Борівська ЗОШ І-ІІІ ст.

Використання елементів проблемного навчання на уроках фізики

Покрищук Н.В.

Зміст

1. Використання елементів проблемного навчання на уроках фізики
2. Роль демонстраційного експерименту з фізики в створенні проблемних ситуацій
3. Проблемні досліди в курсі фізики VIІІ класу
4. Проблемні досліди в курсі фізики X класу
5. Створення проблемних ситуацій на уроках фізики

за допомогою цікавого експерименту

Використання елементів проблемного навчання

на уроках фізики

В умовах бурхливого науково-технічного і соціального прогресу зростає роль школи в підготовці молоді до суспільно-корисної праці. Важливе завдання школи — давати учням міцні знання з основ наук, формувати в них високу свідомість, готувати до життя й свідомого вибору професії. Велику роль у підготовці учнів до суспільно корисної праці відіграє фізика. У процесі викладання фізики є можливість ознайомити учнів з найважливішими застосуваннями фізики в промисловості, сільському господарстві і на транспорті, формувати навички користування різними вимірювальними приладами та інструментами, які широко застосовуються на практиці.

Щоб учні якісно засвоювали навчальний матеріал з фізики, учителі застосовують різні методи. Серед них важливе місце посідає проблемне навчання, яке передбачає організацію пошукової діяльності учнів, оволодіння знаннями на основі активної розумової діяльності, спрямованої на розв'язання завдань проблемного характеру, а також оволодіння методами добування знань.

Елементами системи є: створення проблемної ситуації; формулювання проблеми розробка та перевірка робочих гіпотез; аналіз результатів перевірки робочих гіпотез; повернення до проблемної ситуації під кутом зору отриманих висновків.

Проблемне вивчення матеріалу починається зі створення проблемної ситуації. Чому саме з проблемної ситуації, а не з формулювання проблеми? Якби навчання розпочинати відразу з формулювання проблеми, то учні сприйняли б цю проблему як не «свою» і, напевно, дехто з них подумав би: учитель її сформулював, тож учитель нехай її розв'язує. Виникає, таким чином, необхідність здійснити такі кроки, які наблизили б проблему до учня, тобто такі кроки, після яких учень проблему сприйняв би як власну. Отже, проблемна ситуація — це своєрідна драбина, користуючись якою можна вийти на формування проблеми, це засіб для формування інтересу учнів до даного питання.

Після створення проблемної ситуації здійснюється формулювання проблеми. Проблема — це об'єктивно виникаюче в ході пізнання питання або цілий комплекс питань, розв'язування яких становить значний практичний інтерес. Зазначимо, що уміння бачити проблему там, де вона є, не менш важливе від уміння її розв'язати. До того ж розв'язування проблем, виявлених самими учнями, проходить на вищому рівні розумової активності.

Побачити проблему — усвідомити те питання, яке випливає з поєднання несумісних на перший погляд інформацій. Уявна несумісність цих суперечливих інформацій і веде до виникнення питання, до формування проблеми. Отже, щоб сформулювати проблему, яка випливає з даної проблемної ситуації, необхідно чітко визначити одну і другу суперечливі інформації.

Третім етапом у реалізації методу проблемного навчання є висунення гіпотез щодо шляхів розв'язування сформульованої проблеми. Гіпотеза — це своєрідна стратегія розв'язування проблеми, її створення можливе тільки тоді, коли учні дуже глибоко вникнуть у суть самої проблеми, осмислять її глибину.

Наступний етап методу проблемного вивчення матеріалу — перевірка висунутих гіпотез. Перевірка висунутих гіпотез передбачає включення учнів в активну розумову діяльність. Вона відбувається з допомогою вчителя. Якщо декілька учнів висунули гіпотези, то виникає потреба сформувати групи, які б займалися перевіркою кожної гіпотези. Необхідно вислухати кожну групу, знайти в їх міркуваннях помилку, якщо вона є.

Аналіз результатів перевірки гіпотез відбір та її підтвердження. Учитель разом з учнями відбирає ту гіпотезу, яка доведена без жодної наукової помилки, їх може бути декілька. Але якщо вони правильно доведені, то мають привести до однакового результату. Критерієм відбору гіпотез є практика. Треба намагатися одержаний результат перевірити будь-яким практичним або іншим способом.

Висновок і узагальнення як елемент методу не є, однак, остаточною ланкою в ланцюжку міркувань, хоч і виділяє ті знання, які нарешті здобули учні. Остаточну крапку ставить повернення до проблемної ситуації, з погляду здобутих знань з'ясуємо, а чому, власне, виникла ця ситуація, і дамо їй пояснення.

