Физика в школе, 2024, № 7
научно-методический журнал
Покупка
Новинка
Тематика:
Педагогика общего среднего образования
Издательство:
Школьная Пресса
Наименование: Физика в школе
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 68
Дополнительно
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
К 130-летию со дня рождения Петра Леонидовича Капицы А.Ф. Иоффе в 1929 году дал достойную оценку своего ученика: «Петр Леонидович, совмещающий в себе гениального экспериментатора, прекрасного теоретика и блестящего инженера, — одна из наиболее ярких фигур в современной физике» Петр Леонидович Капица (1930) Петр Леонидович Капица в лаборатории Портрет профессоров П.Л. Капицы и Н.Н. Семёнова. 1921 год. Художник Б.М. Кустодиев Л.Д. Ландау и П.Л. Капица П.Л. Капица с механиком Яковлевым на гелиевом ожижителе
№ 7 2024 НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ ИЗДАЕТСЯ С МАЯ 1934 г. ФИЗИКА В ШКОЛЕ Образован в 1934 году Наркомпросом РСФСР. Учредитель — ООО «Школьная Пресса». Журнал выходит 8 раз в год МЕТОДИКА. ОБМЕН ОПЫТОМ (METHODOLOGY. EXCHANGE OF EXPERIENCE) В.В. Майер, Е.И. Вараксина Дидактический ресурс проектной деятельности: задача на закон Ома для полной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ (PEDAGOGICAL TECHNOLOGIES) Н.А. Антонова Мультзадачи как средство формирования функциональной грамотности при обучении физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ (INFORMATION TECHNOLOGIES) Н.Б. Федорова, О.В. Кузнецова, О.В. Кудлай Применение цифровой лаборатории PHYWE (физика) во внеурочной деятельности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ (TASKS AND QUESTIONS) Б.А. Мукушев, Ж.М. Битибаева, А.Т. Курманжанов Формирование оценочных умений школьников при изучении физических явлений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ЭКСПЕРИМЕНТ (EXPERIMENT) Ю.А. Портнов, И.Л. Мальшакова Деятельностный подход в изучении астрономии: новый взгляд на организацию школьного кружка (часть 2) . . . . . . . . . . . . . . . . 27 В.В. Филиппов, В.В. Климентьев, Д.Д. Лыков Практическое изучение школьниками эффекта Холла в полупроводниках . . . . . 36 Д.Н. Мамаджонов Установка для демонстрации движения зарядов в магнитном поле . . . . . . . . . . 41
М.Т. Рахматуллин Этнокультурный подход к проведению физического эксперимента на примере звуковых колебаний и волн. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 АСТРОНОМИЯ (ASTRONOMY) В.В. Свиридов, Е.И. Свиридова Физическое путешествие на обратную сторону Земли (атмосфера) . . . . . . . . . . 50 В.В. Юрков Нужен ли школьный телескоп . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Журнал рекомендован Высшей аттестационной комиссией (ВАК) Министерства образования и науки Российской Федерации в перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук. Журнал зарегистрирован в базе данных Российского индекса научного цитирования. Распространяется в печатном и электронном виде. Главный редактор Е.Б. Петрова, д.п.н., доцент / Petrova, E.B. DrSci in Education, Associate Professor Зав. редакцией Е.Б. Перская / Perskaya, E.B. Состав редколлегии Демидова М.Ю., д.п.н., доцент Demidova M.Yu., DrSci in Education, Associate Professor Засов А.В., д.ф.-м.н., академик МАН, профессор Zasov A.V., DrSci of Physics and Mathematics, Academician of the MAS, Professor Королев М.Ю., д.п.н., к.ф.-м.н., доцент Korolev M.Yu., DrSci in Education, PhD of Physics and Mathematics, Associate Professor Майер В.В., д.п.н., профессор Mayer V.V., DrSci in Education, Professor Plakhotnik T.V., PhD of Physics and Mathematics, privat-docent, school of mathematics and physics, University of Queensland, Australia Милинский А.Ю., д.ф.-м.н., доцент Milinskiy A.Yu., DrSci of Physics and Mathematics, Associate Professor Наумов А.В., д.ф.-м.н., доцент, профессор РАН, член-корреспондент РАН Naumov A.V., DrSci of Physics and Mathematics, Professor Russian Academy of Sciences, Corresponding Member of Russian Academy of Science Пентин А.Ю., к.ф.-м.