Статья "Развитие исследовательской деятельности учащихся при изучении физики"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №9 имени Героя Советского Союза П. Г. Макарова»

Города Алатыря Чувашской Республики

 

 

 

 

Развитие исследовательской деятельности учащихся

 при изучении физики

 

 

 

Выполнил

учитель математики и физики

Парфенова Е. В.

 

 

 

 

 

 

Алатырь

2020 год

 

 

 

 

 

 

Цели:

Обучающая:

углубление знания о жидкостях, формирование исследовательских умений, исследование свойства неньютоновской жидкости.

 

Развивающая:

развитие интеллектуальных (умение выделять главное, сравнивать, обобщать, логически излагать свои мысли) и коммуникативных способностей, развитие познавательного интереса, реализуя межпредметные связи курсов химии, физики, биологии.

Воспитывающая:

воспитание чувства ответственности, коллективизма и взаимопомощи; аккуратности, точности и внимательности при работе.

Планируемый результат обучения, в том числе и формирование УУД:

-формировать учебные навыки;

-способствовать развитию творческих способностей.

Формируемые УУД:

Познавательные:

 

-совершенствовать умение выполнять поставленные задачи;

Коммуникативные:

-формировать умение работать в группе, находить общее решение, умение аргументировать и отстаивать своё предложение;

-развивать способность сохранять доброжелательное отношение друг к другу, взаимоконтроль и взаимопомощь по ходу выполнения задания;

Регулятивные:

-проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве.

Личностные:

-формировать способности к самооценке на основе критериев успешности учебной деятельности.

 

 

Оборудование: компьютер, экран, мультимедийный проектор, инструкция по выполнению лабораторной работы, одноразовая посуда, стакан с водой, крахмал, ложка, деревянный брусок, молоток.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ:

• 1. Организационный момент (1 мин);

  2. Этап постановки цели и задачей занятия (4 мин);

  3. Этап получения новых знания (8 мин);

  4. Этап исследовательской работы учащихся (15 мин);

  5. Этап обобщения и закрепления нового материала (8 мин);

  6. Заключительный этап: домашнее задание, итоги занятия (2 мин);

  7. Рефлексия (2 мин).

 

 

 

 

ХОД УРОКА

I.Организационная часть (приветствие, проверка готовности к занятию, эмоционального настроя)

 

Парфенова: Здравствуйте, ребята! Мы рады приветствовать вас на занятии, где вы продолжите открывать страницы в познании окружающего нас мира. Сегодня мы немного выйдем за рамки школьной программы. Впереди нас ждут интересные открытия. Готовы? Да! Тогда приступим…

 

II. Целеполагание и мотивация

Лукина: Человек издавна пытался объяснить явления, происходящие в природе, познать не только слышимое, но и неслышимое, не только видимое, но и не видимое.

 

Посмотрите на стол. Что вы видите……(Вспомнить состояния вещества и их свойства) (Проблема)

Парфенова: Было бы очень просто, если бы вы сразу находили ответы на все вопросы. Я хочу, чтобы с возникшей проблемой вы справились сами. Я же, конечно, вам помогу.

Действительно ли это жидкости? Как вы это определили. (По свойствам и признакам)

Вспомним свойства жидкости: Дети называют, учитель (Лукина Е.Б) записывает на доске.

Сохранение объема

Текучесть

Испарение и конденсация

Кипение

Смешиваемость

Смачивание

Диффузия

Вязкость

-А может ли жидкость быть твердой?

Ребята, а что такое жидкость??? Жидкость - одно из состояний вещества. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое.

Основным свойством жидкости, отличающим её от других состояний, является способность неограниченно менять форму под внешним воздействием, сохраняя при этом объём.

Давайте посмотрим несколько опытов с жидкостью и ответим на вопросы: Меняет ли форму жидкость при резком воздействии? При медленном воздействии?

Т.Е. эта жидкость проявляет себя как твердое тело при определенных обстоятельствах.

Мы видим, что эта жидкость отличается от обычных. Она не подчиняется законам Ньютона.

Итак, ребята: Что же мы будем изучать сегодня?

«Неньютоновские жидкости. Их свойства и применение» - открыть тему на доске. (СЛАЙД1)

Записать:

ЧТО?

КАК?

ЗАЧЕМ?

