Интегрированный урок по физике и информатике на тему: "Абсолютно упругое и абсолютно неупругое взаимодействия"

“Догонять тех, кто впереди, а не ждать тех, кто позади”. (Аристотель при ответе на вопрос, как преуспеть в учении)

Цели:

1. Ознакомить учащихся с двумя идеализированными видами взаимодействия тел и научить распознавать признаки этих взаимодействий.

2. Учить наблюдать, анализировать и обобщать результаты опытов, формируя при этом у детей целостные и обобщённые знания о физическом явлении.

3. Привлекать учащихся к современным активным методам обучения с применением персонального компьютера и мультимедийных обучающих дисков.

4. Применять выводы теории для решения задач.

5. Продолжать формировать учебные навыки работы с учебником В. А. Касьянова “Физика 10 класс”: анализировать и комментировать вывод формул, обосновывать определения, объяснять решение задач.

Обеспечение урока:

• Компьютерный класс. Видеопроектор.
• Установка для демонстрации абсолютно упругого взаимодействия (стальные шарики на нити - бифилярный маятник).
• Установка для демонстрации абсолютно неупругого взаимодействия (шар из пластилина на нити и детский пистолет с пластмассовыми пульками).
• Обучающие лазерные диски: “Открытая физика” (часть 1, установленная на ПК в классе и на учительском сервере для проекции на интерактивную доску), презентация “Абсолютно упругие и абсолютно неупругие взаимодействия”.

Ход урока

В начале урока анализируем решение домашней задачи — софизма:

“Тележка массой 2 кг движется со скоростью 2 м/с и сталкивается с тележкой такой же массы, но неподвижной, после чего они движутся совместно. Сравните кинетическую энергию тел до удара и после удара. Попробуйте объяснить результат”.

Включаю на экране с помощью проектора анимационную модель 1.22 данной задачи (диск “Открытая физика 1”). Проверяем ответ.

Ответ в задаче: Энергия тел после удара уменьшится на 2 Джоуля.

После короткого поиска “потери” энергии результатом анализа решения задачи, должно быть:

• повторение понятия “внутренняя энергия”,
• способы (признаки) её изменения,
• превращения энергии одного вида в другой вид).

Формулирую тему и цель урока для учащихся:

1. на уроке изучим два вида взаимодействия тел — абсолютно упругое и абсолютно неупругое, поймем, как применяются законы сохранения для этих взаимодействий при решении конкретных ситуаций,
2. решать проблему будем с помощью физического эксперимента — опытов, компьютерного эксперимента и, конечно, учебника физики.

Приложение 1

Изучение нового материала

I. Абсолютно неупругое взаимодействие. Анализируем его характер на примере домашней задачи в форме беседы.

На основании опыта с пластилиновым шаром и пластмассовой пулей (рисунок №1) и детального его изучения в беседе с учащимися выделяем существенные признаки этого взаимодействия (устно):

• В результате взаимодействия тела движутся совместно.
• У тел появляется остаточная деформация, следовательно, механическая энергия превращается во внутреннюю энергию.
• Выполняется только закон сохранения импульса.
• Дополняем примерами из жизненного опыта: столкновение метеорита с Землёй, удары молотком по наковальне и т. п.

Рис. 1

II. Абсолютно упругое взаимодействие: анализируем по аналогии с предыдущим видом взаимодействия (опыт со стальными шариками, рисунок №2). Возможные результаты наблюдения и беседы:

• Нет остаточной деформации и, следовательно, выполняются оба закона сохранения в механике.
• Тела после взаимодействия движутся совместно.
• Приводим примеры подобного вида взаимодействия: игра в теннис, хоккей и т. п.

Рис. 2

III. Работа над определениями

Учащиеся выписывают в тетрадь те признаки, которые, по их мнению, относятся к упругому или неупругому взаимодействию, разделив тетрадный лист на две части (список признаков проецирую на экран или диктую):

признаки:

• после взаимодействия тела движутся совместно, раздельно,
• нет остаточной деформации, есть остаточная деформация,
• выполняется закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса,
• не выполняется ни один из перечисленных законов,
• выполняется только закон сохранения механической энергии,
• … только закон сохранения импульса.

