Фізика. 9 клас. Головко
Виконуємо навчальний проєкт разом
Шановні друзі! Ви розпочали вивчати розділ «Магнітні явища» та ознайомилися з проявами магнітної взаємодії, магнітним полем та його властивостями. Далі ви будете поглиблювати знання про природу магнетизму, використання магнітних явищ у побуті та техніці. Ви переконаєтеся, що сучасні технології наукових досліджень мікросвіту, виробництва екологічно чистих видів енергії, створення новітніх транспортних засобів та побутових приладів базуються на використанні фізичних основ магнетизму, матеріалів із магнітними властивостями.
Пропонуємо вам долучитися до найактуальніших напрямів дослідження магнітних явищ і розпочати роботу над навчальним проєктом. Цей важливий вид навчальної діяльності не є новим для вас — над проєктами ви вже працювали, вивчаючи фізику в 7-му та 8-му класах. Проте 9-й клас основної школи особливий тим, що ви вже маєте досить ґрунтовні знання з основ природничих наук (фізики, біології, хімії, географії), достатні для того, щоб робота над навчальним проєктом була справжнім творчим процесом, сповненим ваших особистих відкриттів у галузі пізнання природи. Працюючи над проєктом, зверніть увагу на те, що всі природничі науки досліджують фундаментальні закони природи — закони збереження та розв’язують найактуальніші для людства проблеми — пошук екологічно чистих джерел енергії, створення здоров’язбережувальних технологій, відновлення природи. Тому найбільш результативними будуть проєкти, в яких вам вдасться комплексно використати знання та вміння, набуті під час вивчення цих природничих предметів.
Хоча ви тільки розпочали вивчення магнітних явищ і попереду ще багато нового та цікавого, пропонуємо вже зараз спільно з учителем поміркувати над вибором теми проєкту, щоб до закінчення вивчення розділу опрацювати його. А можливо, цю роботу ви продовжите й під час вивчення наступних розділів і виконаєте комплексний проєкт.
Коротко охарактеризуємо основні види та етапи навчальних проєктів, над якими ви вже можете розпочати роботу.
Інформаційні проєкти спрямовані на пошук інформації про певний об’єкт або явище, її аналіз і узагальнення фактів.
Практичні проєкти передбачають розв’язання практичних завдань та створення різноманітних моделей, макетів, приладів, розроблення рекомендацій щодо їх використання.
Дослідницькі проєкти — це міні-наукові дослідження, що мають чітку та добре обмірковану структуру. Під час роботи над ними увага приділяється аргументації актуальності теми дослідження, визначенню його методології, предмета та завдань дослідження, формулюванню гіпотез, вибору шляхів розв’язання проблем дослідження.
Кожен навчальний проєкт має кілька основних етапів:
— організаційно-підготовчий (мотивація, формування мікрогруп, визначення мети та завдань проєкту, розроблення плану);
— пошуковий (збирання, аналіз і систематизація інформації, її обговорення в мікрогрупах, висунення й перевірка гіпотези, практична частина проєкту, оформлення макета або моделі проєкту, оцінка проміжних результатів);
— підсумковий (оформлення проєкту, підготовка презентації, аналіз виконаної роботи, оцінювання внеску кожного з виконавців);
— презентація результатів (подання отриманих результатів та їх захист, відповіді на запитання, оцінювання результатів роботи, усвідомлення отриманих результатів і способів їх отримання).
Тему навчального проєкту ви можете обрати з наведених нижче або запропонувати власну, погодивши її з учителем.
У розділі «Магнітні явища вам пропонуються такі навчальні проєкти:
— інформаційні: видатні вітчизняні та закордонні вчені — дослідники магнітних явищ; вияви та застосування магнітних взаємодій у природі й техніці;
— практичні: магнітні матеріали та їх використання; магнітний запис інформації в комп’ютерній техніці;
— дослідницькі: геомагнітне поле та його вплив на живі організми; використання магнітного поля в медицині.
Як приклад практичного проєкту пропонуємо вам поекспериментувати з магнітами та спробувати створити модель пристрою, що базується на явищі магнітної левітації. Левітація (від лат. levitas — легкість) — це стійка рівновага об’єкта у гравітаційному полі без безпосереднього контакту з іншими тілами. Необхідними умовами для левітації є наявність вертикальної сили, що компенсує силу тяжіння. Магнітна левітація виникає за рахунок взаємодії магнітних полів постійних магнітів або електромагнітів.
Наприклад, «левітуюча сфера» (рис. 1) складається з підставки, в якій розміщено електромагніт, та сфери з постійним магнітом. Полюси магніту сфери та електромагніту підставки дібрані таким чином, що вони відштовхуються, — сфера «зависає» в повітрі над підставкою.
Рис. 1. Левітуюча сфера
У потязі на магнітній подушці для левітації використовується електромагнітне поле, силову дію якого можна змінювати (рис. 2).
Рис. 2. Потяг на магнітній подушці
Т-подібна залізнична колія виготовляється з матеріалу, який є добрим провідником та відіграє роль статора електродвигуна. Замість колісних пар потяг обладнаний системою опорних та спрямовуючих електромагнітів, які виконують функцію ротора електродвигуна. Магнітне поле, що створюється Т-подібним полотном, взаємодіє з магнітним полем електромагнітів потяга, який рухається безконтактно на висоті близько 15 мм. Це дає можливість розвивати значні швидкості (до 500 км/год) за мінімальних витрат енергії, оскільки не відбувається механічного тертя. Швидкість потягу та напрям його руху регулюються зміною величини та напрямку струму в полотні.
На сьогодні ці конструкції достатньо громіздкі, оскільки для живлення електромагнітів потрібні високі струми. Тому в майбутньому планують для котушок електромагнітів використовувати надпровідники, опір яких за певних умов зменшується практично до нуля і під час проходження по них електричного струму створюються потужні магнітні поля.
Можливо, під час роботи над діючою моделлю пристрою для демонстрації магнітної левітації вам вдасться відшукати оригінальні рішення, що в майбутньому стануть основою нових технологій.
Успіхів!
