МАОУ лицей №64 г. Краснодара Физика рук-ль Спицына Л.И.

Работа - участник Всероссийского фестиваля педагогического творчества в 2017 году

На сайте сайт размещается для обмена опытом работы с коллегами

САМОДЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ УЧЕБНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В ЛАБОРАТОРНОМ ПРАКТИКУМЕ по ФИЗИКЕ

Научно-исследовательский проект

"Физика и физические задачи повсюду существуют

в том мире, в котором мы живем, работаем,

любим, умираем." - Дж.Уокер.

Введение.

С раннего детства, когда с легкой руки воспитателя детского сада Зои Николаевны, ко мне приклеилось «Коля-физик», я интересуюсь физикой как наукой теоретической и прикладной.

Еще в начальной школе, изучая доступные мне материалы в энциклопедиях, определил для себя круг наиболее интересных вопросов; уже тогда радиоэлектроника стала основой внешкольного времяпрепровождения. В средней школе стал уделять особое внимание таким вопросам современной науки, как ядерная и волновая физика. В профильном классе на первый план вышло изучение проблем радиационной безопасности человека в современном мире.

Увлеченность конструированием пришла вместе с книгой Ревича Ю. В. «Занимательная электроника», моими настольными книгами стали трехтомный «Элементарный учебник физики» под редакцией Ландсберга Г. С., «Курс физики» Детлафа А.А. и другие.

Каждый человек, считающий себя «технарём», должен учиться воплощать свои, пусть даже самые фантастические замыслы и идеи, в самостоятельно изготовленные действующие модели, приборы и устройства, чтобы с их помощью подтвердить или опровергнуть эти замыслы. Тогда, завершив общее образование, он получает возможность искать пути, следуя которым сумеет идеи свои воплотить в жизнь.

Актуальность темы «Физика своими руками» определяется, во-первых, возможностью технического творчества для каждого человека, во-вторых, возможностью использовать самодельные приборы в образовательных целях, что обеспечивает развитие интеллектуальных и творческих способностей обучающегося.

Развитие коммуникационных технологий и поистине безграничные образовательные возможности Интернет-сети позволяют сегодня каждому желающему использовать их во благо своего развития. Что я хочу этим сказать? Только то, сейчас каждый, кто захочет, может «нырнуть» в бесконечный океан доступных сведений о чем угодно, в любой форме: видео, книги, статьи, сайты. Сегодня существует множество различных сайтов, форумов, каналов «YOUTUBE», которые с радостью поделятся с тобой знаниями в любой области, а в частности, в области прикладных радиоэлектроники, механики, физики атомного ядра и т.д. Было бы очень здорово, если бы больше людей имело тягу к освоению чего-то нового, тягу к познанию мира и позитивному его преобразованию.

Задачи, решаемые в данной работе:

- реализовать единство теории и практики через создание самодельныхучебных приборов, действующих моделей;

Применить теоретические знания, полученные в лицее, для выбора конструкции моделей, используемых для создания самодельного учебного оборудования;

На основе теоретических исследований физических процессов выбрать необходимое оборудование, соответствующее условиям эксплуатации;

Использовать доступные детали, заготовки для их нестандартного применения;

Популяризировать прикладную физику в молодежной среде, в том числе среди одноклассников, через привлечение их ко внеурочной деятельности;

Способствовать расширению практической части образовательного предмета;

Пропагандировать значимость творческих способностей обучающихся в познании окружающего мира.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В конкурсном проекте представлены изготовленные учебные модели и устройства:

Миниатюрный прибор оценки степени радиоактивности на основе счетчика Гейгера-Мюллера СБМ-20(самого доступного из существующих образцов).

Действующая модель диффузионной камеры Ландсгорфа

Комплекс для наглядного экспериментального определения величины скорости света в металлическом проводнике.

Небольшой прибор для измерения реакции человека.

Представляю теоретические основы физических процессов, принципиальные схемы и особенности конструкции приборов.

§1. Миниатюрный прибор оценки степени радиоактивности на основе счетчика Гейгера-Мюллера - дозиметр собственного изготовления

Идея собрать дозиметр посещала меня очень долго, и однажды руки дошли, я его собрал. На фото слева - счетчик Гейгера промышленного производства, справа - дозиметр на его основе.

Известно, что основным элементом дозиметра является датчик излучения. Самый доступным из них является счетчик Гейгера-Мюллера, принцип действия которого основан на том, что ионизирующие частицы могут ионизировать вещество - выбивать электроны с внешних электронных слоев. Внутри счетчика Гейгера находится инертный газ аргон. По сути, счетчик - конденсатор, который пропускает ток только тогда, когда внутри образуются положительные катионы и свободные электроны. Принципиальная схема включения устройства приведена на рис. 170. Одной пары ионов недостаточно, но из-за относительно высокой разности потенциалов на выводах счетчика происходит лавинная ионизация и возникает достаточно большой ток, чтобы можно было засечь импульс.

В роли пересчетного устройства выбрана схема на основе микроконтроллера кампании Atmel - Atmega8A. Индикация значений осуществляется при помощи LCD-дисплея от легендарного Nokia 3310, и звуковая индикация - посредством пьезоэлемента, взятого из будильника. Высокое напряжение для питания счетчика достигается при помощи миниатюрного трансформатора и умножителя напряжения на диодах и конденсаторах.

Принципиальная электрическая схема дозиметра :

Прибор показывает значение мощности дозы γ и рентгеновского излучения в микрорентгенах, с верхним пределом в 65мР/ч.

При снятии крышки-фильтра открывается поверхность счетчика Гейгера и прибор может фиксировать β - излучение. Замечу - лишь фиксировать, не измерять, так как степень активности β - препаратов измеряется плотностью потока - количество частиц на единицу площади. Да и эффективность к β - излучению у СБМ-20 очень низка, рассчитан он только для фотонного излучения.

Схема понравилась мне тем, что в ней грамотно реализована высоковольтная часть - количество импульсов для зарядки конденсатора питания счетчика пропорционально количеству регистрируемых импульсов. Благодаря этому прибор уже полтора года без выключений работает, истратив 7 батареек типа АА.

Почти все компоненты для сборки я закупил на адыгейском радиорынке, за исключением счетчика Гейгера - его приобрел в Интернет-магазине.

