![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Основные типы школьных физических приборов и их особенности
Материальной основой школьного физического эксперимента являются учебные приборы по физике. По целям и условиям проведения все опыты, проводимые в физическом кабинете, делят на демонстрационные, фронтальные (проводятся при выполнении лабораторных работ) и опыты физического практикума (выполняются учениками при проведении этого вида занятий). В соответствии с этим все приборы также подразделяют на три типа: демонстрационные приборы, лабораторные приборы, приборы физического практикума. Особенности конструкций приборов каждого типа в полной мере отражают специфику этих видов эксперимента. Так, демонстрационные приборы отличаются большими размерами, что не- обходимо для обеспечения видимости наблюдаемого явления с расстояния 8-9 м. Для обеспечения максимальной выразительности опыта установка собирается из минимально необходимого числа приборов. Отсюда требование к высокой универсальности и унификации демонстрационного оборудования. Чтобы учитель мог собирать установки непосредственно в хо- урока, приборы и их отдельные части должны просто и надежно крепиться и соединяться друг с другом, иметь согласованные характеристики. Надежность демонстрационной установки достигается безотказной работой приборов, из которых она собрана, и грамотным обращением с ними. Поэтому демонстрационный прибор должен иметь достаточно большой срок службы, иметь защиту от кратковременных перегрузок, допускать быстрое устранение мелких неполадок. Учитывая, что демонстрации некоторых явлений требуют специальных условий, например использования высокого напряжения в опытах по электростатике или сильного нагрева в опытах по молекулярной физике, и принимая во внимание, что в неопытных руках эти факторы могут стать причиной серьезных травм, все демонстрационные приборы должны использоваться только учителем. На некоторых из них, наиболее опасных, имеется соответствующая предупредительная надпись. Поскольку демонстрационные установки собирают из отдельных приборов, а учащиеся не могут одновременно наблюдать больше одного опыта, то и число демонстрационных приборов каждого вида, приобретаемых для кабинета, составляет не более 1-2 экземпляров. Фронтальный лабораторный эксперимент начинают применять еще тогда, когда у учеников нет достаточного опыта работы с оборудованием, их практические умения, необходимые для сборки экспериментальных установок, только начинают формироваться. Поэтому лабораторные приборы должны иметь возможно более простую конструкцию, повышенную степень защиты от возможных травм (поражения током, реактивами, ожогов, порезов) и невысокую стоимость. В зависимости от уровня подготовки учеников темп выполнения лабораторной работы, как правило, оказывается разным. В одно и то же время одни ученики записывают результаты опытов, другие проводят измерения, некоторые собирают или разбирают установку. Для создания всем учащимся нормальной рабочей обстановки следует использовать лабораторные приборы, не требующие специальных условий для их работы (например, затемнения класса). Поскольку лабораторная установка собирается на ученическом столе, где кроме нее во время работы находятся еще и тетра- ди, а иногда и учебники, общий размер установки не может превышать половину площади поверхности стола. Из этого следует, что лабораторные приборы должны быть как можно более компактными. Для быстрой раздачи приборов в начале работы и организации их рационального хранения размеры корпусов должны согласовываться с размерами укладочных ящиков и внутренних полостей шкафов. Чтобы обеспечить проведение лабораторной работы фронтально, т.е. одновременно всем классом, необходимо иметь лабораторные приборы каждого вида в количестве, соответствующем числу столов в классе. Физические практикумы проводятся после того, как учащимися накоплены достаточные знания и они могут разбираться в физических явлениях, применять более сложные приборы, обосновывать целесообразность их использования для данного опыта, ориентируются в методах измерений физических величин и расчетах погрешностей. Для проведения практикума класс делят на группы по 2-3 человека. Так как число работ, выносимых на практикум, в каждом классе составляет обычно 5-7, что значительно меньше числа групп учеников в каждом классе, то путем дублирования работ доводят их количество до числа групп. Таким образом, за один урок практикума в классе выполняются по две-три одинаковые работы. Это означает, что для практикума требуется не более трех приборов каждого вида. Поскольку лабораторный эксперимент в физическом практикуме значительно сложнее, то и приборы для его проведения должны быть более совершенными, а следовательно, более сложными и дорогими. Иногда здесь используют не специальные учебные приборы, а те, которые применяются в научных лабораториях или на производстве (психрометры, микрометры, гигрометры и др.). Более полно описать и конкретизировать особенности учебных физических приборов можно, если выделить в каждом типе приборов отдельные группы, исходя, например, из той функции, которую выполняет прибор в установке. В классификации учебного оборудования, предложенной известным методистом А.А.