Программа элективного курса "Механика деформируемых тел"

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель программы:

1) Создание ориентационной и мотивационной основы у девятиклассников для осознанного выбора физико-математического или естественно-научного профиля обучения в старшей школе. Достичь этого предлагается путем ознакомления девятиклассников с инженерно-строительными и инженерно-техническими профессиями, путём демонстрации практической значимости знаний по физике.

2) Формирование в зависимости от способностей и склонностей учащихся теоретического или эмпирического научного мышления.

3) Кроме того, курс предполагает развитие коммуникативных умений: сотрудничество при работе в группах, презентация результатов, культура ведения дискуссии.

Предлагаемый курс является развитием системы ранее приобретенных программных знаний физики, технологии.

Программа курса рассчитана на 17 учебных часов и ориентирована на учащихся, желающих расширить и углубить свои знания, познакомиться с применением логических рассуждений в различных ситуациях.

Программа содержит ряд тем, не изучающихся в курсе физики неполной средней школы, знание которых помогут для ориентации в выборе профиля дальнейшего обучения.

Программа - серия лекционных и практических занятий по моделированию. Заготовки для моделей учащиеся делают дома или в учебной мастерской по чертежам (связь с черчением и техническим трудом [основами моделирования и конструирования]), а сборка ведётся на уроке.

На содержание программы накладываются следующие ограничения:

• предлагаемые занятия должны иметь нестандартную постановку, побуждая учеников к активной работе;
• последовательность построения изготавливаемых моделей должна подчиняться требованию продвижения от простого к сложному;
• задачи, предлагаемые учителем, должны решаться на основе знаний по физике, полученных в общеобразовательной школе.

В результате изучения курса учащиеся смогут:

• сформировать собственный взгляд и оценить свои возможности при выборе профиля дальнейшего обучения;
• научиться:
• сотрудничать друг с другом при работе в группе;
• представлять результаты работы в наглядной и убедительной форме;
• описывать механизм явлений;
• получить

• жизненно-необходимые навыки по моделированию и конструированию:
• навыки дизайна;
• навыки работы с различными материалами;

• понять принципы полета аппаратов тяжелее воздуха и изучить способы их управления;
• проследить на работе изготовленных моделей способы передачи энергии между телами и превращения энергии из одного вида в другой.

Режим занятий:

В рамках курса по выбору за счёт школьного компонента.

Темы рефератов:

1. Летательные аппараты, которые тяжелее воздуха.
2. Энергия воды и ветра - энергия будущего.
3. Механические свойства и деформации. Их связь.
4. Получение экологически чистой энергии.

2. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

1. Лекция (1 час)

Особенности инженерно-технических специальностей. Что должен знать инженер.

Состояния вещества. Чем отличаются твердые тела от жидких и газообразных.

2. Лекционно-практические занятия (14 часов)

Виды деформации твердых тел.

Механические свойства твердых тел.

Практические задания: Изготовление моделей колодца и прибора для демонстрации опытов по расширению твердых тел при нагревании. (3 часа)

Давление в жидкостях и газах. Сообщающиеся сосуды. Закон Паскаля. Гидростатический парадокс.

Гидродинамика. Ламинарное и турбулентное течения.

Кинематическое описание движения жидкости и газа. Метели.

Давление в движущихся жидкостях и газах. Закон сохранения энергии.

Уравнение Бернулли. Применение уравнения Бернулли.

Подъемная сила крыла самолета. Виды воздушных змеев.

Практические задания: Изготовление моделей: фонтана, водяной мельницы, флюгера, ветряного двигателя, гидроэлектростанции, воздушного змея, винта вертолета. (11 часов)

3. Форма контроля (2 часа)

Практические занятия по демонстрации работы изготовленных моделей и замеру параметров работы этих моделей при решении практических задач, предложенных учителем.

ИТОГО: 17 часов.

1.2. Методические рекомендации по проведению курса "Механика деформируемых тел"

Урок 1. Особенности инженерно-технических специальностей. Что должен знать инженер. Состояния вещества. Чем отличаются твердые тела от жидких и газообразных.

