8 класс. Занятие 1

Занятия 1-го полугодия по экспериментальной физике 
в 8-м классе Олимпиадной школы МФТИ
(преподаватель к.ф.-м.н., доцент А.А. Лукьянов)

Занятие 1-й недели – Вводное занятие

1.  Разбор задач тестов и возможные апелляции

2.  Обсуждение общих принципов построения занятий: 

- на одну лабораторную работу – два занятии: выполнение (одно занятие) и сдача на отдельных листочках либо «турнир» (следующая неделя);

- не всегда сразу будет даваться рецепт выполнения задания; чаще – учащиеся сами должны придумать возможный ход;

- часть занятия – теория и решение задач по теме лабораторной работы;

- вопросы дисциплины и техники безопасности;

- домашние задания (в том числе – несложные опыты).

3.  Лабораторная работа – мысленные эксперименты 

Название: ИЗМЕРЕНИЕ БОЛЬШИХ ДЛИН

Цель работы: Научиться измерять большие расстоянии, встречающиеся в городе или на природе

Оборудование: линейка, рулетка, рейка

Опыт 1. Определение высоты дерева с помощью тени, даваемой солнцем

Задание: По длине тени от дерева в солнечный день определить высоту дерева.

Теория. Расчетные формулы. Указания:

Рисунок к Опыту 1.

Измерить длину тени от рейки известной длины, поставленной вертикально. Из подобия треугольников найти длину тени от дерева.

Опыт 2. Определение высоты дерева с помощью без тени от солнца

Задание: Определить с земли приблизительно высоту дерева, столба, здания в отсутствие солнца ([1],  №1.5)

Опыт 3. Определение высоты фонарного столба и расстояния до него косвенными методами

Цель работы: Научиться измерять большие расстоянии, встречающиеся в городе или на природе, в случаях, когда прямые измерения невозможны

Задание: Вы стоите вечером у небольшой речки, на противоположном берегу которой вкопан столб с фонарем. Как определить расстояние до столба и его высоту, имея небольшую рейку и рулетку? Переходить реку нельзя.

Теория. Расчетные формулы. Указания:

Рисунок к опыту 3.

Вывести формулы связывающие друг с лугом искомые величины и величины, допускающие прямые измерения

              (1)

               (2)

Замечание. Расстояния S₁ и S₂ не допускают прямого измерения, однако их разность S₁–S₂ может быть измерена рулеткой!

Сделать оценку для опыта, в котором оказалось, что h = 1 м, S₁–S₂ = 3 м, l₁ = 1,4 м, l₂= 2 м.

Ответ: H = 5 м, S₁  = 7 м, S₂  = 10 м, x = S₁ – l₁ = 5,6 м (расстояние от рейки до столба в начале), y = S₂ – l₂ = 8 м (расстояние от рейки до столба в начале), x – y = 2,4 м.

Литература

1. Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М. Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. – 2-е изд. – М.: ИЛЕКСА, 2016. – 208 с.

2. Ланге В.Н. Экспериментальные задачи на смекалку. – М.: Наука, 1974. – 96 с. (№44)

Опыт 4. Лазерный дальномер – !? – Принцип действия

Задача. Определить время движения короткого светового импульса от поверхности Земли до поверхности Луны и обратно. (На Луне установлены отражатели световых импульсов!) Радиус Земли r_З » 6370 км, радиус Луны r_Л » 1740 км, среднее расстояние от Земли до Луны R » 384 000 км, скорость света в вакууме c » 300 000 км/с.

Ответ. R/r_З » 60, R/r_Л »  220, поэтому t » 2 R/с » 2,5 секунды.

Вопрос. Какими же будут времена движения светового импульса при определении расстояний до зданий на расстояниях порядка 100 м ÷ 1 км?
Ответ. От 6,7 × 10^–7 » 1 мкс до » 10 мкс.

Эхолокация. Глубина Марианской впадины » 11 км, скорость звука в воде – 1,5 км/с (НЕ 330 м/с; это – скорость звука в воздухе).
Вопрос. Оценить время движения звукового импульса туда и обратно.
Ответ. Менее 15 секунд.