Обобщенный план экспериментальной деятельности студента:

1. Постановка (формулирование) познавательной задачи, решаемой методом физического эксперимента:

1. тема исследования:

• выявление объекта изучения;

• и предмета исследования;

2. цель:

• теоретическая значимость;

• практическая важность;

3. предполагаемый результат:

• на теоретическом уровне;

• на уровне эмпирического материала.

2. Теоретическая подготовка:

1. понятие об объекте и предмете экспериментально-познавательной деятельности;

2. теоретические основы способов их экспериментального исследования;

3. изучение приборов, используемых в обозначенных в работе целях

3. Планирование опыта:

1. принцип постановки опыта на базе конкретного физического метода;

2. моделирование (схема установки):

• определение необходимых условий эксперимента по изучению предмета;

• выяснение назначения и функций каждого элемента установки;

• определение оптимальных параметров работы приборов с учетом их влияния на изучаемый предмет;

• составление схемы установки;

• определение порядка получения опытных данных (составление таблиц для занесения значений измеряемых величин);

3. указание основных расчетных формул (для косвенных измерений).

4. Реализация плана:

1. сборка установки (на основе полученной схемы);

2. снятие показаний (заполнение таблиц);

3. регистрация погрешностей приборов.

5. Обработка эмпирического материала:

1. систематизация и обобщение эмпирических данных, получение практического результата (построение графиков, схем и пр.);

2. косвенные вычисления;

3. усреднение и получение значения измеряемой величины (Х);

4. расчет погрешностей измерений:

• оценка достаточной точности;

• выбор метода вычисления погрешностей и формы записи полученного значения величины (вид погрешности, доверительная вероятность и пр.);

5. систематизация полученных результатов.

6. Выводы по проделанной работе:

1. формулирование полученных результатов на практическом и теоретическом уровнях;

2. сравнение с предполагаемыми результатами, анализ и объяснение имеющихся отклонений;

3. вывод о соответствии с теорией практического результата;

4. вывод о достижении или недочетах в достижении поставленной цели.

Объект представляет собой элемент естественной природы (реальный предмет, явление или процесс) или объективные свойства, связи, отношения таких элементов, обобщенные и выраженные в форме понятий, физических величин или закономерностей, на которые направлен познавательный интерес.

Предмет выделяет определенный аспект изучения объекта, охватывая его некоторые свойства или стороны для более тщательного рассмотрения.

Свойства – сторона предмета, обуславливающая его различие или сходство с другими предметами и проявляющаяся во взаимодействии с ними. Каждое вещество обладает множеством определенных свойств, единство которых означает его качество. Физические свойства – это свойства, обусловленные масс-энергетическими изменениями, не затрагивающими внутренней природы вещества.

В соответствии с данными определениями объектом экспериментально-познавательной деятельности студентов могут быть физические тела и процессы, их свойства и отношения, существующие и действующие по объективным законам природы. Предмет включает сторону объекта исследования, непосредственно подлежащую изучению в конкретном физическом эксперименте с определенной целью.

Объективность и однозначность эмпирических предложений достигается уточнением наблюдаемой ситуации (указывается место, время, условия протекания события), т.е. заданием так называемой экспериментальной ситуации. Экспериментальная ситуация задана, когда:

1. выделен объект внимания;

2. фиксированы условия, в которых на выделенный объект производятся воздействия, в том смысле, что нам понятно значение этих условий для осуществления выбранной операции (наблюдения, сравнения и пр.).

Приложение 4.

Графическое изображение (представление) результатов эксперимента

Используется в случае исследования зависимости одной физической величины от другой. Например, можно рассматривать зависимость плотности жидкости от температуры.

Так, чтобы получить наглядное представление о взаимной связи рассматриваемых величин и характере их закономерного взаимоизменения (например, линейный или экспоненциальный рост одной величины при изменении другой), результаты наблюдений следует представить графически.

Обычно пользуются прямоугольной системой координат с равномерными масштабами по осям. Значения аргументов следует откладывать по оси х, значения функции – по оси у. масштаб принципиально может быть любым, но при выборе его следует руководствоваться следующими соображениями:

1. график должен быть достаточно точным; наименьшее расстояние которое можно отсчитать на графике, должно быть не меньше величины абсолютной ошибки измерений;

2. физическая сущность явления должна быть вскрыта достаточно ясно: в тех областях, где ход кривой монотонный, можно ограничиться небольшим числом измерений (несколькими точками кривой на графике); в области максимумов, минимумов и точек перегиба следует производить измерения значительно чаще  все эти точки должны быть разрешимы (видны как отдельные точки) на графике при выбранном масштабе.

Графики должны выполнять на миллиметровой бумаге или на компьютере. Построение графиков возможно и достаточно просто осуществлять в таких программах как Excel и Mathcad. Кроме того, использование программных средств позволяет производить линейную аппроксимацию графика, строить сглаженную кривую по экспериментальным точкам и др.

Следует иметь в виду, что пересечение координатных осей не обязательно должно совпадать с нулевыми значениями х и у: при выборе начала координат надо руководствоваться тем, чтобы максимально использовалась вся площадь чертежа.