н. Pentin A.Yu., PhD of Physics and Mathematics Плахотник Т.В., к.ф.-м.н., приват доцент, школа математики и физики университета Квинсленда, Австралия Сауров Ю.А., д.п.н., профессор, член-корреспондент РАО Saurov Yu.A., DrSci in Education, Professor, Corresponding Member of Russian Academy of Education Федорова Н.Б., д.п.н., доцент Fedorova N.B., DrSci in Education, Associate Professor Ханнанов Н.К., к.х.н. Khannanov N.K., PhD in chemical Sciences Царьков И.С., к.т.н., зам. директора Tsarkov I.S., PhD in Technology, associate Director Чулкова Г.М., д.ф.-м.н., доцент Chulkova G.M., DrSci of Physics and Mathematics, Associate Professor ООО «Школьная Пресса» Корреспонденцию направлять по адресу: 127254, г. Москва, а/я 62 Тел.: 8 (495) 619-52-87, 619-52-89. Интернет http: // www.школьнаяпресса.рф E-mail: fizika@schoolpress.ru Формат 84×108/16. Усл. п. л. 4,0. Изд. №3920. Заказ Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия, свидетельство о регистрации ПИ № ФС 77-38550 от 21.12.09. Издание охраняется Гражданским кодексом РФ (часть 4). Любое воспроизведение материалов, размещенных в журнале, как на бумажном носителе, так и в виде ксерокопирования, сканирования, записи в память ЭВМ, и размещение в Интернете запрещается. Отпечатано в АО «ИПК «Чувашия», 428019, г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, д. 13. © ООО «Школьная Пресса», © «Физика в школе», 2024, № 7
МЕТОДИКА. ОБМЕН ОПЫТОМ METHODOLOGY. EXCHANGE OF EXPERIENCE Физика в школе. 2024. № 7. С. 3–8 Physics at School. 2024. No. 7. P. 3–8 ДИДАКТИЧЕСКИЙ РЕСУРС ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ: ЗАДАЧА НА ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ DIDACTIC RESOURCE OF PROJECT ACTIVITY: THE PROBLEM OF OHM’S LAW FOR A COMPLETE ELECTRICAL CIRCUIT Научная статья Scientific article ББК 74.262.23 УДК 372.853 DOI 10.47639/0130-5522_2024_7_3 В.В. Майер, д.п.н., профессор, заведующий кафедрой физики и дидактики физики, Глазовский государственный инженерно-педагогический университет имени В.Г. Короленко, г. Глазов, Удмуртская Республика; varaksina_ei@list.ru V.V. Mayer, DrSci (Pedagogy), Professor, the head of the chair of physics and didactics of physics, Glazov State University of Engineering and Pedagogical named after V.G. Korolenko, Glazov, the Udmurt Republic; varaksina_ei@list.ru E.I. Varaksina, PhD (Pedagogy), the associate professor, Glazov State University of Engineering and Pedagogical named after V.G. Korolenko, Glazov, the Udmurt Republic; varaksina_ei@list.ru Е.И. Вараксина, к.п.н., доцент, Глазовский государственный инженерно-педагогический университет имени В.Г. Короленко г. Глазов, Удмуртская Республика; varaksina_ei@list.ru Keywords: student project, didactic resource, direct current, Ohm's laws for a section and a complete circuit Ключевые слова: ученический проект, дидактический ресурс, постоянный ток, законы Ома для участка и полной цепи Abstract. A didactic resource of a student project on the transformation of a standard theoretical problem on a DC circuit into a research problem requiring an experimental solution is presented Аннотация. Представлен дидактический ресурс ученического проекта по превращению стандартной теоретической задачи на цепи постоянного тока в исследовательскую проблему, требующую экспериментального решения © Майер В.В., Вараксина Е.И., 2024 Образец задания ЕГЭ: «Чему равно сопротивление внешней цепи?» Информация В учебниках физики для 10 класса, изданных в 2016 и в 2024 годах [1, с. 350, 408] и [2, с. 369, 427], в качестве образца задания ЕГЭ приведена одна и та же задача с ответами, которая здесь воспроизведена (рис. 1). Решение этой задачи очевидно. К источнику ЭДС ε подключен резистор R, являющийся нагрузкой или внешней цепью для источника. Параллельно резистору включен вольтметр. Он показывает напряжение на резисторе U = 9 В. Последовательно с резистором включен амперметр, который показывает силу тока I = 3 А, идущего че А, идущего чеА, идущего через резистор. По закону Ома для участка цепи сопротивление резистора равно R = U/I = 9/3 = 3 (Ом). Но среди приведен (Ом). Но среди приведен(Ом). Но среди приведенЛюбое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
