Главная / Физика / Игрушка как инструмент исследования детьми окружающего мира.

Игрушка как инструмент исследования детьми окружающего мира.



Игрушка как инструмент исследования детьми окружающего мира.

Большое место в жизни любого ребенка занимают игрушки. Настоящим откровением для детей оказывается простая мысль, что игрушки могут демонстрировать конкретные физические явления, иногда очень сложные. Пристальный взгляд на любимые игрушки приводит к осознанию того, что физика занимается не какими-то книжными истинами, а изучает явления окружающего мира. Методика использования игрушек как инструмента познания физических законов позволяет заинтересовать учащихся и активизирует познавательную активность. Возможно, признаний физике в любви было бы больше, если бы каждый человек понимал значимость этой науки, её необходимость. Ведь, если вдуматься, физика нужна всем: токарю и пахарю, врачу и космонавту, клоуну и инженеру. Но физика – это не только серьёзные книги и сложные приборы, физика - это и удивительно простые опыты, показанные в кругу друзей, это игрушки – самоделки, которые вы можете сделать своими руками, это занимательные фокусы и интересные исследования того или иного физического явления. Физика помогает нам объяснить многие загадочные процессы, происходящие в природе. Её открытия делают жизнь человека более комфортной и интересной. Фотоаппарат, телефон, радио, кино, телевидение, магнитофон и компьютер – малая толика того, что дала человеку физика. А ещё без физики невозможно было бы создать многие чудесные, всеми нами любимые игрушки. Вот о них-то и пойдёт сегодня речь. Какие бывают игрушки? Что общего между вот этим плюшевым мишкой и этим паровозиком? Как физика помогает объяснить их устройство и принцип действия, не ломая и не разбирая игрушку? Какие физические законы и явления мы можем применить для объяснения действия той или иной игрушки? Сегодня мы будем говорить о тех игрушках, принцип действия которых вы уже понять можете.

Всех не сосчитать игрушек у детей:

Погремушек, неваляшек и мячей.

Скачет маленький цыпленок,

Едет танк, бежит слоненок.

Быстро дай ответ: в чем секрет?

Заводя ключом игрушку, должен знать,

Что при этом ты пружинку должен сжать,

А потом при выпрямленье



Механизм придет в движенье -

Вот и весь ответ и секрет.

И начнём мы с игрушек, с которыми вы любили играть, когда вас мамы купали в ванне. А сейчас плавающие игрушки. Об этих игрушках лучше не скажешь:

Ветер по морю гуляет и кораблик подгоняет.

Он бежит себе в волнах на раздутых парусах.

Кто автор этих строк? А вот ещё:

Наша Таня громко плачет: уронила в речку мячик.

Тише, Танечка, не плачь, не утонет в речке мяч.

При объяснении выталкивающей силы, условия плавания тел можно использовать игрушки:

- Для этого прикрепим небольшой груз к динамометру. Измерим вес груза, а затем опустим груз в стакан с водой. Динамометр показывает меньший вес, пружина его сжимается, потому что со стороны воды на груз действует выталкивающая сила. Величина её зависит от плотности жидкости и объёма вытесненной телом воды.

-Возьмём яйцо, в воде оно тонет. Будем подсыпать соль в воду. Когда плотность воды и плотность яйца сравняются, то яйцо начинает плавать в воде. Интересная игрушка «картезианский водолаз». Он то опускается в воду, то поднимается вверх.

-Если нажать пальцем на резиновую плёнку, которой закрыт цилиндр с водой, воздух в сосуде сжимается и сильнее давит на воду, вследствие чего некоторое количество воды входит в нижнее отверстие игрушки. «Водолаз» становится тяжелее и опускается на дно. Когда мы отпускаем плёнку, давление уменьшается, и часть воды выходит из игрушки (давление на одном и том же уровне по всем направлениям должно быть одинаковым).

-Интересную игрушку – «плавающий подсвечник». Воткнём снизу посредине свечи кнопку или небольшой гвоздик для того, чтобы свеча, плавая у поверхности воды, сохраняла вертикальное положение и не опрокидывалась. Если плавающую свечу зажечь, её вес будет постепенно уменьшаться, но и объём погружённой в воду части свечи также будет



становиться всё меньше и меньше. Равенство между весом свечи и выталкивающей силой не будет нарушаться.

-А вот корабль. При каких условиях он будет плавать? Когда вы плывёте, вы руками отбрасываете воду в одну сторону, получая движение в другую. Так и эти игрушки. Плавание в аквариуме заводной лягушки, дельфина и т.д. Физические законы и понятия (закон Архимеда, выталкивающую силу , которые изучают на уроках физики в 7 классе, и которые надо учитывать при изготовлении плавающих игрушек. Почему не тонут игрушки для купания? Почему дети плавают на надувных кругах? Ответ на эти вопросы мы получим  при изучении Архимедовой силы. Показывают разные игрушки для купания, как резиновые, надувные, пластмассовые, так и тяжелые, металлические. Демонстрируют поведение игрушек в жидкостях с разной плотностью при объяснении темы « Плавание тел».

-Плавающие игрушки, действие которых основано на существовании   Архимедовой силы.

Надувные резиновые; пластмассовые игрушки для купания. Действие этих игрушек основано на существование Силы Архимеда. Они обладают большой подъемной силой, потому что их вес намного меньше действующей на них о стороны воды выталкивающей силы.  Если вы не умеете плавать, вам  на помощь придут надувные резиновые игрушки.             

Эти игрушки не тонут, потому что обладают большой подъемной силой, так как вес их намного меньше действующей со стороны воды выталкивающей силы. 

    Величина выталкивающей силы зависит от  плотности жидкости, поэтому в морской соленой воде легче плавать, чем в реке или озере. 

Убедимся в этом на опыте. Опустим яйцо в банку с обычной пресной водой – оно тонет. Будем подсыпать в воду соль – яйцо всплывет. 

    Законы плавания тел используются в устройстве детской игрушки «водолаз».

 Для опыта  используем плавание перевернутой пробирки внутри цилиндра с водой, затянутого пленкой.  (Целесообразнее вместо пробирки взять яркую фигурку водолаза – игрушки). Если нажать пальцем на перепонку, воздух в сосуде сжимается и сильнее давит на воду, вследствие чего некоторое количество воды входит в нижнее отверстие игрушки. «Водолаз» становится тяжелее и опускается на дно.

   Обратите внимание на бассейн. Вы видите здесь много корабликов, лодочек. Представьте себе, что перед вами большой корабль. Его только что построили и должны узнать предельный вес груза, который может перевозить этот корабль. Но не могут, же нагружать корабль до тех пор, пока



он не утонет, и таким образом узнать предельный вес груза. Наибольший допустимый вес груза узнают заранее.

Опыт с плавающей железной коробкой показывает, что коробка вытесняет своей подводной частью количество воды, равное её весу. В этом отношении все суда и корабли похожи на нашу коробку.

Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой. Наибольшую допускаемую осадку отмечают на корпусе судна красной линией, которая называется ватерлинией. Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии, равной силе тяжести судна с грузом называется водоизмещением судна.

