Лабораторная работа №1 - Южно-Уральский государственный

Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
ГОУ ВПО ХМАО - ЮГРЫ
«СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра медико-биологических дисциплин и безопасности
жизнедеятельности
ФИЗИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ
ЗАНЯТИЯМ
Сургут
2010
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
Печатается по рекомендации отделаw . A B B Y Y . c
сертификации и методического сопровождения
образовательного процесса Сур ГПУ
Методические указания утверждены на заседании кафедры МБД
и БЖ от 12 ноября 2010 г, протокол № 8
Рецензенты:
д.п.н., профессор кафедры физики и ОТД ЮГУ Яворук О.А.;
к.п.н., ст.препод.кафедры ТиМФВ СурГПУ Сетяева Н..Н.;
к.б.н., ст.препод.кафедры МБД и БЖ Сур ГПУ Сорокун И.В.
Физика. Методические указания к лабораторным
занятиям / Авт.-сост.: И.В. Алеева.- Сургут: РИО Сур ГПУ,
2010.- с.
Методические указания к лабораторным занятиям
предназначены для студентов, обучающихся по специальности
032102.65 «Физическая культура для лиц с отклонениями в
состоянии здоровья (Адаптивная физическая культура)».
Данное издание содержит тематику, задания и
методические указания по выполнению лабораторных работ
в объеме вузовского курса «Физика» и призвано оказать помощь
в формировании у студентов некоторых общекультурных и
профессиональных компетенций.
Методические указания также могут быть использованы
преподавателями вузов для организации и проведения
лабораторных занятий по физике.
Методические указания составлены в соответствием с
ГОС ВПО 2000 г. для специальности 032102.65 «Физическая
культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья
(Адаптивная физическая культура)».
Сургутский государственный
педагогический университет, 2010
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
СОДЕРЖАНИЕ
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
Предисловие……………………………………………………….4
Требования по подготовке и проведению лабораторной
работы……………………………………………………………...6
Методические указания по подготовке отчета о выполнении
лабораторной работы……………………………………………...7
Методические указания по проведению измерений…………….7
Лабораторная работа №1 «Изучение закономерностей
равномерного движения точки по
окружности»……………………………………………………..8
Лабораторная работа № 2 «Определение мощности,
развиваемой человеком в различных физических
упражнениях»………………………. .…………………………15
Лабораторная работа № 3 «Наблюдение
психофизиологических особенностей зрения
человека»………….……………………. …..…………………..18
Лабораторная работа № 4 «Изучение свойств
уха человека»……………………………………………....21
Лабораторная работа № 5
«Изучение времени реакции
наблюдателя
на
звуковые
и
световые
сигналы»……………………………………………………24
Список литературы……………………………………......29
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
A B B Y Y.c
Предисловие
В соответствии с целями основной образовательной
программы и задачами профессиональной деятельности
выпускник специальности 032102.65 «Физическая культура для
лиц с отклонениями в состоянии здоровья (адаптивная
физическая культура) должен обладать общекультурными и
профессиональными компетенциями, так же в требованиях к
результатам освоения основных образовательных программ
бакалавриата по направлению подготовки 034400 «Физическая
культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья
(адаптивная физическая культура) ФГОС ВПО, указано на
обладание
вышеперечисленными
видами
компетенций
современного выпускника.
Действия, как выпускника специальности 032102.65
«Физическая культура для лиц с отклонениями в состоянии
здоровья (адаптивная физическая культура), так и бакалавра по
направлению подготовки 034400 «Физическая культура для лиц с
отклонениями в состоянии здоровья (адаптивная физическая
культура) в системе «человек-человек» опираются на глубокую
интеграцию различного рода знаний, причем естественнонаучные
знания играют немаловажную роль в формировании некоторых
общекультурных и профессиональных компетенций будущего
профессионала по адаптивной физической культуре.
К
общекультурным
компетенциям
выпускника,
формируемым в процессе освоения дисциплины «Физика»
можно отнести: умение использовать основные законы
естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной
деятельности, умение применять методы математического
анализа и моделирования, теоретического и экспериментального
исследования (ОК-14).
Профессиональными компетенциями в педагогической
деятельности выпускника являются: готовность применять в
профессиональной деятельности современные средства, методы,
приемы, технические средства для осуществления когнитивного
и двигательного (моторного) обучения и оценивания состояния
занимающихся(ПК-8). В научно-исследовательской деятельности
– способность проводить обработку результатов исследований с
использованием
методов
математической
статистики,
4
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
информационных технологий, формулировать и представлятьw . A B B Y Y . c
обобщения и выводы (ПК-37), способность проводить научный
анализ результатов исследований и умение их использовать в
практической деятельности (ПК-38).