ФИЗИКА В ШКОЛЕ 7/2024 PHYSICS AT SCHOOL 7/2024 Рис. 1 1. Теория. В тексте задачи есть неиспользованное при решении условие: «сопротивление нагрузки в 5 раз больше внутреннего сопротивления источника тока». Это наводит на мысль, что в задаче необоснованно предполагается, что подключенный непосредственно к источнику вольтметр измеряет ЭДС источника, а не напряжение на источнике и равное ему напряжение на нагрузке, в качестве которой использован резистор сопротивлением R. В таком случае для решения задачи нужно применять закон Ома для полной цепи: , I R r где r = R/5 – внутреннее сопротивление источника. Тогда сопротивление нагрузки 5 5 9 2,5 (Ом) 6 6 3 R I ных вариантов ответа такого значения вообще нет! Однако в конце учебников [1; 2] даны ответы к заданиям ЕГЭ, поэтому можно прочесть, что правильный ответ к задаче: R = 2,5 Ом. Проблема Таким образом, попытка решения задачи ЕГЭ обнаруживает противоречие между алгоритмом использования закона Ома при решении задач на цепи постоянного тока, которому учит школьный учебник, и примером задачи в том же учебнике, для решения которой этот закон используется вопреки усвоенному алгоритму. В итоге возникает проблема: как устранить обнаруженное противоречие? Идея Для ее решения можно познакомиться с учебниками физики более высокого уровня, чем школьный, или попытаться обнаружить решение обсуждаемой задачи в многочисленных решебниках, которые нетрудно найти на книжных полках или в интернете. Но эти способы малоудовлетворительны, так как они основаны на чужом мнении и по большому счету ничего не доказывают. Поэтому совершенно естественна гипотеза: если в школьном учебнике действительно допущена ошибка при решении образца задачи для ЕГЭ, то специально разработанный учебный эксперимент позволит убедительно это доказать или опровергнуть. Вариант решения Для этого вначале нужно найти ответ на вопрос: «Как при решении задачи могло получиться значение сопротивления R = 2,5 Ом?», а затем на опыте проверить правильность теоретических рассуждений. действительно совпадает с приведенным в учебнике ответом. Теперь нет никаких сомнений, что автор учебника ошибся, и причина этой ошибки установлена правильно. Действительно, в любой схеме электрической цепи по умолчанию предполагается, что сопротивления проводов, соединяющих элементы цепи, равны нулю, а измерительные приборы идеальны. Поэтому в цепи с нагрузкой подключенный к источнику вольтметр показывает не ЭДС источника, а напряжение на нагрузке или, что то же самое, напряжение на источнике. Однако теоретические рассуждения нуждаются в экспериментальном обосновании хотя бы потому, что в окружающем мире нет проводов, сопротивления которых равны Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
МЕТОДИКА. ОБМЕН ОПЫТОМ METHODOLOGY. EXCHANGE OF EXPERIENCE 5 нулю. Кроме того, безупречна логика, которую убежденно высказывают некоторые учителя: «Не может быть, чтобы академики, одобрившие школьный учебник физики, в течение почти десятилетия не смогли устранить неточность в столь простой задаче»! 2. Эксперимент. Для выполнения эксперимента нужно вначале продумать и создать необходимые условия. Так как опыт должен быть учебным, то в первую очередь требуется обеспечить его безопасность. Поэтому в качестве источника электрического тока имеет смысл выбрать батарейку на 4,5 В. Нагрузкой такого источника может служить лампа накаливания, рассчитанная на напряжение 6,3 В и ток силой 0,26 А. Амперметр с пределом измерения 2 А и вольтметр с пределом измерения 5 В можно взять из школьного набора для лабораторных работ. учебников, показан на фотографии, приведенной на рисунке 2.1. На ней видно, что лампа накаливания не горит, так как она вывернута из патрона и лежит на столе рядом с предназначенной для нее стойкой. В этом случае цепь разомкнута, амперметр и вольтметр показывают