Физику часто боятся из-за формул: пока тема звучит как «Закон Ома», кажется, что проект по физике сводится к пересказу параграфа с уравнениями. На деле проект по физике держится на измерении. Вы меняете одно условие, записываете, что от этого изменилось, и строите график. А прибор для замеров лежит в кармане: в смартфоне есть акселерометр, гироскоп, магнитометр и микрофон, а во многих моделях еще барометр и датчик освещенности.
Ниже 35 тем проектов по физике для 7–11 класса по разделам курса, с классом по федеральной рабочей программе. У каждой темы назван прибор, график, который получится, и продукт, который останется после защиты.
Когда замеры готовы, каркас презентации к защите можно собрать в Presentacium. Введите тему, откройте «Расширенные настройки» и в списке «Целевая аудитория» выберите «Средняя школа» для 7–9 класса или «Старшая школа» для 10–11, чтобы текст слайдов писался для слушателей нужного возраста. Одна генерация в сутки бесплатна, слайды потом правятся во встроенном редакторе.
Тема проекта по физике: что меняем, чем меряем, какой выйдет график
Хорошая тема отвечает на три вопроса. Что вы меняете: высоту, массу, расстояние, число витков. Что меряете и каким прибором. Какой получится график: точки должны лечь в линию или кривую, которую объясняет формула из учебника. Если ответа нет хотя бы на один вопрос, перед вами тема доклада.
Замеры заложены в саму программу. В 7 классе она ставит работу «Измерение температуры при помощи жидкостного термометра и датчика температуры» (ФОП ООО, п. 153.3.1.2), в 9 классе — «Изучение свойств электромагнитных волн с помощью мобильного телефона» (п. 153.5.3.2). Так что телефон в роли прибора программе не противоречит.
Индивидуальный проект в 10–11 классе может быть учебным исследованием или проектом, в том числе прикладным, конструкторским или инженерным (ФОП СОО, п. 129.2.4.3), а результатом исследования программа называет и макет, и опытный образец (п. 129.2.4.8). Поэтому у каждой темы ниже есть продукт. Какие они бывают, разобрано в статье о продуктах проекта.
Какие датчики смартфона заменяют школьные приборы
Почти все темы делаются с бесплатным приложением phyphox. Его разработали в техническом университете Ахена, оно есть для Android и iPhone и переведено на русский. Оно рисует данные датчиков графиком, выгружает таблицей для Excel и дает управлять опытом с компьютера через браузер.
- Акселерометр меряет ускорение: лифт, отскок мяча, колебания.
- Магнитометр меряет магнитное поле в микротеслах.
- Микрофон ловит громкость и частоту, а в режиме акустического секундомера засекает время между двумя хлопками.
- Барометр показывает давление, но есть не во всех моделях.
- Датчик освещенности на iPhone приложениям недоступен, для него нужен Android.
Набор датчиков у телефонов разный, поэтому сначала проверьте свою модель. Для тепловых тем нужен кухонный термометр со щупом, для электричества — мультиметр. Датчики телефона не калибруют как лабораторные, но проекту важнее сравнение: если все замеры сделаны одним телефоном в одинаковых условиях, разница между ними настоящая.
Безопасность: батарейки вместо розетки
Все опыты с током в этом списке идут только на батарейках на 1,5 или 4,5 вольта. Сеть 220 вольт в проекте не используется никак: не разбирайте зарядки и бытовые приборы и не подключайте самодельные схемы к розетке. Даже от батарейки провод, замкнутый накоротко, быстро греется, поэтому электромагнит включайте на несколько секунд. Кипяток не нужен ни в одной теме, лазерную указку не направляйте в глаза, а телефон, который едет или качается, закрепляйте в пакете.
Механика: 9 тем для 7, 9 и 10 класса
- Плотность овощей и фруктов, 7 класс. Прибор: весы и мерный стакан. График: столбцы плотностей с линией воды 1 г/см³. Продукт: таблица «тонет или плавает».
- Грузоподъемность лодки из фольги, 7 класс. Меняем площадь дна и грузим монеты до затопления; такой опыт прямо назван в программе. График: монеты от площади. Продукт: лодка-рекордсмен с чертежом.
- Давление на первом и последнем этаже, 7 класс. Прибор: барометр смартфона, у земли давление падает примерно на 1 гПа на 8 метров. График: давление от этажа. Продукт: способ узнать высоту дома.
- Угол, при котором телефон соскальзывает с доски, 7–9 класс. Прибор: датчик наклона, тангенс угла равен коэффициенту трения. График: столбцы по чехлам. Продукт: рейтинг чехлов для подставки в машине.
