Физика и естествознание. Практические работы

ФИЗИКА
И  ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

ПРАКТИЧЕСКИЕ  РАБОТЫ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва
РИОР
ИНФРА-М

С.Б. АКИМЕНКО
О.А. ЯВОРУК

УДК 502/504+52+53+57(076)
ББК 20я7
 
А39

Р е ц е н з е н т ы :
д-р пед. наук, профессор С.А. Суровикина; 
канд. физ.-мат. наук, доцент В.И. Зеленский

Акименко С.Б., Яворук О.А.
Физика и естествознание. Практические работы : учеб. пособие / С.Б. Акименко, О.А. Яворук. — М. : РИОР : ИНФРА-М, 2018. — 52 с. — (Высшее 
образование: Бакалавриат). —  DOI: https://doi.org/10.12737/2832

ISBN 978-5-369-01104-1 (РИОР)
ISBN 978-5-16-006121-4 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-101225-3 (ИНФРА-М, online)

В учебном пособии представлено описание практических работ по физике и естествознанию.
Адресуется студентам вузов очной и заочной формы обучения, изучающим физику, концепции современного естествознания, преподавателям 
физики и естествознания в школе. Книга может быть также использована 
для самообразования.
УДК 502/504+52+53+57(076)
ББК 20я7

© Акименко С.Б.,
Яворук О.А.

ISBN 978-5-369-01104-1 (РИОР)
ISBN 978-5-16-006121-4 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-101225-3 (ИНФРА-М, online)

Подписано в печать 20.04.2016.
Формат 60×90/16. Гарнитура Newton. 
Бумага офсетная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 3,25. Уч.-изд. л. 3,6.
Доп. тираж 200 экз. 
Цена свободная.

ТК 400750 – 938078 – 260612

ООО «Издательский Центр РИОР»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В.
Email: info@rior.ru        www.rior.ru

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1.
Тел.: (495) 280-15-96. Факс: (495) 280-36-29.
E-mail: books@infra-m.ru     
http://www.infra-m.ru

А39

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

1. НАБЛЮДЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ 

Цель: провести наблюдение. 
Оборудование: наблюдаемый объект, средства наблюдения (выбираются самостоятельно либо предлагаются преподавателем).  
 
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ 

Наблюдение — это длительное, целенаправленное и планомерное 
восприятие предметов и явлений окружающей действительности, 
обусловленное задачами какой-либо деятельности.  
Наблюдение может рассматриваться как самостоятельный аспект 
человеческой деятельности. Оно является одним из источников наших 
знаний об окружающем мире.  
Особенно характерно отношение к наблюдению как к основному 
способу получения знания для античной науки, но и в наши дни это 
один основных методов познания в физике, астрономии, биологии, 
химии, других естественных наук. Наблюдение часто связано с другими методами познания, такими, например, как сравнение и измерение. Наблюдение может являться составной частью эксперимента. 
Существует глубокая связь наблюдения с теоретическими методами 
познания. 
Часто выделяют научное наблюдение, наблюдение как часть процесса художественного творчества, учебное наблюдение и т.п. Различные наблюдения имеют свои собственные особенности, однако 
можно выделить и общие черты, свойственные всем наблюдениям. 
 
ОСОБЕННОСТИ НАБЛЮДЕНИЯ 

1. Целенаправленность. 
2. Длительность. 
3. Систематичность. 
4. Объективность. 
5. Результативность. 
 
Большую проблему составляет интерпретация результатов проводимых наблюдений. Бывает, что результаты одних и тех же наблюдений имеют различную, а иногда даже и противоположную интерпретацию. 
Особую трудность представляет наблюдения, в которых результаты в большой мере зависят от личности наблюдателя и отношения к 
наблюдаемому объекту или явлению. 
Иногда говорят о наблюдательности как качестве личности или 
черте характера. Это важнейшее качество личности. По степени его 

выраженности в повседневной жизни иногда делают заключения о 
самом человеке, его волевых качествах, целеустремленности и самостоятельности. 
Результаты наблюдений могут существенно зависеть от используемых средств наблюдения (приборов). 
 
ЗАДАНИЕ 

Провести наблюдение объекта (явления), предложенного преподавателем и составить письменный отчёт о выполнении задания. 
 
ПЛАН ПИСЬМЕННОГО ОТЧЁТА 
О ПРОВЕДЁННОМ НАБЛЮДЕНИИ 

1. Время наблюдения и информация о наблюдателе. 
2. Цель наблюдения. 
3. Описание объекта наблюдения. 
4. Средства наблюдения. 
5. Условия наблюдения. 
6. Описание процесса наблюдения. 
7. Результаты наблюдения. 
8. Анализ результатов и выводы из них. 
 