Объектом познания и преобразования в адаптивной
физической культуре являются лица с отклонениями в состоянии
здоровья, в том числе и инвалиды. Это требует от специалиста
способности адаптировать в процессе деятельности задачи,
принципы,
средства
и
методы
полученных
знаний
применительно к такой категории занимающихся. Формирование
умений использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин будет эффективным, если у студентов выработается
способность к аналитическому мышлению, планированию и
моделированию процессов, практического владения основными
методами научных исследований, владение методами обработки
и анализа экспериментальных данных, способность к
проведению экспериментальной работы по заданным методикам,
способность эксплуатировать современное оборудование для
выполнения научных исследований.
В формировании вышеперечисленных компетенций
положительное влияние могут оказать лабораторные занятия по
физике.
Лабораторное занятие - одна из форм организации учебного
процесса, заключающаяся в выполнении студентами под
руководством преподавателя комплекса учебных заданий с целью
усвоения научно-теоретических основ, приобретения навыков и
опыта творческой деятельности, овладения современными
методами практической работы с применением технических
средств.
Цель лабораторного занятия в вузе – организация
познавательной
деятельности
студентов
в
условиях,
приближенных к реальной практической деятельности.
Задачи лабораторных занятий: закрепить, углубить и
расширить знания студентов при решении конкретных
практических задач; развить познавательные способности,
творческую активность, самостоятельность мышления студентов;
содействовать выработке способности логического осмысления
самостоятельно
полученных
данных;
освоить
способ
5
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
приобретения умений и навыков эксплуатации техническихw . A B B Y Y . c
средств и оборудования.
Дисциплина физика представлена в учебном плане
подготовки специалиста Адаптивная физическая культура (АФК)
в блоке ЕНД (ЕН.Ф.03). Общая трудоемкость дисциплины - 130
ч. Срок изучения дисциплины - третий семестр
В ГОС ВПО специальности 032102.65 Физическая культура
для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (Адаптивная
физическая культура) (2000 г) включен модуль «Физический
практикум», реализация которого в учебном процессе может
быть поддержана данными методическими указаниями.
В содержание всех лабораторных работ включен материал
профессиональной деятельности будущего специалиста по
адаптивной физической культуре, основанный на взаимосвязи
содержания курса физики и частных методик адаптивной
физической культуры.
Структура описания лабораторных работ следующая: тема,
цель, оборудование, общие теоретические сведения, задания,
порядок выполнения работы, контрольные вопросы.
Контроль знаний студентов в лабораторном практикуме
проходит в виде текущего контроля, который будет проходить на
очередном лабораторном занятии, форма контроля - письменные
и устные отчеты по выполнению лабораторной работы.
При подготовке и проведении лабораторной работы студенты
должны придерживаться следующих правил:
Требования по подготовке и проведению лабораторной
работы
1).Внимательно изучите содержание лекций и семинарских
занятий, соответствующих тематике лабораторной работы,
составьте краткий конспект.
2).Следуя порядку выполнения лабораторной работы,
организуйте свои действия по освоению темы работы.
3). В ходе лабораторной работы ведите необходимые записи
и составьте итоговый письменный отчет. Отчет о выполненной
работе предоставьте в конце занятия преподавателю для
проверки.
6
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
4).В процессе оформления отчета о проделанной работе,w . A B B Y Y . c
руководствуйтесь методическими указаниями по подготовке
отчета о выполнении лабораторной работы.
Методические указания по подготовке отчета о
выполнении лабораторной работы
Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие
разделы:
1. Название работы.
2. Краткое теоретическое обоснование.
3. Цель работы (указанная в методической разработке
цель работы может быть дополнена студентами).
4. Оборудование и материалы.
5. Рисунок
или схема установки. Особенности
подключения приборов, важные для проведения
эксперимента.
6. Краткое изложение технологии выполнения работы
(Описание процедуры измерений).
7. Таблица результатов измерений и вычислений.
8. Расчеты, измеряемых косвенно величин.
9. Графики (если они необходимы).
10. Оценка погрешностей измерений.
11. Выводы, в соответствии с целью работы. Ваши
пожелания по усовершенствованию эксперимента.
12. Ответы на вопросы к лабораторной работе.
Отчет может быть оформлен и представлен студентом как
дома после выполнения, так и сразу после проведения
лабораторной работы (по договоренности с преподавателем, в
зависимости от сложности работы).
Как правило, лабораторная работа включает постановку и
проведение эксперимента, а любой опыт всегда основывается на
измерениях. Измерить величину — значит произвести ее
сравнение с эталоном данной величины.
При
проведении
измерений
студенты
должны
придерживаться следующих правил:
Методические указания по проведению измерений
1.Определите по внешнему виду назначение прибора и
прочитайте шкалу измерительного прибора.
По шкале прибора определяется величина, для измерения
7
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
A B B Y Y.c
которой прибор предназначен.
2.После определения назначения прибора выясняется максимальное и минимальное значение величины, которую
можно измерить данным прибором, т.е. верхний и
нижний пределы измерения.
3.Определите цену деления шкалы прибора.
4.Определите точность измерения. Для определения
точности намерения необходимо знать цену деления.