Аналізуючи всю послідовність етапів проблемного методу, бачимо, що самі знання учні отримують ніби як побічний продукт, адже головна увага приділяється власне розв'язуванню проблеми, тобто шляху одержання цих знань, методу їх здобування. У тому цінність проблемного вивчення матеріалу, що при проблемному навчанні нові знання учень здобуває не в готовій формі, а в результаті своєї розумової праці, вони є його власним відкриттям, продуктом його розумової діяльності.

Проілюструємо всі шість етапів проблемного вивчення матеріалу на конкретній темі з фізики.

Тема: «Заломлення світла»

Створення проблемної ситуації. Нехай ми маємо перед собою дві порожні склянки. Наллємо в одну з них до половини її висоти води, а потім опустимо в обидві склянки олівці (по одному в кожну). І що ж ми побачимо? Олівець, опущений у склянку з водою, здається переломленим на межі між водою і повітрям. Чому?

Формування проблеми. Отже, як можна пояснити, що олівець у склянці з водою стає переломленим, а олівець у порожній склянці залишається незмінним?

Розробка робочих гіпотез. 1. Олівець спеціально перед дослідом переламали. 2. У воду добавили якоїсь безбарвної речовини, щоб виникло враження «переламаного» олівця. 3. Це пов'язано з властивостями світла при проходженні крізь різні середовища.

Перевірка робочих гіпотез. 1. Виймаємо олівець із склянки і демонструємо, що він цілий. 2. Беремо іншу склянку і наливаємо туди чистої води з крана так, щоб учні це бачили (або вони це роблять самостійно). 3. Спостерігаємо це саме явище при переході променя світла із повітря в скло і з води чи скла — в повітря.

Аналіз робочих гіпотез. Отже, перші гіпотези виявилися неправильними, а третя — правильна. Звідси можна зробити висновок: при переході світла крізь межу поділу двох середовищ воно змінює свій напрям, і це явище називається заломленням світла. Дослід також показує, що при переході променя з повітря в скло або воду кут заломлення менший від кута паління. Це можна схематично зобразити так: α > β. Отже, падаючий і заломлений промені лежать в одній площині з перпендикуляром, проведеним до поверхні поділу двох середовищ у точку падіння променя. Учні також зможуть пояснити, в якому випадку світло, проходячи межу поділу двох середовищ, не заломлюється. Це буває тоді, коли оптичні властивості середовищ однакові або кут падіння рівний нулю градусів.

Повернення до проблемної ситуації. Таким чином, ми з'ясували, що при переході променя з одного середовища в інше світло заломлюється. Заломлення світла є причиною того, що олівець у склянці з водою здається переломленим, а глибина водойми уявляється нам меншою, ніж є насправді. Через заломлення світла в атмосфері Землі ми бачимо зорі й Сонце вище від їх дійсного положення.

Завершуючи розкриття суті проблемного вивчення матеріалу, зазначимо, що його застосування в розумовому розвитку учнів принесе безумовну користь тільки тоді, коли буде підпорядковано чіткій системі роботи вчителя з використання активних методів навчання.

Проблемне навчання приділяє найбільшу увагу шляху одержання знань учнем, методу їх здобування. При проблемному навчанні учень здобуває знання не в готовій формі, а в результаті розумової праці, вони є його власним відкриттям. Дане навчання орієнтоване не на інформативну, а на розвивальну функцію особистості

Роль демонстраційного експерименту з фізики в створенні проблемних ситуацій

Шкільний курс фізики розкриває широкі можливості для використання проблемного підходу до вивчення навчального матеріалу. Джерелом створення проблемної ситуації може бути не тільки графік, схема, фізичний процес тощо, а й шкільний фізичний експеримент, зокрема демонстраційний.

Демонстраційний експеримент є змістом фізики і водночас методом її вивчення. Проблемна постановка демонстрації робить сам процес вивчення предмета змістовнішим і глибшим, її використання для постановки проблеми сприяє розвитку і тренуванню (що дуже важливо під час вивчення фізики на першому ступені) логічного мислення, навичок самостійної діяльності, спонукає до дальшого, глибшого вивчення певної закономірності.