 

III. Этап получения новых знаний

Существует несколько вариантов классификации жидкостей, но сегодня мы столкнулись с наиболее интересной классификацией, существующей в гидродинамике.

Слово Гидродинамика записать на доске.

Что такое гидродинамика??? (СЛАЙД2)

Толковый словарь русского языка Д.Н.Ушакова - "ГИДРОДИНАМИКА"

(от греч. hydor - вода и dynamis - сила) (мех.). Часть механики, изучающая законы равновесия движущихся жидкостей.

В гидродинамике жидкости делятся на  ньютоновские и неньютоновские.

Жидкости, свойства которых мы привыкли наблюдать в ежедневном использовании подчиняются закону Ньютона, называются ньютоновскими. Ньютон сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на нее.

Именно с ньютоновскими жидкостями мы уже встречались на уроках в 7 и 8 классе.

Обычные жидкости растекаются, переливаются, отличаются легкой проницаемостью. Но существуют субстанции, способные занимать вертикальное положение и даже выдерживать вес человека. Именуются они неньютоновскими жидкостями.

Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при уменьшении скорости тока жидкости.

Если проще: с этим веществом не совсем понятно, в каком состоянии оно пребывает — твердом или жидком.

 

Найдите у себя на столах определение Ньютоновской жидкости. (СЛАЙД3)

Сообщение ученика: Ньютоновская жидкость - это вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть вязкость жидкости зависит прямо пропорционально от силы воздействия на неё. То есть чем больше сила воздействия, тем больше вязкость.  Жидкость продолжает течение вне зависимости от сил, действующих на нее.

Для ньютоновской жидкости вязкость, по определению, зависит только от температуры и давления (а также от химического состава, если жидкость не является беспримесной) и не зависит от сил, действующих на нее.

Вода является ньютоновской жидкостью, потому что она продолжает демонстрировать свойства жидкости вне зависимости от скорости перемешивания

Парфенова: Звучит довольно сложно, но будет более понятно, если сказать, что ньютоновская жидкость – это вода, масло и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть таких, которые сохраняют свое агрегатное состояние, что бы вы с ними не делали.

Найдите определение Неньютоновской жидкости. (СЛАЙД4)

Сообщение ученика: Неньютоновская жидкость подчиняется при своём течении закону вязкого трения, то есть её вязкость не зависит от температуры жидкости, а зависит от скорости сдвига.  Неньютоновские жидкости отклоняются от закона Ньютона.

Когда жидкость неоднородна, например, состоит из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры, то при её течении вязкость зависит от градиента скорости. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Вязкость неньютоновских жидкостей увеличивается при уменьшении скорости тока жидкости.

Лукина: Ребята, у вас на столах есть изображения молекул воды и неньютоновской жидкости. В чем отличие?

В составе Неньютоновских жидкостей содержатся крупные молекулы, способные образовывать сложные пространственные структуры. Формируются контакты в виде хаотически сплетенных молекул. Эти прочные связи называются зацеплениями. При резком воздействии прочные связи не дают молекулам сдвинуться с места, и система реагирует на внешнее воздействие, как упругая пружина. При медленном воздействии зацепления успевают растянуться и распутаться. Сетка рвется и молекулы расходятся.

 

Простейшим наглядным бытовым примером может являться смесь крахмала с небольшим количеством воды. Что мы с вами и видели. Чем быстрее происходит внешнее воздействие на взвешенные в жидкости макромолекулы связующего вещества, тем выше её вязкость.

Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей, военной и других отраслях промышленности. К неньютоновским жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту, кровь, жидкое мыло и др. (СЛАЙД5)

 

Парфенова: Для сравнения физических свойств ньютоновской и неньютоновской жидкости  в домашних условиях был  получен один из вариантов неньютоновской жидкости: раствор крахмала

Давайте сравним свойства этой жидкости со свойствами обычной воды.

IV. Этап исследовательской работы учащихся

Исследование неньютоновской жидкости. Работа в группах.

Задание первой группе.

 

Цель: выяснить, твердеет ли при ударе неньютоновская жидкость.

Оборудование: сосуд с водой, сосуд с неньютоновской жидкостью.

 

Порядок выполнения задания:

 

1.Введите медленно руку в ёмкость с водой, затем в емкость со смесью.

Сделайте вывод: отличается ли результат?