значения силы тока в цепи I = 0 и напряжение на источнике, равное его ЭДС: U = ε = 4,8 В. Опыт 2. Цепь замкнута. Лампу вворачивают в патрон так, чтобы она загорелась (рис. 2.2). При этом электроизмерительные приборы показывают, что в цепи напряжение на источнике и на лампе U = 4,5 В, а сила тока, идущего через лампу, I = 0,25 А. Вычисления по закону Ома для участка цепи и для полной цепи дают следующие значения: сопротивление лампы R = U/I = 4,5/0,25 = 18 (Ом), а внутреннее сопротивление батареи r = ε /I – R = 4,8/0,25 – 18 = 1,2 (Ом). Рис. 3 Рис. 2 Опыт 1. Цепь разомкнута. Внешний вид установки, собранной в соответствии со схемой (рис. 1), взятой из школьных Из проделанных опытов следует вывод: учебный эксперимент подтвердил справедливость гипотезы исследования. Однако убедительность этого вывода возрастет, если опыт повторить с источником, имеющим ту же ЭДС, но другое внутреннее сопротивление. На рисунке 3 представлена схема цепи, позволяющая это сделать. На ней новый источник с ЭДС ε = 4,8 В и внутренним сопротивлением r + r' = 1,2 + 13 = 14,2 (Ом) выделен пунктиром. Сопротивление добавочного резистора r' = 13 Ом выбрано для того, чтобы повысить выразительность опыта. Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
ФИЗИКА В ШКОЛЕ 7/2024 PHYSICS AT SCHOOL 7/2024 тивление которого практически не зависит от температуры. Но это уже направления дальнейшего исследования. Рис. 4 Опыт 3. Внутреннее сопротивление увеличено. В предыдущих опытах напряжение на нагруженном источнике отличается от ЭДС незначительно. Это связано с малой величиной внутреннего сопротивления используемой батареи гальванических элементов. Чтобы более наглядно убедиться в справедливости закона Ома для замкнутой цепи, искусственно увеличивают внутреннее сопротивление батареи. Резистор с номиналом r' = 13 Ом подключают к положительному полюсу батареи и полагают, что положительный полюс полученного источника тока находится на свободном выводе резистора. Выворачивают лампу накаливания из патрона, чтобы ток через нагрузку отсутствовал, и вольтметр подключают к полюсам нового источника тока (рис. 4.1). Он вновь показывает ЭДС, которая осталась прежней, как показано на рисунке 2.1: U = ε = 4,8 В, при этом сила тока во внешней цепи I = 0. Опыт 4. Цепь источника с большим внутренним сопротивлением замкнута. Лампу вворачивают в патрон. Замечают, что она горит с меньшим накалом (рис. 4.2), чем в опыте 2. Теперь напряжение на источнике и на лампе U = 2,2 В, а сила тока, идущего через лампу, I = 0,2 А. Вычисления показывают, что сопротивление лампы стало R = 11 Ом; это меньше, чем было в опыте 2, потому что спираль лампы раскалена слабее. Вычисленное значение внутреннего сопротивления источника r + r' = 13 Ом не совпадает с данными опыта 2 (14,2 Ом), так как измерения напряжения и силы тока школьными лабораторными приборами произведены с большими погрешностями. Доказательство справедливости последних утверждений школьники получат, если произведут оценку изменения сопротивления спирали лампы в зависимости от температуры и вычислят погрешности измерений физических величин в опытах. Интерес представляет также замена лампы накаливания, служащей индикатором наличия тока в цепи, постоянным резистором, сопроИспользование на уроке Учебное исследование содержания задачи ЕГЭ об определении сопротивления внешней цепи [1; 2] обучающиеся выполняют в процессе внеурочной проектной деятельности. При этом они фотографируют результаты своих экспериментов так, чтобы стала очевидной принципиальная схема электрической цепи и были отчетливо видны показания приборов. На уроке по подготовке к ЕГЭ целесообразно продемонстрировать не натурный эксперимент, а фотографии его результатов, подобные показанным на рисунках 2 и 4. Дело в том, что батарейки могут оказаться низкого качества или подсевшими. В этом случае в процессе демонстрации будут изменяться параметры источника тока и показания электроизмерительных приборов. Фотогра Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.