matveeva_5x

Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 9 г. Надыма»
Разработка открытого урока по физике
Определение плотности вещества твердого тела
Надым, 2012
1
Составитель: Матвеева А. А. – учитель физики муниципального
общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 9 г.
Надыма»
В настоящем сборнике представлен практический материал по проведению
открытого урока по физике в 7 классе в форме лабораторной работы. Большое
внимание уделяется расчетам погрешностей прямых и косвенных измерений.
Сборник адресован учителям физикам.
2
Содержание
1.
Цели урока ------------------------------------------------------------------------ 4 стр.
2.
Ход урока-------------------------------------------------------------------------- 5 стр.
3.
Приложение 1 Отчетный лист по лабораторной работе №5-------------8 стр.
4.
Приложение 2 Теория погрешностей для учащихся---------------------11 стр.
5.
Приложение 3 Инструкция для учащихся по выполнению лабораторной
работы-----------------------------------------------------------------------------------------------14 стр.
6.
Приложение 4 Домашнее задание-------------------------------------------16 стр.
3
Физика 7 класс
Лабораторная работа №5
Определение плотности вещества твердого тела
Цели урока:
Образовательные:

введение понятий: «абсолютная погрешность» и «относительная
погрешность»;

уточнение понятий «прямое измерение» и «косвенное измерение»;

экспериментальное определение плотности вещества твердого тела двумя
способами: при первом способе используется оборудование: твердое тело правильной
геометрической формы (параллелепипед), весы, линейка, во втором - твердое тело
правильной геометрической формы (параллелепипед), весы, мензурка.
Развивающие:

развивать экспериментальные умения и навыки при обращении с
измерительными приборами: определение цены деления прибора, снятие показаний с
приборов, соблюдение техники безопасности;

развивать логическое мышление,
умение применять теоретические
знания на практике;
Воспитательные: воспитание коммуникабельности (работа в малой группе),
аккуратности, ответственности, активности, умение работать по инструкции.
Здоровьесберегающие:

создание положительной эмоциональной настроенности;