2.Размахнитесь, как следует, и стукните по этой смеси. Что происходит с рукой?: Ответьте на вопрос: похоже ли воздействие смеси, как если бы это было твёрдое вещество. 

Сделайте вывод твердеет ли при ударе неньютоновская жидкость?

Задание второй группе.

 

Цель: выяснить, текуча ли неньютоновская жидкость и как изменяется скорость её течения от высоты

Оборудование: сосуд с водой, сосуд с неньютоновской жидкостью.

 

Порядок выполнения задания:

 

1.Медленно переливайте воду из одного сосуда в другой.

2.Повторите опыт с неньютоновской жидкостью

а) переливайте жидкость с небольшой высоты

б) переливайте жидкость с достаточной высоты.

Ответьте на вопрос: Одинакова ли текучесть неньютоновской жидкости в верхней и нижней части струи.

Сделайте вывод: Текуча ли неньютоновская жидкость?

 

Задание третьей группе.

 

Цель: выяснить, пластична ли неньютоновская жидкость и от чего зависит её пластичность

Оборудование: сосуд с водой, сосуд с неньютоновской жидкостью.

 

Порядок выполнения задания:

1.Быстро воздействуйте на жидкость, катать как бы шарик из неё.

2.Разожмите ладонь с «шариком». Остался ли он на ладони?

Ответьте на вопрос: От чего зависит пластичность жидкости?

Сделайте вывод: Пластична ли неньютоновская жидкость

Задание четвертой группе.

 

 

Цель: определить плотность жидкости, используя закон Архимеда

Оборудование: сосуд с неньютоновской жидкостью, динамометр, груз на нити.

 

Порядок выполнения задания:

• 1. 1. Определите вес тела в воздухе Р1

     2. Определите вес тела в жидкости Р2

     3. По формуле FА= Р1- Р2 определите Архимедову силу.

     4. Используя формулу Архимедовой силы

FА=g*ρж*Vт вычислите плотность неньютоновской жидкости. Принять объем тела

• 1. 5. Сравните полученный результат с плотностью воды (1000 кг/м3) и плотностью крахмала (640 кг/м3)

Ответьте на вопрос: Чему равна плотность неньютоновской жидкости?

Сделайте вывод: плотность неньютоновской жидкости больше или меньше, чем плотность воды и крахмала.

Задание пятой группе.

 

Цель: выяснить смешиваемость, вязкость неньютоновской жидкости и однородность по составу.

Оборудование: сосуд с водой, сосуд с неньютоновской жидкостью.

 

Порядок выполнения задания:

 

1.Введите руку в ёмкость с водой, затем в емкость со смесью. Резко сожмите пальцы.

Сделайте вывод: отличается ли результат? Однородна ли вода; однородна ли неньютоновская жидкость?

2.Возьмите ложку и начинайте мешать жидкость.

Сделайте вывод: Одинаково ли легко мешаются жидкости?

3. Опустите руку в жидкость и резко поднимите руку. Повторите опыт с водой.

Сделайте вывод: одинакова ли вязкость жидкостей.

V. Этап обобщения и закрепления нового

По результатам опытов заполняем таблицу : (Слайд 6)

Таблица «Сравнение свойств ньютоновской и неньютоновской жидкостей»

№	Свойства	Ньютоновская жидкость	Неньютоновская жидкость
1	Текучесть	Да	Да, уменьшается с высотой
2	Вязкость	Незначительная	Значительная
3	Пластичность	Нет	Да
4	Смешиваемость	Отличная	Затруднена
5	Однородность по составу	Да	Нет
6	Твердеет при сжатии и ударе	Нет	Да

 

Итак: Опытным путем мы выявили, что при сильном воздействии на неньютоновские жидкости они проявляют качества, противоположные обычным жидкостям: упругость, вязкость, твердость, пластичность. Кроме того мы определили плотность неньютоновской жидкости.

 

Сталкивались ли вы сами с такими жидкостями?

В движении жизнь?

Многие не раз слышали, что в жизни ни в коем случае нельзя останавливаться. Как говорится, в движении – жизнь. Но всегда ли так? Есть один из немногих примеров, показывающих, что как раз состояние максимального покоя может спасти человеку жизнь. Это случаи попадания его в трясину или в зыбучие пески.