Демонстраційні проблемні досліди мають відповідати не тільки тим вимогам, які ставляться до шкільного фізичного експерименту, а й тим вимогам, які випливають із особливостей проблемного підходу до нього:

1. Проблемний дослід передбачає самостійну роботу учнів.
2. Його зміст ґрунтується на явищах і закономірностях,  які вони вивчили.
3. Проблемний дослід — це база для дальшого вивчення явища і закономірностей. Його проводять на початку вивчення розділу або теми.

Проблемна ситуація, яка виникла, повинна створювати і потенціальні можливості для її розв'язання.

Аналізуючи результати проблемного досліду, вчитель повинен чітко уявляти дальший хід думок учнів з розв'язування проблеми, керувати їхньою пізнавальною діяльністю. У разі потреби доцільно повторити формулювання проблеми, схематично записати на дошці основні моменти досліду і проблеми.

Учитель заздалегідь планує проблемні досліди з розділу (теми) і готує учнів до їх сприймання.

Проблемні досліди проводять як на першому, так і на другому ступенях навчання фізики із врахуванням вікових і психологічних особливостей учнів. Учні VIІ кл. тільки починають вивчати фізику, вони ще не мають систематичних фізичних знань. Учитель під час проведення проблемних дослідів спирається на знання, здобуті учнями на уроках природознавства, географії та їх життєвий досвід. Семикласників треба навчити уважно спостерігати досліди, аналізувати їх результати, схематично змальовувати установки і описувати досліди у зошиті.

Учні VIII класу вже володіють запасом систематичних знань, у них більш сформовані навички виконання таких мислительних операцій, як порівняння, аналіз, синтез, абстрагування, узагальнення, конкретизація і т. д.. У процесі розв'язання проблем зростає самостійність учнів, тобто підвищується рівень проблемності дослідів. Значення проблемних дослідів у VIII класі збільшується ще й тому, що в цей час школярі вивчають найскладніший (як показують дослідження) навчальний матеріал  і якість знань восьмикласників нижча, ніж в інших класах. Щоб підтримати інтерес учнів до вивчення механіки, необхідно ширше використовувати не тільки типове обладнання, а й саморобні прилади, дія яких ґрунтується на сучасних методах вимірювання фізичних величин.

Наведемо приклади використання проблемних дослідів під час навчання механіки в VIІІ і X класах.

Проблемні досліди в курсі фізики VIІІ класу

Дослід 1. Маса тіла.

Проблема: чому під час взаємодії різні тіла неоднаково змінюють свої швидкості?

Мета: показати, що зміна швидкостей взаємодіючих тіл залежить від маси тіл.

Обладнання: два візки (один з пружною пластинкою); гиря (0,5 кг); мішечок з піском; стояк з підставкою, на якому зображено нуль.

Методичні вказівки. Учні вже знають, що швидкості тіл змінюються тільки в результаті взаємодії тіл. На цьому уроці вони встановлюють, що різні тіла при взаємодії неоднаково змінюють свою швидкість. Про тіло, яке після взаємодії набуло більшої швидкості, кажуть, що воно масивніше від іншого тіла, тобто в нього більша маса.

1. На початку уроку повторюють демонстрацію з попереднього уроку. Для цього зігнуту пластинку зв'язують ниткою, збоку пластинки приставляють другий візок і середину між візками позначають буквою О, нитку перепалюють. Візки роз'їжджаються. Запитання: яких швидкостей набули візки ?. Відповідь: візки набули однакових швидкостей. Числове  значення швидкостей учні визначають за відстанями, пройденими візками до повної зупинки, або за показами спідометрів .
2. На один з візків ставлять гирю і дослід проводять так само, як і попередній. Запитання: яких швидкостей набули візки? Відповідь: візки при взаємодії набули різних швидкостей. Учитель формулює проблему: відомо, що швидкості змінюються в результаті взаємодії, але від чого залежить зміна швидкостей взаємодіючих тіл ? Учні звертають увагу на те, що візок з гирею набув меншої швидкості. Він масивніший від візка без гирі, тобто в нього більша маса.

Завдяки такій послідовності проведення дослідів учні усвідомлюють необхідність введення нової фізичної величини — маси.

У кінці роботи доцільно продемонструвати взаємодію візка з мішечком піску і навести приклад взаємодії людини (при ходьбі) із Землею.

Дослід 2. Густина речовини.

Проблема: чому тіла однакові за об'ємом, виготовлені з різних речовин, мають різну масу?

Мета: встановити, що тіла однакові за об'ємом, виготовлені з різних речовин, мають різні маси, бо в них різна густина.

Обладнання: терези, тіла однакового об'єму.