использование
здоровьесберегающих
действий:
смена
видов
деятельности, физкультминутки для сохранения работоспособности и расширения
функциональных возможностей организма учащихся.
Технологии: проектная, групповая, дифференцированная.
Ключевые слова: плотность, объем, масса, прямое измерение, косвенное измерение,
абсолютная погрешность, относительная погрешность, таблицы плотности твердых тел
и жидкостей.
Оборудование:
компьютер,
мультимедийный
проектор,
тела
правильной
геометрической формы – 12 шт., мензурка-12шт., линейка-12шт., весы с разновесами12 шт.
4
ХОД УРОКА
Скажи мне, и я забуду.
Покажи мне, и я запомню.
Вовлеки меня , и научусь.
Китайская мудрость
I.
Организация урока (2мин):
Учитель: Здравствуйте, дорогие ребята. И снова – физика. Послушайте анекдот.
Сын подходит к отцу и спрашивает:
– Пап, а чем отличаются ум и хитрость?
– Ум позволяет решать сложные проблемы, а хитрость позволяет их обходить.
Сын задумался и снова спрашивает:
– А что полезней?
– Полезней всего – интеллект. Он позволяет выбирать, что лучше: решать,
обходить, или не лезть не в свое дело. (Анекдот). Это – анекдот. Но папа – прав.
Человек, прежде всего, должен думать о развитии своего интеллекта. Я считаю, что
физика лучше всех других наук помогает ему в этом. Сегодняшний урок не
исключение.
На прошлом уроке мы говорили о плотности тел. Сегодня продолжим эту тему,
но рассмотрим плотность с экспериментальной точки зрения. Когда-то умение
экспериментально определять плотность вещества, принесла славу Архимеду. У нас в
руках, пока еще, не корона и материал – не золото, но это экспериментальное умение
нам нужно в жизни очень часто. Подумайте когда и для чего?
Итак, тема
сегодняшнего урока «Лабораторная работа №5 «Определение плотности вещества
твердого тела»». Исходя из темы, сформулируйте цели урока. (Ученики отвечают).
На сегодняшнем уроке мы должны научиться
оценивать погрешности прямых и косвенных измерений;
сравнивать по значению относительной погрешности два способа косвенного
определения плотности;
развивать практические навыки работы с физическими приборами;
развивать умения целеполаганию, анализа и оценки своей работы и работы
одноклассников;
воспитывать в себе аккуратность, толерантность, взаимопомощь.
Для достижения этих целей мы должны решить следующие задачи:
•повторение основного материала по теме «Плотность»;
•изучить материал по теме «Теория погрешностей»;
•выполнить лабораторную работу;
•оценить свою деятельность на уроке.
Китайская мудрость гласит: Скажи мне, и я забуду.
Покажи мне, и я запомню.
Вовлеки меня , и я научусь.
Я желаю, чтобы все на уроке получили бесценный багаж знаний. А для начала –
блиц-опрос по определению знаний о плотности. За три верных ответа – 1 балл,
который будет учитываться при выставлении итоговой оценки за лабораторную работу.
II. Актуализация опорных знаний (5мин)
Блиц-опрос
1. Что называется плотностью?
2. Какова основная единица измерения плотности? В каких еще единицах можно
измерять плотность?
3. Какие физические величины необходимо знать для определения плотности
тела?
4. Можно ли прямым способом измерить плотность вещества твердого тела?
5
5-10. По презентации.
III. Выполнение лабораторной работы
А. Подготовительная часть
Учитель:
Наша страна нуждается в высококвалифицированных инженерно-технических
работниках. Современный инженер в любой области народного хозяйства должен
уметь проводить измерения, оценивать погрешность результатов измерений с учетом
требуемой надежности. Поэтому при измерениях большое внимание уделяется
обработке результатов измерений. Знакомство с основными методами расчета
погрешностей – одна из главных задач сегодняшнего урока.
Прочитайте дополнительный материал к уроку «Теория погрешностей»
(Приложение 2) и ответьте на контрольные вопросы в отчетных листах (Приложение
1).Время ограничено. Вам для этой работы отводится 10мин, но читаем медленно, есть
такой тренинг по развитию интеллекта «Очень медленное чтение», при этом
необходимо запомнить весь предлагаемый материал при первом чтении, перечитывать
нельзя.
Физкультминутка (2мин):
Упр. 1. Мы очень сильно умственно напряглись при выполнении этого задания,
давайте расслабим немного мозг перед следующим штурмом, а для этого пропитаем
весь наш организм воздухом. (Открываем форточки) Встаем и шумно через нос,
протяжно вдыхаем воздух. Чувствуем, как все тело наполняется воздухом; раз, два,
три.
Упр. 2. А теперь сделаем физическое усилие, для этого как можно сильнее
нужно взаимодействовать с землей (полом). Будем надавливать на землю все сильнее и
сильнее.
Садитесь. Продолжим.
Б. Основная часть.
Итак, вначале урока мы решили, что мы будем определять плотность двумя
способами. Следовательно, сформулируйте цели
при выполнении лабораторной
работы. (Учащиеся записывают цели в оценочных листах) (Приложение 1)
Способ 1: У вас имеются твердое тело правильной геометрической формы,
линейка, … Какие еще приборы вам понадобятся? Возьмите их из предложенного
оборудования. Затем опишите порядок ваших действий на отчетных листах. Если есть
затруднения, загляните в инструкцию по выполнению лабораторной работы №5 (3
мин). Приступаем к измерениям, обращаю внимание на правила техники безопасности.
А также ваше внимание обращаю ваше внимание на диагностическую карту по
оцениванию лабораторной работы( см. приложение 3) (10 мин).
Способ 2: Переходим ко второму способу. У вас имеются твердое тело
правильной геометрической формы, измерительный цилиндр, …. Какие действия вы
будете выполнять в этом случае? Запишите порядок действий на отчетных листах.
Далее учащиеся проводят измерения, выполняют расчеты, заполняют таблицу.(10мин)
Учитель: Чтобы ощутить себя инженером, необходимо ответить на следующие
контрольные вопросы (3 мин):
1.
Какой метод измерения плотности точнее, почему?
2.
По внешнему виду определите, из чего изготовлен цилиндр и сравните
полученные значения с табличными значениями. Совпали ли результаты? Если нет, то
почему?
3.
Сформулируйте и запишите вывод о проделанной работе.
IV. Домашнее задание. ( на карточках) (см. приложение 4)
6
V. Рефлексия деятельности (учащиеся отвечают письменно на отчетных
листах)
Оцените свои достижения на этом уроке:

Все ли у вас получилось?