Измерение может производиться с точностью, не превышающей половину цены деления шкалы прибора.
5.Сопровождайте
все
проводимые
измерения
соответствующими записями.
Целью данных методических указаний является помощь
студентам специальности 032102 Физическая культура для лиц с
отклонениями в состоянии здоровья (Адаптивная физическая
культура) в организации и управлении самостоятельной работой
в процессе выполнения лабораторных работ по физике.
Лабораторная работа №1 (2 ч)
Изучение закономерностей вращательного движения тела
Цель работы: изучить кинематические характеристики
вращательного движения тела на примере колесной базы креслаколяски
Задачи работы: научиться измерять угол поворота, угловую
скорость, период, частоту, линейную скорость обращения точки
по окружности используя колесную базу кресла-коляски;
определять кинематические характеристики равномерного
движения точки по окружности, научиться применять способы
измерения и определения кинематических характеристик
вращательного
движения
точки
в
решении
задач
профессиональной деятельности (а именно в частной методике
адаптивной физической культуры детей при поражении опорнодвигательного аппарата).
.
Оборудование: кресло-коляска, линейка, секундомер
8
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
Общие теоретические сведения
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
Вращательное движение вокруг неподвижной оси
является одним из видов движения твердого тела.
Вращением твердого тела вокруг неподвижной оси
называется такое движение, при котором все точки тела
описывают окружности, центры которых находятся на одной
прямой, перпендикулярной плоскостям этих окружностей. Сама
эта прямая называется осью вращения.
Долгое время считалось, что в живых организмах
устройств, подобных вращающемуся колесу нет, но исследования
последних лет показали, что это не так. У многих бактерий,
например у кишечной палочки, имеется «мотор», вращающий
жгутики. С помощью этих жгутиков бактерия способна
перемещаться в среде.
В технике такой вид движения встречается довольно
часто, в качестве примера можно привести вращение валов
двигателей и генераторов, колес электропоездов, телег, турбин и
пропеллеров самолета, колес кресел – колясок и т.д.
Кресла-коляски
предназначены
для
людей
с
ограниченными возможностями передвижения. Такие устройства
помогают людям, которые не способны передвигаться
самостоятельно. Критерием использования кресел-колясок в
различных условиях является отличие колес. У колясок для
улицы колеса имеют полость и накачиваются воздухом. У
колясок для домашнего использования колеса выполнены в виде
литого резинового кольца. На рисунке 1 изображена коляска с
указанием колесной базы.
9
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
Рис.1 Коляска с указанием колесной базы.
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
1- колесная база
В данной лабораторной работе необходимо изучить
кинематические характеристики вращательного движения, на
примере колесной базы кресла коляски.
При движении точки по окружности радиус R колес
остается величиной постоянной. Это позволяет характеризовать
положение точки в любой момент времени углом, а вместо
обычных скоростей и ускорений ввести угловую скорость и
угловое ускорение. Так как при вращении твердого тела все его
точки за одинаковые интервалы времени поворачиваются на
одинаковые углы, то все формулы, описывающие движение
точки по окружности, оказываются применимыми для описания
вращения твердого тела. Рассмотрим основные характеристики
точки по окружности.
Величиной, характеризующей движение как отдельной
точки тела, так и вращательное движение всего тела в целом ( в
данном случае колеса) является угол поворота - j . При
движении точки угол j изменяется.
Обозначим изменение угла за время D t через Dj . Для
нахождения положения точки в любой момент времени надо
знать угол j 0 в начальный момент времени t0 и определить,
насколько изменился угол за время движения j = j 0 + Dj . На
рисунке 2 изображен угол поворота
последующий D t момент времени:
j 0 в начальный и
10
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
Рис.2. Связь угла поворота j 0 и положения точки в начальный t0
и последующий момент времени D t.
Быстроту обращения точки можно определить углом
поворота радиус-вектора за данный интервал времени, она
характеризуется угловой скоростью. Если при равномерном
вращении за время D t радиус-вектор повернулся на угол Dj , то
быстроту вращения можно определить углом поворота в единицу
времени.
Угловой скоростью при равномерном движении точки по
окружности называется отношение угла Dj поворота радиусвектора к промежутку времени D t , за который этот поворот
произошел:
w=
Dj
Dt
В СИ угловая скорость выражается в радианах в секунду (1рад/с).
Радиан в секунду равен угловой скорости равномерно
обращающейся точки, при которой за время 1 с радиус-вектор
этой точки поворачивается на угол 1 рад.
Угловая скорость может быть выражена через частоту
обращения, т.е. число оборотов за 1 секунду. Время одного
полного оборота называют периодом обращения и обозначают
буквой Т. Связь между частотой и периодом обращения:
11
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
T=
w.
