Дослідницькі роботи для школярів

0
4

В контактному пості мене попросили запропонувати які-небудь теми дослідних робіт, які могли б виконати школярі без спецобладнання, з допомогою приладів, які можна знайти в звичайному шкільному кабінеті фізики. І мені захотілося відповісти окремим постом.

У 90-ті роки в новосибірському Академмістечку працювала унікальна «Наукова лабораторія школярів» під керівництвом Володимира Івановича Шелеста. Ось її сайт, який не оновлювався, по-моєму, з 2001 року (і в якому стоїть кодування KOI-8). Серед заходів, які проводилися в рамках неї, були і дослідницькі завдання для школярів. Відбувалося це так: хлопцям пропонувалося кілька завдань, вони розбивалися на команди, приблизно місяць над цими завданнями працювали (як теоретично, так і експериментально), а потім на Турнірах Юних Фізиків відбувалася «битва рішень». Точніше, не рішень навіть, а підходів — завдання це були такі, що у них не було якогось одного «правильного» рішення, це були скоріше теми для досліджень.

Так що я вирішив тут зібрати разом, з однієї сторони, те, що згадується з тих часів, і з іншого боку, що мені вже зараз приходить в голову в якості можливих тем. І відразу пара загальних зауважень:

  • запропонувати тему — це тільки початок роботи; далі треба самому ставити перед собою конкретні питання, треба самому думати, куди рухатися і що потрібно вивчити; мета — це не відповідь, а дати хлопцям можливість навчитися самостійно думати і експериментувати.
  • рішенням вважається не отримання конкретної відповіді, а проведення дослідження, різнобічне розуміння явища (як експериментальне, так і теоретичне), здатність орієнтуватися не тільки в цій, але і в інших близьких завданнях. Конкретно, якщо в задачі потрібно щось знайти, то під цим мається на увазі не тільки «чому одно», але і «як залежить від параметрів задачі».

Інструментарій передбачається звичайний (вимірювальна техніка, бажано осцилограф, електроприлади, лазер і найпростіша оптика, хороший фотоапарат і бажано відеокамера), однак в процесі вирішення іноді може знадобитися самому створити новий прилад.

Механіка

  • Кулька скочується з трампліну висоти h. Підібрати форму трампліну так, щоб кулька полетів як можна далі (мається на увазі відстань у довжину між точкою відриву і точкою першого торкання).
  • Металевий ланцюжок, що звисає одним кінцем зі столу, починає зісковзувати з нього і падає на підлогу. Яку форму прийме ланцюжок на підлозі?
  • Вивчіть обертання (і більш широко, динаміку зіткнення) двох (або більше) магнітних кульок (див. мої пости раз і два)
  • Побудуйте механічну модель коллайдера, типу тієї, що я описував у себе, і з її допомогою поизучайте закони збереження та інші механічні явища.
  • Може камінь, упавши в пісок, повністю в нього заритися?
  • Прозорий контейнер із піском можна встановити на платформу, яка тремтить з регульованою амплітудою і частотою. З’ясувати, що відбувається з піском при цьому. Зокрема, повинно спостерігатися «розрідження» піску (тобто спонтанна плинність), причому воно має бути сильнішим на поверхні, ніж у глибині. На самій поверхні можуть виникати цікаві солітони або хвилі. При опусканні предметів у такий тремтячий пісок вони почнуть тонути, досліджувати і це явище теж.

Гідродинаміка

  • З ємності з водою через дірочку в дні витікає вода. На якій висоті ця струмінь розбивається на краплі? З’ясувати, як ця висота залежить від параметрів задачі (розміру дірочки, висоти рівня води, часу відстоювання води, в’язкості/поверхневого натягу і т. д.)
  • Спробувати реалізувати і досліджувати «яка стрибає краплю» (див. відео на Youtube)
  • У склянку з газованою водою кинули виноградину. Вона то спливає, покрившись бульбашками, то знову тоне. Визначити період цих коливань.
  • Як відомо, в повітряному струмені, спрямованої вгору, може легко зависнути легкий кульку. Є твердження, що якщо в кульці просвердлити наскрізну дірку, він буде не просто висіти, а швидко крутитися. Досліджувати це явище.

Електрика і магнетизм

  • У відкриту скляну трубку насипали суміш піску і залізних тирси, підвели до обох кінцях електроди і пропустили струм. Як залежить опір суміші від процентної частки тирси? Як змінюється відповідь у разі, якщо піщинки і тирсу приблизно однакового або сильно відрізняється розміру?
  • Придумайте і сконструюйте пристрій, найбільш ефективно перетворює енергію палаючої свічки в електрику.
  • Вивчити, як опір контакту між двома провідниками залежить від притискна сила. Тут заковика в тому, що ефект помітний тільки для дуже малих притискують сил (вага грузика порядку міліграмів). До речі, цей прилад потім можна буде використовувати як чутливий, ну не сейсмограф, але датчик дрібної трясіння.

Оптика

  • Спробуйте отримати лазерний промінь з орбітальним кутовим моментом. В принципі, це зробити нескладно — треба приготувати дифракційну решітку з дислокацією. Якщо є хороший лазерний принтер, то таку решітку можна просто взяти і надрукувати на прозрачке. Якщо буде бажання, я можу потім описати задачу докладніше.
  • Повивчати закони багаторазового відбиття від подвійного склопакета (див. мій пост).
  • Вивчити світіння, що виникає при розмотуванні скотчу, і спробувати домогтися рентгенівського випромінювання (див. мій пост).

Якщо у когось ще є цікаві пропозиції, поділіться в коментарях.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here