   Итак, законы плавания тел всегда учитываются при изготовлении игрушек, поэтому они плавают на воде и нам помогают плавать.

При объяснении превращения кинетической и потенциальной энергии, можно использовать следующие детские игрушки:

- Заводные игрушки. Очень давно, ещё маленькими, вы полюбили эти игрушки: косолапого мишку, автобус со смешными зверюшками в окнах, зайку, лягушку, танцовщицу. Посмотреть, как лихо мчится этот паровоз. А как здорово прыгает этот утёнок. Заводные игрушки. Почему они двигаются? Механизм, при помощи которого происходит движение игрушки, состоит из основного вала и двух ведомых, пружины и зубчатого колеса. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией. За счет потенциальной энергии тело может совершить механическую работу. Потенциальная энергия пружины переходит в кинетическую энергию, и ножки игрушки приходят в движение.

Вы игрушки эти
не вздумайте трясти,
Их вам надо, дети,
Взять и завести.
Несколько разочков
Ключик поверни,
И тогда запрыгают,
Побегут они.

Разберёмся в этом. Проделаем такой опыт: поместим пружину на металлический стержень от подъёмного столика, сожмём пружину и свяжем её ниткой. Когда мы сжимаем пружину, мы сообщаем ей потенциальную энергию. Подожжём нитку, пружина взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как её потенциальная энергия перешла в кинетическую. Разберемся с устройством игрушки «Курочка ряба».




Механизм, при помощи которого происходит движение, состоит из основного вала и двух ведомых, пружины и зубчатого колеса. Сжатая пружина обладает  потенциальной энергией взаимодействия её частей. За счет потенциальной энергии тело может совершать работу. 

Опыт 1. Поместим пружину на металлический стержень от подъемного столика. Сожмем пружину и свяжем её ниткой. Разрежем (или подожжем) нитку, пружина взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как её потенциальная энергия (энергия взаимодействия), перешла в кинетическую энергию (энергию движения).

Опыт 2. С наклонной плоскости пустим цилиндр, на пути которого находится шарик. Шарик тоже приходит в движение.  Явление объясняется также передачей энергии движения в энергию взаимодействия.

-А теперь с наклонной плоскости пустим цилиндр, на пути которого находится шарик. Шарик тоже придёт в движение. Объясните, почему? Поднятый на высоту шарик тоже обладает потенциальной энергией, которая переходит при его падении по наклонной плоскости в энергию движения, то есть кинетическую энергию.

-А это маятник Максвелла. Закручивая нить и поднимая палочку, мы сообщаем ей потенциальную энергию, которая при падении переходит в кинетическую, а затем снова в потенциальную, поэтому палочка поднимается снова вверх. Если бы не было трения о воздух, такое движение (колебания маятника) происходило бы бесконечно долго.

При изучении закона сохранения и превращения кинетической и потенциальной энергии, можно использовать следующие детские игрушки:

Внутри каждой заводной игрушки есть вал, пружина и зубчатое колесо. Потенциальная энергия пружины, которую мы закручиваем при заводе игрушки, переходит в кинетическую энергию механизма, и ножки утёнка или колёса паровозика приходят в движение.

Их не надо заводить.
Надо просто покатить.
Маховик придёт в движенье,
Трудно их остановить.

Игрушки, при помощи которых можно продемонстрировать превращение одного вида энергии в другой (пистолет, пушка, паровозик, уточка, цыпленок, робот, заводные автомобили, водяная мельница), проманипулировать каждой игрушкой и объяснить, какие преобразования энергии в ней происходят.





При изучении явления инерции, можно использовать следующие детские игрушки:

-На тележку поместим фигурку солдата и заставим тележку вместе с ним двигаться, поставив впереди на некотором расстоянии препятствие (гирю). Тележка, ударившись о гирю, останавливается, а фигурка солдата, продолжая движение, падает.

-Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на задней или передней оси, соединяющей колёса, находится ряд шестерёнок, которые в свою очередь соединяются с маховиком, то есть массивным цилиндром. Мы толкаем автомобиль, шестерёнки придают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, поэтому будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили.

-В Америке уже созданы настоящие автомобили, которые называются махомобили. В них нет двигателя внутреннего сгорания, им не нужен бензин. В них есть небольшой электрический двигатель, который от аккумулятора приводят в движение, а он в свою очередь заставляет двигаться маховик. Раскрутившись, маховик долго может двигаться по инерции. Такие махомобили не засоряют атмосферу выхлопными газами. Может быть, и мы когда-нибудь будем ездить на махомобилях. Принцип действия инерционной машины: на задней или передней оси находится ряд шестеренок, которые в свою очередь соединяются с маховиком. Мы толкаем автомобиль, шестеренки придают движение маховику. Маховик обладает большой массой и за счет этого долго сохраняет состояние движения, которое ему сообщили, то есть движения по инерции. Почему двигаются заводные игрушки? Узнаем об этом в конце 7 класса при изучении темы «Механическая энергия». В этом случае  демонстрируют заводные игрушки и обсуждают разные виды энергии.  

Инерционные игрушки не требуют завода, но тоже некоторое время движутся, если мы поможем им и подействуем силой своей руки. Эти инерционные игрушки помогла создать физика. Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на задней или передней оси находится ряд шестеренок, которые в свою очередь соединяются с маховиком. Мы толкаем автомобиль, шестеренки придают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, и, следовательно, будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили.  Явление инерции можно наблюдать на опытах:

Опыт 1. Установим на столе доску. Внизу у доски положим брусок. Поместим на наклонную доску грузовик с находящейся в нем куклой и предоставим ему возможность скатываться вниз. В конце доски грузовик остановится, а кукла, продолжая двигаться, упадет. Следовательно, движение тел сохраняется до тех пор, пока они не встретят на своем пути препятствие.

Опыт 2. Линейкой выбиваем монетки из столбика. Столбик не разваливается ,т.к. монеты по инерции сохраняют состояние покоя.(Другой вариант опыта: выбивание резким щелчком открытки, лежащей на стакане, на которой находится ластик. Открытка отлетает в сторону, а ластик, по инерции, остается в покое на том же месте и затем  падает  в стакан).

При изучении центра тяжести, можно использовать следующие детские игрушки:

-Представим себе, что мы с вами в цирке. Выступают акробаты, жонглёры.

У Ваньки, у Встаньки – несчастные няньки:
Начнут они Ваньку укладывать спать,
А Ванька не хочет, приляжет и вскочит,
Уляжется снова и вскочит опять…
Лечил его доктор из детской больницы.
Больному сказал он такие слова:
Тебе, дорогой, потому не лежится,
Что слишком легка у тебя голова.

Малыши разных стран всегда с интересом играли с “Ванькой - Встанькой” (в Америке эта игрушка называется “Bob of toy”). Наверное, это самая старая игрушка, в которой человек сознательно использовал принцип устойчивого равновесия.

Существует несколько наиболее распространенных стабилизирующих механизмов.