Надежность и эффективность прибора подтверждается таким образом: непрерывная полуторогодовая работа прибора и возможность постоянного контроля показывают, что:

Показания прибора колеблются от 6 до 14 микрорентген в час, что не превышает допустимую норму в 50 микрорентген в час;

Радиационный фон в учебных кабинетах, в микрорайоне моего проживания, непосредственно в квартире полностью соответствует нормам радиационной безопасности (НРБ - 99/2009), утвержденные Постановление главного государственного санитарного врача Российской федерации от 07 июля 2009 года № 47.

В повседневной жизни, оказывается, человеку не так-то просто попасть в область с повышенной радиоактивностью. Если это случится - прибор осведомит меня звуковым сигналом, что делает самодельный прибор гарантом радиационной безопасности его конструктора.

§ 2. Действующая модель диффузионной камеры Лангсдорфа.

2.1. Основы радиоактивности и способы ее изучения.

Радиоактивность - способность атомных ядер самопроизвольно или под действием внешнего излучения распадаться. Открытие этого замечательного свойства некоторых химических веществ принадлежит Анри Беккерелю в феврале 1896 года. Радиоактивность - явление, доказывающие сложное устройство атомного ядра, при котором ядра атомов распадаются на части, при этом почти все радиоактивные вещества имеют определенный период полураспада - промежуток времени, за который в образце распадется половина всех атомов радиоактивного вещества. При радиоактивном распаде из ядер атомов испускаются ионизирующие частицы. Это могут быть ядра атомов гелия - α-частицы, свободные электроны или позитроны - β - частицы, γ - лучи - электромагнитные волны. К ионизирующим частицам еще относят протоны, нейтроны, обладающие высокой энергией.

Сегодня известно, что подавляющее большинство химических элементов имеют радиоактивные изотопы. Есть такие изотопы и среди молекул воды - источника жизни на Земле.

2.2. Как обнаружить ионизирующее излучение?

Детектировать, то есть обнаружить ионизирующие излучения в настоящее время можно при помощи счетчиков Гейгера-Мюллера, сцинтилляционных детекторов, ионизационных камер, трековых детекторов. Последние могут не только обнаружить факт наличия излучения, но и позволяют наблюдателю увидеть, как летели частицы по форме трека. Сцинтилляционные детекторы хороши высокой чувствительностью и пропорциональным энергии частиц световыходом - количеством фотонов, излучаемых при поглощении веществом определенного количества энергии.

Известно, что у каждого изотопа различная энергия испускаемых частиц, поэтому при помощи сцинтилляционного детектора можно идентифицировать изотоп без химического или спектрального анализа. При помощи трековых детекторов тоже можно идентифицировать изотоп, поместив камеру в однородное магнитное поле, при этом треки будут искривлены.

Ионизирующие частицы радиоактивных тел обнаружить, изучать их характеристики можно с помощью специальных приборов, получивших название «трековые». К ним относят приборы, которые могут показать след движущейся ионизирующей частицы. Это могут быть: камеры Вильсона, диффузионные камеры Ландсгорфа, искровые и пузырьковые камеры.

2.3. Диффузионная камера собственного изготовления

Вскоре после того, как самодельный дозиметр стал стабильно работать, я понял, что дозиметра мне не достаточно и нужно сделать что-нибудь еще. В итоге я собрал диффузионную камеру, изобретенную Александром Лангсдорфом в 1936 году. И сегодня для научных исследований может быть использована камера, схема которой представлена на рисунке:

Диффузионная - усовершенствованная камера Вильсона. Усовершенствование заключается в том, что для получения перенасыщенного пара используется не адиабатное расширение, а диффузия паров из нагретой области камеры в холодную, то есть пар, находящийся в камере, преодолевает некий градиент температур.

2.4. Особенности процесса сборки камеры

Для работы устройства обязательным условием является наличие перепада температур в 50-700С, при этом нагревать одну сторону камеры нецелесообразно, т.к. спирт будет быстро испаряться. Значит, нужно охлаждать нижнюю часть камеры до - 30°С. Такую температуру может обеспечить испаряющийся сухой лед или элементы Пельтье. Выбор пал в пользу последних, ибо доставать лед мне было, честно, лень, да и порция льда послужит один раз, а элементы Пельтье - сколько угодно. Принцип их работы основан на эффекте Пельтье - переносе теплоты при протекании электрического тока.

Первый эксперимент после сборки дал ясно знать, что одного элемента оказалось недостаточно для получения необходимого перепада температур, пришлось использовать два элемента. На них подается разное напряжение, на нижний - большее, на верхний - меньшее. Это связано вот с чем: чем меньшую температуру необходимо достичь в камере, тем больше теплоты нужно отводить.

Когда я раздобыл элементы, мне пришлось немало поэкспериментировать, чтобы достичь нужной температуры. Нижнюю часть элемента охлаждает компьютерный радиатор с тепловыми (аммиачными) трубками и двумя 120-миллиметровыми кулерами. По приблизительным расчетам, кулер рассеивает в воздух около 100 ватт тепла. С источником питания я решил не заморачиваться, поэтому использовал импульсный компьютерный, суммарной мощностью 250 ватт, этого после проведения измерений оказалось достаточно.

Далее, я соорудил корпус из листовой фанеры для цельности и удобства хранения прибора. Получилось не совсем аккуратно, но довольно практично. Саму камеру, где образуются треки движущихся заряженных частиц или фотонных лучей, я сделал из обрезанной трубы и оргстекла, но вертикальный обзор не давал хорошей контрастности изображению. Я ее сломал и выбросил, сейчас использую в качестве прозрачной камеры стеклянный бокал. Дешево и сердито. Внешний вид камеры - на фото.

В качестве "сырья" для работы может быть использован как изотоп тория-232, находящийся в электроде для аргонодуговой сварки (применяется он в них для ионизации воздуха возле электрода и как следствие - более легкого зажигания дуги), так и дочерние продукты распада (ДПР) радона, содержащегося в воздухе, поступающего, в основном, с водой и газом. Чтобы собрать ДПР использую таблетки активированного угля - неплохой абсорбент. Чтобы интересующие нас ионы притягивались к таблетке, к ней подключаю умножитель напряжения, отрицательным выводом.

2.5. Ловушка ионов.