Довольны ли вы своими результатами?

Довелось ли вам в полной мере реализовать свои возможности,
применить полученные знания?

Сделайте комплимент себе, соседу по парте, всему классу …

Мне кажется, я заслужил (а) отметку …
VI. Итог урока.
Учитель: Решать загадки можно вечно.
Вселенная ведь бесконечна.
Спасибо всем вам за урок,
А главное, чтоб был он впрок!
7
Приложение 1
Отчетный лист
по лабораторной работе №5
Определение плотности вещества твёрдого тела
____________________________________________________________________
Фамилия, имя, класс
8
Лабораторная работа №5 _________
/дата/
Определение плотности вещества твёрдого тела.
Цель работы:
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
________________________________________________
Оборудование:1способ: металлический брусок, линейка,----------------------------------------------------------___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
__________________________
2 способ: металлический брусок,
мензурка___________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
_______________________________
Правила техники безопасности.
1. Будьте осторожны при работе со стеклянной посудой. Помните, что стекло
хрупкий и опасный материал, легко трескается при ударе.
2. Будьте внимательны при работе с весами, не теряйте гирьки. Установите весы на
середине стола.
3. Будьте аккуратны при работе с водой.
Подготовительная часть
Прочитайте информацию «О погрешностях» и ответьте письменно на вопросы:
1. Что значит измерить физическую величину?-------------------------------------------------------------------2. Почему возникают погрешности измерений?----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------3. Чему равна абсолютная погрешность прямого измерения?
4. Как определяются абсолютная и относительная погрешности измерения
плотности?
5. Сформулируйте правила округления результата измерения и погрешностей.
Основная часть
А. Опишите порядок ваших действий, при определении плотности вещества
твердого тела первым способом
1._________________________________________________________________
2._________________________________________________________________
3._________________________________________________________________
4._________________________________________________________________
5._________________________________________________________________
Выполнение работы и расчеты:
9
Название вещества
Масса тела
mист,г
Объем тела
Vист, см3
Плотность
вещества ρист,
г/ см3
Относительная
погрешность
измерения E,%
Все записи выполняйте здесь:
Б. Опишите порядок ваших действий, при определении плотности вещества
твердого тела вторым способом
1._________________________________________________________________
2._________________________________________________________________
3._________________________________________________________________
4._________________________________________________________________
5._________________________________________________________________
Название
вещества
Масса тела
mист,г
Объем тела
Vист, см3
Плотность
вещества ρист,
г/ см3
Относительная
погрешность
измерения E,%
Все записи выполняйте здесь:
Контрольные вопросы:
1. Какой способ измерения плотности точнее, почему?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____
По внешнему виду определите из чего изготовлен цилиндр и сравните
полученные значения с табличными значениями. Совпали ли результаты? Если
нет,
то
почему?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
2. Сформулируйте
и
запишите
вывод
о
выполненной
работе.
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Рефлексия деятельности:
Оцените свои достижения на этом уроке:
•Что нового узнали на уроке?
• Довольны ли вы своими результатами?
• Довелось ли вам в полной мере реализовать свои возможности, применить
полученные знания?
• Я заслужил(а) оценку ….
Фамилия, имя, класс
Подпись
10
Приложение 2
Теория погрешностей
Измерение физических величин
В основе точных естественных наук лежат измерения. При измерениях значения
величин выражаются в виде чисел, которые указывают во сколько раз измеренная
величина больше или меньше другой величины, значение которой принято за единицу.
При измерениях неизбежно возникают погрешности. Необходимо владеть
методами, применяемыми при обработке результатов, полученных при измерениях. Это
позволит научиться получать из совокупности измерений наиболее близкие к истине
результаты, вовремя заметить несоответствия и ошибки, разумно организовать сами
измерения и правильно оценить точность полученных значений.
Если измерение заключается в сравнении данной величины с другой,
однородной величиной, принятой за единицу, то измерение в этом случае называется
прямым.
Прямые (непосредственные) измерения – это такие измерения, при которых
мы получаем численное значение измеряемой величины либо прямым сравнением ее с
мерой (эталоном), либо с помощью приборов, градуированных в единицах измеряемой
величины.
Однако далеко не всегда такое сравнение производится непосредственно. В
большинстве случаев измеряется не сама интересующая нас величина, а другие
величины, связанные с нею теми или иными соотношениями и закономерностями. В
этом случае для измерения необходимой величины приходится предварительно
измерить несколько других величин, по значению которых вычислением определяется
значение искомой величины. Такое измерение называется косвенным.