Шар свободно перекатывается в нижней части куклы, диск не позволяет ему подняться выше  центра тяжести тела, и кукла всегда возвращается в вертикальное положение, еще можно использовать разделенные грузы.  Шарики связаны между собой нитью через отверстие в перегородке. При выведении куклы из положения равновесия, нижний шарик начинает раскачиваться, неваляшка при этом не только совершает наклоны, но еще и вращается.

А вот Ванька, который умеет балансировать руками.  При наклоне груз, соединенный упругой нитью с руками, заставляет неваляшку поднимать руку, противоположную наклону, вверх. Создается впечатление, что игрушка балансирует руками, пытаясь сохранить равновесие





Рассмотрим еще несколько интересных механизмов, позволяющих Ваньке – Встаньке всегда возвращаться в исходное положение.

Есть неваляшка внутри которой находится маятник, раскачиваясь он ударяет по корпусу игрушки, заставляя ее не только балансировать, но и издавать мелодичный звук.

Очень интересен механизм другой куклы. Шарики скатываются вниз по спиральной траектории, заставляя «Ваньку»  раскачиваться и при этом поворачиваться вокруг своей оси в противоположную сторону.

Еще модель механической неваляшки, которая приводится в движение с помощью заводного ключа.

Но самой уникальной является модель, которая может даже стоять на голове. Внутри игрушки находится устройство, напоминающее песочные часы,  если куклу перевернуть, то песок перетекает в  верхний сосуд, находящийся выше центра масс и неваляшка, как акробат может стоять на голове.

 Моделей  неваляшек много, но все они  работают на одном правиле: в состоянии устойчивого равновесия центр тяжести тела должен находиться в самом низком из возможных для него положений.

Рассмотрев различные механизмы кукол – неваляшек, можно создать собственного Ваньку –Встаньку.

Для изготовления необходимо : яичная скорлупа, гипс, клей, мел,  кусочки свинца и тертый воск.

Через отверстие в скорлупе помещают вовнутрь  небольшое количество кусочков свинца. Затем добавляют воск. Определив будущее положение равновесие «Ваньки», надо над пламенем свечи нагревать яйцо. Через некоторое время воск  в скорлупе расплавился, после чего держа яйцо в строго определенном положении надо дать воску застыть вновь. Но сейчас уже воск застыв покрыл собой кусочки свинца. Таким образом, добиваемся, что центр тяжести  сместился в нижнюю часть яичной скорлупы. Разведя гипс, залепим им отверстие в скорлупе. Игрушка готова, осталось только придать ей эстетический вид. Используя клей, краски  и подручные материалы можно превратить яйцо в удалого Доброго молодца.

Этот Ванька – Встань-ка так же имеет смещенный центр тяжести, поэтому он всегда стремится занять вертикальное положение.



Но, оказывается, есть масса интересных вещей, устроенных по принципу неваляшки. Игрушка чашка-неваляшка. Удобная чашка  для малышей, которые ещё не научились  аккуратно пить. Утяжеленное дно не позволяет чашке  окончательно перевернуться, даже если ребенок неудачно ставит ее на стол. Часы-неваляшка, эдакий Ванька – Встанька для взрослых: вместо мультяшной мордашки – электронное табло с крупными цифрами, отображающее время и дату. Стоит лишь тронуть пальцем, и часы начинают мерно покачивается перед глазами.   Дизайнеры фирмы «NOKIA» предложили оригинальную модель сотового телефона, который всегда занимает вертикальное положение, ну а для тех кто привык к своей модели телефона предлагают чехлы – неваляшки. Небольшие размеры сотовых телефонов, делают их совершенно неприметными, например, на рабочем столе. Поэтому телефоны очень часто забывают забрать с собой во время торопливых сборов.  Изобретатель утяжелил овальный чехол мобильника специальным грузом в нижней части. Принцип действия нового чехла аналогичен принципу знакомой всем детской игрушки " Ванька- Встанька " или "неваляшка". На любой плоской поверхности мобильный телефон, засунутый в такой чехол, будет принимать вертикальное положение. Ну, а "стоящий" на столе телефон заметить гораздо проще. Каждый из нас слышал о парусной регате. Оказывается в парусных лодках, центр тяжести смещают в киль, что делает лодки более устойчивыми на воде.

- Возьмём линейку и подвесим её на нитке так, чтобы нитка свободно передвигалась. Будем менять положение петли, чтобы линейка пришла в равновесие. В этом случае говорят, что она подвешена в центре тяжести.

-Центр тяжести есть у любого тела: у круга, треугольника и т.д. Вы и сами можете найти центр тяжести у любой фигуры, физика может вам помочь, было бы желание.

-Возьмём «этажерку» и будем менять её положение. Заметим, что если вертикаль, проведённая из центра тяжести, пересекает площадь опоры, то этажерка остаётся в равновесии. Если нет, этажерка перевернётся.

При всяком наклоне неваляшки её центр тяжести повышается. Это вызывает самостоятельное движение игрушки к исходному положению наиболее устойчивого равновесия, при котором центр тяжести расположен ниже.

А вот ещё несколько игрушек, действие которых объясняется понижением их центра тяжести.

- конус, катящийся вверх, балансирующий клоун.





-Строить первые дома, дворцы, дети учатся из игрушечного строительного материала, иногда ваш дом, дворец сразу же падает, рушится, и вы делаете его снова, но изменив его форму. Вроде бы все просто, но оказывается, что здесь вы обращаете внимание на то, что помогает сделать вашу постройку более устойчивой, надежной.

Играя с кубиками, вы знакомитесь с такими понятиями, как прочность, площадь опоры, центр тяжести, давление на площадь опоры.

Кстати, что нужно сделать, чтобы увеличить давление? Что нужно сделать, чтобы уменьшить давление?  

При изучении законом сохранения момента количества движения, можно использовать следующие детские игрушки:

Хоть названье и мудрёное,
Все игрушку эту знают.
И не только дети, взрослые,
С удовольствием играют.
Может петь, как сверчок,
Как зовут её? Волчок.
Разноцветна, мила,
Можно звать её Юла.

Внимание многих ученых и изобретателей привлекла древнейшая народная игрушка – волчок. Такие волчки приводят в движение рукояткой, снабженной ходовым винтом. Попытки повалить быстро вращающиеся волчки, юлы не удаются. Под действием толчка волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси, положение которой немного сместилось относительно первоначального. В чем причина такой устойчивости? Она связана с законом сохранения момента количества движения.  У погруженного волчка (на который действует Сила тяжести, Сила трения, Сила сохранения) возникает прецессия, то есть вращения системы, в которой закреплен волчок, вокруг вертикальной оси. Принцип работа юлы заключается в механизме, содержащемся в игрушке. Раскручивается юла с помощью винтообразного осевого стержня, во время опускания которого происходит винтовая передача, являющаяся механическим передачей, преобразующей вращательное движение в поступательное или наоборот. Общий принцип этой передачи состоит в винте и гайке. Юла является единственной разновидностью волчка, который содержит в себе механизм. Под действием толчка волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси. В чем причина такой устойчивости вращения? Она тоже связана с одним из физических законов – законом сохранения момента количества движения.