Еще один важный элемент конструкции - ловушка ионов, образующихся в результате ионизации атомов ионизирующими частицами. Конструктивно представляет собой умножитель сетевого напряжения с коэффициентом умножения равным 3, причем на выходе из умножителя имеют место быть отрицательные заряды. Это обусловлено тем, что в результате ионизации с внешней атомной оболочки выбиваются электроны, вследствие чего атом становится катионом. В камере использована ловушка, схема которой основана на использовании умножителя напряжения Кокрофта - Уолтона.

Электрическая схема умножителя имеет вид:

Эксплуатация камеры, ее результаты

Диффузионная камера после многочисленных пробных запусков, была использована в качестве экспериментального оборудования при выполнении лабораторной работы по теме "Изучение треков заряженных частиц", состоявшейся в 11 классе МАОУ лицея № 64 одиннадцатого февраля 2015 года. Фотографии треков, полученных посредством камеры, были зафиксированы на интерактивной доске, и использованы для определения вида частиц.

Как и в промышленном оборудовании, в самодельной камере удалось наблюдать следующее: чем шире трек, тем больше там частиц, следственно, более толстые треки принадлежат альфа-частицам, имеющим большие радиус и массу, а как следствие, большую кинетическую энергию, большее число ионизированных атомов на миллиметр пролета.

§ 3. Комплекс для наглядного экспериментального определения величины

скорости света в металлическом проводнике.

Начну, пожалуй, с того, что скорость света всегда для меня считалась чем-то невероятным, непостижимым, в какой-то степени невозможным, пока я не нашел в Интернете принципиальные электрические схемы валявшегося у меня двухканального осциллографа со сломанной синхронизацией, что без ремонта не давало возможности исследованию форм электрических сигналов. Но судьба была весьма благосклонна ко мне, мне удалось определить причину поломки блока синхронизации и устранить ее. Выяснилось, что неисправна была микросборка - коммутатор сигналов. По схеме из Интернета сделал копию этой микросборки из деталей, купленных на любимом радиорынке.

Взял экранированный телевизионный двадцатиметровый провод, собрал простой генератор высокочастотных сигналов на инверторах 74HC00. Н один конец провода подавал сигнал, параллельно снимая его из той же точки первым каналом осциллографа, со второго сигнал снимал вторым каналом, фиксировал разницу во времени помеж фронтов получаемых сигналов.

Длину провода - 20 метров разделил на это время, получил нечто похожее на 3*108 м/с.

Прилагаю принципиальную электрическую схему (куда же без нее?):

Внешний вид высокочастотного генератора представлен на фото. Используя доступное (бесплатное) программное обеспечение "Sprint-Layout 5.0" создал чертеж платы.

3. 1. Немного об изготовлении плат:

Саму плату, как обычно, сделал по технологии "ЛУТ" - народная лазерно-утюжная технология, разработанная обитателями просторов Интернета. Технология заключается в следующем: берется одно или двухслойный фольгированный стеклотекстолит, тщательно обрабатывается наждачной бумагой до блеска, затем ветошью, смоченной бензином или спиртом. Далее на лазерном принтере распечатывается рисунок, который необходимо нанести на плату. В зеркальном отражении на глянцевую бумагу печатается рисунок, а потом при помощи утюга тонер на глянцевой бумаге переносится на медную фольгу, покрывающую текстолит. Позже под струей теплой воды бумага скатывается пальцами с платы, остается плата с нанесенным рисунком. Теперь погружаем этот продукт в раствор хлорного железа, помешиваем порядка пяти минут, затем вынимаем плату, на которой медь осталась только под тонером из принтера. Наждачной бумагой удаляем тонер, опять обрабатываем спиртом или бензином, дальше покрываем паяльным флюсом. При помощи паяльника и залуженной оплетки телевизионного кабеля водим по плате, тем самым покрывая медь слоем олова, необходимого для последующей пайки компонентов и для защиты меди от коррозии.

Отмываем от флюса плату при помощи ацетона, например. Производим пайку всех компонентов, проводов и покрываем токонепроводящим лаком. Ждем сутки, пока лак сохнет. Готово, плата готова к работе.

Таким методом пользуюсь далеко не первый год, ни разу способ меня не подвел.

§ 4. Небольшое устройство для измерения реакции человека.

Работа по совершенствованию этого прибора идет и сейчас.

Используется устройство следующим образом: после подачи питания на микроконтроллер прибор переходит в режим циклического перебора значений некой переменной «С». После нажатия кнопки программа приостанавливается и присваивает значение, которое в тот момент было в переменной, значение которой циклически менялось. Таким образом, в переменной «С» получается случайное число. Сказали бы Вы: «А почему бы не воспользоваться функцией random() или чем-то вроде этого?».

А дело в том, что в языке, на котором я пишу - в BASCOM AVR, нет такой функции из-за его неполноценного набора команд, так как это язык для микроконтроллеров с малым объемом оперативной памяти, малой вычислительной способностью. После нажатия кнопки программа зажигает на табло четыре нуля и запускает таймер, ожидающий промежуток времени, пропорциональный значению переменной «С». После истечения заданного промежутка времени программа зажигает четыре восьмерки и запускает таймер, считающий время до того момента, пока не будет нажата кнопка.

Если нажать кнопку в момент между зажиганием нулей и восьмерок, то программа остановится, выведет на дисплей прочерки. Если кнопка была нажата после появления восьмерок, то программа выведет на дисплей время в миллисекундах прошедшее после зажжения восьмерок и до нажатия кнопки, это и будет время реакции человека. Остается лишь вычислить среднее арифметическое результатов нескольких измерений.

В данном устройстве используется микроконтроллер фирмы «Atmel» модель «ATtiny2313». На своем борту микросхема имеет два килобайта флэш-памяти, 128 байт оперативной, восьмибитный и десятибитный таймеры, четыре канала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), пятнадцать полностью доступных портов ввода-вывода.

Для вывода информации используется семисегментный четырехразрядный светодиодный индикатор с общим анодом. Индикация реализована динамическая, то есть все сегменты всех разрядов соединены параллельно, а общие выводы не параллельны. Таким образом, получается у индикатора двенадцать выводов: четыре вывода - общие для разрядов, остальные восемь распределены так: семь сегментов для цифр и один для точки.