1
n
Полному обороту точки на окружности соответствует
угол Dj = 2 p , поэтому:
w=
2p
= 2pn
Т
Если при равномерном обращении точки угловая
скорость известна, то можно найти изменение угла поворота Dj
за время D t. Оно равно Dj = w D t. Приняв начальный момент
времени t1=0, получим Dt = t , тогда угол поворота равен:
Dj = j 0 + wt
По этой формуле можно найти положение точки на окружности в
любой момент времени.
Скорость точки, движущейся по окружности, часто
называют линейной скоростью, чтобы подчеркнуть ее отличие от
угловой скорости. Между линейной скоростью точки,
обращающейся по окружности, и ее угловой скоростью
существует связь. При равномерном движении точки по любой
траектории модуль скорости равен отношению пути s ко времени
D t, за которое этот путь пройден. На рисунке 3 представлен
путь, проходимый точкой А, движущейся по окружности радиуса
R, за время D t : s= А 1А 2 = Dj R.
Рис.3 Связь угла поворота Dj и пути s, проходимого точкой при
движении по окружности.
12
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
Модуль линейной скорости равномерного движения
точки по окружности:
v=
s
Dj
=
R = wR
Dt Dt
Эта формула справедлива как для равномерного, так и
неравномерного движения точки по окружности.
Из формулы видно, что чем больше радиус окружности,
тем больше ее линейная скорость. Для точек земного экватора ее
значение составляет 463 м/с, а на широте Ленинграда -233 м/с.На
полюсах Земли v = 0 .
Задание
Определите характеристики равномерного движения точки по
окружности, используя колесную базу инвалидной коляски.
Порядок выполнения работы
1.Ознакомьтесь с устройством колесной базы кресла-коляски.
2.Измерьте радиус колес, обозначив их R1 и R2. Проведите
измерения для колеса R1.
3.С помощью клейкой бумаги отметьте фиксированное
положение точки колеса.
4.Медленно передвигая коляску, определите, на какой угол
повернется точка за определенное время, которое задайте сами.
5.Вычислите угловую скорость точки w .
6. Определите период обращения точки T и соответствующую
частоту n .
7. Определите модуль линейной скорости точки, движущейся по
окружности v.
8.Проведите измерения несколько раз, запишите результаты в
таблицу1.
9. Аналогичные измерения проведите для колеса R2
10. Представьте результаты эксперимента с учетом погрешностей
измерений.
13
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
Таблица 1w . A B B Y Y . c
Результаты эксперимента
№
п/п
R1,
м
R2,
м
t,с
Dj ,
рад
w
рад/с
T,с
n,
об/с
v,
м/с
1
2
3
4
5
Контрольные вопросы
1.Укажите
какие
части
кресла-коляски
совершают
поступательное движение, а какие вращательное?
2.Что такое угол поворота? В чем его измеряют?
3.Что такое период обращения? В каких единицах его измеряют?
4.Что такое частота обращения? В каких единицах она
измеряется?
5.Дайте определение линейной скорости. Как она связана с
угловой скоростью?
6.Пользуясь рисунком, определите, какое колесо кресла-коляски
вращается быстрее при движении коляски и почему?
14
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
Лабораторная работа №2 (2 ч)
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
Определение мощности, развиваемой человеком в различных
физических упражнениях.
Цель работы: Определить мощность, развиваемую человеком в
различных физических упражнениях.
Задачи работы: научиться измерять мощность, развиваемую
человеком при выполнении различных физических упражнениях;
научиться
применять
способ
определения
мощности,
развиваемой человеком в практике физической культуры и
адаптивной физической культуры.
Оборудование: секундомер, линейка, тренажер, для занятий
спортом (на выбор).
Лабораторная работа проводится в тренажерном зале.
Общие теоретические сведения
Мощность – одна из важнейших энергетических
характеристик, определяемая как быстрота совершения работы.
Мощности, характерные для человека отмечены небольшим
разбросом: от мощности сердца (порядка 0,1 Вт) до наибольшей
мощности, которую может развить человек (порядка несколько
киловатт).
Мощность – физическая величина, вычисляемая как
отношение N=A/t , определяется временем совершения работы и
запасом полной энергии, необходимой для ее совершения. Чем
больше скорость выполнения работы (частота выполнения
упражнений), тем больше вырабатываемая человеком мощность.
При одинаковой скорости движения мощность больше, когда
больше сила, против которой совершается работа.
Однако, на значение мощности, развиваемой человеком,
ограничение накладывает значение скорости, с которой
человеческий организм преобразует химическую энергию пищи в
механическую энергию. Эта скорость определяется быстротой
сгорания жиров и углеводов. Этот процесс не поддается
15
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
регулировке, т.к выработался в процессе естественного отбораw . A B B Y Y . c
применительно к условиям жизни на планете Земля.
Способность организма человека совершать достаточно
большую механическую работу в течение сравнительно
большого интервала времени называется выносливостью. Это
свойство ценится у бегунов на длинные дистанции,
велосипедистов, лыжников, пловцов на длинные и сверхдлинные
дистанции. В этих видах деятельности особое значение имеет
правильное распределение сил и экономная техника движений.
