей цвет возбудительно действует на быков, и в погоне за ним эти животные развивали бы беспорядочную беготню по земной поверхности, что, к счастью, не наблюдается. Поэтому за неимением приемлемой альтернативы небо днём пребывает голубым.

Преподаватель: Ну что ж, весьма оригинальное решение. Я вижу, вам присуще чувство юмора, что впрочем, неудивительно: настоящих исследователей оно ни покидает никогда. Друзья, может у вас есть ко мне вопросы?

Студент 2: Разрешите, Татьяна Васильевна? Я люблю музыку, у меня большая фонотека. Но недавно, прослушивая старые записи, я обратил внимание на то, что во время одной из пауз очень тихо прозвучала музыкальная фраза, которую певец повторил уже более громким голосом буквально через несколько мгновений. Прислушиваясь, я обнаружил, что это не случайность, а система. Я подумал: передо мной представлено будущее, отдалённое от настоящего всего секундой - другой, и это зафиксировано на бесстрастной магнитной ленте. Вот прослушайте.

(включает звукозапись).

Кифа Васильевич Действительно! Есть над чем задуматься! Давайте вспомним мой девиз «Смотри в корень!» и попробуем разрешить эту проблему.

Я рассуждаю так. Идёт звукозапись. Электрические сигналы от микрофона поступают катушку индуктивности с ферромагнитным сердечником, находящимся в магнитной головке. Мимо головки скользит магнитная лента. Под действием магнитного поля катушки в магнитном слое ленты возникает остаточная намагниченность. Вдоль ленты с помощью этих участков от микрофона. Когда во время звуковоспроизведения лента скользит мимо головки, в последней возбуждаются электрические сигналы, соответствующие картине остаточной намагниченности в магнитном слое ленты. Сигнал поступает в динамик, и тот воспроизводит записанные звуки.

Магнитная лента хранится в кассетах, где её витки плотно прилегают друг к другу. Если на каком-нибудь участке ленты остаточная намагниченность велика, то магнитный слой соседнего витка может под её воздействием немного перемагнититься. Эта своеобразная копия ? дубль может оказаться заметной, особенно, если участок ленты, на котором она запечатлелась, при записи оказался чистым, т.е. пришёлся на паузу. Если участок ? копия находится на внутреннем по отношению к участку ? оригиналу витке ленты, то при звуковоспроизведении он пройдёт мимо магнитной головки, чем участок ? оригинал; поэтому снятый с него сигнал воспримется как слабое эхо первого сигнала. Если же он расположен на внешнем витке, то мимо магнитной головке он пройдёт раньше и возникнет то любопытное явление, о котором говорил юный друг.

(после небольшой паузы)

Ну, вот еще одна проблема решена! А теперь я предлагаю сделать музыкальный антракт. Надеюсь, наш любитель музыки порадует нас ещё своими записями. Я предлагаю всем потанцевать.

(танцуют)

Преподаватель: Наступил черёд интересных вопросов из моей записной книжки. Одной итальянской студентке на экзамене был задан следующий вопрос: «Как вам известно, точка кипения прованского масла выше, чем точка плавления олова. Как объяснить, почему можно жарить пищу на прованском масле в лужёной оловом кастрюле?». Что должна была ответить студентка, чтобы получить хороший балл?

Студент 3: Когда жарят, кипит не масло, а вода, содержащаяся в пище. Поэтому, пока она вся не выкипит, температура не поднимется выше 100° С. По этой же причине можно вскипятить воду в бумажном кульке.

(демонстрирует опыт)

Преподаватель: А теперь вопрос к хозяйкам. Известно, что с понижением давления температура кипения воды уменьшается. Почему же в таком случае не изготавливают кухонные кастрюли с отсосом воздуха? Ведь это бы позволило сэкономить топливо.

Студент 4: Для варки еды важен не сам факт кипения, и температура, при которой оно происходит. В кипятке с температурой, например 50°С, ни сварятся ни мясо, ни рыба, даже не всякий любитель чая удовлетворится этим напитком такой температуры.

Преподаватель: Ещё вопрос: «Среди электромонтёров широко распространено выражение: горячая пайка всегда холодная, а холодная пайка всегда горячая. Как следует понимать эту профессиональную поговорку?».

Студент 5: Холодной пайкой монтеры называют скрутку проводов.