На первом уроке необходимо показать ученикам, что при проектировании сооружений и машин инженеру приходится выбирать материал и размеры для каждого элемента конструкции так, чтобы он вполне надежно, без риска разрушиться или значительно изменить свою форму, сопротивлялся действию внешних сил. Что этими вопросами занимается раздел механики, называемый сопротивлением материалов. В его основе лежат законы механики деформируемых тел.

Этот урок может провести сам учитель. Можно пригласить инженера-строителя, инженера-мелиоратора и др. В этом случае ученики получат возможность познакомиться с представителем данной профессии. Но следует учесть отсутствие у инженера педагогического опыта и предварительно обсудить с ним задачи и содержание урока. Лучше, если план рассказа о профессии составит учитель.

Чтобы изучить законы деформируемых тел, надо в первую очередь знать особенности их деформации.

Далее желательно напомнить учащимся, что в большей части курса механики они изучали движение материальных точек и их систем. Иными словами, такие случаи движения, когда не учитывалась не только деформации тел, но и их размеры.

Показать, что в огромном числе практически важных случаев пренебрегать деформациями при исследовании движения тел нельзя. Движущиеся жидкости и газы значительно деформируются.

Также необходимо вспомнить с учащимися изученное в курсе физики общеобразовательной школы о строении и свойствах вещества, находящегося в разных агрегатных состояниях.

Далее учитель подводит итог урока и формулирует задачу на следующие занятия:

В огромном числе практически важных случаев пренебрегать деформациями при исследовании движения тел нельзя. Движущиеся жидкости и газы значительно деформируются. Приходится также учитывать деформации твердых тел (частей машин, механизмов, сооружений), т.к. от размеров деформаций зависят возникающие в этих телах силы. На следующих уроках мы рассмотрим деформации подробнее.

На дальнейших занятиях вы получите знания по механике деформируемых тел. Построите модели разных приборов и механизмов по готовым чертежам, тем самым укрепите знания и умения по черчению, технологии.

Дальнейшие лекционные занятия целесообразно проводить в нестандартной форме, привлекать к проведению занятий учащихся, заранее их подготавливая, что заставит учеников работать с дополнительной литературой.

Практические занятия надо готовить, начиная с предыдущего ему (этому занятию) урока. При подготовке, если это необходимо, учащихся делят на группы. Каждой группе даются равнозначные задания по изготовлению деталей моделей. Сборку всех деталей проводят на уроках. Желательно так построить урок - практическое занятие, чтобы в конце урока модель обязательно заработала. Ученики готовят сообщения о практическом применении той установки, модель которой они сделали.

Урок 13. Подъемная сила крыла самолета. Виды воздушных змеев.

ЦЕЛИ:

• Закрепить с учащимися закон Бернулли, расширить знания учащихся о границах применимости закона Бернулли.
• Разнообразить учебный процесс, побудить интерес учащихся к знаниям по физике.

Развить коммуникативные умений: сотрудничество при работе в группах, презентация результатов, культура ведения дискуссии.

Подготовка к занятию.

За неделю до занятия учащиеся делятся на группы и получают темы выступлений, над которыми они будут работать всю неделю, и с которыми будут выступать затем на уроке.

Темы:

1. Воздушный змей - родственник самолета.
2. Воздушные змеи разных конструкций.
3. Воздушная почта.
4. Спуск на парашюте.
5. Стыковка воздушных змеев.

Во время подготовки учащиеся не только работают с разнообразной литературой, но и выпускают стенгазеты или бюллетени по заданной теме.

Ход занятия

Ты открой мне, природа, объятья,
Чтоб я слился с красою твоей.
И.А.Бунин.

Организационный момент.

1. Сообщение темы и целей урока.

2. Работа над темой.

Слово учителя:

Современный самолет - это сложнейшее сооружение, состоящее из сотен тысяч деталей, электронно-вычислительных устройств. Полетная масса самолета достигает нескольких сотен тонн. Как же возникает подъемная сила, удерживающая самолет в воздухе?