(Слайд 7)

Трясина – это болото, способное постепенно засасывать попавшие в него предметы и живых существ. Почему одни болота просто вымазывают грязью, а другие – буквально «съедают» своих жертв? Дело в таком понятии как тиксотропия. Это явление означает свойство веществ или их смесей становиться более жидкими в движении (при воздействии на них извне) и сгущаться в состоянии покоя. Такими коварными способностями обладают некоторые виды глин и минералов. Если они присутствуют в данном болоте, то, однажды попав в него, выбраться без посторонней помощи будет сложно.

(Слайд 8)

Есть в природе явление, еще более опасное, чем трясина. Это зыбучий песок. Выбраться из него почти невозможно. Основной причиной превращения обычного песка в зыбучий является его избыточное насыщение жидкостью (водой) и воздухом. Именно поэтому они могут «заглатывать» в себя то, что в них попадает. При воздействии на плывуны (так по-другому называют зыбучие пески) более плотного тела пространства, заполненные жидкостью и воздухом, начинают уменьшаться. Так создается свободное место для попавшей жертвы, которая под своей массой уходит все глубже и глубже. Такие «пляжи» имеют обыкновение подсыхать сверху, создавая видимость вполне обычных.

(Слайд 9)

Кровь – неньютоновская жидкость.

Кровь – это жидкая среда организма, которая состоит из плазмы и взвешенных в ней клеток – эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Кровь определяет качество процессов, протекающих в органах и тканях. Одним из показателей качества крови является ее вязкость, которая определяется как соотношение между количеством кровяных клеток и объемом плазмы.

Вязкость — это свойство жидкостей или газов оказывать сопротивление перемещению одного слоя относительно другого, определяющееся внутренним трением. 

Вязкость крови имеет огромное значение для нормального функционирования организма человека, и в первую очередь для сердечно- сосудистой системы.

Кровь находится в постоянном движении. По мере увеличения скорости кровотока вязкость крови снижается, а при замедлении — увеличивается. Значение вязкости жидкости играет важную роль. Предположим, что наша кровь слишком густая.

Скажите, что может произойти??? Может возникнуть тромб и вызвать сердечный приступ или инсульт. Если кровь слишком жидкая, может начаться кровотечение. Врачи должны знать о вязкости крови при выполнении операций.

Применение неньютоновских жидкостей

Неньютоновские жидкости с каждым годом все больше завоевывают наш мир. Ученым нравится этот материал, и они с завидным постоянством радуют нас новыми интересными идеями применения неньютоновских жидкостей, таких, например как«Жидкая сумка». Для того чтобы защитить авиапассажиров, международная команда ученых разработала специальную сумку-чехол, которая способна подавить взрыв в багажном отсеке самолета.

(Слайд 10)

«Мешки заплатки». Группа студентов Западного резервного университета Кейза (Кливленд, США) предлагает латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. По словам разработчиков, неньютоновская жидкость пришла им в голову из-за своей дешевизны (обычная грязь с водой и крахмалом - и та ведёт себя как неньютоновская жидкость) и особых физических свойств.

(Слайд 11, 12)

«Жидкий бронежилет». Новый тип бронежилета создали специалисты из британской компании BAE Systems. Они предложили использовать особую жидкую субстанцию, которая будет заполнять пространство между слоями кевлара. Жидкость будет гасить удар, распределяя импульс по всему бронежилету. Из чего состоит субстанция, специалисты BAE Systems не сообщили.

 

(Слайд 13)

Создание сумок, футляров для хрупких предметов. Например для очков или телефонов.

 

В нефтепромышленности:

Двигаясь в трубе, жидкость испытывает силу трения о ее поверхность, в результате чего кинетическая энергия переходит в тепловую. Поэтому снижение силы трения является важной технической проблемой. Как оказалось, добавление в жидкость малого количества полимера значительно снижает силу трения. Этот эффект используют при перекачке нефти по длинным трубопроводам.

В мореплавании и пожаротушении

В 50-е годы американские пожарные начали добавлять полимерные добавки в жидкость, вытекающую из брандспойта, при этом длина струи увеличивалась в полтора раза. Полимерные добавки в смазывающих материалах повышают ресурсы станков и приборов. Можно увеличивать скорость судна путем впрыскивания вблизи его носовой части малых количеств полимерного раствора.