Координатные оси должны быть проименованы: рядом со стрелками проставлены обозначения откладываемой на оси физической величины и единицы ее измерения в выбранном масштабе. Вдоль осей равномерно через 10-20 мм откладываются масштабные деления, указывая соответствующие им значения в указанных около стрелки единицах измерения.

После выбора масштаба наносятся экспериментальные точки (координаты которых должны быть оформлены в виде двух столбцов или строк таблицы данных). На основе экспериментальных точек строиться график исследуемой зависимости 2-мя способами:

1. сами точки соединяют плавной кривой;

2. предполагаемая кривая (чаше прямая линия) строиться так, что может не проходить через опытные точки, но должна быть по обе стороны наиболее приближена к ним. Такое построение соответствует процедуре аппроксимации.

Ошибки наблюдений обнаруживаются в неправильностях направления кривой  кривая может выполнять ориентирующую и направляющую функции в последующих уточняющих наблюдениях.

Пользуясь полученной кривой можно:

1. установить наличие и характер зависимости между рассматриваемыми величинами. Наиболее просто и наглядно увидеть линейную зависимость, соответствующую наличию прямой пропорциональности между этими величинами.

2. В случае линейной зависимости легко определить и сам коэффициент пропорциональности:  тангенс угла наклона прямой графика зависимости к оси х равен коэффициенту пропорциональности между величиной у и аргументом х.

3. В пределах произведенных наблюдений интерполировать зависимость, т.е. находить значения величины у для таких значений х, которые непосредственно не наблюдались.

4. Определять значения величин, отложенных по осям, которым соответствуют характерные точки графика: например, значение одной величины, при котором другая минимальна или максимальна, хотя бы последние и не определялись непосредственно.

Приложение 5.

Таблица 1. Плотность воды при разных температурах

t, ^0С	, кг/м^3	t, ^0С	, кг/м^3	t, ^0С	, кг/м^3
0	999,87	12	999,52	24	997,32
1	999,93	13	999,40	25	997,07
2	999,97	14	999,27	26	996,81
3	999,99	15	999,13	27	996,54
4	1000,00	16	998,97	28	996,26
5	999,99	17	998,80	29	995,97
6	999,97	18	998,62	30	995,67
7	999,93	19	998,43	31	995,37
8	999,88	20	998,23	32	995,05
9	999,81	21	998,02	33	994,72
10	999,73	22	997,80	34	994,40
11	999,63	23	997,57	35	994,06

Таблица 2. Ускорение силы тяжести g для разных широт на уровне моря

широта в ^0	g, м/с^2	широта в ^0	g, м/с^2	широта в ^0	g, м/с^2
0	9, 78030	35	9,79730	70	9,82606
5	9,78069	40	9,80166	75	9,82866
10	9,78186	45	9,80616	80	9,83058
15	9,78376	50	9,81066	85	9,83176
20	9,78634	55	9,81503	90	9,83216
25	9,78952	60	9,81914	Москва	9,81523
30	9,79321	65	9,82285	С.-Пб	9,81908

Таблица 3. Модуль упругости некоторых твердых тел

вещество	алюминий	сталь	чугун	латунь	медь	никель	олово	свинец	цинк
Е, ∙10^10 Н/м^2	6,3-7,5	20-22	7,5-13	8-10	10-13	20-22	4-5,5	1,5-1,7	8-13

Таблица 4. Скорость звука в воздухе при разной температуре

температура ,^0С	скорость звука , м/с
- 50	299,3
- 20	318,8
- 10	325,1
0	331,5
10	337,3
15	340,3
20	343,1
30	348,9
При повышении температуры воздуха на 1^0С скорость звука в нем увеличивается на 0,59 м/с

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Говоркян Р.Г., Щепель В.В.. Курс физики. – М.: Наука, 1959. – 518 с.

2. Инкова Т.Я., Новокрещенов П.Д.. Лабораторный практикум по физике (Учебное пособие). Механика. Часть 1. – Борисоглебск, 1977. – 82 с.

3. Кашин Н.В.. Курс физики. Т.1.: Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. – М.: Учпедгиз, 1948. – 438 с.

4. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1961. – 428 с.

5. Курс физики / Под ред. Н.Д. Папалекси. - Т.1. – ОГИЗ: ГОСТЕХИЗДАТ, 1948. – 600 с.

6. Покровский А.А., Глазырин А.И., Дуров А.Г., Зворыкин Б.С., Шурхин С.А.. Практикум по физике в старших классах средней школы. Пособие для учителя. – Изд. 3-е, исправ. – М.: Просвещение, 1958.

7. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л.Л. Гольдина. – М.: Наука, 1964. – 580 с. с ил.

8. Савельев И.В.. Курс общей физики. Т.1. – М.: Наука, 1970. – 512 с.

9. Физический практикум. Руководство к практическим занятиям по физике / Пол ред. проф. В.И. Ивероновой. – 3-е изд-е. – М.: Гос. Изд-во технико-теоретической лит-ры, 1955. – 636 с.

10. Яковлев К.П.. Физический практикум. Руководство к практическим занятиям в физических лабораториях. Т.2. – М.-Л.: Гос. Изд-во технико-теоретической лит-ры, 1949. – 396 с.