Попробуем установить волчок вертикально. Это нам не удаётся. Заставим волчок быстро вращаться, и он сразу становится устойчивым. Заметим, что волчок при этом описывает своей осью коническую поверхность. В этом и состоит секрет устойчивости волчка, а само это свойство сохранения устойчивости при вращении называют гироскопическим свойством. Такие свойства широко используют в цирке. Бросая в воздух ножи или шары, жонглёр придаёт им вращение вокруг продольной оси. Благодаря этому предметы приобретают устойчивость, и это «помогает» артисту показывать эффектные номера. Это же свойство широко используют и спортсмены. Чтобы волейбольный мяч двигался строго в желаемом направлении, ему сообщают вращение. Дискоболы, метая диск, тоже придают ему вращение вокруг его оси симметрии. Поэтому диск в течение всего полёта сохраняет плоскость своего вращения неизменно под одним и тем же углом к горизонту, уменьшая вредное воздействие сил сопротивления и увеличивая дальность полёта.

Свойство сохранения устойчивости при вращении: летающей тарелки, жонглирование, вращение различных волчков.

При изучении темы «Первоначальные сведения о строении вещества» используют резиновые или пластмассовые игрушки. Почему из глины или пластилина предметы либо игрушки не распадаются на части?

При изучении темы «Давление твердых тел, жидкостей и газов» показывают игрушки: планетоход, детский совочек, грузовой автомобиль с двойными задними колесами, надувной шарик, лейка, игрушечные паром и лодочка, надувной круг. Задают вопросы классу: зачем у планетохода сделаны широкие гусеницы? Почему у совочка ручка шероховатая, а нижняя часть тонкая? Почему у грузового автомобиля задние колеса двойные? Отчего надувной шарик после наполнения его воздухом принимает форму шара? Почему у лейки носик выше, чем сам резервуар? Почему игрушечный паром с грузом плавает на воде, а маленькая лодочка с таким же грузом тонет? Почему при обучении плаванию малышей используют надувные игрушки?  При изучении темы «Давление»  использую  конструктор или кубики для строительства, а также демонстрирую такие игрушки, как детская лопатка, леечка, чайник.  Когда говорим с ребятами  о способах изменения давления,  даю нескольким ученикам конкретное задание - с помощью разных конструктора  построить дом, который оказывает максимальное и минимальное давление на поверхность стола. И ученики начинают понимать, зачем у лопат делают острым край, зачем точат ножи, карандаши.  А заодно затрагиваем  такие понятия как прочность, центр тяжести, площадь опоры,



симметрия постройки, а еще можно заглянуть вперед и поговорить о прямолинейном распространении света. Учащимся предоставляется возможность выяснить,  какие подходы помогают сделать  постройку более устойчивой. А также затронуть тему безопасного строительства в случае землетрясений. В такие игры обожают играть семиклассники, они с удовольствием  приносят кубики на урок. Играя с кубиками, вы знакомитесь с такими понятиями, как прочность, площадь опоры, центр тяжести, давление на площадь опоры.

Кстати, что нужно сделать, чтобы увеличить давление? Что нужно сделать, чтобы уменьшить давление?   Почему прыгает мяч, летают воздушные шары?  Ищем ответ  вместе с ребятами.  Для этого надуваем с ребятами воздушные шарики при изучении темы «Давления в газах». В результате, в активной форме мы либо изучаем новое, либо закрепляем изученное. После изучения «Закона Паскаля» мы делаем брызгалки, которые могут намочить большую площадь поверхности. Мальчики соревнуются с девочками, кто дальше стрельнет и обсуждают, что надо для этого сделать. Сравнивают свою массу, размер обуви и силу,  с которой они давят на брызгалку.    Летающий самолет, вертолет. Прежде, чем перейти к рассмотрению действия этих предметов. Можно выполнить опыт, «летающий мяч» (мяч от пинг понга). Почему шарик взлетает вверх? Когда мы дуем в трубку, то в ее начале давление воздуха более высокое, чем в конце, и воздух из области с более высоким давлением переходит в область с более низким, так что массы воздуха симметрично обтекают шар. Над шариком образуется завихрения воздушного потока, скорость воздуха здесь увеличивается. В той области, где скорость потока больше, давление понижено. Следовательно,  на шарик сверху и снизу действуют неравные силы, их результирующая направлена вверх и обуславливает парение шарика.

  При изучении темы «Механическое движение. Относительность движения» невозможно обойтись без машинок. Первичное представление об относительности движения дети получают, наблюдая характер перемещения участников «дорожного движения»: равномерное или нет, сравнивают скорости различных машин, фиксируют изменение скорости в зависимости от точки наблюдения (системы отсчета). А если рассмотреть инерционные машинки изнутри, то станет понятно, что такое инерция, за счет чего тела сохраняют скорость.  В моем кабинете есть подборка разобранных игрушек для того, чтобы было видно, из чего они состоят, как они устроены и был более понятен принцип их работы. Вращение винта вертолета показывает, как осуществляется движение с помощью зубчатого передаточного механизма, разглядывая вертолет с разных точек, можно убедиться в относительности траектории движения. Для этого достаточно на винт прикрепить кусочек яркого пластилина и за ним пронаблюдать.  





На примере игрушечного автомобиля можно демонстрировать поступательное и вращательное движение, а гусеницы танка представляют комбинацию двух этих видов движения. В чем разница между такими сложными понятиями как инерция и инертность помогут решить груженые самосвалы. На уроке при обсуждении вопроса об инертности показываю грузовик с неваляшкой. Сначала грузовик тяну медленно, неваляшка остается на месте, а затем резко толкаю машину, и неваляшка падает. Сразу же становится ясно, что такое инертность и чем она отличается от инерции. Тоже явление  можно показать с нагруженным грузовиком. При таком подходе всем в классе становится понятно, что инерция и инертность это разные физические явления.

Тема простых механизмов изучается на первом году изучения физики.  На этом этапе  ребят можно увлечь поиском конструкторских находок, направленных на рационализацию решения таких задач как открывание и закрывание дверей у игрушечных транспортных средств, устройство кузова самосвала, возможно также и проведение исследования игрушечных механизмов на определение КПД, сравнение сил трения, качения, покоя, скольжения, определение коэффициента трения, тормозного пути. Здесь на помощь приходят подъемные краны, которые состоят из нескольких видов простых механизмов, игрушки, которые могут двигаться по шероховатой или наклонной поверхности.

Красивая новогодняя игрушка –Санта Клаус. Каждый Новый год его ставят его под ёлку. Он стоит на специальной платформе, на которой ещё помещён фонарь с подвешенным колоколом. К колоколу прислонился мешок с подарками. Когда включаешь эту игрушку специальной кнопкой, звучит музыка, зажигается фонарь, а сам Санта начинает бить в колокол. В этой игрушке можно наблюдать три физических явления: играет музыка – это звуковое явление; горит фонарь – это световое явление; Санта Клаус бьёт в колокол – это механическое явление.



Игрушка как инструмент исследования детьми окружающего мира.
  • Физика
Описание:

 

Игрушка как инструмент исследования детьми окружающего мира.