В таких видах спорта, как спринтерский бег, прыжки,
толкание ядра, поднятие штанги, развиваемая человеком
мощность может превысить основную скорость обмена веществ
до 500 раз. Одним из основных качеств, которым должен
обладать организм таких спортсменов – способность развивать
большое значение мощности, хотя бы на короткий промежуток
времени. На выработку этого умения и направлены многочасовые
тренировки спортсменов.
Задание
Определите мощность, развиваемую человеком в различных
физических упражнениях.
Порядок выполнения работы
Работа
выполняется
в
паре:
экспериментаториспытуемый. После проведения измерений экспериментатор и
испытуемый меняются местами.
1.
Экспериментатор
изучает
измерительный
прибор
(секундомер), выясняет правила его использования, определяет
цену деления и систематическую (приборную) погрешность
d
сист.
2.
Выберите вид упражнений, для которых будет
определяться мощность. Один вид упражнений проводится на
тренажере.
3.
Экспериментатор
интересуется
готовностью
испытуемого. Испытуемый сообщает о состоянии готовности.
16
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
4.
Испытуемый начинает выполнять физические упражненияw . A B B Y Y . c
(одно на выбор) без тренажера.
5.
При помощи секундомера и линейки экспериментатор
измеряет характерные параметры движения: время, перемещение
частей тела и т.п. и результаты заносит в таблицу1.
6.
Испытуемый начинает выполнять физические упражнения
(одно на выбор) с использованием тренажера.
7.
При помощи секундомера и линейки экспериментатор
измеряет характерные параметры движения: время, перемещение
частей тела и т.п. и результаты заносит в таблицу1. (Если в
работе используется тренажер с датчиками движений, то
параметры
движения
испытуемый
может
определить
самостоятельно).
8.
В роли экспериментатора становится испытуемый и
проводит аналогичные измерения параметров движения.
9.
Оценивается значение силы, развиваемой испытуемым
при этих движениях.
10.
Рассчитывается развиваемая мощность.
11.
Результаты записываются в таблицу 2.
Сравнивается значение полученной мощности с результатами,
полученными в группе при других физических упражнениях и
делается вывод о проделанной работе.
Таблица 2
Результаты эксперимента
№
испытания
Вид
физического
упражнения
Полученное
значение
времени
t, с
Перемещение
Сила
S, м
Развиваемая
мощность
N, Вт
F, Н
1
2
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
Что такое мощность?
В каких единицах измеряется мощность?
Как измеряется мощность?
17
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
4.
Объясните, почему человек не может развивать большуюw . A B B Y Y . c
мощность в течение длительного промежутка времени?
5.
Объясните, почему подтягивание более эффективный с
энергетической точки зрения вид деятельности по сравнению с
отжиманиями и приседаниями?
6.
Толкатель ядра сообщает снаряду массой 7,3 кг такое
ускорение, что скорость ядра через 2 с становится равной 15 м/с.
Какая при этом средняя мощность развивается спортсменом?
7.
Оцените мощность, развиваемую штангистом при
подъеме штанги массой 217,5 кг на высоту 2,3 м, если время
подъема составляет 0,2 с.
Лабораторная работа №3 (2 ч)
Наблюдение психофизиологических особенностей зрения
человека
Цель работы: провести наблюдения следующих свойств зрения:
бинокулярности, способности к аккомодации.
Задачи
работы:
научиться
проводить
наблюдение
бинокулярности зрения и способности к аккомодации; научиться
способу организации и проведения эксперимента по изучению
бинокулярности и способности к аккомодации в будущей
профессиональной деятельности.
Оборудование: рисунок для обнаружения слепого пятна; ширма
с двумя отверстиями (ее можно изготовить из листа бумаги),
расстояние между которыми меньше диаметра зрачка; булавка;
лист белой бумаги.
Общие теоретические сведения
Зрение - одно из важнейших качеств живущих на
поверхности Земли существ – от простейших до самых сложных.
Глаз человека - результат длительного эволюционного процесса и
является своеобразным оптическим прибором, занимающим в
оптике особое место. Это объясняется, во-первых тем, что
многие оптические инструменты рассчитаны на зрительное
18
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
восприятие, во-вторых, глаз человека (и животного), какw . A B B Y Y . c
усовершенствованная в процессе эволюции биологическая
система, приносит некоторые идеи по конструированию и
улучшению оптических систем.
Процесс изменения фокусного расстояния глаза
вследствие работы цилиарных мышц называется аккомодацией
глаза. Поскольку деформация хрусталика может происходить
только в определенных пределах, для всякого глаза существуют
границы. Называемые ближней и дальней точками ясного
видения, в пределах которых он может отчетливо видеть
предметы. Эти границы определяют область аккомодации глаза.
У взрослого здорового человека при приближении
предмета к глазу до расстояния 25 см аккомодация совершается
без напряжения и благодаря привычке рассматривать предметы,
находящиеся в руках, глаз чаще всего аккомодирует именно на
это расстояние, называемое расстоянием наилучшего зрения.