Заключение

Физика - фундаментальная естественная наука, изучение которой позволяет познавать окружающий ребенка мир через деятельность учебную, изобретательскую, конструкторскую, творческую.

Ставя цель: сконструировать физические приборы для использования их в образовательном процессе, я ставил задачу популяризировать физику, как науку не только теоретическую, но и прикладную, среди сверстников, доказывая, что понять, почувствовать, принять окружающий нас мир можно только через познание и творчество. Как гласит пословица «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать», то есть, чтобы хоть чуть-чуть объять необъятный мир, нужно научиться взаимодействовать с ним не только посредством бумаги и карандаша, но и с помощью паяльника и проводов, деталей и микросхем.

Апробация и эксплуатация самодельных приборов доказывает их жизнеустойчивость и конкурентноспособность.

Я бесконечно благодарен тому, что мою жизнь, начиная с трехлетнего возраста, направил в техническое, изобретательско - конструкторское русло мой дедушка, Диденко Николай Андреевич, более двадцати лет преподававший физику и математику в Абадзехской средней школе, и более двадцати лет работавший программистов в научно-техническом центре РОСНЕФТЬ.

Список использованной литературы .

Наливайко Б.А. Справочник Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. МГП "РАСКО" 1992, 223 с.

Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика 11 класс, М., Просвещение, 2014, 400 с.

Ревич Ю. В. Занимательная электроника.2-е изд-е, 2009 БХВ-Петербург, 720 с

Том Тит. Научные забавы: физика без приборов, химия без лаборатории. М., 2008, 224 с.

Чечик Н. О. Файнштейн С.М. Электронные умножители, ГИТТЛ 1957, 440 с.

Шилов В.Ф. Самодельные приборы по радиоэлектронике, М., Просвещение, 1973, 88 с.

Википедия - свободная энциклопедия. Режим доступа

Чтобы изготовить модель машины, мне пришлось выполнить более 20 различных операций. И почти половина их связана с измерениями. Интересно, существуют ли профессии, в которых вообще не нужно ничего измерять с помощью приборов. Я таких не обнаружил. Не удалось мне обнаружить и школьный предмет, при изучении которого не было бы необходимости в измерениях.

«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, - говорил Д. И. Менделеев. - Точная наука немыслима без меры». Действительно, роль измерений в жизни современного человека очень велика.

В популярном энциклопедическом словаре дается определение измерению. Измерения – это действия, производимые с целью нахождения числовых значений, количественной величины в принятых единицах измерения. ¹

Значение измеряемой величины зависит от выбранной единицы измерения.

Измерить величину можно с помощью приборов. В повседневной жизни мы уже не можем обойтись без часов, линейки, измерительной ленты, мерного стакана, термометра, электрического счетчика. Можно сказать, с приборами мы сталкиваемся на каждом шагу.

Посещая кружок «Физика и мы», я познакомился с темой «Измерения – основа техники». Данная тема стала мне интересной, и я задался целью изучить глубже простейшие измерительные приборы, научиться их применять при измерении длины, площади фигур и объемов тел, чтобы использовать полученные навыки в конкретных ситуациях.

Я поставил перед собой задачи: собрать материал по теме, интересные факты, научиться измерять величины разными способами

II. Историческая справка.

Измерения люди делали с давних пор. В Древней Руси наши предки пользовались такими мерами, как пядь, локоть, аршин, верста, сажень. Эти единицы были связаны с размерами тела человека. Конечно, пользоваться такими единицами удобно – они всегда под рукой. Но с другой стороны у каждого был «свой аршин».

Пядь - это расстояние между вытянутыми большим и указательным пальцами руки (от 19 до 23 см).

Моя пядь составляет 16 см. Сколько пядей в длине моего рабочего стола? Измерив его, я узнал, что 8, а значит длина стола l = 128 см. Точные измерения с помощью измерительной ленты показали, что длина рабочего стола l = 126 см.

Как видно, что эта мера несовершенна. До сих пор бытуют выражения: «семи пядей во лбу», «сам с ноготок, а борода с локоток», «видеть на сажень сквозь землю», «от горшка три вершка», «сидишь, как аршин проглотил», «сам с вершок, а голова с горшок», «пять верст до небес и все лесом». Но все эти меры неточные. В 1790 году в Париже был принят декрет о введении единых мер длины и веса.

III. Способы измерения.

1. Измерение площади.

Почему подушка мягкая, а пол жесткий? Чтобы ответить на этот вопрос, надо научиться измерять площади.

Квадратик, сторона которого имеет длину 1 см, называется квадратным сантиметром.

Каждую из трех фигурок можно разрезать на семь таких квадратиков. Значит, площадь каждой из них S = 7 см².

Следующая фигура состоит из 15 квадратиков.

У данного прямоугольника длина равна l = 5 см, а ширина b = 3 см.

Чтобы вычислить площадь прямоугольника надо длину умножить на ширину S = l · b = 5 · 3 = 15 см².

Умея находить площадь прямоугольника, можно вычислять и площади других фигур.

Например, чтобы найти площадь «молоточка» не надо пересчитывать все квадратики. Можно разделить его на два прямоугольника; один из них имеет площадь S1 = 6 · 3 = 18 см², а второй S2= 2 ·8 = 16 см². Поэтому площадь всего «молоточка» S= S1 + S2 = 18 + 16 = 34 см ²

Если в прямоугольнике провести диагональ, то он разобьется на два треугольника. Они равны. Если один из них вырезать, его можно точно наложить на другой. Поэтому оба треугольника имеют одинаковую площадь, и площадь каждого из них в два раза меньше площади прямоугольника.

Площадь прямоугольника равна

S = l · b = 10 · 6 = 60 см².

Площадь треугольника равна

S = 60: 2 = 30 см².

Из этого легко сформировать общее правило вычисления площади прямоугольного треугольника S = l · b: 2.

Чтобы вычислить площадь прямоугольного треугольника надо произведение двух сторон, образующих прямой угол, разделить на два.

Если фигуру креста разрезать на 4 части, проведя две прямые, а потом переложить их, то можно составить квадрат.

Получается, что площадь квадрата равна площади креста – ведь они составляются из одних и тех же частей.

S= l · b = 6 · 6 = 36 см².

А как определить площадь фигуры сложной формы, например бабочки? Надо на нее наложить палетку.