Методичні вказівки. Поняття «густина речовини» вводять, порівнюючи тіла однакового об'єму. Перший дослід ставлять з метою повторення вивченого матеріалу. Другий дослід порушує ті уявлення учнів, які склалися, і тому є проблемним.

1. Учні розглядають два тіла однакового об'єму, виготовлені з одного матеріалу. На запитання: «Що ви можете сказати про ці тіла?», вони відповідають: «Тіла мають однаковий об'єм. Потім тіла ставлять на шальки терезів. Терези зрівноважені, тобто тіла мають однакову масу.

2. Одне тіло знімають із шальки і замість нього ставлять друге, таких самих розмірів, але виготовлене з іншого матеріалу. Рівновага терезів порушується. Перед учнями виникає проблема: чому тіла однакового об'єму мають різну масу? Але вони спроможні її розв'язати: тіла мають різну масу, бо виготовлені з різних речовин.

Дослід 3. Сила пружності.

Проблема: тіла під дією сили тяжіння падають на Землю. Чому ж тіла, які мають опору або підвіс, не падають, а знаходяться в спокої?

Мета: показати, що на тіла, які мають опору або підвіс, в полі тяжіння діє не тільки сила тяжіння, а й сила пружності.

Обладнання: два бруски; лінійка; гиря; штатив; нитка-підвіс.

Методичні вказівки. З вивченого раніше і власного досвіду учні знають, що на тіла діє сила тяжіння. Під дією цієї сили тіла падають на Землю. Демонструється падіння гирі. Учні легко пояснюють цей факт. Тоді проводяться досліди, із гирею, яку спочатку підвішують на нитку, а потім ставлять з лінійкою на бруски. Виникає проблема. Учні розв'язують її так: на гирю діє лінійка (підвіс) і сила тяжіння. Дію з боку лінійки (підвісу), зумовлену деформацією, називають силою пружності.

Дослід 4. Тиск.

Проблема: чому, йдучи по пухкому снігу без лиж, людина провалюється, а з лижами — ні, адже вона в обох випадках діє на сніг з однією і тією самою силою, яка дорівнює її вазі?

Мета: дослідити, від чого залежить дія сили.

Обладнання: прозора посудина з піском; два дерев'яних бруски; дві гирі (по 0,5 кг кожна).

Методичні вказівки: перед вивченням теми «Тиск» учні вже мають деякі відомості про силу тяжіння, пружність і тертя. Вони знають, що дія сили залежить від її значення, тому спочатку доцільно проробити такий дослід: брусок кладуть на пісок і навантажують його однією гирею, а потім двома. Учні легко пояснюють цей дослід. Після цього на обидва бруски (один з них кладуть на пісок ребром) ставлять дві гирі по 0,5 кг.

Учні спостерігають, що в результаті дії однакових гир бруски по-різному заглиблюються в пісок, і формулюють проблему; чому дія одного і того самого вантажу змінилася? Розв'язуючи її, учні приходять до висновку; дія сили залежить не тільки від її значення, а й від площі тієї поверхні, перпендикулярно до якої вона діє.

Проблемні досліди в курсі фізики X класу

Дослід 1. Відносність руху.

Проблема: чому змінюється значення і напрям швидкості відносно різних систем відліку?

Мета: використовуючи кількісні вимірювання, показати, що швидкість тіла в різних системах відліку змінюється, і встановити правила додавання швидкостей.

Обладнання: комплект приладів з механіки

Методичні вказівки. Учні вже знають, що рух відносний і положення тіла в просторі визначається системою відліку. На даному уроці треба вияснити, чому саме змінюється значення і напрям швидкості відносно різних систем відліку. Для цього використовують установку, зображену на малюнку 6. Причому при підготовці установки до проведення експерименту обмотки соленоїдів під'єднують так, щоб напрями відхилення стрілок спідометрів збігалися з напрямами швидкостей. Спідометри А—З, В—А, В—З показують  швидкості руху візка В і платформи А відносно різних систем відліку.

1. Учитель приводить у рух платформу А і звертає увагу учнів на однакові покази спідометрів А—3 і В—3. Потім платформа А знаходиться в стані спокою, а візок В рухається справа наліво. За показами спідометрів В—А і В—3 учні переконуються, що візок В рухається з однаковою швидкістю як відносно платформи А, так і відносно Землі (нерухомої платформи).
2. Платформу А і візок В рухають так, як показано на малюнку 6. Учні знімають покази спідометрів  Uа-з == 15 см/с; Uб-а = ю см/с; Uв-з — 5 см/с. Під час аналізу результатів досліду перед ними постає проблема: чому значення і напрям швидкості руху візка В відносно платформи А і Землі різні?