Оптической системе глаза свойственны некоторые
специфические недостатки.
Эмметропическим называют глаз, в котором при
отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой.
Аметропическим называют глаз, в котором вышестоящее
условие не наблюдается.
Наиболее распространенными видами аметропии являются
близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия). В
последнее время для коррекции дефектов зрения стали
использовать
контактные
линзы,
помещающиеся
непосредственно на роговицу.
Полем зрения глаза человека называется пространство, в
пределах которого видны все его точки при фиксированном
положении глаза.
Следующей важной особенностью зрения является его
бинокулярность, т.е. зрение двумя глазами, причем у человека
оно имеет специфическую особенность: за счет уменьшения
расстояния между глазами происходит перекрытие их полей
зрения, обеспечивающее стереоскопичность зрения.
С особенностью зрения двумя глазами связан эффект
«борьбы полей зрения». Суть его заключается в том, что при
попадании на идентичные участки сетчатки правого и левого глаз
19
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
различных изображений, человек видит лишь одно из них, а неw . A B B Y Y . c
суммарный эффект. Вообще процесс зрения, представляет собой
очень сложный акт, в ходе которого определенную роль играет
память, восприятие других органов и т.д.
Порядок выполнения работы
Упражнение 1
Задание: обнаружить и пронаблюдать аккомодацию глаза.
Порядок выполнения упражнения
1.
Посмотрите через отверстие в ширме на штатив,
находящийся на расстоянии 2-4 м от глаза.
2.
На расстоянии 25-30 см от глаз поместите булавку.
Обратите внимание на ее раздвоение.
3.
Закройте одно отверстие ширмы и отметьте момент
исчезновения изображения булавки.
4.
Повторите опыт с булавкой. Отметьте момент раздвоения
штатива и исчезновения его изображения при закрывании одного
из отверстий ширмы.
5.
Опишите
наблюдаемое
явление
и
зарисуйте
соответствующие схемы хода лучей.
Упражнение 2
Задание: обнаружить слепое пятно.
Порядок выполнения упражнения
1.
Поместите перед глазами рисунок 1.
Рис.1. Рисунок для обнаружения слепого пятна.
20
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
2.
Закрыв правый глаз, левым посмотрите на крест,w . A B B Y Y . c
расположенный в правой части рисунка.
3.
Приближая и удаляя рисунок от глаза, убедитесь, что на
определенном расстоянии изображенный в левой части рисунка
круг выпадает из поля зрения.
4.
Повторите опыт для другого глаза.
5.
Опишите
наблюдаемое
явление
и
зарисуйте
соответствующие схемы хода лучей.
6.
Подготовьте и представьте преподавателю отчет о
проделанной работе.
Контрольные вопросы
1.
Каково строение глаза человека?
2.
Что такое близорукость? Как провести коррекцию
близорукого глаза?
3.
Что такое дальнозоркость? Как провести коррекцию
дальнозоркого глаза?
4.
Что представляет собой слепое пятно?
5.
Что представляет собой бинокулярность зрения?
6.
Объясните в чем заключается эффект «борьбы полей
зрения»?
7.
Что такое светочувствительность глаза?
8.
Что такое адаптация глаза?
9.
Как изменяются расстояние до ближайшей точки ясного
видения и сила аккомодации глаза с возрастом?
Лабораторная работа №4 (2 ч)
Изучение свойств уха человека
Цель работы: получить спектральную характеристику уха
человека на пороге слышимости.
Задачи работы: научиться определять частоту и интенсивность
звука; научиться получать спектральную характеристику уха
человека на пороге слышимости.
Оборудование: звуковой генератор (ЗГ), осциллограф.
21
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
Общие теоретические сведения
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
Звуковые волны играют важную роль в жизни человека и
других существ, живущих на поверхности нашей планеты. Звук,
как средство восприятия и передачи информации имеет ряд
преимуществ по сравнению со светом. Звук хорошо
распространяется в темноте, в тумане, в лесу, в горах, в воде, в
земле, способен преодолевать преграды, недоступные свету.
Ненаправленность звуковых волн вместе со способностью к
дифракции делает их незаменимым средством коммуникации при
отсутствии прямой видимости. По сравнению с упругими
волнами других диапазонов звук имеет преимущество в том, что
его длины волн соизмеримы с размерами тела человека.
Функцию улавливания звука выполняет специальный
орган – ухо.
Для рассмотрения физики слуха из всей слуховой системы
выделяют наружное, среднее и внутреннее ухо.
Наружное и среднее ухо относятся к звукопроводящей
системе. Звуковоспринимающей системой является внутреннее
ухо. Главной частью внутреннего уха, является улитка,
преобразующая механические колебания в электрический сигнал.