Палетка- это прозрачная пленка, разделенная на одинаковые квадраты: это могут быть мм², дм², см².

Я сложил количество полных квадратов с половиной числа неполных квадратов. Всего: 160 + 62: 2= 191 (см²). Площадь бабочки примерно равна S = 191 см²

Конечно, в квадратных сантиметрах удобно вычислять небольшие площади.

Я измерил длину l и ширину b пола в школьном музее метром и вычислил площадь в см².

l= 582 см, b = 612 см, S= l · b = 582 · 612= 356184 (см²)

Зная площадь пола, я рассчитал, сколько надо купить краски для его покраски. В банке 0,8 кг или 800 г эмали. На этикетке написано, что на 1 м² площади, нужно 100 г краски. 1 м² = 10 000 см². Значит, 1 банкой эмали можно покрасить 80 000 см². Делю 356184 см² на 80 000 см² и получаю 4,45. Значит, 4 банки не хватит, чтобы покрасить пол в музее. А следует, надо купить 5 таких банок.

Для измерения больших площадей используют квадратные метры. Я измерил длину l и ширину b спортивной площадки в школе метром и вычислил площадь S.

l= 24 м, b = 29 м, S = l · b = 24 · 29 = 696 м².

Площади больших земельных участков, например, колхозных полей, измеряют двухметровым сажнем и выражают в га, еще больших территорий, например, площадь поверхности земли в квадратных километрах. Так, площадь поверхности земного шара вместе с морями и океанами составляет примерно 560 млн. км², площадь суши – примерно 140 млн. км².

Все тела давят на поверхности, на которой они находятся. Если лечь на деревянный пол, то голова будет соприкасаться с полом небольшой площадью. На эту площадь будет давить весь вес головы и на каждый см² участка будет приходиться большое давление. Такое же давление будет испытывать голова со стороны пола, и это будет чувствительно. А если лечь на подушку, то площадь её соприкосновения с головой будет больше – подушка приминается. Тот же вес головы распределяется на большую площадь и давление на голову со стороны подушки окажется меньшим. Поэтому пол жесткий, а подушка мягкая.

Определять площади должны уметь инженеры, строители, лесоводы и многие другие специалисты.

2. Измерение объема.

Как узнать, сколько крупинок пшена помещается в стакане?

Для этого надо поделить общий объем крупы на объем одной крупинки. Сначала научимся измерять объем тела.

В детской энциклопедии «Что такое. Кто такой» говорится: «Объем - величина, связанная с пространственными размерами тел».

Кубик, ребро которого имеет длину 1 см, называется кубическим сантиметром. Для измерения объема надо определить, какое количество кубиков помещается в теле.

То есть, как бы построить тело из одинаковых кубиков. Я решил узнать объем кубика Рубика и посчитал, сколько цветных кубиков в него входит. Я перемножил количество кубиков, входящих в его длину l, ширину b и высоту h.

¹Что такое. Кто такой. Том 2. Издательство «Педагогика – Пресс» Москва 1992, стр. 320

V = l · b · h , V = 3· 3 · 3 = 27 (см³)

Объем жидкостей и сыпучих тел часто измеряют в литрах и миллилитрах, а объем нефти в баррелях (159 л).

1 л = 1 дм³ = 1000 см³, 1 л = 1000 мл

Я решил рассчитать объем песочницы в детском садике и узнать, сколько ведер песка надо в неё засыпать, чтобы заполнить полностью. Для этого я измерил длину l, ширину b и высоту h песочницы измерительной лентой и перемножил полученные значения.

V= l · b · h , V= 240 · 300 · 28 = 2 016 000 (см³)

Чтобы определить количество ведер песка, надо разделить этот объем на объем одного ведра. Он равен 10 л или 10 000 см³.

Количество ведер = 2 016 000: 10 000 = 201,6 ≈ 202 ведра.

Чтобы засыпать песочницу на половину понадобится примерно 100 ведер.

А как измерить объем тела неправильной формы? Например, объем камня, ложки, металлического бруска.

Объем тела неправильной формы и объем жидкости измеряют с помощью мензурки.

Руководитель кружка нам объяснил. , что мензурка – это прозрачный сосуд с делениями, указывающими объем налитой в нее жидкости. Чаще всего мензуркой измеряют объем в миллилитрах (мл).

Чтобы измерить объем твердых тел с помощью мензурки надо провести следующий опыт. Сначала нальем в мензурку некоторое количество жидкости и измерим её объем, например 70 мл. Затем, опустим в мензурку тело. Объем жидкости увеличился и стал равен 90 мл. Чтобы найти объем погруженного тела, надо вычесть из объема жидкости с телом объем жидкости в мензурке, т. е. V= 90 – 70 = 20 (мл) или 20 см³.

Теперь я могу определить общий объем крупы в стакане. Для этого наливаю в него воды так, чтобы она заполнила промежутки между крупинками и с помощью мензурки этот объем определяю.

Чтобы определить объем одной крупинки шарообразной формы, надо знать её диаметр.

Существует два способа.

Первый называется методом рядов. Укладываю крупинки пшена в один ряд, плотно друг к другу и измеряю его длину. Она равна l = 20 мм. Считаю число частиц, их в ряду 10. Делю длину ряда на число частиц 20: 10 = 2 (мм). Значит диаметр крупинки равен 2мм.

Второй способ более точный. Измерения можно произвести штангенциркулем.

В энциклопедическом словаре юного техника есть определение этого прибора.

Штангенциркуль – это измерительный инструмент, применяемый в машиностроении. Он служит для измерений и разметки линейных размеров отверстий, валов и т. д. Действует он так: на металлической линейке (штанге), имеющей деления, нанесенные обычно через 1 мм, двигается рамка. Штанга оканчивается губками, и у рамки есть губки. Зажали деталь между губками рамки и штанги – и на штанге сразу виден размер¹. Итак, размер крупинки пшена равен 1,9 мм.

По результатам данных я пришел к выводу, что более точные измерения можно получить с помощью штангенциркуля. В технике измерения нельзя производить приблизительно или на «глазок».