В косметологии:

Чтобы косметика держалась на коже, ее делают вязкой, будь это жидкий тональный крем, блеск для губ, подводка для глаз, тушь для ресниц, лосьоны, или лак для ногтей.

(Слайд 14)

В кулинарии:

Чтобы улучшить оформление блюд, сделать еду более аппетитной и чтобы ее было легче есть, в кулинарии используют вязкие продукты питания. Продукты с большой вязкостью, например, соусы, очень удобно использовать, чтобы намазывать на другие продукты, как хлеб. Их также используют для того, чтобы удерживать слои продуктов на месте. В бутерброде для этих целей используют масло, маргарин, или майонез — тогда сыр, мясо, рыба или овощи не соскальзывают с хлеба. В салатах, особенно многослойных, также часто используют майонез и другие вязкие соусы, чтобы эти салаты держали форму.

(Слайд 15)

Развивающие игрушки.

«Умный пластилин», силиконовый «Лизун»- слайм (slime) была сделана компанией Mattel в 1976 году. Игрушка-Лизун заслужила популярность благодаря своим забавным свойствам – одновременно текучести, эластичности и возможности постоянно трансформироваться. Обладающий свойствами неньютоновской жидкости, игрушка-лизун быстро стала безумно популярной у детей и взрослых. Эти игрушки помогают развивать моторику пальцев, способствуют релаксации.

И такую игрушку мы с вами сейчас создадим. Притом, создадим её разную: твердую или жидкую.

Инструкция1. Умный пластилин своими руками.

Для получения умного пластилина я использовал:

клей ПВА – 100 гр.,

тетраборат натрия – 1/2 флакона, пищевой краситель - 3-5 капель,

емкость для смешивания, целлофановый пакет,

палочка для смешивания, защитные очки.

Применение умного пластилина в домашних условиях - в Презентации по химии
 

Инструкция2. Изготовление игрушки - лизуна

1. Клей ПВА. Белый, желательно свежий клей можно купить в любом канцелярском или строительном магазине. Клея для Лизуна нам понадобится примерно половина обычного стакана, около 100 гр.

2. Вода – самая обычная вода из-под крана. При желании можно взять кипяченую, комнатной температуры. Понадобится немного больше стакана.

3. Тетраборат натрия, боракс или бура. Может быть приобретен в аптеке, в форме 4%-ного раствора.

4. Пищевой краситель или несколько капель зеленки. Оригинальный лизун – зеленый, и зеленка отлично подходит на роль подкрашивающего вещества.

5. Мерный стакан, посуда и палочка для смешивания. В качестве палочки можно взять карандаш, ложку или любой другой подходящий предмет.

Переходим к самому процессу создания лизуна.

- Растворяем столовую ложку боракса в стакане воды.

- Четверть стакана воды и четверть стакана клея превращаем в однородную смесь в другой посуде. При желании туда же добавляем краситель.

- Перемешивая клеевую смесь, постепенно добавляем туда раствор буры, примерно полстакана. Мешаем до получения желеобразной однородной массы.

- Проверяем результат: загустевшая субстанция, собственно, и является игрушкой лизуном. Ее можно выложить на стол, помять и проверить все ее оригинальные свойства.

VI. Заключительный этап: домашнее задание, итоги занятия.

Домашнее задание: Сделать игрушку.

Итоги занятия. (Слайд16)

Выводы:

ЧТО? 1.Существуют жидкости, которые не подчиняются закону Ньютона.

КАК? 2.Данные жидкости ведут себя как жидкости или твердые тела, в зависимости от прикладываемого внешнего воздействия.

ЗАЧЕМ? 3.Неньютоновские жидкости имеют широкое применение как в промышленности, так и в быту.

 

VII. Рефлексия

В ходе нашего урока вы показали себя наблюдательными экспериментаторами, способными не только подмечать вокруг себя все новое и интересное, но и самостоятельно проводить научное исследование.

Наш урок подошёл к концу. Давайте ответим на вопрос: (Слайд 17)

• Сегодня я узнал…

• Было интересно…

• Было трудно…

• Я понял, что…

• Я научился…

• Меня удивило…

• Мне захотелось…»,т.е дается оценка своей учебной деятельности на уроке.

 

Спасибо, ребята, за совместную работу. Я была рада встретиться с вами. До встречи!