Большое место в жизни любого ребенка занимают игрушки. Настоящим откровением для детей оказывается простая мысль, что игрушки могут демонстрировать конкретные физические явления, иногда очень сложные. Пристальный взгляд на любимые игрушки приводит к осознанию того, что физика занимается не какими-то книжными истинами, а изучает явления окружающего мира. Методика использования игрушек как инструмента познания физических законов позволяет заинтересовать учащихся и активизирует познавательную активность. Возможно, признаний физике в любви было бы больше, если бы каждый человек понимал значимость этой науки, её необходимость. Ведь, если вдуматься, физика нужна всем: токарю и пахарю, врачу и космонавту, клоуну и инженеру. Но физика – это не только серьёзные книги и сложные приборы, физика - это и удивительно простые опыты, показанные в кругу друзей, это игрушки – самоделки, которые вы можете сделать своими руками, это занимательные фокусы и интересные исследования того или иного физического явления. Физика помогает нам объяснить многие загадочные процессы, происходящие в природе. Её открытия делают жизнь человека более комфортной и интересной. Фотоаппарат, телефон, радио, кино, телевидение, магнитофон и компьютер – малая толика того, что дала человеку физика. А ещё без физики невозможно было бы создать многие чудесные, всеми нами любимые игрушки. Вот о них-то и пойдёт сегодня речь. Какие бывают игрушки? Что общего между вот этим плюшевым мишкой и этим паровозиком? Как физика помогает объяснить их устройство и принцип действия, не ломая и не разбирая игрушку? Какие физические законы и явления мы можем применить для объяснения действия той или иной игрушки? Сегодня мы будем говорить о тех игрушках, принцип действия которых вы уже понять можете.

Всех не сосчитать игрушек у детей:

Погремушек, неваляшек и мячей.

Скачет маленький цыпленок,

Едет танк, бежит слоненок.

Быстро дай ответ: в чем секрет?

Заводя ключом игрушку, должен знать,

Что при этом ты пружинку должен сжать,

А потом при выпрямленье

 

Механизм придет в движенье -

Вот и весь ответ и секрет.

                            И начнём мы с игрушек, с которыми вы любили играть, когда вас мамы купали в ванне.  А сейчас плавающие игрушки. Об этих игрушках лучше не скажешь:

Ветер по морю гуляет и кораблик подгоняет.

Он бежит себе в волнах на раздутых парусах.

Кто автор этих строк? А вот ещё:

Наша Таня громко плачет: уронила в речку мячик.

Тише, Танечка, не плачь, не утонет в речке мяч.

               При объяснении выталкивающей силы, условия плавания тел можно использовать игрушки:

- Для этого прикрепим небольшой груз к динамометру. Измерим вес груза, а затем опустим груз в стакан с водой. Динамометр показывает меньший вес, пружина его сжимается, потому что со стороны воды на груз действует выталкивающая сила. Величина её зависит от плотности жидкости и объёма вытесненной телом воды.

-Возьмём яйцо, в воде оно тонет. Будем подсыпать соль в воду. Когда плотность воды и плотность яйца сравняются, то яйцо начинает плавать в воде. Интересная игрушка «картезианский водолаз».  Он то опускается в воду, то поднимается вверх.

-Если нажать пальцем на резиновую плёнку, которой закрыт цилиндр с водой, воздух в сосуде сжимается и сильнее давит на воду, вследствие чего некоторое количество воды входит в нижнее отверстие игрушки. «Водолаз» становится тяжелее и опускается на дно. Когда мы отпускаем плёнку, давление уменьшается, и часть воды выходит из игрушки (давление на одном и том же уровне по всем направлениям должно быть одинаковым).

-Интересную игрушку – «плавающий подсвечник».  Воткнём снизу посредине свечи кнопку или небольшой гвоздик для того, чтобы свеча, плавая у поверхности воды, сохраняла вертикальное положение и не опрокидывалась. Если плавающую свечу зажечь, её вес будет постепенно уменьшаться, но и объём погружённой в воду части свечи также будет

 

становиться всё меньше и меньше. Равенство между весом свечи и выталкивающей силой не будет нарушаться.

-А вот корабль. При каких условиях он будет плавать? Когда вы плывёте, вы руками отбрасываете воду в одну сторону, получая движение в другую. Так и эти игрушки. Плавание в аквариуме заводной лягушки, дельфина и т.д. Физические законы и понятия (закон Архимеда, выталкивающую силу , которые изучают  на уроках физики в 7 классе, и которые надо учитывать при изготовлении плавающих игрушек. Почему не тонут игрушки для купания? Почему дети плавают на надувных кругах? Ответ на эти вопросы мы получим  при изучении Архимедовой силы. Показывают разные игрушки для купания, как резиновые, надувные, пластмассовые, так и тяжелые, металлические. Демонстрируют поведение игрушек в жидкостях с разной плотностью при объяснении темы « Плавание тел».

                              -Плавающие игрушки, действие которых основано на существовании   Архимедовой силы.

Надувные резиновые; пластмассовые игрушки для купания. Действие этих игрушек основано на существование Силы Архимеда. Они обладают большой подъемной силой, потому что их вес намного меньше действующей на них о стороны воды выталкивающей силы.  Если вы не умеете плавать, вам  на помощь придут надувные резиновые игрушки.             

Эти игрушки не тонут, потому что обладают большой подъемной силой, так как вес их намного меньше действующей со стороны воды выталкивающей силы. 

    Величина выталкивающей силы зависит от  плотности жидкости, поэтому в морской соленой воде легче плавать, чем в реке или озере. 

Убедимся в этом на опыте. Опустим яйцо в банку с обычной пресной водой – оно тонет. Будем подсыпать в воду соль – яйцо всплывет. 

    Законы плавания тел используются в устройстве детской игрушки «водолаз».

 Для опыта  используем плавание перевернутой пробирки внутри цилиндра с водой, затянутого пленкой.  (Целесообразнее вместо пробирки взять яркую фигурку водолаза – игрушки). Если нажать пальцем на перепонку, воздух в сосуде сжимается и сильнее давит на воду, вследствие чего некоторое количество воды входит в нижнее отверстие игрушки. «Водолаз» становится тяжелее и опускается на дно.

   Обратите внимание на  бассейн. Вы видите здесь много корабликов, лодочек. Представьте себе, что перед вами большой корабль. Его только что построили и должны узнать предельный вес груза, который может перевозить этот корабль. Но не могут, же нагружать корабль до тех пор, пока

 

 

он не утонет, и таким образом узнать предельный вес груза. Наибольший допустимый вес груза узнают заранее.

Опыт с плавающей железной коробкой показывает, что коробка вытесняет своей подводной частью количество воды, равное её весу. В этом отношении все суда и корабли похожи на нашу коробку.

Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой. Наибольшую допускаемую осадку отмечают на корпусе судна красной линией, которая называется ватерлинией. Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии, равной силе тяжести судна с грузом называется водоизмещением судна.

   Итак, законы плавания тел всегда учитываются при изготовлении игрушек, поэтому они плавают на воде и нам помогают плавать.