Истинные значения всех величин можно получить с помощью измерительных приборов. Не зря их называют оружием науки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Занимаясь в школьной мастерской, я сделал разделочную доску, кораблик- буксир, машинку. Начал работу над кораблем-парусником. В процессе работы мне приходится знакомиться с чертежами и читать их. Все детали, выполненные мной, сначала измеряю с помощью линейки, метра, штангенциркуля. Считаю, что полученные навыки и умения помогают мне при решении занимательных задач по математике, на занятиях в кружках «Природа и фантазия», «Художественная обработка древесины» и не только в школе, а и в жизни.

Мне очень интересно было работать над этой темой. Есть кое-какие задумки и планы. В будущем хочу научиться измерять массу и температуру различных тел.

Бачиев Кирилл Александрович

Руководитель проекта:

Требунских Татьяна Николаевна

Учреждение:

БОУ г. Омска «Средняя общеобразовательная школа №89»

В представленной исследовательской работе по физике "Домашний гигрометр" автор рассматривает понятие влажности воздуха, изучает ее виды и нормы, а также разрабатывает собственный проект по созданию домашнего прибора для измерения влажности воздуха в помещениях, гигрометра.

В процессе работы над исследовательским проектом по физике на тему "Домашний гигрометр" автором были сформулированы основные рекомендации для поддержания влажности воздуха в доме и классе согласно нормам.

В основе работы лежит идея создания прибора для измерения влажности воздуха, разработка алгоритма измерения и рекомендаций по нормализации влажности воздуха в жилом помещении.

В предложенном проекте по физике "Домашний гигрометр" автором были проанализированы положительные и отрицательные факторы влияния воздуха на самочувствие человека, а также предложены способы поддержания в помещении нормальной для здоровья среды.

Введение
1. Понятие влажности воздуха
1.1. Пониженная влажность воздуха
1.2. Повышенная влажность воздуха
1.3. Влияние влажности воздуха
1.4. Нормы влажности воздуха
1.5. Измерение влажности воздуха
1.6. Параметры относительной влажности и скорости движения воздуха
2. Моделирование гигрометра (алгоритм выполнения работ)
2.1. Алгоритм нанесения шкалы на гигрометр
2.2. Алгоритм действий контроля за влажностью воздуха.
2.3. Опыты
Заключение
Список литературы

Введение

Актуальность Очень часто я стал наблюдать, что в зимний период, когда работают батареи, мама ставит в комнатах воду в чашках, часто опрыскивает цветы, просто распыляет воду по дому. Говорит, что дома очень сухо, дышать тяжело, кожа сухая.

Но при всем этом, моя бабушка, которая живет в частном доме, постоянно ставит обогреватели со словами «чтоб дом просох », когда я у неё ночую, мне кажется, что постель слегка влажная и немного прохладно не так как дома.

Я заинтересовался, почему они так делают и узнал, что Влажность воздуха является важной составляющей физических явлений. Плохое самочувствие, быстрая утомляемость – первые признаки того, что в помещении, где вы живете, смещены показатели влажности.

Так как же найти золотую середину, как узнать когда воздух в квартире нормальный, а когда нет. Какова норма влажности воздуха в квартире? Ведь этот показатель действительно влияет на самочувствие. Зимой – воздух иссушается за счет централизованного отопления, летом зачастую влажность повышена. Как измерить влажность воздуха в квартире и привести ее к норме?

Предмет исследования - изменения влажности воздуха

Объект исследования - гигрометр

Цель: Создать прибор для измерения влажности воздуха, разработать алгоритм измерения и рекомендации по нормализации влажности в жилом помещении.

Задачи:

• Узнать о влажности воздуха и познакомиться с приборами для измерения влажности и нормами влажности.
• Смастерить домашний гигрометр.
• Замерить и проанализировать влажность воздуха в разных помещениях.
• Составить рекомендации по нормализации влажности.

Гипотеза: Если создать прибор для измерения влажности воздуха и следовать рекомендациям, то можно поддерживать в доме хорошую для здоровья среду.

Методы исследования:

• Изучить и проанализировать литературу по данной теме.
• Обобщить и сделать выводы. Провести опыты и наблюдения с использованием гигрометра.

Правдюкова Людмила Евгеньевна
Должность: воспитатель
Учебное заведение: МБДОУ "Детский сад № 1 "Рябинка"
Населённый пункт: ХМАО-Югра г.Нефтеюганск.
Наименование материала: Математический проект
Тема: Проект "Измерительные приборы"
Дата публикации: 04.08.2017
Раздел: дошкольное образование

Исследовательский проект «Измерительные приборы».

Цель:

Научить детей пользоваться измерительными приборами и применять их в

практической деятельности.

Задачи:

Познакомить со старинными мерами измерения длины (пядь, локоть,

шаг, сажень).

Расширять представления воспитанников об измерительных приборах.

Развивать у воспитанников интерес к измерительной деятельности;

практические навыки; познавательный интерес; желание наблюдать, исследовать,

получать новые знания;

Развивать

самостоятельность,

инициативность

деятельности.

Воспитывать

взаимодействовать

командах,

Создать условия для участия родителей в образовательном процессе.

Актуальность

проекта : В

повседневной

детского

домашних

условиях

возникают

разнообразные

характеру

ситуации,

требующие

элементарных

измерительной

деятельности.

овладеет

результативнее

продуктивнее

протекает

деятельность. Научившись правильно измерять, дети смогут использовать эти

процессе

хозяйственного

изобразительной

деятельности, в конструировании, на физкультуре, в быту.

Целенаправленное формирование элементов измерительной деятельности

в дошкольном возрасте закладывает основы навыков и умений, необходимых для

будущей трудовой жизни.

Обучение измерению ведет к возникновению более полных представлений

об окружающей действительности, влияет на совершенствование познавательной

деятельности,

способствует

развитию

начинают

дифференцировать длину, ширину, высоту, объем, т.е. пространственные признаки

предметов.

Проблема : Неумение детей выделить величину как свойство предмета и

дать ей соответствующее название. А это необходимо не только для познания

каждого предмета в отдельности, но и для понимания отношений между ними.

Предполагаемый результат

В результате реализации проекта у воспитанников сформируется умение

действовать

представлению,

применять

опосредованный

сравнения. Также дети освоят элементарные навыки измерительной деятельности,

которые смогут использовать в разных видах деятельности и в повседневной

жизни (быту).

Возраст детей: воспитанники 6 лет.