Таким чином, учитель, користуючись числовими даними, не тільки підкреслює відносний характер швидкості, а й переконливо ілюструє класичний закон додавання швидкостей.

Дослід 2..Незалежність прискорення від вибору інерціальної системи відліку.

Проблема: чому при рівноприскореному русі прискорення не залежить від вибору інерціальної системи відліку.

Мета: за допомогою кількісних вимірювань швидкості й прискорення показати, що прискорення залишається сталим відносно будь-якої інерціальної системи відліку.

Обладнання: комплект приладів з механіки.

Методичні вказівки. Дослід дає змогу доступно й переконливо сформувати в учнів правильне розуміння фізичної суті абсолютності прискорення в інерціальних системах відліку. Для його проведення складають таку саму установку, як в першому досліді, тільки до послідовно сполучених обмоток соленоїдів нерухомої і рухомої платформи під'єднують спідометр А—3 і акселерометр. Спочатку вимірюють прискорення візка С відносно платформи А; потім платформу А приводять в рівномірний рух. Значення прискорення залишається сталим. Учні формулюють проблему і розв'язують її. Якщо часу на уроді обмаль, дослід демонструють на факультативних заняттях.

Дослід 3. Вага тіла, яке рухається з прискоренням.

Проблема: якщо тіло, підвішене на нитці, коливається у вертикальній площині, то вага тіла в найнижчій точці траєкторії відрізняється від значення сили тяжіння, що діє на тіло. Чому?

Мета: показати, що при коливанні тіла його вага може збільшуватись порівняно з вагою тіла в спокої.

Обладнання: тягарець; штатив; динамометр від набору із статики; нитка-підвіс.

Методичні вказівки. Учні знають, якщо опора або підвіс знаходяться в спокої або рухаються рівномірно і прямолінійно, то вага тіла дорівнює силі тяжіння. При прискореному русі тіла в полі тяжіння по колу його вага змінюється, оскільки, крім прискорення вільного падіння, виникає прискорення, зумовлене силою пружності нитки. Тому перед вивченням теми «Вага тіла, яке рухається з прискоренням» треба поставити такий дослід. Скласти установку: до тягарця прив’язати нитку і підвісити до динамометра. Нитку із тягарцем протягнути крізь отвір , який є точкою підвісу. Фіксують покази динамометра, тобто визначають вагу тягарця в спокої. Потім відводять тягарець на деякий кут і відпускають. Коли тягарець проходить нижню точку дуги кола, покази динамометра збільшуються. Це і є проблемою, яку треба розв'язати.

Результати досліду можна використати при розв'язуванні експериментальної задачі для закріплення вивченого матеріалу.

Дослід 4. Потужність.

Проблема: візок, привід якого має сталу потужність, рухається спочатку по горизонтальній площині, потім вгору по похилій. Чому швидкість візка на похилій площині менша від його швидкості на горизонтальній ділянці руху?

Мета: показати, що швидкість руху тіла при сталій потужності залежить від сили опору.

Обладнання: комплект приладів з механіки.

Методичні вказівки. Учні знають, що будь-яка машина характеризується роботою, виконаною за одиницю часу — потужністю. Від чого ж залежить швидкість рухомих тіл — літаків, ракет, автомобілів та інших транспортних засобів? Чому із збільшенням сил опору швидкість цих тіл зменшується? Щоб відповісти на ці запитання, використовують саморухомий візок та індикатор швидкості — спідометр. Спочатку пускають візок по горизонтальних рейках і фіксують значення швидкості. Потім один кінець платформи піднімають на 10—12 см і спостерігають за рухом візка па підйомі. Візок повільно рухається вгору. Значення швидкості, що його показує спідометр, значно менше від швидкості, яку мало тіло на горизонтальній ділянці руху. Постає проблема: чому зменшилася швидкість візка на підйомі? Після розв'язання проблеми, користуючись результатами досліду, учні розв'язують експериментальну задачу.

Використовуючи запропоновану методику підготовки і проведення проблемних дослідів, учитель може самостійно планувати і розробляти їх.

Створення проблемних ситуацій на уроках фізики

за допомогою цікавого експерименту

Досвід показує: якщо учню не цікаво на уроці, то навчити його будь-якій справі дуже важко.