Косвенные измерения состоят из непосредственных измерений одной или
нескольких величин, связанных с определяемой величиной количественной
зависимостью, и вычисления по этим данным определяемой величины.
Современный инженер должен уметь оценивать погрешность результатов
измерений с учетом требуемой надежности. Поэтому большое внимание уделяется
обработке результатов измерений. Знакомство с основными методами расчета
погрешностей – одна из главных задач при выполнении лабораторных работ.
Почему возникают погрешности?
Источниками погрешностей при измерениях являются:
• неточность самих измерительных приборов;
• способ снятия показаний с прибора;
• непостоянство измеряемой величины.
Классификация погрешностей
Значение погрешности измерения некоторой величины X принято
характеризовать:
1.
Абсолютной погрешностью – разностью между найденным на опыте
(измеренным) X изм и истинным значением X ист некоторой величины
ΔX=Xизм  Xист .
(1)
Абсолютная погрешность показывает, на сколько мы ошибаемся при измерении
некоторой величины Х.
2.
Относительной погрешностью равной отношению абсолютной
погрешности к истинному значению измеряемой величины Х
X  X 100%
(2)
X ист
Относительная погрешность показывает, на какую долю от истинного значения
величины Х мы ошибаемся.
11
Качество результатов измерений какой-то величины X характеризуется
относительной погрешностью X . Величина X может быть выражена в процентах.
При практических измерениях погрешности не вычисляются, а оцениваются.
При оценках учитываются условия проведения эксперимента, точность методики,
качество приборов и ряд других факторов. Наша задача: научиться строить методику
эксперимента, правильно использовать полученные на опыте данные для нахождения
истинных значений измеряемых величин (или достаточно близких к ним), разумно
оценивать погрешности измерений.
Говоря о погрешностях измерений, следует, прежде всего, упомянуть о грубых
погрешностях (промахах), возникающих вследствие недосмотра экспериментатора
или неисправности аппаратуры. Грубых ошибок следует избегать. Если установлено,
что они произошли, соответствующие измерения нужно отбрасывать.
Не связанные с грубыми ошибками погрешности опыта делятся на случайные и
систематические. Но о них в следующий раз.
Расчет погрешностей прямых измерений
В наших работах будем считать, что
 Абсолютная погрешность цифровых приборов
равна единице минимального разряда.
 Для всех остальных приборов абсолютная
погрешность принимается равной половине цены
деления.
 Для
весов
абсолютная
погрешность
складывается
из
погрешностей
гирь,
использованных при взвешивании данного тела
(см. таб.)
Номинальное
значение
набора гирь
по механике
1г
2г
5г
10г
20г
50г
100г
Пределы
допускаемой
основной
погрешности
± 4мг
± 6мг
± 8мг
± 12мг
± 20мг
± 30мг
± 40мг
Для простоты расчетов, будем считать, что
полная абсолютная погрешность раавна
инструментальной (приборной) погрешности.
Округляется погрешность и результат. Поскольку результат измерений
представляется в виде интервала значений, величину которого определяет полная
абсолютная погрешность, важное значение имеет правильное округление результата и
погрешности.
Округление начинают с абсолютной погрешности!!! Число значащих цифр
(все числа, кроме нулей слева), которое оставляют в значении погрешности, вообще
говоря, зависит от коэффициента надежности и числа измерений. Однако даже для
очень точных измерений не оставляют более двух значащих цифр. Бóльшее число цифр
не имеет смысла, так как определение погрешности само имеет свою погрешность. В
нашем практикуме сравнительно небольшой коэффициент надежности    0,9  и
малое число измерений. Поэтому при округлении (с избытком) полной абсолютной
погрешности оставляют одну значащую цифру.
Разряд значащей цифры абсолютной погрешности определяет разряд первой
сомнительной цифры в значении результата. Следовательно, само значение
результата нужно округлять (с поправкой) до той значащей цифры, разряд
которой совпадает с разрядом значащей цифры погрешности. Сформулированное
правило следует применять и в тех случаях, когда некоторые из цифр являются нулями.
Затем вычисляется относительная погрешность X .
X  X 100%
X ср
При округлении относительной погрешности достаточно оставить две значащие
цифры.
12
Результат серии измерений некоторой физической величины представляют
в виде интервала значений с указанием вероятности попадания истинного
значения в данный интервал, то есть результат необходимо записать в виде:
X  X ср  X ;
  0,9 .
X  X ;
X ср
Здесь X – полная, округленная до первой значащей цифры, абсолютная погрешность
и X ср – округленное с учетом уже округленной погрешности среднее значение
измеряемой величины. При записи результата измерений обязательно нужно
указать единицу измерения величины.
Итак, округление абсолютной погрешности производится до первой
значащей цифры в сторону увеличения (с избытком). Среднее значение
измеряемой величины округляется с поправкой до той значащей цифры, разряд
которой совпадает с разрядом значащей цифры погрешности. При округлении
относительной погрешности оставляем две значащие цифры.
Расчет погрешностей косвенных измерений
Расчет погрешности косвенных измерений зависит от вида формулы. Поэтому
каждый раз формула для вычисления погрешности будет выглядеть по разному.
Примеры.
1. Объем параллелепипеда определяется по формуле:
V  a bc .
Тогда абсолютную погрешность определения объема параллелепипеда оцениваем по
формуле
a b h
V  Vизм  (