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 

1. Что такое наблюдение? 
2. Чем наблюдение отличается от эксперимента? 
3. С какими другими методами научного познания связано наблюдение? 
4. Перечислить возможные способы фиксации результатов наблюдения. 
5. Какими особенностями обладает наблюдение как метод научного 
познания? 
6. Приведите конкретные примеры использования метода наблюдения в человеческой деятельности. 
 
ЛИТЕРАТУРА 

1. Естествознание: Энциклопедический словарь / Сост. В.Д. Шолле. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2003. 
2. Сорокин А.В. Физика: наблюдение, эксперимент, моделирование / 
А.В. Сорокин, Н.Г. Торгашина, Е.А. Ходос, А.С. Чиганов. — М.: 
БИНОМ, 2006. 
3. Усова А.В. Теория и методика обучения физике. Общие вопросы. 
Курс лекций. — СПб.: Изд-во «Медуза», 2002. 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ТЕЛ 
 
ВВЕДЕНИЕ 

Цель работы: ознакомление с методом измерения линейных размеров тел штангенциркулем. 
Оборудование: брусок, штангенциркуль 
 
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ 

В повседневной жизни довольно часто нам необходимо измерить 
длину, ширину или толщину различных предметов, определить их 
линейные размеры. Для простейших измерений широко применяются 
масштабные линейки, штангенциркули и микрометры.  
Для определения линейных размеров в пределах от одного сантиметра до нескольких метров часто используют масштабные линейки и 
рулетки с сантиметровыми и миллиметровыми делениями. Металлические линейки более прочные и точные, чем деревянные или пластмассовые, которые усыхают с течением времени и легче подвергаются 
разрушению. 
В различных отраслях производства, и в 
особенности в машиностроении, широко применяют 
штангенциркуль, позволяющий определить линейные размеры небольших деталей и предметов в пределах от 0 до 20 см с 
точностью до десятых 
и сотых долей миллиметра. 
Штангенциркуль 
(рис. 1) состоит из жесткой 
металлической 
линейки с миллиметровыми делениями (штанги) 1 и подвижной части 2 со штоком 9 
(рис. 1 а) или без него 
(рис. 2), которая может 
передвигаться вдоль линейки. На линейке и подвижной части имеются выступы (ножки) для определения внешних 3, 4 и внутренних 
5, 6 размеров деталей. Подвижная часть закрепляется стопорным 
винтом 7. 

а) 

б) 

Рис. 1 

Рис. 2 
 
На подвижной части штангенциркуля нанесена вспомогательная 
шкала — линейный нониус 8 с делениями другого масштаба, чем деления основной шкалы (рис. 1, 2). Нониус позволяет повысить точность 
измерений в 10 или 20 раз в зависимости от полного числа его делений. Отношение цены деления шкалы основной линейки к числу делений нониуса называется точностью нониуса. Точность нониуса 
обычно указывается на самом нониусе или может быть вычислена по 
формуле 
 

n
a
b 
, 
 
 
 
(1.1) 

 
где a — цена деления масштабной линейки; 
n — число делений нониуса. 
Точностью нониуса определяется абсолютная ошибка прибора, в 
котором применяется нониус.  
Число делений нониуса большинства модификаций штангенциркулей составляет 10 или 20, что позволяет измерять линейные размеры соответственно с точностью 0,1 или 0,05 мм.  
Измерение штангенциркулем производят следующим образом. Когда ножки штангенциркуля сдвинуты, нуль нониуса должен совпадать 
с нулем основного масштаба (рис. 3 а). Измеряемый предмет зажимается между рабочими частями подвижной и неподвижной ножек 
штангенциркуля.  
Отсчет производят следующим образом: 
1) по основному масштабу отсчитывают целое число миллиметров (k) 
до нулевого штриха нониуса (рис. 3 б); 
2) находят номер штриха нониуса (m), совпадающего с какимлибо штрихом основной шкалы или близко расположенного от 
него; 

3) искомую величину (размер предмета) рассчитывают по формуле 
 
mb
ka
L


, 
 
 
(1.2) 
 
где a — цена деления основного масштаба, 
b — цена деления нониуса. 
Например, показание штангенциркуля, представленное на рис. 3 б, 
соответствует 72,45 мм. 
 

 
Рис. 3 
 
С помощью штангенциркуля можно определить внешние и внутренние размеры деталей, например, внешний и внутренний диаметр 
трубок, а также глубину вырезов и отверстий посредством штока 9 
(рис. 1 б). Для измерения внутренних размеров используются наружные поверхности ножек 5 и 6 (рис. 1, 2). При этом к отсчету по нониусу необходимо прибавить суммарную толщину ножек, которая указана на штангенциркуле.  
 