С поражением рецепторного аппарата улитки связывают
некоторые формы глухоты. В этом случае улитка не генерирует
электрические сигналы при воздействии механических
колебаний. Для помощи таким глухим, необходимо
имплантировать электроды в улитку и на них подавать
электрические сигналы, соответствующие тем, которые
возникают при воздействии механического стимула. Такое
протезирование (кохлеарное) в нашей стране было разработано и
проведено во 2-м Московсковском медицинском институте.
Существуют
границы
для
интенсивности
воспринимаемых ухом звуков. Для того чтобы звуковая волна
создавала ощущение звука, необходимо, чтобы интенсивность
звука превосходила некоторое значение, называемое порогом
слышимости. Звук, интенсивность которого ниже порога
слышимости, ухом не воспринимается.
22
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
Порядок выполнения работы
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
1.
Включите ЗГ и осциллограф в сеть. Выходное
напряжение ЗГ подайте на вертикальные пластины осциллографа.
2.
Установите на ЗГ выбранную частоту. Добейтесь
максимальной интенсивности звука при данной частоте.
3.
Уменьшайте интенсивность звука до тех пор, пока он не
пропадет. Отметьте амплитуду колебаний сигнала на экране
осциллографа, соответствующую этому моменту. Результаты
занесите в таблицу 3.
Таблица 3
Результаты измерений
f, Гц
I, дел
4.
Повторите опыт 8-10 раз для разных частот.
5.
Постройте
график
зависимости
спектральной
характеристики уха на пороге слышимости I = j (f).
6.
Сделайте вывод о проделанной работе.
Контрольные вопросы
1.
Каково строение уха человека?
2.
Каков диапазон частот, воспринимаемых органом слуха
человека?
3.
Опишите строение и принцип работы кохлеарного
протеза.
4.
Какой звук принято называть ультразвуком и какова
область его применения ?
5.
Какой звук принять называть инфразвуком и какова
область его применения?
6.
Что такое порог слышимости?
23
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
w.
Лабораторная работа №5 (2 ч)
Изучение времени реакции наблюдателя на звуковые и
световые сигналы
Цель работы: определить время реакции человека на звуковой
сигнал
Задачи работы: научиться способу организации и проведения
эксперимента по определению времени реакции человека на
звуковой сигнал; научиться способу получения данных о времени
реакции человека на звуковой сигнал.
Оборудование: два секундомера
Общие теоретические сведения
Время, наряду с пространством, является одной из
основных форм существования материи, заключающаяся в
закономерной координации сменяющих друг друга явлений. Оно
существует объективно и неразрывно связано с движущейся
материей.
Время
характеризует
продолжительность
(длительность) процессов, происходящих в окружающем нас
материальном мире.
Проблемой измерения времени занимаются различные
разделы науки. Существуют многочисленные технические
устройства
–
счетчики времени
(часы,
хронометры,
секундомеры). Основной единицей измерения времени в СИ
является секунда.
Человеку часто приходится реагировать на различные
сигналы. Под реакцией понимается действие, возникающее в
ответ на то или иное воздействие; ответ организма человека на
внешние или внутренние раздражители.
Для характеристики этих процессов используют величину,
называемую временем реакции.
24
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
Временем реакции наблюдателя на звуковой или световойw . A B B Y Y . c
сигнал называется интервал времени D t между действительным
моментом t1 поступления сигнала и моментом t2, в котором
происходит ответное действие наблюдателя (мышечная реакция)
на этот сигнал:
D t = t2 - t1
Значительную часть времени реакции занимают центральные
корковые процессы, обеспечивающие опознание раздражителя и
организацию исполнительной команды. Время реакции является
чувствительным индикатором изменений функционального
состояния нервной системы. В нем выделяют три фазы:
1) время прохождения нервных импульсов от рецептора до коры
головного мозга.
2) время, необходимое для переработки нервных импульсов и
организации ответной реакции в центральной нервной системе.
3) время ответного действия организма.
Для простой реакции среднее время реакции человека в самых
благоприятных случаях не менее 0,15 сек (распознавание
зрительных образов не менее 0,4 сек).
Время реакции человека - один из важнейших факторов
профессионального отбора; имеет решающее значение при
определении психофизиологических возможностей человека
выполнять работу преподавателя, менеджера, диспетчера,
оператора, летчика, водителя и т.д.
Задание
Используя два секундомера, измерьте время вашей реакции на
звуковой сигнал.
Порядок выполнения работы
Работа выполняется в паре: первый экспериментатор- второй
экспериментатор.
25
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
Изучите измерительный прибор (секундомер), выяснитеw . A B B Y Y . c
правила его использования, определите цену деления и
систематическую (приборную) погрешность d сист.
2.
Запустите два секундомера одновременным нажатием
(один секундомер – первый экспериментатор, другой
секундомер- второй экспериментатор).
3.
Первый экспериментатор должен остановить свой
секундомер, причем остановка должна быть произведена вне
пределов
видимости
второго
экспериментатора,
с
одновременным произнесением слова «Стоп!»
4.