Со стороны атмосферы на корпус и крылья самолета действуют огромные силы давления со стороны атмосферы. К примеру, площадь нижней поверхности крыла самолета Ил-62 равна 240 м², а вместе с поверхностью стабилизаторов достигает 280 м². Атмосферное давление равно 10⁵ Па, поэтому на крылья воздух действует с силой 2,8*10⁷ Н. Эта сила в 18 раз превышает вес самолета с пассажирами (полетный вес самолета Ил-62 с пассажирами равен 1,54*10⁶ Н).

Для возникновения подъемной силы давление воздуха на нижнюю поверхность должно быть больше, чем на верхнюю. Такое перераспределение давления происходит при обтекании крыла воздушным потоком.

Когда воздушный поток начинает обтекать крыло, то из-за действия сил трения у задней кромки крыла образуется вихрь, в котором воздух вращается против часовой стрелки. Но из закона сохранения импульса следует, что при возникновении вращения против часовой стрелки, должно возникнуть вращение по часовой стрелке. Такое вращение воздуха и возникает вокруг крыла. В результате скорость воздушного потока оказывается больше над крылом, чем под ним. Т.к. над крылом скорость циркуляции имеет такое же направление, как и скорость набегающего на крыло потока, а под крылом эти скорости противоположны по направлению.

Согласно закону Бернулли давление должно быть больше там, где скорость меньше. Следовательно, под крылом давление выше, чем над ним. Из-за этого и возникает подъемная сила.

Теория возникновения подъемной силы крыла при обтекании его потоком газа была впервые разработана русским ученым Н.Е.Жуковским.

Далее учащиеся слушают сообщение своего одноклассника о Н.Е.Жуковском (если есть портрет, то его вывешивают на доску):

Жуковский Николай Егорович (1847 - 1921) - знаменитый русский ученый, основоположник современной гидро- и аэродинамики. Он создал теорию подъемной силы крыла самолета, разработал вихревую теорию воздушного винта и теорию гидравлического удара. Н.Е.Жуковский является основоположником экспериментальной аэродинамики. Созданный им в 1918 г. Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) сыграл исключительную роль в развитии современной авиации.

Далее группы учащихся получают литературу, подготовленную и принесенную учителем. (Детские энциклопедии, энциклопедические словари, журналы "Техника - молодежи", "Юный техник", хрестоматия по физике, научно-популярные и научно-художественные книги и др.).

Каждой группе предлагается тема для выступления, которая перекликается с темой стенгазеты или бюллетеня, выпущенного данной группой.

Ученики читают материалы и, используя ранее найденные сведения, готовят по ним сообщения.

Затем начинается устный выпуск "живой" газеты.

Каждая группа по очереди рассказывает о прочитанном. После каждого рассказа вывешивают соответствующую стенгазету-бюллетень с кратким комментарием.

3. Подведение итогов занятия.

4. Задание на следующее занятие.

Учащиеся вновь по группам получают задания по изготовлению деталей воздушного змея, которые соберут на следующем уроке. Приложение 1. А змея запустят.

Организация на перемену.

Календарно тематическое планирование курса "Механика деформируемых тел"

Литература для использования при подготовке курса "Механика деформируемых тел"

1. Гальперштейн Л.Я. Здравствуй, физика! - М.: Детская литература, 1973. - 207 с.: ил.
2. Глущенко Г.Р. Интеллектуальные соревнования: (турниры юных физиков) - Краснодар: Сов. Кубань, 1999. - 288 с.: ил.
3. Перельман Я.И. Занимательная физика: В 2-х кн. Кн. 2/ Под ред. А.В. Митрофанова. - 22-е изд., стер. - М.: Наука, 1986. - 272 с.: ил.
4. Рабиза Ф.Б. Простые опыты: Забавная физика для детей. - М.: Детская литература, 2000. - 222с.: ил.
5. Тарасов Л.В. Физика в природе: Книга для учащихся. - М.: Вербум-М, 2002. - 352с: ил.
6. Физика: Механика: Учеб.пособие для шк. и классов с углубл. изучением физики/ М.М. Балашов, А.И. Гомонова, А.Б. Долицкий и др.; Под ред. Г.Я. Мякишева. - М.: Просвещение, 1995. - 480 с.: ил.
7. Нестандартные уроки. Физика. VII - X классы /составитель С.В.Боброва. - Волгоград: "Учитель", 2001. - 54 с.: ил.