) , считая, что абсолютные погрешности измерений длины a,
a
b
h
ширины b, высоты h равны инструментальной погрешности линейки (половине цены
деления линейки). Результат запишется в виде: Vист= Vизм± ∆V. При этом
V
100% .
относительная погрешность измерения объема равна  
Vизм
определяется по формуле ρ=m/V. Абсолютная погрешность
m V

) . Результат
измерения плотности оценивается по формуле    изм (
mизм Vизм
измерения запишется в виде ρист=ρизм± ∆ρ. При этом относительная погрешность

измерения плотности  
∙100%.
 изм
Вопросы и задачи по теории погрешностей:
1. Что значит измерить физическую величину?
2. Почему возникают погрешности измерений?
3. Чему равна абсолютная погрешность прямого измерения?
4. Как определяются абсолютная и относительная погрешности измерения
плотности?
5. Сформулируйте правила округлений результата и погрешности.
2.
Плотность тела
13
Приложение 3
Инструкция по выполнению лабораторной работы №5
«Определение плотности вещества твердого тела»
Цель работы: научиться определять плотность твердого тела двумя способами с
учетом абсолютной и относительной погрешности и сравнивать полученные
результаты с табличными значениями.
Первый способ:
Приборы: рычажные весы, линейка, твердое тело правильной геометрической
формы.
Указание к работе
1. Измерьте массу тела на весах. Результаты запишите в
таблицу с учетом абсолютной погрешности: mист=mизм
± ∆m.
Для определения абсолютной погрешности массы
воспользуйтесь предложенной таблицей.
Номинальное
значение
набора гирь
по механике
1г
2г
5г
10г
20г
50г
100г
Пределы
допускаемой
основной
погрешности
± 4мг
± 6мг
± 8мг
± 12мг
± 20мг
± 30мг
± 40мг
2. Измерьте объем тела с помощью линейки, используя
формулу:
V=a∙b∙c.
Рассчитайте
абсолютную
погрешность
измерения
объема
по
формуле
a b с
V  Vизм  (

 ) , считая, что абсолютная
a
b
h
погрешность измерения длины a, ширины b, высоты с
равны инструментальной погрешности линейки (половине цены деления линейки).
Результат запишите в виде: Vист= Vизм± ∆V
3. Рассчитайте
ρизм=mизм/Vизм. Рассчитайте
m V

).
абсолютную погрешность измерения плотности по формуле    изм (
mизм Vизм
Результат измерения запишите в виде ρист=ρизм± ∆ρ.

