VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В данный момент идет реформирование российского образования на всех ступенях обучения: в школе, колледже и ВУЗе. Внедряется ФГОС третьего поколения, в котором применяется компетентностный подход. Этот подход предполагает ориентацию обучения на результат деятельности. В связи с этим необходимо пересматривать содержание обучения, методические подходы и средства контроля. ФГОС включает требования к результатам освоения основных образовательных программ, в том числе требования к результатам обучающихся:

• личностные, включающие готовность и способность обучающихся к саморазвитию, сформированность мотивации к обучению и познанию, ценностно-смысловые установки обучающихся, отражающие их индивидуально-личностные позиции, социальные компетенции, личностные качества; сформированность основ гражданской идентичности.

• метапредметные, включающим освоенные обучающимися универсальные учебные действия (познавательные, регулятивные и коммуникативные), обеспечивающие овладение ключевыми компетенциями, составляющими основу умения учиться, и межпредметными понятиями.

• предметные, включающим освоенный обучающимися в ходе изучения учебного предмета опыт специфической для данной предметной области деятельности по получению нового знания, его преобразованию и применению, а также систему основополагающих элементов научного знания, лежащих в основе современной научной картины мира[4].

Исходя из этих требований, возникла потребность создания базы заданий для экзамена по физике для итоговой аттестации студентов колледжа.

Опираясь на пояснительную записку[3], было выявлено, что в экзаменационный билет по физике входит один теоретический и два практических вопроса. К практическим вопросам относятся: экспериментальные или качественные задачи, а также физический текст с заданиями к нему. Возникла проблема наполнения практической части экзамена. Стандартных материалов оказалось недостаточно. Нами были разработаны материалы для всех разделов физики.

Ниже представлены три вида заданий практической части экзаменационного билета по физике студента колледжа. Текст физического содержания, не излагаемом в учебнике. Данное задание проверяет умение работать с текстом, понимание смысла использованных в тесте физических терминов, применение информации из текста в измененной ситуации и т.д. Качественная задача требует развернутого доказательного ответа. Экспериментальная задача, для ее выполнения необходимо воспользоваться лабораторным оборудованием. Задачи этого типа подобраны таким образом, что все необходимые приборы есть в кабинете физики. Каждый из этих типов заданий могут быть на материале любого из разделов физики, изучаемых обучающимися: механика, молекулярная физика, электричество, оптика и квантовая физика.

Примеры физических текстов с заданиями к нему.

Регистрация заряженных частиц

Распространенным прибором для регистрации заряженных частиц является газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера. Газоразрядный счетчик представляет собой металлический цилиндр, по оси которого натянута тонкая проволока, изолированная от цилиндра. Цилиндр заполняется специальной смесью газов (например, аргон+пары спирта), давление которых 1000-1500 мм рт.ст. Счетчик включается в цепь: цилиндр соединяется с отрицательным полюсом источника тока, а нить с положительным; на них подается напряжение порядка 1000 В.

Попадание в счетчик быстрой заряженной частицы вызывает ионизацию газа. При этом образуется свободный электрон. Он движется к положительно заряженной нити, и в области сильного поля вблизи нити ионизирует атомы газа. Продукты ионизации – электроны – ускоряются полем и в свою очередь ионизируют газ, образуя новые свободные электроны, которые участвуют в дальнейшей ионизации атомов газа.

Число ионизированных атомов лавинообразно возрастает – в газе счетчика вспыхивает электрический разряд. При этом по цепи счетчика проходит кратковременный импульс электрического тока. Отрицательно заряженные электроны собираются вблизи нити, а более массивные положительно заряженные ионы медленно движутся к стенкам цилиндра. Электроны уменьшают положительный заряд нити, а положительные ионы – отрицательный заряд цилиндра, соответственно, электрическое поле внутри цилиндра ослабевает. Через промежуток времени порядка микросекунды поле ослабляется настолько, что электроны не будут иметь скорости, необходимой для ионизации. Ионизация прекращается, и разряд обрывается.

За счет притока зарядов из источника тока счетчик снова будет готов к работе через 100-2000 мкс после вспышки. Таким образом, в счетчике возникают кратковременные разряды, которые могут быть подсчитаны специальным устройством. По их числу можно оценить число частиц, попадающих в счетчик[1].

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Что происходит при попадании в счетчик быстрой заряженной частицы?

2. Какие частицы вызывают ионизацию газа?

3. При каком условии происходит ионизация газа в газоразрядном счетчике?

4. При облучении металлической пластинки квантами света с энергией 3 эВ из нее выбиваются электроны, которые проходят ускоряющую разность потенциалов ΔU=5эВ. Какова работа выхода А_вых, если максимальная энергия ускоренных электронов Е_е равна удвоенной энергии фотонов, выбивающих их из металла?

Анализ звука

При помощи наборов акустических резонаторов можно установить, какие тоны входят в состав данного звука и каковы их амплитуды. Такое установление спектра сложного звука называется его гармоническим анализом.

Раньше анализ звука выполнялся с помощью резонаторов, представляющих собой полые шары разного размера, имеющих открытый отросток, вставляемый в ухо, и отверстие с противоположной стороны. Для анализа звука существенно, что всякий раз, когда в анализируемом звуке содержится тон, частота которого равна частоте резонатора, последний начинает громко звучать в этом тоне.

Такие способы анализа, однако, очень неточны и кропотливы. В настоящее время они вытеснены значительно более совершенными, точными и быстрыми электроакустическими методами. Суть их сводится к тому, что акустическое колебание сначала преобразуется в электрическое колебание с сохранением той же формы, а следовательно, имеющее тот же спектр, а затем это колебание анализируется электрическими методами.