- Ускорение лифта, 9 класс. Прибор: акселерометр, в phyphox есть готовый опыт. График: ускорение от времени при разгоне и торможении. Продукт: расчет перегрузки для разных лифтов.
- Машинка на наклонной доске, 9 класс. Прибор: акустический секундомер ловит щелчок старта и стук финиша. График: ускорение от синуса угла. Продукт: трек для урока.
- Центростремительное ускорение на крутящемся стуле, 9–10 класс. Телефон на сиденье на разном расстоянии от оси. График: ускорение от квадрата угловой скорости. Продукт: объяснение, как отжимает центрифуга.
- Сколько энергии теряет мяч при отскоке, 9–10 класс. Прибор: микрофон, phyphox по паузам между ударами считает высоту отскоков. График: высота от номера отскока. Продукт: рейтинг мячей и покрытий пола.
- Фитнес-резинка и закон Гука, 10 класс. Прибор: рулетка и бутылки с водой вместо гирь. График: сила от растяжения, у резинки он изгибается. Продукт: таблица нагрузок для резинок разного цвета.
Тепловые явления: 6 тем для 8 и 10 класса
- Сколько льда нужно, чтобы охладить сок, 8 класс. Прибор: термометр и весы; по тепловому балансу считаем удельную теплоту плавления льда. График: температура от массы льда. Продукт: таблица «сколько кубиков на стакан».
- Термометр из бутылки и трубочки, 8 класс. Программа 8 класса предлагает проверить линейность длины столбика от температуры. График: длина столбика от температуры воды. Продукт: термометр со своей шкалой.
- Мокрый и сухой термометр, 8 класс. Чем суше воздух, тем сильнее остывает мокрый щуп. График: разница температур по комнатам. Продукт: самодельный психрометр.
- Вода на бумажном полотенце, 8 класс. Прибор: линейка и секундомер. График: высота подъема воды от времени для разных полотенец. Продукт: рейтинг полотенец по впитыванию.
- Сколько килограммов воздуха в комнате, 10 класс. Прибор: барометр, рулетка, термометр, расчет по уравнению Менделеева – Клапейрона. В программе эта работа стоит для класса. График: масса воздуха по комнатам. Продукт: инфографика.
- Солевая грелка против бутылки с горячей водой, 10 класс. Грелка с ацетатом натрия греет за счет кристаллизации. График: две кривые остывания. Продукт: памятка для похода. Кипятить грелку для повторного использования должен взрослый.
Электричество и магнетизм на батарейках: 7 тем для 8 и 11 класса
- Сколько работает батарейка, 8 класс. Прибор: мультиметр, нагрузка — лампочка от фонарика. График: напряжение от времени у дешевой и дорогой. Продукт: рейтинг по цене часа работы.
- Резистор из карандаша, 8 класс. Меряем сопротивление полос разной длины и твердости грифеля. График: сопротивление от длины. Продукт: нарисованная цепь со светодиодом.
- Фруктовая батарейка, 8 класс. Медная проволока и оцинкованный гвоздь в лимоне, яблоке, картофеле. График: напряжение от числа элементов. Продукт: батарея, которая зажигает светодиод.
- Сила электромагнита, 8 класс. Поле у шляпки гвоздя меряем магнитометром телефона. График: поле от числа витков. Продукт: подъемный кран с электромагнитом.
- Магнитная карта квартиры, 8 класс. Прибор: магнитометр, замеры по сетке через полметра. График: цветная карта поля. Продукт: схема, где компас телефона ошибается.
- Как поле магнита слабеет с расстоянием, 11 класс. В логарифмических осях точки ложатся на прямую с наклоном около минус трех. График: поле от расстояния. Продукт: дальномер по полю магнита.
- Магнит в медной трубе, 11 класс. Прибор: акустический секундомер; в металле магнит тормозят вихревые токи. График: время падения в медной, алюминиевой и пластиковой трубке. Продукт: демонстрация правила Ленца.
Звук и колебания: 7 тем для 9 и 11 класса
- Скорость звука двумя смартфонами, 9 класс. Прибор: акустический секундомер на двух телефонах в 10–30 метрах; разница их показаний равна удвоенному времени пути звука. При 20 °C выходит около 343 м/с. Продукт: методичка для урока.
- Бутылочный орган, 9 класс. Прибор: спектр звука в phyphox. График: частота от длины воздушного столба. Продукт: бутылки, настроенные по гамме.