               При объяснении превращения кинетической и потенциальной энергии, можно использовать  следующие детские игрушки:

-Заводные игрушки.  Очень давно, ещё маленькими, вы полюбили эти игрушки: косолапого мишку, автобус со смешными зверюшками в окнах, зайку, лягушку, танцовщицу.Посмотреть, как лихо мчится этот паровоз. А как здорово прыгает этот утёнок.  Заводные игрушки. Почему они двигаются? Механизм, при помощи которого происходит движение игрушки, состоит из основного вала и двух ведомых, пружины и зубчатого колеса. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией. За счет потенциальной энергии  тело может совершить  механическую работу.  Потенциальная энергия  пружины переходит в кинетическую энергию, и ножки игрушки приходят в движение.

Вы игрушки эти
не вздумайте трясти,
Их вам надо, дети,
Взять и завести.
Несколько разочков
Ключик поверни,
И тогда запрыгают,
Побегут они.

Разберёмся в этом. Проделаем такой опыт: поместим пружину на металлический стержень от подъёмного столика, сожмём пружину и свяжем её ниткой. Когда мы сжимаем пружину, мы сообщаем ей потенциальную энергию. Подожжём нитку, пружина взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как её потенциальная энергия перешла в кинетическую.Разберемся с устройством игрушки «Курочка ряба».

 

 

 

Механизм, при помощи которого происходит движение, состоит из основного вала и двух ведомых, пружины и зубчатого колеса. Сжатая пружина обладает  потенциальной энергией взаимодействия её частей. За счет потенциальной энергии тело может совершать работу. 

Опыт 1. Поместим пружину на металлический стержень от подъемного столика. Сожмем пружину и свяжем её ниткой. Разрежем (или подожжем) нитку, пружина взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как её потенциальная энергия (энергия взаимодействия), перешла в кинетическую энергию (энергию движения).

Опыт 2. С наклонной плоскости пустим цилиндр, на пути которого находится шарик. Шарик тоже приходит в движение.  Явление объясняется также передачей энергии движения в энергию взаимодействия.

-А теперь с наклонной плоскости пустим цилиндр, на пути которого находится шарик. Шарик тоже придёт в движение. Объясните, почему? Поднятый на высоту шарик тоже обладает потенциальной энергией, которая переходит при его падении по наклонной плоскости в энергию движения, то есть кинетическую энергию.

-А это маятник Максвелла. Закручивая нить и поднимая палочку, мы сообщаем ей потенциальную энергию, которая при падении переходит в кинетическую, а затем снова в потенциальную, поэтому палочка поднимается снова вверх. Если бы не было трения о воздух, такое движение (колебания маятника) происходило бы бесконечно долго.

                     При изучении закона сохранения и превращения кинетической и потенциальной энергии, можно использовать  следующие детские игрушки:

Внутри каждой заводной игрушки есть вал, пружина и зубчатое колесо. Потенциальная энергия пружины, которую мы закручиваем при заводе игрушки, переходит в кинетическую энергию механизма, и ножки утёнка или колёса паровозика приходят в движение.

Их не надо заводить.
Надо просто покатить.
Маховик придёт в движенье,
Трудно их остановить.

Игрушки, при помощи  которых можно продемонстрировать превращение одного вида энергии в другой (пистолет, пушка, паровозик, уточка, цыпленок, робот, заводные автомобили, водяная мельница), проманипулировать каждой игрушкой и объяснить, какие преобразования энергии в ней происходят.

 

 

                            При изучении явления инерции, можно использовать  следующие детские игрушки:

-На тележку поместим фигурку солдата и заставим тележку вместе с ним двигаться, поставив впереди на некотором расстоянии препятствие (гирю). Тележка, ударившись о гирю, останавливается, а фигурка солдата, продолжая движение, падает.

-Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на задней или передней оси, соединяющей колёса, находится ряд шестерёнок, которые в свою очередь соединяются с маховиком, то есть массивным цилиндром. Мы толкаем автомобиль, шестерёнки придают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, поэтому будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили.

-В Америке уже созданы настоящие автомобили, которые называются махомобили. В них нет двигателя внутреннего сгорания, им не нужен бензин. В них есть небольшой электрический двигатель, который от аккумулятора приводят в движение, а он в свою очередь заставляет двигаться маховик. Раскрутившись, маховик долго может двигаться по инерции. Такие махомобили не засоряют атмосферу выхлопными газами. Может быть, и мы когда-нибудь будем ездить на махомобилях. Принцип действия инерционной машины: на задней или передней оси находится ряд шестеренок, которые в свою очередь соединяются с маховиком. Мы толкаем автомобиль, шестеренки придают движение маховику. Маховик обладает большой массой и за счет этого долго сохраняет состояние движения, которое ему сообщили, то есть движения по инерции. Почему двигаются заводные игрушки? Узнаем об этом в конце 7 класса при изучении темы «Механическая энергия». В этом случае  демонстрируют заводные игрушки и обсуждают разные виды энергии.  

Инерционные игрушки не требуют завода, но тоже некоторое время движутся, если мы поможем им и подействуем силой своей руки. Эти инерционные игрушки помогла создать физика. Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на задней или передней оси находится ряд шестеренок, которые в свою очередь соединяются с маховиком. Мы толкаем автомобиль, шестеренки придают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, и, следовательно, будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили.  Явление инерции можно наблюдать на опытах:

Опыт 1. Установим на столе доску. Внизу у доски положим брусок. Поместим на наклонную доску грузовик с находящейся в нем куклой и предоставим ему возможность скатываться вниз. В конце доски грузовик остановится, а кукла, продолжая двигаться, упадет. Следовательно, движение тел сохраняется до тех пор, пока они не встретят на своем пути препятствие.

Опыт 2. Линейкой выбиваем монетки из столбика. Столбик не разваливается ,т.к. монеты по инерции сохраняют состояние покоя.(Другой вариант опыта: выбивание резким щелчком открытки, лежащей на стакане, на которой находится ластик. Открытка отлетает в сторону, а ластик, по инерции, остается в покое на том же месте и затем  падает  в стакан).

                               При изучении центра тяжести, можно использовать  следующие детские игрушки:

-Представим себе, что мы с вами в цирке. Выступают акробаты, жонглёры.

У Ваньки, у Встаньки – несчастные няньки:
Начнут они Ваньку укладывать спать,
А Ванька не хочет, приляжет и вскочит,
Уляжется снова и вскочит опять…
Лечил его доктор из детской больницы.
Больному сказал он такие слова:
Тебе, дорогой, потому не лежится,
Что слишком легка у тебя голова.

Малыши разных стран всегда с интересом играли с “Ванькой - Встанькой” (в Америке эта игрушка называется “Bob of toy”). Наверное, это самая старая игрушка, в которой человек сознательно использовал принцип устойчивого равновесия.

Существует несколько наиболее распространенных стабилизирующих механизмов.

Шар свободно перекатывается в нижней части куклы, диск не позволяет ему подняться выше  центра тяжести тела, и кукла всегда возвращается в вертикальное положение, еще  можно  использовать разделенные грузы.  Шарики связаны между собой нитью через отверстие в перегородке. При выведении куклы из положения равновесия, нижний шарик начинает раскачиваться, неваляшка при этом не только совершает наклоны, но еще и вращается.