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ 

Задание 1. С помощью штангенциркуля измерить длину l, ширину 
d и высоту h бруска. Измерения каждой величины провести не менее 
5 раз в различных точках. Данные занести в табл. 1. 
 
Таблица 1 
№ 
l, 10–3 м 
Δl, 10–3 м 
d, 10–3 м 
Δd, 10–3 м 
h, 10–3 м 
Δh, 10–3 м 

1 
 
 
 
 
 
 

2 
 
 
 
 
 
 

3 
 
 
 
 
 
 

4 
 
 
 
 
 
 

5 
 
 
 
 
 
 

Среднее 
значение 
 
 
 
 
 
 

 
Задание 2. Рассчитать инструментальную, случайную, максимальную и относительную ошибки всех измеренных величин. 
 
Задание 3. Рассчитать объем бруска по формуле 
 
h
d
l
V



, 
 
 
(1.3) 
 
используя средние значения измеренных величин. 
 
Задание 4. Вывести формулу расчета абсолютной погрешности 
объема бруска, рассчитать ошибку измерения объема. Окончательный 
результат записать в виде 
 

max)
(
V
V
V



 м3 
 
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 

1. Что такое нониус и для чего он служит? 
2. Что такое точность нониуса? 
3. Какова точность нониуса штангенциркуля, с помощью которого 
производились измерения в данной работе? 
4. От чего зависит точность штангенциркуля? 
5. Как изменится точность нониуса при увеличении числа его делений в два раза? Изменится ли при этом точность измерений? 
6. Можно ли считать абсолютно точными результаты измерений 
длины бруска штангенциркулем, если все десять его показаний 
совпали? 
7. Как определяется абсолютная ошибка измерения объема бруска? 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Ергопуло Е.В. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Концепции современного естествознания» (физические концепции). — М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2001. 
2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум. — М.: Высшая школа, 2002. 
3. Лабораторный практикум по общей и экспериментальной физике: 
Учебное пособие для студентов вузов / В.Н. Александров, С.В. Бирюков, И.А. Васильева и др. Под ред. Е.М. Гершензона и 
А.Н. Мансурова. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. 
 

3. НАУЧНЫЙ ФАКТ 
 
Цель работы: изучение способов экспериментальной проверки научных фактов. 
Оборудование: монета. 
 
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ: 
ФАКТЫ В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ 

Наука претендует на точное описание изучаемой действительности. Науки о природе являют нам великое богатство и разнообразие 
фактического материала. Высказывание И.П. Павлова «факты — это 
воздух учёного» знакомо каждому экспериментатору: факты являются 
фундаментом всего процесса научного исследования. Именно с фактов начинается наука. 
Факты можно искать, выбирать, отбирать, исследовать, оценивать, 
сопоставлять. Факты могут ввести в заблуждение, неправильный их отбор может обмануть. Научные факты могут находиться в противоречии с 
житейским опытом, обыденно-бытовым знанием и здравым смыслом. 
Научные факты тоже бывают противоречивы, но не следует бояться обнаружения этих противоречий: они могут вдохновить исследователя на интеллектуальные усилия в установлении истины. Факты могут вызывать у исследователя желание отыскать связи между ними, не 
всегда очевидные, но всегда желанные. 
Общепризнано рассмотрение научного факта как элемента знаний, 
выполняющего определённые гносеологические и дидактические 
функции. Это рассмотрение имеет глубокие корни: «Факт — это не 
само явление, а знание о нём», «факт — достоверное знание о действительном явлении (событии)», «факт — резюме данных», «факт — 
достоверные данные опыта». 
Возможны различные классификации научных фактов. Принципы 
классификации вытекают из сущности и специфики фактов. Классификации фактов опираются на специфику отражаемых явлений, способы фиксирования, типы описания, степени обобщённости, уровни 
значимости. Различают, например, единичные и общие факты. Известна классификация фактов по отраслям наук: естественно-научные, 
экономические, исторические, социальные и т.д. Или такие классификации: факты природы, факты социальные; наблюдательные и экспериментальные факты; качественные и количественные; простые и 
сложные; факты-события, факты-ситуации, факты-процессы; единичные и общие; типичные и нетипичные (аномальные) факты. 
В практике научных исследований постоянно возникают вопросы 
рассогласования некоторых фактов с теоретическими предсказаниями. В этом случае исследователь решает проблему, стоит ли ему пожертвовать теорией, либо он должен признать сомнительными факты.