Второй экспериментатор должен остановить свой
секундомер по этому звуковому сигналу.
5.
Проведите семь таких испытаний.
6.
Разность показаний D t второго t2 и первого t1
секундомеров
является
временем
реакции
второго
экспериментатора на звуковой сигнал.
7.
Вычислите среднее значение t1 и t2, D t, заполните
таблицу 4 и осуществите оценку погрешностей измерений.
8.
Представьте результаты эксперимента с учетом
погрешностей измерений.
1.
om
Таблица 4
Результаты эксперимента
№
k
1
2
3
4
5
6
7
t1, с
t2, с
át1ñ át 2ñ
t1k - át1 ñ t 2 k - át 2 ñ (t1 k - á Dt1 ñ ) 2
å (á t ñ - t
1
k
1k
) 2=
(t 2 k - á Dt 2 ñ )
å ( át
2
k
26
2
ñ - t2k ) 2 =
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
Оценка погрешностей
w.
Оценка погрешностей измерений производится следующим
образом. Случайная погрешность вычисляется по формулам
d сл1 = t g , N ´ S1 ;
d сл2 = t g , N ´ S2
где t g , N – коэффициент Стьюдента, который определяется по
таблице распределения Стьюдента для данных значений числа
испытаний N (в нашем случае N = 7) и доверительной
вероятности g , которую в учебном эксперименте можно принять
g = 0,95 (1- g =0,05). При этих значениях t g , N =2,3646.
Величины S1 и S2 определяются по формулам:
å (< t
S1 =
1
k
___________________
N(N-1)
å (< t
S2 =
> - t1k)2
2
> - t2k)2
k
___________________
N(N-1)
27
A B B Y Y.c
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
Полная погрешность определяется на основе известныхw . A B B Y Y . c
систематической d сист.
и
случайной
d сл погрешностей, причем значения
систематической погрешностей будут одинаковы d сист 1 = d сист 2.
:
d 1=
2
d сл2 1 ± d сист
1
d 2=
2
d сл2 2 ± d сист
2
Окончательный результат исследования записывается в виде:
t1 = á t1 ñ ± d 1
t2 = á t2 ñ ± d 2
Относительная погрешность определяется формулой
d1
× 100 %
á t1 ñ
d
e 2= 2 × 100 %
át 2 ñ
e 1=
Контрольные вопросы
1.
Что такое время реакции?
2.
Из чего складывается время реакции человека?
3.
На каких физических явлениях основывается методика
определения времени реакции человека в данной лабораторной
работе?
4.
Каким образом рассчитывается погрешность измерения
времени реакции человека в данной лабораторной работе?
Основная литература
1. Айзенцон, А.Е., Курс физики: уч. пособие для вузов.[Текст]/
А.Е. Айзенцон. – М.: Высшая школа, 1996.- 462 с.
28
om
Y
F T ra n sf o
A B B Y Y.c
bu
to
re
he
C
lic
k
he
k
lic
C
w.
om
w
w
w
w
rm
y
ABB
PD
re
to
Y
2.0
2.0
bu
y
rm
er
Y
F T ra n sf o
ABB
PD
er
Y
2. Бланк, А.Я., Учебное пособие для студентов нефизическихw . A B B Y Y . c
специальностей вузов. [Текст]/ А.Я. Бланк. – Х.: «Каравелла»,
1996. –272 с.
3. Трофимова, Т.И., Курс физики: учеб. пособие для вузов.
[Текст]/ Т.И. Трофимова.– М.: Высшая школа, 1999. – 542 с.
4. Чандаева, В.А., Физика и человек. Пособие для учителей
физики. [Текст]/ В.А.Чандаева.- М.: АО « Аспект Пресс», 1994.336 с.
Дополнительная литература
1. Акименко, С.Б., Яворук О.А., Лабораторные работы по
естествознанию: методические рекомендации. [Текст]/С.Б.
Акименко. - Ханты-Мансийск: ИДО ЮГУ, 2008.-27 с.
2. Естествознание: Энциклопедический словарь[Текст]/ Сост.
В.Д.Шолле.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2003.- 543 с.
3. Кабардин, О.Ф., Орлов, В.А. Экспериментальные задания по
физике: учебное пособие для учащихся общеобразовательных
учреждений. [Текст] / О.Ф.Кабардин., В.А.Орлов. - М.:
Вербум-М,2001.-208 с.
4.Мякишев, Г.Я. Физика для будущих студентов. Том 1.
Механика. Вып.1. Кинематика [Текст]/.Г.Я. Мякишев.М.:МИРОС,1992.- 152 с.:ил.
5. Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб.для
мед.вузов.[Текст]/ А.Н.Ремизов.- М.: Высш.школа,1987.- 638
с.:ил.
Интернет-ресурсы
1. Интернет-энциклопедия Wikipedia [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ru.wikipedia.org
2. Мультипортал компании «Кирилл и Мефодий» [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://www.km-school.ru
29
om