Сопротивление такой пайки велико, поскольку контакт получается плохим и обладает большим сопротивлением. В нем, согласно закону Джоуля - Ленца (Q = J²Rt) при прохождении тока выделяется с него тепла, поэтому место холодной пайки сильно нагревается. Горячая пайка выполняется паяльником; она обеспечивает надёжный контакт проводов, поэтому спай обладает небольшим сопротивлением и током нагревается мало.

Преподаватель: Я очень торопилась, но перед уходом из дома хотела выпить тёплого чая со сливками. Как я должна была поступить, имея в своём распоряжении горячий чащ чтобы скорее остудить напиток: сразу налить сливки, а затем выждать 5 мин, или сначала выждать 5 мин, а потом долить сливки? Если считать, что от перемены мест слагаемых сумма не меняется, можно поступить как угодно. Однако не зависит ли в данном случае конечный результат от последовательности действий?

Студент 6: За одно и тоже время одинаковые тела отдают в окружающее пространство тем больше теплоты, чем сильнее их температура отличается от температуры окружающей среды. Поэтому остывание сначала происходит быстро, а затем всё медленнее. Следовательно, разумнее было выждать 5 мин., в начале, когда теплота теряется остывающим телом быстрее и его температура интенсивно снижается.

Преподаватель: Переход тепла от одного тела к другому происходит только в том случае, если они обладают разной температурой. Поэтому непонятно, почему испаряется налитая в блюдце вода, имеющая температуру окружающего воздуха. Ведь для испарения жидкости необходимо определённое количество теплоты, которое она должна получить.

Студент 7: При любой температуре внутри жидкости имеются как быстрые, так и медленные молекулы. Испарение происходит за счёт ухода из жидкости быстрых молекул, обладающих энергиями, достаточными для преодоления сил сцепления. После того как они покинут жидкость, средняя скорость оставшихся молекул уменьшается, и температура жидкости понижается.

Преподаватель: Меня всегда интересовало: смогла бы я ориентироваться на Луне с помощью магнитного компаса, если бы мне пришлось ступать на неё поверхность?

Студент 8: К сожалению, воспользоваться компасом вы не смогли бы, так как Луна не имеет собственного магнитного поля.

Преподаватель: Почему научно - исследовательские суда, предназначенные для изучения магнитного поля Земли (например «Витязь», «Заря»), строят из древесины, а для скрепления деталей применяют винты из бронзы, латуни?

Студент 9: Стальные и железные детали судна, являясь ферромагнетиками, искажали бы картину магнитного поля земли и мешали бы точным измерениям. Дерево, бронза, латунь не влияют на показания соответствующих приборов.

Преподаватель: На сегодня хватит, я исчерпал вопросы из моей записной книжки. Теперь я знаю, что вы тоже живёте под девизом «Смотри в корень». Мне понравилась песня, которую мы спели вначале, там есть мудрые слова: «...удивляйтесь тому, чему люди порой удивляться уже перестали». Удивляйтесь, и мир станет для вас интереснее. До новых встреч!

Ведущая: Ребята, закончим семинар этой песней! (поют)

Достоинства этой внеклассной формы занятий я вижу в том, что семинар учащиеся полностью готовят и ведут сами, почти не прибегая к моей помощи. На занятии им удаётся показать не только свои знания по физике, но и эрудицию, артистизм. Полезен, мне кажется и азарт во время подбора и обсуждения вопросов.

В заключении остановлюсь на том, как мы готовим этот и подобные ему семинары. Подготовку к занятию делим на 2 части:

1. Инициативная группа из 4-6 человек, просматривая литературу, например журнал «Наука и жизнь», отбирают материал для монологов. Режиссеры создают сценарии встречи.

2. Объявляется конкурс на вопросы из «записной книжки». За 2 недели до проведения семинара вывешиваем конверт для вопросов и объявляем их темы. Просим вносить свои предложения. Через неделю из полученных вопросов отбираем наиболее подходящие и интересные; обговариваем с кружковцами возможные варианты ответов.

Поступаем и иначе. Вопросы готовит инициативная группа по рекомендуемой литературе, например:

Хилькевич С.С. «Физика вокруг нас», М.: Наука, 1985 г;

Тульчинский М.Е. «Качественные задачи по физике в средней школе», М.: Просвещение, 1972 г;

Ланге В.Н. «Физические парадоксы и софизмы», М.: Просвещение, 1978 г.

Заранее предлагаем ознакомиться с вопросами, не раскрывая, конечно, ответов на них.

кипение тепло температура магнитный

Размещено на Allbest.ru