Один із шляхів досягнення успіху є – зацікавленість через здивування. Необхідно використовувати демонстрації, які викликають в учнів здивування і зацікавленість. Під час демонстрації в учнів виникають питання «чому?», яке можна вважати першим кроком до розуміння фізичного явища. Особливе захоплення викликають демонстрації із підручних матеріалів, або матеріалів, які використовуються в побуті, і деякі з них можна виконати вдома.

Сірник і олівець у склянці води

Завдання

Якщо розміщений горизонтально сірник розглядати крізь циліндричну склянку з водою, то його довжина здається більшою за діаметр склянки, а товщина не змінюється. Якщо ж сірник розмістити вертикально, то його довжина не змінюється, а товщина здається більшою.

Налийте на воду шар касторової олії. Якщо встановити вертикально олівець, як показано на малюнку, то він буде здаватися товстішим там, де знаходиться олія.

Запитання

1. Чому сірник у склянці води порізно змінює розміри тільки в одному напрямку (по горизонталі чи вертикалі) залежно від його положення?
2. Чому олівець здається товстішим у тій частині склянки, де знаходиться олія?

3. Чому, якщо нахилити олівець, він здається зламаним у кількох місцях?

Відповідь

1. Склянка з водою являє собою циліндричну лінзу. Кривизна її горизонтального перерізу дорівнює 1/-R, де R — радіус склянки, а кривизна вертикального перерізу дорівнює нулю. Через це в горизонтальному напрямку така лінза збільшує зображення, а у вертикальному — ні.
2. Показник заломлення касторової олії більший, ніж у води. Через це у тій частині склянки, де знаходиться олія, збільшення буде сильнішим.
3. Це відбувається через те, що промені світла заломлюються на межі речовин з різними показниками заломлення

«Самонавіювання» чи знання фізики (теплопередача)

Завдання

Візьміть високу склянку і наповніть її водою. Опустіть у неї кип'ятильник і увімкніть його в мережу. Розкажіть казочку про те, що ви і всі присутні у трансі, тому не відчуваєте болю і високої температури. Коли вода почне кипіти, вимкніть кип'ятильник і візьміть склянку знизу, показуючи всім, що навіювання вже почало діяти.

Увага

Будьте обережні! Не торкайтеся склянки вгорі, щоби не отримати опіку!

Запитання

1. Чому склянка знизу холодна?

2. Чому склянка для цього досліду повинна бути високою?
3. Чи закипить вся вода з часом, якщо не вимикати кип'ятильник?
4. Якби кип'ятильник був охолоджувачем, де краще було б йот розмістити?

Пояснення явища

Звичайно, ніякого навіювання не було. Справа в тому, що нагрівався лише верхній шар води. Густина гарячої води менша за густину холодної, тому гаряча вода залишалась вгорі і конвекція не відбулась. Дифузія між гарячим і холодним шарами проходить дуже повільно, тому під час кипіння верхнього шару води знизу вона залишалась холодною.

Відповідь

1. Нагрівався лише верхній шар води. Густина гарячої води менша за густину холодної, тому вона залишалась вгорі і конвекція не відбувалась. Це приводить до того, що під час кипіння верхнього шару води знизу вода залишалась холодною.
2. Існує небезпека отримати опіки, якщо доторкнутися на довгий час до склянки вгорі. Висока склянка дозволяє тримати її, не торкаючись того місця, де вона гаряча.
3. Ні, не закипить. У місці, де відбувається кипіння, температура води 100 °С. Знизу певна кількість теплоти відводиться навколишньому середовищу, тому завжди буде існувати різниця температур між верхнім і нижнім шарами води.

4. Там, де він е, вгорі. Завдяки конвекції вся вода буде перемішуватись і охолоджуватись.

Перевернута склянка з водою

Завдання

Склянку, заповнену на 2/3 водою, накриваємо аркушем учнівського зошита. Притискуючи аркуш до вінця склянки, швидко перевертаємо її догори дном. Повільно забираємо руку, що підтримувала аркуш, і бачимо, що вода не виливається зі склянки.

Запитання

1. Чому вода не виливається зі склянки?
2. Як зміниться час утримання води у склянці, якщо воду кімнатної температури замінити на гарячу?
3. Чи можна в цьому досліді використовувати замість аркуша з учнівського зошит а дзеркало?
4. Чи буде виливатися вода зі склянки, якщо зробити в аркуші голкою маленький отвір?
5. Що зміниться, якщо аркуш перед початком досліду намочити?