Покровским, среди приборов каждого типа выделены такие группы: измерительные приборы, приборы для изучения или объяснения явлений и устройств и вспомогательные приборы. К группе вспомогательных приборов по этой классификации относятся и источники электропитания. В дальнейшем мы будем придерживаться этой классификации. Рассматривая последовательно указанные группы, можно отметить основные отличительные черты приборов, предназначен ных для разных видов физического эксперимента, но выполняющих в экспериментальных установках аналогичную роль. Измерительные приборы демонстрационного типа в целях сокращения их общего числа выполняют, как правило, многопредельными. Чтобы облегчить считывание показаний, эти приборы делают одношкальными или со сменными шкалами, которые заменяют при переключении пределов измерения. Размеры меток, интервалов между ними, цифр и букв на шкалах должны обеспечивать возможность определения цены деления и показаний прибора с последней парты. Взаимное расположение шкалы и стрелки должно сводить к минимуму ошибки отсчета показаний из-за параллакса. В тех случаях, когда невозможно нанести штрихи различной длины, как, например, на шкалу цилиндрической формы у трубчатого демонстрационного динамометра, прибегают к чередующейся раскраске делений. Лабораторные измерители в целях удешевления могут не иметь обозначения класса точности, но их фактическая приведенная погрешность должна соответствовать классу 2, 5. Измерительные приборы этого типа выполняются одношкальными и однопре-дельными. Для уменьшения вероятности ошибки в определении показаний шкалы делаются равномерными. Рабочее положение этих измерителей, как правило, горизонтальное. Измерительные приборы, предназначенные для работ физического практикума, имеют класс точности 1, 5 или 2, 5. Это многошкальные, многопредельные приборы, в которых можно встретить как равномерные, так и неравномерные шкалы. Среди таких приборов много универсальных, т.е. таких, которые могут измерять несколько различных физических величин (ампервольтом-метр, счетчик-секундомер и др.). К типичным представителям группы измерителей демонстрационного типа можно отнести амперметр и вольтметр с гальванометрами, лабораторного типа - амперметр АЛ-2, 5 и вольтметр ВЛ-2, 5, для практикума - авометр АВО-63. Приборы для наблюдения и изучения физических явлений и устройств в демонстрационном исполнении могут предназначаться для показа одного опыта (например, трубка Ньютона) или нескольких демонстраций по какой-то теме или разделу курса физики. В последнем случае прибор представляет собой набор или комплект из различных узлов и деталей. Такие приборы обеспечивают видимость объектов изучения и происходящих с ними в ходе опыта изменений с последней парты. При невозможности непосредственного наблюдения за изменением состояния объекта изучения прибор должен иметь устройства, обеспечивающие такое наблюдение (например, у прибора для наблюдения за тепловым расширением имеется специальное кольцо, позволяющее зафиксировать изменение объема шара при нагревании). В целях улучшения видимости результатов опыта при работе с этими приборами допускается создание в классе специальных условий, в частности затемнения. Если объект изучения требует перед опытом специальной подготовки, то в комплекте прибора должно быть соответствующее приспособление (например, к свинцовым цилиндрам прилагается струг для зачистки их торцов). Приборы одноименной группы, предназначенные для фронтального эксперимента, используются, как правило, для выполнения какой-нибудь одной лабораторной работы. Эти приборы имеют простую конструкцию, принцип их действия должен быть понятен учащимся. Физические явления, воспроизводимые с их помощью, должны протекать при минимуме побочных эффектов. Приборы этой группы, используемые в физическом практикуме, по конструкции более универсальны и могут иметь многоцелевое назначение. Для их хранения требуется больше места, а при подготовке к работе - больше времени на монтаж и настройку. Примерами приборов этой группы могут служить универсальный трансформатор, трибометр лабораторный, комплект по механике для практикума. Вспомогательные приборы для демонстрационных установок не должны привлекать внимание школьников, для чего их корпуса окрашиваются в нейтральные тона. Они обладают повышенной устойчивостью; чтобы ее усилить, некоторые приборы снабжают дополнительными приспособлениями для крепления к демонстрационному столу. При работе эти приборы не должны создавать шума, вибраций, другие побочные эффекты. Напряжение питания тех из них, которые имеют электрическую схему, составляет 220 В, что исключает возможность работы с ними учеников. Большинство демонстрационных источников электропитания имеют индикаторы выходного напряжения и позволяют плавно регулировать его в заданных пределах. У каждого источника есть несколько выходных гнезд, что позволяет получать от него различные виды напряжений. Лабораторные источники питания являются нерегулируемыми и обеспечивают получение от них только одного значения напряжения. Они должны выдерживать длительное превышение критических режимов работы. Источники питания для работ физического практикума комбинированные, обеспечивают работы практикума как переменным, так и постоянным напряжением. Выходное напряжение этих источников можно регулировать плавно или ступенчато. Как и лабораторные источники, они питаются от сети напряжением 42 В. К этой группе приборов относятся источник питания демонстрационный ИПД-1, лабораторный источник питания ВУ-4, источник электропитания для практикума ИЭПП-2. Приведенная классификация учебных приборов на типы по виду учебного эксперимента, в котором они используются, а внутри каждого типа еще и на группы по функции в экспериментальной установке, которую прибор выполняет, как и всякая классификация, в некоторой степени условна. Так, среди приборов демонстрационного типа один и тот же прибор может использоваться в одном случае как измеритель, а в другом служить; объектом изучения, если на уроке изучается его устройство или принцип действия. Деление приборов на типы отражает более глубокие различия между ними, и замена в опыте недостающего прибора на прибор аналогичного назначения, но другого типа не рекомендуется. Особенно это касается замены лабораторных приборов на демонстрационные или наоборот. Например, невозможно в демонстрационном опыте измерять силу тока лабораторным амперметром, поскольку ученики не увидят его показаний. Также нельзя в работе физического практикума использовать демонстрационный источник питания, поскольку последний требует для работы сетевого напряжения 220 В, и по правилам безопасного труда работать с ним может только учитель.
|