- Струна и натяжение, 11 класс. Леска натянута грузом, частота растет как корень из силы натяжения. График: частота от корня из натяжения. Продукт: самодельный монохорд.
- Эхолот в коридоре, 9 класс. В phyphox есть опыт «Сонар»: расстояние до стены по эху. График: сонар против рулетки. Продукт: оценка точности и дальности.
- Чем глушить звук, 9 класс. Один телефон пищит в коробке, второй меряет громкость снаружи. График: громкость для поролона, лотков от яиц и пледа. Продукт: рейтинг материалов для полки под колонку.
- Весы на пружине, 9 класс. Прибор: акселерометр, телефон в пакете качается на пружине. Зависимость периода от массы есть в программе 9 класса. График: квадрат периода от массы. Продукт: весы по периоду колебаний.
- Доплеровский спидометр, 11 класс. Пищащий телефон проезжает на велосипеде мимо второго, тот меряет сдвиг частоты. График: частота от времени. Продукт: способ мерить скорость по звуку.
Оптика и свет: 6 тем для 9 и 11 класса
- Освещенность и расстояние до лампы, 9 класс. Прибор: датчик освещенности, источник — фонарик второго телефона. График: освещенность от обратного квадрата расстояния. Продукт: схема подсветки для съемки видео.
- Какие шторы правда затемняют, 9 класс. Датчик освещенности за тюлем, льном и блэкаутом. График: доля пропущенного света. Продукт: рейтинг тканей для спальни.
- Кажущаяся глубина, 9 класс. Отношение настоящей глубины монеты к кажущейся дает показатель преломления, у воды около 1,33. График: для воды, масла и сиропа. Продукт: таблица кухонных жидкостей.
- Фокусное расстояние лупы и очков, 9 класс. Ловим на лист изображение окна, оптическая сила обратна фокусному расстоянию. Подходит для очков «плюс». Продукт: проверка очков дома.
- Поляризованные очки и экран телефона, 11 класс. Экран большинства телефонов дает поляризованный свет, второй телефон меряет яркость за поворачиваемой линзой. График: закон Малюса. Продукт: тест для солнечных очков.
- Компакт-диск как дифракционная решетка, 11 класс. Маломощная указка, диск и стена. По углу максимума считаем шаг дорожки и сверяем со стандартом: 1,6 мкм у CD, 0,74 у DVD. Продукт: спектроскоп из диска.
От замеров к графику и слайдам защиты
Каждое значение меряйте трижды и берите среднее, а изменяемую величину задавайте хотя бы в пяти точках. Разброс повторов и есть погрешность, о ней на защите спрашивают почти всегда. Таблица из phyphox за пару минут превращается в Excel в точечную диаграмму с линией тренда. Если точки легли на линию, формула из учебника подтвердилась, а если нет, это тоже результат, который надо объяснить.
Цель удобно формулировать от графика: получить зависимость одной величины от другой. Тогда задачи выстраиваются сами, подробнее об этом в статье про цель и задачи проекта.
Презентация к проекту по физике обычно занимает 8–10 слайдов: проблема, гипотеза, установка, метод, таблица, график, выводы, продукт. В Presentacium бесплатно доступны 5 и 10 слайдов, а на шаге «Структура презентации» заголовки правятся вручную, так что слайды «Установка» и «График» можно вписать заранее. Выводы пишите по одному на задачу и с цифрой из графика, как в статье о заключении проекта.
Если опыт не получается: три ситуации
В телефоне нет барометра или датчика освещенности. Что делать?
Возьмите тему из того же раздела, где нужен другой датчик, или попросите Android у одноклассника на время замеров. Еще спросите в кабинете физики про школьные цифровые датчики.
Какую тему выбрать для индивидуального проекта в 10 классе?
Подходят темы 9, 14, 15, 21, 22, 25, 29, 34 и 35. В 10–11 классе проект опирается на методы двух и более предметов (ФОП СОО, п. 129.2.4.5), и физике проще всего в паре с математикой, когда зависимость проверяют в логарифмических осях.
Точки на графике разбросаны. Проект провалился?
Нет. Проверьте, что менялась только одна величина: другой телефон или сквозняк портят ряд сильнее неточного прибора. Если разброс остался, покажите его и назовите причину.
Раздел под характер: звук, электричество или механика
Если пугают формулы, начните со звука или оптики: график там видно сразу, а расчет сводится к делению. Любите технику — берите электричество на батарейках, спорт — механику с мячом и лифтом. И перед разговором с учителем сделайте один пробный замер в phyphox, чтобы знать, что опыт получится.