Відповідь

1. Вода не виливається завдяки дії сили різниці тисків атмосферного повітря і повітря у склянці.
2. Час утримання води у склянці різко зменшиться. Це пов'язано з тим, що повітря над водою швидко прогрівається і його тиск зростає.
3. Ні, тому що не утворюється увігнута поверхня, яка діє немов мембрана, створюючи менший за атмосферний тиск повітря у склянці.
4. Ні, тому що діють сила різниці тисків і поверхневого натягу.
5. Демонстрація з таким аркушем буде невдалою. Вода діє як мастило для частинок паперу, І зчеплення між ними стає меншим. Аркуш втрачає свою пружність і міцність.

Перевернута склянка з водою на столі

Завдання

Склянку, заповнену водою по вінця, накриваємо дзеркалом або дошкою з рівною поверхнею. Підтримуючи склянку ї дзеркало, перевертаємо їх і обережно ставимо на стіл. Вода не виливається зі склянки, перевернутої отвором вниз.

Запитання

1. Чому не виливається вода зі склянки?
2. Чому поверхня дзеркала або дошки повинна бути рівною і не мати великих подряпин?
3. Чи можна провести цей дослід зі склянкою заввишки 2 метри?
4. Як зміниться максимально можлива висота склянки, якщо замість води використовувати ртуть?
5. Якщо повільно рухати склянку по поверхні дзеркала або дошки, можна помітити, що до склянки потрапляють маленькі бульбашки повітря. Чому це відбувається?

Пояснення явища

Під час притискання долонею аркуша до вінця склянки ми мимоволі втискуємо його у склянку Коли склянку перевернуто і рука не підтримує аркуш, вода під дією сили тяжіння намагається виштовхнути лист, збільшуючи його радіус кривизни. Об'єм середовища, що знаходиться у склянці, збільшується. Об'єм води залишається сталим, отже, збільшується об'єм повітря у склянці. Це спричиняє зменшення його тиску. Завдяки цьому виникає сила різниці тисків атмосферного повітря і повітря у склянці, яка притискає аркуш до вінців і тримає стовп води.

Відповідь

1. Тому що атмосферний тиск більший, ніж тиск стовпа води у склянці.
2. Якщо поверхня дошки буде нерівною, через щілини у склянку буде потрапляти повітря під атмосферним тиском. Вода почне виливатися.
3. Так, бо атмосферний тиск буде більшим, ніж тиск стовпа води висотою 2 м.
4. Зменшиться, тому що тиск стовпа ртуті у 13,6 раз більший, ніж у води.
5. Якщо рухати склянку з водою по поверхні дзеркала або дошки, тонкий шар води залишається на цій поверхні, тиск стовпа води і повітря над ним зменшується, і через мікро щілини атмосферне повітря потрапляє до склянки.

Кулька, що надувається сама

Завдання

Кульку для демонстрації бажано брати не нову, а вже з розтягнутою гумою. Зав'яжіть отвір гумової кульки, залишивши в ній трохи повітря. Покладіть кульку під скляний ковпак і почніть відкачувати помпою з нього повітря. Кулька почне надуватися сама по собі!

Запитання

1. Чому для демонстрації бажано брати кульку не нову, а вже з розтягнуті» гумою?
2. Чому треба залишити трохи повітря в гумовій кулі?
3. Чому кулька надувається під час відкачування повітря?
4. Що стається з глибинною рибою, коли її піднімають на поверхню?

Пояснення явища

Під час відкачування повітря тиск під ковпаком знижується. Тиск повітря у кульці залишився атмосферним. Під дією сили різниці тисків кулька починає роздуватись. Це призводить до збільшення об'єму і зниження тиску повітря в кулі. Коли сила пружності гуми зрівняється з силою різниці тисків, роздування припиниться.

Відповідь

1. Якщо гума буде не розтягнута, сила пружності не дасть кульці роздутися до великого діаметра. Ефект від демонстрації буде вже не таким сильним.
2. Якщо не залишити повітря, то що буде розширюватися? Об'єм повітря зростатиме майже пропорційно зменшенню тиску, тому, якщо тиск зменшився у два рази, то об'єм кульки збільшиться також приблизно у два рази.
3. Під час відкачування повітря тиск під ковпаком знижується. Тиск повітря в кульці залишиться атмосферним. Під дією сили різниці тисків кулька починає роздуватись.
4. Гази, які були розчинені в рідинах клітин і судин, виділяються з розчинів, різко збільшуючи об'єм. Це призводить до розривів внутрішніх органів риби..