Один из существенных результатов гармонического анализа касается звуков нашей речи. По тембру мы можем узнать голос человека. Но чем различаются звуковые колебания, когда один и тот же человек поет на одной и той же ноте различные гласные? Другими словами, чем различаются в этих случаях периодические колебания воздуха, вызываемые голосовым аппаратом при разных положениях губ и языка и изменениях формы полости рта и глотки?

Очевидно, в спектрах гласных должны быть какие-то особенности, характерные для каждого гласного звука, сверх тех особенностей, которые создают тембр голоса данного человека. Гармонический анализ гласных подтверждает это предположение, а именно, гласные звуки характеризуются наличием в их спектрах областей обертонов с большой амплитудой, причем эти области лежат для каждой гласной всегда на одних и тех же частотах, независимо от высоты пропетого гласного звука[1].

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Чем обусловлены особенности различных гласных звуков?

2. Что понимают под гармоническим анализом звука?

3. Какое физическое явление лежит в основе анализа звука с помощью полых шаров?

4. На рис.1 представлен график гармонических колебаний математического маятника. Чему равна амплитуда и частота колебаний маятника?

Рис.1

Изучение спектров

Все нагретые тела излучают электромагнитные волны. Чтобы экспериментально исследовать зависимость интенсивности излучения от длины волны, необходимо:

• разложить излучение в спектр;

• измерить распределение энергии в спектре.

Для получения и исследования спектров служат спектральные аппараты –спектрографы. Схема призменного спектрографа представлена на рис.2. Исследуемое излучение поступает сначала в трубу, на одном конце которой имеется ширма с узкой щелью, а на другом – собирающая линза L₁. Щель находится в фокусе линзы.

Рис.2 Схема призменного спектрографа

Поэтому расходящийся световой пучок, попадающий на линзу из щели, выходит из неё параллельным пучком и падает на призму Р.

Так как разным частотам соответствуют различные показатели преломления, то из призмы выходят параллельные пучки разного цвета, не совпадающие по направлению. Они падают на линзу L₂. На фокусном расстоянии от этой линзы располагается экран, матовое стекло или фотопластинка. Линза L₂ фокусирует параллельные пучки лучей на экране, и вместо одного изображения щели получается целый ряд изображений. Каждой частоте (точнее, узкому спектральному интервалу) соответствует своё изображение в виде цветной полоски. Все эти изображения вместе и образуют спектр.

Энергия излучения вызывает нагревание тела, поэтому достаточно измерить температуру тела и по ней судить о количестве поглощённой в единицу времени энергии. В качестве чувствительного элемента можно взять тонкую металлическую пластину, покрытую тонким слоем сажи, и по нагреванию пластины судить об энергии излучения в данной части спектра[1].

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1.На каком явление основано разложение света в спектр в аппарате, изображённом на рис.3?

2. Нужно ли металлическую пластину термометра, используемого в спектрографе, покрывать слоем сажи? Ответ поясните.

3. Почему фокус у рассеивающей линзы называют мнимым?

4. Предмет находится на расстоянии 30 см от собирающей линзы, а его действительное изображение на расстоянии 15 см. Определите фокусное расстояние линзы (в метрах) и линейное увеличение линзы?

Примеры качественных задач.

1. С какой целью на стыках рельсов электрифицированных железных дорог делают толстые медные перемычки или сваривают рельсы[2]?

2. Два катера идут по реке в одну сторону с различными скоростями. В тот момент, когда они поравнялись, с каждого был брошен в воду спасательный круг. Спустя два четверть часа катеры повернули обратно и с прежними скоростями направились к брошенным в воду спасательным кругам. Какой из них дойдет до круга раньше: движущийся с большей или меньшей скоростью[5]?

3. Сухое молоко получают путем выпаривания его в сосуде, откуда непрерывно откачивают воздух, причем температура выпаривания намного ниже 100 °С. Какие физические закономерности лежат в основе этого процесса[5]?

Примеры экспериментальных задач.

1. Используя штатив с муфтой и лапкой, груз с прикреплённой к нему нитью, метровую линейку и секундомер, соберите экспериментальную установку для исследования свободных колебаний нитяного маятника. Определите период колебаний для случая, когда длина маятника равна 1 м.

2. В вашем распоряжении имеется оборудование для сборки электрической цепи, схема которой представлена на рис.3.

Рис.3 Электрическая цепь

Соберите электрическую цепь, замкните ее и измерьте силу тока и напряжение на резисторе. Перемещая движок реостата, зафиксируйте 4–5 значений силы тока и напряжения на резисторе. Постройте график зависимости силы тока от напряжения. Какое предположение о зависимости силы тока от напряжения можно сделать на основе этого опыта?

Были разработаны задания для практической части экзаменационного билета по физике студентов колледжа. Данные задания позволяют проверить знания учащихся с учетом компетентностного подхода в образовании.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. Открытый банк заданий ГИА. 9 класс. Физика. URL: http://opengia.ru/subjects/physics-9/topics/1 (дата обращения - 16.11.2014 г.)

2. Семке А.И., Физика: Занимательные материалы к урокам. 8 кл. [Текст] / А.И. Семке. – М.:Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. – 152с.

3. Пояснительная записка

4. Социальная сеть работников образования. URL: http://nsportal.ru/vuz/pedagogicheskie-nauki/library/2013/06/24/klyuchevye-osobennosti-fgos-npospo-3-pokoleniya(дата обращения - 10.12.2014 г.)

5. Тульнинский М. Е., Качественные задачи по фи­зике. - М.: Просвещение, 1972.

Код для цитирования: Скопировать