4. Рассчитайте относительную погрешность измерения  
∙100%
 изм
5. Заполните таблицу измерений:
Название
вещества
плотность тела ρизм по формуле
Масса тела
mист,г
Объем тела
Vист, см3
Плотность
вещества ρист,
г/ см3
Относительная
погрешность
измерения E,%
Примечание: Не забудьте округлять результаты и погрешности!!!
Второй способ:
1. Значение массы у вас уже известно.
2. Определение объема тела при помощи мензурки:
а) Определите цену деления измерительного цилиндра;
б) Налейте столько воды в цилиндр, чтобы предложенное тело могло полностью в
нее погрузиться. Запишите объем V1 с учетом абсолютной погрешности
измерения ∆V1.
14
в) Погрузите тело в воду. Зафиксируйте объем V2 с учетом абсолютной
погрешности измерения ∆V2.
г)Рассчитайте объем тела Vизм= V2- V1. Определите абсолютную погрешность
измерения объема по формуле ∆V=∆V1+∆V2
д)Запишите значение объема в виде Vист= Vизм± ∆V
3. Расчет плотности.
а) Рассчитайте плотность тела ρизм по формуле ρизм=mизм/Vизм.
б)
Рассчитайте
погрешность
измерения
плотности
m V
   изм (

).
mизм Vизм
в) Результат измерения запишите в виде ρист=ρизм± ∆ρ.

4. Расчет относительной погрешности измерения  
∙100%
 изм
5. Заполните таблицу измерений:
Название
вещества
Масса тела
mист,г
Объем тела
Vист, см3
15
Плотность
вещества ρист,
г/ см3
по
формуле
Относительная
погрешность
измерения ε,%
Приложение 4
Домашнее задание по теме «Плотность тел»
1. Когда мы, собираясь на каникулы в лагерь, набиваем всё новыми и новыми вещами и
без того уже пухлый чемодан, какие из физических величин мы изменяем – m, V, ρ?
2. Кусок пластилина скатали в шарик. Какие из
физических величин, характеризующих шарик,
изменились – m, V, ρ?
3. В воздушный шарик накачали порцию воздуха.
При этом масса возросла в 4 раза, а объём – вдвое. Во сколько раз возросла плотность
воздуха в шарике?
4. Который из рисунков позволит подсчитать, во сколько раз плотность воды
больше плотности спирта?
5. Найдите ошибку в рассуждении: плотность 1 м3 керосина 800 кг/м3. Тогда плотность
2 м3 керосина будет 1600 кг/м3.
6. Для измерения плотности пластилина взяли его
кусок массой 100 г. Как изменятся результаты
измерений, если будет взят кусок массой 200 г?
7. Имеются 3 кг мёда и 3 кг молока. Сравните их
объёмы.
8. Чтобы заполнить банку доверху, потребовалось 4,1 кг меда. Вычислите объём банки.
9. Плотность золота 19 г/см3. Верно ли, что золотой кубик с объёмом более 10 см3 будет
иметь массу более 100 г?
10. В кастрюлю объёмом 7,3 л положили 5,7 кг картофеля и доверху залили водой. Ее
понадобилось 2,3 л. Найдите плотность картофелины.
Занимательная задача
Мыло и мыши. Лилипут отправился мыть руки к ручью, но забыл дома
прямоугольный брусочек мыла. Его длина 0,3 см, ширина составляет 2/3 длины, а
высота 1/3 от длины. Брусочек нашли мыши и половину сгрызли. а) Какова масса
оставшегося мыла, если плотность мыла 1500 кг/м3? б) Сколько процентов мыла мыши
измельчили своими острыми зубками?
Экспериментальная задача
В глубокой древности знаменитый Архимед смог определить, из чистого ли
золота сделана царская корона. Попробуйте сделать то же самое, изготовив модель
короны из пластилина. Оборудование: модель короны из пластилина, мерный сосуд,
весы.
Желаю удачи.
16