Яйце і посудина з вузьким отвором

Завдання

Відварене очищене куряче яйце необхідно розмістити всередині посудини з вузьким отвором. Яйце повинно залишитись цілим.

Примітка

Діаметр отвору посудини повинен бути трохи меншим за розміри яйця.

Один з можливих розв'язків завдання показано на малюнку. Зім'ятий аркуш паперу необхідно підпалити і проштовхнути через отвір в посудину. Як тільки аркуш згасне, закрити отвір яйцем вузьким кінцем донизу. Яйце буде втягнуто всередину посудини.

Запитання

1. Чому аркуш паперу гасне в посудині?
2. Чому яйце втягується всередину посудини?
3. Яким ще способом яйце може потрапити в посудину?

Чому цей дослід не виходить із цілою картоплиною (яблуком)?

Пояснення явища

Гази всередині посудини будуть охолоджуватись, тиск - зменшуватиметься. Завдяки різниці тисків яйце буде втягнуте всередину

посудини.

Відповідь

1. Під час горіння аркуша паперу витрачається кисень, який є у повітрі посудини. Як тільки його концентрація стає недостатньою для горіння, воно припиняється.
2. Тиск газу під час його охолодження зменшується, а зовні залишається атмосферним. яйце під дією сили різниці тисків потрапляє в посудину.
3. Можна закрити посудину яйцем і поставити її в морозильну камеру або в барокамеру.
4. Яйце, на відміну від картоплі, гарно закриває отвір, а головне – воно еластичне. Щоб пройти через вузький отвір, яйце повинне на деякий час на бути його форми.

Склянка, тарілка і монета.

Завдання

Дістати монету, що лежить на дні тарілки з водою, не замочивши пальців рук, за допомогою склянки, сірників і аркуша паперу. (Води в тарілці повинно бути менше, ніж півсклянки).

Умова

Воду з тарілки виливати не можна.

Щоби виконати завдання, треба зім'яти аркуш паперу, підпалити його і покласти у склянку. Дати час паперу розгорітися. Швидко перевернути склянку і поставити її в тарілку з водою поряд із монетою. Вода потрапить до склянки. Із посмішкою переможця на обличчі взяти монету.

Запитання

1. Чому вода потрапляє до склянки?
2. Який тиск буде мати газ у склянці після того, як він охолоне?
3. Що станеться, якщо на склянку покласти шматочок льоду?

Пояснення явища

        Тиск газу під час його охолодження зменшується, а зовні залишається атмосферним. Вода під дією сили різниці тисків потрапить до склянки

Відповідь

1. Тиск газу під час його охолодження зменшується, а зовні залишається атмосферним. Вода під дією сили різниці тисків потрапить до склянки.
2. Тиск газу в склянці дорівнюватиме різниці атмосферного тиску і тиску водяного стовпа у склянці.
3. Газ охолоне, що спричинить зменшення тиску. До склянки потраплятимуть бульбашки повітря.

«Стрільба» картоплиною

Завдання

Встановіть захисний прозорий екран.

Обидва кінці скляної трубки завдовжки 15 см закрийте пробками з картоплі. Для цього зробіть із картоплини пластину завтовшки 1,5 см і вставте в неї кінці трубки. За допомогою спиртівки нагрійте середину трубки. Пробки вилетять.

Запитання

1. Чому пробки вилітають із трубки?
2. Чому пробки для цього досліду краще робити з картоплі, а не з гуми?
3. Як змінюється температура повітря під час виштовхування пробок?
4. Чи дорівнює кінетична енергія пробок зміні внутрішньої енергії повітря в трубці?

Пояснення явища

Повітря у трубці нагрівається за сталого об'єму, тому його тиск збільшується. Як тільки сила різниці тисків повітря у трубці й атмосферного повітря стає більшою за силу тертя спокою між пробкою і трубкою, повітря розширюється й виштовхує пробки

Відповідь

1. Сила різниці тисків повітря у трубці і атмосферного повітря перевищує силу тертя спокою між пробкою і трубкою.
2. Сила тертя між пробкою з картоплини і скляною трубкою невелика, тому ризик того, що трубка розірветься від тиску повітря в ній, незначний.
3. Під час виштовхування пробок гаряче повітря розширюється і виконує роботу. Його внутрішня енергія і температура (міра внутрішньої енергії) зменшуються.
4. Ні, тому що внутрішня енергія витрачається ще на подолання сили тертя між пробками і трубкою.