А вот Ванька, который умеет балансировать руками.  При наклоне груз, соединенный упругой нитью с руками, заставляет неваляшку поднимать руку, противоположную наклону, вверх. Создается впечатление, что игрушка балансирует руками, пытаясь сохранить равновесие

 

 

Рассмотрим еще несколько интересных механизмов, позволяющих Ваньке – Встаньке всегда возвращаться в исходное положение.

Есть неваляшка внутри которой находится маятник, раскачиваясь он ударяет по корпусу игрушки, заставляя ее не только балансировать, но и издавать мелодичный звук.

Очень интересен механизм  другой куклы. Шарики скатываются вниз по спиральной траектории, заставляя «Ваньку»  раскачиваться и при этом поворачиваться вокруг своей оси в противоположную сторону.

Еще модель механической неваляшки, которая приводится в движение с помощью заводного ключа.

Но самой уникальной является модель, которая может даже стоять на голове. Внутри игрушки находится устройство, напоминающее песочные часы,  если куклу перевернуть, то песок перетекает в  верхний сосуд, находящийся выше центра масс и неваляшка, как акробат может стоять на голове.

 Моделей  неваляшек много, но все они  работают на одном правиле: в состоянии устойчивого равновесия центр тяжести тела должен находиться в самом низком из возможных для него положений.

Рассмотрев различные механизмы кукол – неваляшек, можно создать собственного Ваньку –Встаньку.

Для изготовления необходимо : яичная скорлупа, гипс, клей, мел,  кусочки свинца и тертый воск.

Через отверстие в скорлупе помещают вовнутрь  небольшое количество кусочков свинца. Затем добавляют воск. Определив будущее положение равновесие «Ваньки», надо над пламенем свечи нагревать яйцо. Через некоторое время воск  в скорлупе расплавился, после чего держа яйцо в строго определенном положении надо дать воску застыть вновь. Но сейчас уже воск застыв покрыл собой кусочки свинца. Таким образом, добиваемся, что центр тяжести  сместился в нижнюю часть яичной скорлупы. Разведя гипс,  залепим им отверстие в скорлупе. Игрушка готова, осталось только придать ей эстетический вид. Используя клей, краски  и подручные материалы можно превратить яйцо в удалого Доброго молодца.

Этот Ванька – Встань-ка так же имеет смещенный центр тяжести, поэтому он всегда стремится занять вертикальное положение.

 

Но, оказывается, есть масса интересных вещей, устроенных по принципу неваляшки.  Игрушка  чашка-неваляшка. Удобная чашка  для малышей, которые ещё не научились  аккуратно пить. Утяжеленное дно не позволяет чашке  окончательно перевернуться, даже если ребенок неудачно ставит ее на стол. Часы-неваляшка, эдакий Ванька – Встанька  для взрослых: вместо мультяшной мордашки – электронное табло с крупными цифрами, отображающее время и дату. Стоит лишь тронуть пальцем, и часы начинают мерно покачивается перед глазами.    Дизайнеры фирмы «NOKIA» предложили оригинальную модель сотового телефона, который всегда занимает вертикальное положение, ну а для тех кто привык к своей модели телефона предлагают чехлы – неваляшки. Небольшие размеры сотовых телефонов, делают их совершенно неприметными, например, на рабочем столе. Поэтому телефоны очень часто забывают забрать с собой во время торопливых сборов.  Изобретатель утяжелил овальный чехол мобильника специальным грузом в нижней части. Принцип действия нового чехла аналогичен принципу знакомой всем детской игрушки " Ванька- Встанька " или "неваляшка". На любой плоской поверхности мобильный телефон, засунутый в такой чехол, будет принимать вертикальное положение. Ну, а "стоящий" на столе телефон заметить гораздо проще.  Каждый из нас слышал о парусной регате. Оказывается в парусных лодках, центр тяжести смещают в киль, что делает лодки более устойчивыми на воде.

- Возьмём линейку и подвесим её на нитке так, чтобы нитка свободно передвигалась. Будем менять положение петли, чтобы линейка пришла в равновесие. В этом случае говорят, что она подвешена в центре тяжести.

-Центр тяжести есть у любого тела: у круга, треугольника и т.д. Вы и сами можете найти центр тяжести у любой фигуры, физика может вам помочь, было бы желание.

-Возьмём «этажерку» и будем менять её положение. Заметим, что если вертикаль, проведённая из центра тяжести, пересекает площадь опоры, то этажерка остаётся в равновесии. Если нет, этажерка перевернётся.

При всяком наклоне неваляшки её центр тяжести повышается. Это вызывает самостоятельное движение игрушки к исходному положению наиболее устойчивого равновесия, при котором центр тяжести расположен ниже.

А вот ещё несколько игрушек, действие которых объясняется понижением их центра тяжести.

- конус, катящийся  вверх, балансирующий клоун.

 

 

-Строить первые дома, дворцы, дети учатся из игрушечного строительного материала, иногда ваш дом, дворец сразу же падает, рушится, и вы делаете его снова, но изменив его форму. Вроде бы все просто, но оказывается, что здесь вы обращаете внимание на то, что помогает сделать вашу постройку более устойчивой, надежной.

Играя с кубиками, вы знакомитесь с такими понятиями, как прочность, площадь опоры, центр тяжести, давление на площадь опоры.

Кстати, что нужно сделать, чтобы увеличить давление? Что нужно сделать, чтобы уменьшить давление?  

                               При изучении законом сохранения момента количества движения, можно использовать  следующие детские игрушки:

Хоть названье и мудрёное,
Все игрушку эту знают.
И не только дети, взрослые,
С удовольствием играют.
Может петь, как сверчок,
Как зовут её? Волчок.
Разноцветна, мила,
Можно звать её Юла.

Внимание многих ученых и изобретателей привлекла древнейшая народная игрушка – волчок. Такие волчки приводят в движение рукояткой, снабженной ходовым винтом. Попытки повалить быстро вращающиеся волчки, юлы не удаются. Под действием толчка волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси, положение которой немного сместилось относительно первоначального. В чем причина такой устойчивости? Она связана с законом сохранения момента количества движения.  У погруженного волчка (на который действует Сила тяжести, Сила трения, Сила сохранения) возникает прецессия, то есть вращения системы, в которой закреплен волчок, вокруг вертикальной оси. Принцип работа юлы заключается в механизме, содержащемся в игрушке. Раскручивается юла с помощью винтообразного осевого стержня, во время опускания которого происходит винтовая передача, являющаяся механическим передачей, преобразующей вращательное движение в поступательное или наоборот. Общий принцип этой передачи состоит в винте и гайке. Юла является единственной разновидностью волчка, который содержит в себе механизм.Под действием толчка волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси. В чем причина такой устойчивости вращения? Она тоже связана с одним из физических законов – законом сохранения момента количества движения.