Участники

проекта : родители,

во спитатели,

во с п и т а н н и к и

подготовительной группы № 2.

Тип проекта : познавательно - исследовательский.

Срок реализации : краткосрочный (2 недели) декабрь 2016 год

Этапы проведения проекта

Подготовительн

Постановка

мотивации цели и

ознакомлению

воспитанников с

измерительными

приборами

Составить план совместных действий

с детьми, поиск и сбор информации об

измерительных приборах.

Подобрать

материал,

литературу

теме стихи, загадки.

Привлечь

родителей

совместно

оформить

информацию

измерительных приборах.

Основной

Формирование

представлений

воспитанников об

измерительных

приборах.

просмотр

п р е з е н т а ц и й.

Р а з г а д ы в а н и е

з а г а д о к,

ч т е н и е

стихотворений, сказок по теме.

энциклопедий

"измерительные

приборы".

Консультирование

родителей,

поиграть

ребенком

используя

измерительные

приборы»

Заключительны

Обобщение

представлений

воспитанников об

измерительных

приборах.

Формирование

устойчивого

интереса к

математике.

Презентация

информации,

и с с л е д о в а т е л ь с к и х

п р о е к т о в

п о д г о т о в л е н н ы е

с о в м е с т н о

родителями.

Схема реализации проекта через разные виды деятельности

Образовательные

Формы и методы работы

Познавательное

развитие

Беседы: «Как в старину измеряли длину», «Старинные меры

измерения», «Инструменты измерения».

Измерение толщины деревьев на участке; глубины сугробов;

температуры воздуха.

Наблюдения на участке за деревьями, за ветром, за осадками.

Оформление

презентации

«Старинные

измерения»

ведения дневника наблюдений

Оформление

индивидуальных

исследовательских

проектов на темы «Чем можно измерить вес?», «Чем можно

измерить

температуру

воздуха?»,

измерить

предмета?»,

измерить

человека?»

Речевое развитие

Чтение художественных произведений:

Загадывание загадок по теме.

Художественно

эстетическое

развитие

Оформление

информации

совместно

родителями

измерительных приборах.

Рисование деревьев разной высоты и толщины.

Конструирование из бумаги «Глубокие и мелкие корзинки»,

Создание ростомера с использованием старинных мер (локоть,

Оформление

консультации

родительский

уголок, «Какие

игры можно поиграть с ребенком используя измерительные

приборы»

С о ц и а л ь н о

коммуникативное

развитие

Дидактические

толстый",

«Найди самую короткую дорожку, длинную?», «У какой куклы

ленточка?»,

короче?»,

измеряй», «Чем можно измерить температуру воды?», «Чья

сумка тяжелее?». Игровое упражнение «Кто выше, кто ниже?»

Физическое

развитие

Дидактическая подвижная игра «Разноцветные ленты»

Отчет о реализации математического проекта «Измерительные приборы»

«Измерительные

приборы»

Горбунок»

воспитанников

Воспитанники познакомились со старинной русской мерой (пядь, локоть, сажень,

заинтересовались

используя

старинную

сделали ростомер. Воспитанники измеряли друг друга, выясняли, сколько в них

локтей, пядей. Делали выводы, почему локтей меньше, а пядей больше.

После знакомства со старинными мерами длины возник вопрос, а чем же

сейчас люди измеряют предметы, вес, температуру? И трое

воспитанников

проявили интерес и решили, искать ответы на интересующие их вопросы «Чем

можно измерить вес?», «Чем можно измерить

температуру тела и воздуха?»,

«Чем можно измерить длину предмета?», «Чем можно измерить рост человека?» и

совместно

родителями

оформить

исследовательские

проекты воспитанники представили перед сверстниками.

реализации

сотрудники

детского сада пользуются измерительными приборами? И мы решили совершить

экскурсию по детскому саду в поисках измерительных приборов – сотрудники

рассказали, какими измерительными приборами они пользуются во время работы,

что способствовала расширению и закреплению представлений воспитанников об

измерительных приборах.

электронную

четвертый

закрепление

представлений воспитанников об измерительных приборах.

Организовали эксперимент: с термометром выяснили, что значит низкая и

высокая температура воздуха. Сравнили температуру на улице и в помещении.

Оформили выставкус измерительными приборами и в течение недели

организовывали ряд экспериментов «Как работает термометр?», «Воздух имеет

вес?», «Измерение длины ладони, пальцев рук, стола, книги с помощью

линейки». « Измерение окружности предметов, головы, деревьев на участке с

помощью измерительной ленты». «Измерение веса предметов». Исследование с

термометром: «Низкая и высокая температура». Игровое упражнение «Кто выше,

кто ниже?» «Измерение высоты снежного покрова».

Организовали экскурсию на кухню. В завершении проекта воспитанники

представили свои детские исследовательские проекты перед сверстниками.

В результате реализации проекта воспитанники расширили представления

об измерительных приборах; узнали о старинных мерах измерения длины. У них

повысился интерес

измерительной

деятельности;

приобрели

измерительной деятельности и используют в разных видах деятельности и в

повседневной жизни (быту).

Список использованных источников.

Г. Юдин «Полезная заниматика», Росмэн, 1995.

Белошистая

«Формирование

развитие

математиче ских

способностей у дошкольников», Владос, 2003.

Березина

Михайлова

«Формирование

элементарных

математических представлений у дошкольников», Просвещение, 1988.

Ерофеева Т.И. «Математика для дошкольников», Просвещение, 1992.

Картотека экспериментов.

Измерение высоты снежного покрова

Значение снежного покрова как климатического фактора очень велико. Он

защищает почву от промерзания, является источником влаги в почве и важным

фактором полноводья рек.

Ежедневные наблюдения за снежным покровом проводим с момента

образования и до его исчезновения. Оцениваем структуру снега, степень покрытия

снежным покровом земли.

Наблюдения за снежным покровом подразделяются на ежедневные

наблюдения и периодические для определения снегонакопления.

Для измерения высоты снежного покрова применяем переносную и

постоянную рейки. Постоянная снегомерная рейка устанавливается осенью, когда

ещё нет снежного покрова. После выпадения снега рейку устанавливать нельзя, т.

к. при этом нарушается образовавшийся снежный покров, что повлияет на его

дальнейшее залегание.