После завершения записей пытаемся проверить правильность ответов, ознакомившись с определениями по учебнику (§ 36, 5-е издание, стр. 155), анализируем: что совпадает с определением, что просматривается неявно и что неверно. После проделанной работы учащиеся заучивают оба определения по учебнику.

Углубление знаний:

IV. Применение полученных выводов для описания более широкого круга явлений. Обращаемся к опыту абсолютно упругого удара вторично, обобщаем его результат на всевозможные ситуации:

Ситуация первая: массы тел равны. Тела обмениваются скоростями, а значит, импульсами и кинетическими энергиями (рисунок № 2).

Нет оснований опыт с неподвижным шаром 2, считать каким то особенным, рассматривать который надо вне этой серии демонстраций и предлагаю наблюдать удары шариков, скорости которых направлены навстречу (рисунок № 3), с разными скоростями (рисунок № 4), о скоростях судим по углам отклонения нитей.

Рис. 3

Рис. 4

Работа с учебником, (готовлю проектор). Убеждаемся в совпадении практики и теории на примере упругого взаимодействия тел, просматривая вывод формул с № 109 по № 112. Комментируем результат и убеждаемся в полном совпадении теоретических выкладок и эксперимента (опыты с шарами).

Проецируем модель-анимацию №1–22 на экран, а остальная часть класса включает ПК и работает с диском “Открытая физика 1”: исследует упругое столкновение тележек равной массы. Воспроизводим аналогичные опыты (рисунки № 2, № 3, № 4). Вывод записываем в тетрадь: при упругом взаимодействии, если массы равны, тела обмениваются скоростями.

Массы тел не равны. Если в компьютерной модели массы неподвижной и подвижной тележек незначительно отличаются? Предвосхищаем результат из опыта с шарами и наблюдаем взаимодействие тележек с небольшим разбросом масс. Чем меньше отличаются массы подвижного и неподвижного тела, тем большая доля кинетической энергии ему передаётся. Привожу пример из истории создания ядерного оружия фашисткой Германии. Для осуществления цепной реакции деления урана необходимы медленные нейтроны и с этой целью проводились опыты по замедлению быстрых нейтронов с использованием графита. Позже в качестве замедлителя использовали тяжёлую воду. Масса протона, входящего в состав атома дейтерия, мало отличается от массы нейтрона, и нейтрон теряет значительную часть своей энергии, взаимодействуя с ним. А если бы учёные фашисткой Германии применили в опытах тяжёлую воду и создали это страшное оружие в более короткие сроки?

Учащиеся проводят ещё два исследования, и выводы записывают в тетрадь:

• если масса подвижного тела больше массы неподвижного (m_{1 >} m₂), то оно уменьшает скорость, не меняя направления.
• Если наоборот, то первое тело от него отражается и движется в противоположную сторону.

Неупругое взаимодействие: рассматриваем (прокручиваем на модели) также три характерные ситуации и выводы записываем в тетрадь:

1. При равенстве масс (одно из тел неподвижно) теряется половина механической энергии,
2. Если m₁ много меньше m₂, то теряется её большая часть (пуля и стена),
3. Если наоборот, передается незначительная часть энергии (ледокол и маленькая льдина).

V. Повторяем основные результаты урока:

1. Признаки двух видов взаимодействий.
2. Упругое взаимодействие тел равной массы и тел, массы которых незначительно отличаются.
3. Неупругое взаимодействие тел разных масс.
4. Примеры этих видов взаимодействий.

VI. Презентация “Абсолютно упругое взаимодействие”

Приложение 2.

VII. Мои комментарии и выставление оценок

VIII. Решаем задачу по данным на модели: массы относятся как 1:2. Как относятся кинетические энергии тел после и до удара? Ответ проверяем на модели, используя калькулятор.

IX. Домашнее задание: Записи в тетради, § 36, задачи № 2, 4, а остальные — по желанию.