 

 

 Попробуем установить волчок вертикально. Это нам не удаётся. Заставим волчок быстро вращаться, и он сразу становится устойчивым. Заметим, что волчок при этом описывает своей  осью коническую поверхность. В этом и состоит секрет устойчивости волчка, а само это свойство сохранения устойчивости при вращении называют гироскопическим свойством. Такие свойства широко используют в цирке. Бросая в воздух ножи или шары, жонглёр придаёт им вращение вокруг продольной оси. Благодаря этому предметы приобретают устойчивость, и это «помогает» артисту показывать эффектные номера. Это же свойство широко используют и спортсмены. Чтобы волейбольный мяч двигался строго в желаемом направлении, ему сообщают вращение. Дискоболы, метая диск, тоже придают ему вращение вокруг его оси симметрии. Поэтому диск в течение всего полёта сохраняет плоскость своего вращения неизменно под одним и тем же углом к горизонту, уменьшая вредное воздействие сил сопротивления и увеличивая дальность полёта.

Свойство сохранения устойчивости при вращении: летающей тарелки, жонглирование, вращение различных волчков.

                       При изучении темы «Первоначальные сведения о строении вещества» используют резиновые или пластмассовые игрушки. Почему из глины или пластилина предметы либо игрушки не распадаются на части?

                       При изучении темы «Давление твердых тел, жидкостей и газов»  показывают игрушки: планетоход, детский совочек, грузовой автомобиль с двойными задними колесами, надувной шарик, лейка, игрушечные паром и лодочка, надувной круг. Задают вопросы классу: зачем у планетохода сделаны широкие гусеницы? Почему у совочка ручка шероховатая, а нижняя часть тонкая? Почему у грузового автомобиля задние колеса двойные? Отчего надувной шарик после наполнения его воздухом принимает форму шара? Почему у лейки носик выше, чем сам резервуар? Почему игрушечный паром с грузом плавает на воде, а маленькая лодочка с таким же грузом тонет? Почему при обучении плаванию малышей используют надувные игрушки?  При изучении темы «Давление»  использую  конструктор или кубики для строительства, а также демонстрирую такие игрушки, как детская лопатка, леечка, чайник.  Когда говорим с ребятами  о способах изменения давления,  даю нескольким ученикам конкретное задание - с помощью разных конструктора  построить дом, который оказывает максимальное и минимальное давление на поверхность стола. И ученики начинают понимать, зачем у лопат делают острым край, зачем точат ножи, карандаши.  А заодно затрагиваем  такие понятия как прочность, центр тяжести, площадь опоры,

 

симметрия постройки, а еще можно заглянуть вперед и поговорить о прямолинейном распространении света. Учащимся предоставляется возможность выяснить,  какие подходы помогают сделать  постройку более устойчивой. А также затронуть тему безопасного строительства в случае землетрясений. В такие игры обожают играть семиклассники, они с удовольствием  приносят кубики на урок.Играя с кубиками, вы знакомитесь с такими понятиями, как прочность, площадь опоры, центр тяжести, давление на площадь опоры.

Кстати, что нужно сделать, чтобы увеличить давление? Что нужно сделать, чтобы уменьшить давление?    Почему прыгает мяч, летают воздушные шары?  Ищем ответ  вместе с ребятами.  Для этого надуваем с ребятами воздушные шарики при изучении темы «Давления в газах». В результате, в активной форме мы либо изучаем новое, либо закрепляем изученное. После изучения «Закона Паскаля» мы делаем брызгалки, которые могут намочить большую площадь поверхности. Мальчики соревнуются с девочками, кто дальше стрельнет и обсуждают, что надо для этого сделать. Сравнивают свою массу, размер обуви и силу,  с которой они давят на брызгалку.    Летающий самолет, вертолет. Прежде, чем перейти к рассмотрению действия этих предметов.  Можно выполнить опыт, «летающий мяч» (мяч от пинг понга). Почему шарик взлетает вверх? Когда мы дуем в трубку, то в ее начале давление воздуха более высокое, чем в конце, и воздух из области с более высоким давлением переходит в область с более низким, так что массы воздуха симметрично обтекают шар. Над шариком образуется завихрения воздушного потока, скорость воздуха здесь увеличивается. В той области, где скорость потока больше, давление понижено. Следовательно,  на шарик сверху и снизу действуют неравные силы, их результирующая направлена вверх и обуславливает парение шарика.

                            При изучении темы «Механическое движение. Относительность движения» невозможно обойтись без машинок. Первичное представление об относительности движения дети получают, наблюдая характер перемещения участников «дорожного движения»: равномерное или нет, сравнивают скорости различных машин, фиксируют изменение скорости в зависимости от точки наблюдения (системы отсчета). А если рассмотреть инерционные машинки изнутри, то станет понятно, что такое инерция, за счет чего тела сохраняют скорость.  В моем кабинете есть подборка разобранных игрушек для того, чтобы было видно, из чего они состоят, как они устроены и был более понятен принцип их работы. Вращение винта вертолета показывает, как осуществляется движение с помощью зубчатого передаточного механизма, разглядывая вертолет с разных точек, можно убедиться в относительности траектории движения. Для этого достаточно на винт прикрепить кусочек яркого пластилина и за ним пронаблюдать.  

 

 

На примере игрушечного автомобиля можно демонстрировать поступательное и вращательное движение, а гусеницы танка представляют комбинацию двух этих видов движения. В чем разница между такими сложными понятиями как инерция и инертность помогут решить груженые самосвалы. На уроке при обсуждении вопроса об инертности показываю грузовик с неваляшкой. Сначала грузовик тяну медленно, неваляшка остается на месте, а затем резко толкаю машину, и неваляшка падает. Сразу же становится ясно, что такое инертность и чем она отличается от инерции. Тоже явление  можно показать с нагруженным грузовиком. При таком подходе всем в классе становится понятно, что инерция и инертность это разные физические явления.

                                           Тема простых механизмов изучается на первом году изучения физики.  На этом этапе  ребят можно увлечь поиском конструкторских находок, направленных на рационализацию решения таких задач как открывание и закрывание дверей у игрушечных транспортных средств, устройство кузова самосвала, возможно также и проведение исследования игрушечных механизмов на определение КПД, сравнение сил трения, качения, покоя, скольжения, определение коэффициента трения, тормозного пути. Здесь на помощь приходят подъемные краны, которые состоят из нескольких видов простых механизмов, игрушки, которые могут двигаться по шероховатой или наклонной поверхности.

 

      Красивая новогодняя игрушка –Санта Клаус. Каждый Новый год его ставят его под ёлку. Он стоит на специальной платформе, на которой ещё помещён фонарь с подвешенным колоколом. К колоколу прислонился мешок с подарками. Когда включаешь эту игрушку специальной кнопкой, звучит музыка, зажигается фонарь, а сам Санта начинает бить в колокол. В этой игрушке можно  наблюдать три физических явления: играет музыка – это звуковое явление; горит фонарь – это световое явление; Санта Клаус бьёт в колокол – это механическое явление. 

Автор Радионова Екатерина Яковлевна
Дата добавления 08.01.2015
Раздел Физика
Подраздел
Просмотров 1026
Номер материала 45246
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