Исследование с термометром

Выяснить с воспитанниками, что термометрами можно измерять температуру

воздуха, почвы, воды, тела человека и животного.

Термометр позволяет детям с помощью воспитателя определять температуру

окружающего воздуха. Один термометр расположен под крышей самодельного

домика, чтобы он был защищён от солнечных лучей. Второй такой же закреплён

на одном из скатов крыши, под прямыми солнечными лучами. Таким образом, мы

узнаём температуру воздуха на солнце и в тени. У нас на площадке также

находятся почвенный и водный термометры. Вместе с детьми, мы измерили

температуру почвы и воды, сравнили показания обоих термометров, выяснили,

что температура воды днем больше, чем температура земли. Беседовали о

важности этих исследований для агрономов, о том, что посев тех ил иных культур

зависит от температуры почвы. А так же закрепили, из чего он состоит.

Подвели итог. Термометр - очень хрупкий прибор, для изучения изменения

температуры, с ним нужно обращаться очень аккуратно, при работе необходимо

соблюдать правила личной безопасности!

Экспериментирование с термометрами: «Низкая и высокая

температура». Вопросы: Когда мы говорим «низкая» температура? Когда говорим

– «высокая» температура? (Измерить температуру горячего чая в стакане, затем

холодной воды, взятой из крана.) Сделать выводы о разности температуры данных

жидкостей.

Игровое упражнение «Кто выше, кто ниже?»

Педагог показывает слайды, на которых изображены разные по высоте

люди и животные:

Кто высокий по сравнению с мышкой? Девочкой? Собакой?

Кто низкий по сравнению с жирафом? Страусом?

Дидактическая подвижная

игра «Разноцветные ленты»

На столах разложены узкие и широкие ленты трех цветов: красного,

синего, желтого.

Воспитатель дает задание: «Возьмите узкие синие ленты». Дети берут

заданные ленты и начинают с ними танцевать под веселую музыку. Когда музыка

закончится, воспитатель дает следующее задание: «Возьмите широкие красные

ленты». Дети берут ленты и опять начинают танцевать.

Можно усложнять задания, например: «В левую руку взять узкую ленту, а

в правую – широкую» и т.п.

Термометр

Познакомить с термометром, его устройством,

формировать практические навыки;

развивать мышление

Термометр – прибор для измерения температуры (воды, воздуха, тела),

наполнен ртутью. Чем сильнее нагревается стеклянная трубка, тем выше

поднимается по ней столбик ртути. Уровень столбика ртути показывает

температуру.

Опыт “Как работает термометр”

Комнатный, водный, медицинский термометры, модель термометра,

материалы для проведения опыта.

Весы

Познакомить детей с устройством разных видов весов, их предназначением;

создать условия для самостоятельной деятельности детей по взвешиванию разных

предметов, уточнить понятие «равновесие»;

развивать способность к самостоятельным действиям

Весы – прибор для определения массы предметов, их тяжести.

Весы – это древнейший прибор. Они появились с развитием торговли, науки.

Практическая работа “Что легче, что тяжелее?”

Разнообразные весы, гири, предметы для взвешивания, мешочки с крупой,

одинаковые по цвету и размеру, но разные по весу

Линейки

Знакомить детей с разнообразными видами линеек, их назначением;

Учить пользоваться линейками;

Развивать мышление, умение делать определенные выводы;

Воспитывать стремление к открытиям нового.

Не всегда можно доверять своим глазам, лучше полагаться на измерительные

приборы и приспособления. Они прошли испытание временем. Сегодня все

страны мира пользуются одинаковыми мерами.

Практическая работа “Каков ваш рост?”

Чтение Г.Остер “38 попугаев”.

Набор линеек: школьные, рулетка, портновский сантиметр, медицинский

Stephen Patoray
Стэфен Паторэй
Директор Международного Бюро законодательной метрологии (МБЗМ)

Martin Milton
Мартин Милтон
Директор Международного Бюро мер и весов (МБМВ)

Измерения в повседневной жизни

Представьте себе на мгновение обычный день, например, вчера. Сколько раз вы делали что-то, что требует измерения? Вы вряд ли задались бы этим вопросом, но задумайтесь. Вы смотрите на часы (измеряете время), покупаете еду или продукты (измеряете массу), заправляете свой автомобиль (измеряете объем), или проверяете своё кровяное давление (измеряете давление)? Эти виды деятельности вашей повседневной жизни, наряду с бесчисленными другими, связаны с измерениями; вы так привыкли к этому, что принимаете многие измерения как сами собой разумеющиеся.

Существуют разные аспекты применения этих измерений. Мы принимаем решения, основанные на их результатах, например, в момент нажатия на педаль тормоза в автомобиле, когда скорость превышает ограничение, или сокращаем количество сладкого в рационе, когда уровень сахара в крови слишком высок.

Цена многих наших покупок рассчитывается, исходя из измерений электричества, воды, продуктов питания, топлива и др.

Вас может удивить то, насколько важны точные измерения в вашей повседневной жизни. Иногда мы сознательно думаем об этом, но зачастую измерения являются такой неотъемлемой частью нашей жизни, что мы полагаемся на них без должного внимания. Тем не менее, роль современных технологий в нашей жизни настолько велика, что точность и надежность измерений требуют постоянного совершенствования.

Однако, возможно, только непосредственные участники измерений знают, насколько наш современный высокотехнологичный мир опирается на международную систему, которая, в свою очередь, гарантирует надёжность нужных нам измерений.

Наша цель как Директоров двух мировых метрологических организаций (МБЗМ и МБМВ) - объединиться и работать вместе с вами для повышения осведомленности о важной роли, которую играет метрология в нашей жизни. 20 мая, в годовщину подписания Метрической Конвенции в 1875 г., мировое метрологическое сообщество отмечает Всемирный день метрологии. В 2013 г. мы выбрали тему «Измерения в повседневной жизни», для того чтобы обратить внимание на влияние измерений, с которыми мы, граждане, сталкиваемся каждый день.

Так присоединяйтесь же к нам в праздновании Всемирного дня метрологии - 2013: мы приглашаем членов метрологического сообщества отметить эту важную дату вместе с нами и помочь окружающим признать вклад межправительственных и национальных организаций, которые работают от их имени для всеобщего блага в течение года.