Урок-практикум "Моделирование и исследование физических процессов при помощи электронной таблицы EXCEL. Построение графика функции"

Разделы: Информатика

Цели урока:

  • выделить этапы моделирования.
  • сформулировать основные задачи на каждом этапе моделирования.
  • построить график функции.

Задачи урока:

Образовательные:

  • научить обобщать материал и выделять главное
  • научить применять полученные знания на практике

Воспитательная:

  • формирование  самостоятельности и ответственности при изучении нового материала

Развивающая:

  • развитие логического мышления

Методы обучения:

  • лекция
  • объяснительно - иллюстративный (презентация)
  • фронтальный опрос

План урока:

  1. Организационный момент
  2. Объяснение новой темы
  3. Практическая работа
  4. Подведение итогов
  5. Домашнее задание.

1. Организационный момент.

2. Изучение новой темы.

Ход урока

Поскольку мы занимаемся изучением информатики и компьютерных технологий, то и в моделировании нас интересует ответ на вопрос: как создать компьютерную модель? Представим этот вопрос поэтапно в виде схемы.

Схема модели

Приложение 1

При решении конкретной задачи она может уточняться и корректироваться в зависимости от поставленной  задачи и цели моделирования.

Рассмотрим процесс построения и исследования модели на конкретном примере движения тела, брошенного под углом к горизонту.

I этап - Постановка задачи. В процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мяча в определенное место площадки.

Цель: задать необходимую скорость и угол бросания мяча для попадания в площадку определенного размера, находящимся на известном расстоянии. Исследовать движение мяча, брошенного с начальной скоростью ?0 под углом ? к горизонту, когда сопротивлением воздуха можно пренебречь.

II этап - Разработка информационной модели. Построим описательную модель процесса движения тела с использованием физических объектов, понятий и законов, то есть идеализированную модель движения объекта.

Из условия задачи сформулируем основные предположения:

  • мяч мал по сравнению с землей, поэтому его можно считать материальной точкой;
  • изменение высоты мяча можно считать постоянной величиной g = 9,8 м/с2 и движение по оси Y можно считать равноускоренным;
  • скорость бросания тела мала, поэтому сопротивлением воздуха можно пренебречь и движение по оси Х можно считать равномерным.

 - Создание формализованной модели. (Описание информационной модели записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и так далее фиксируется формальные отношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.)

Приложение 2

- Создание компьютерной модели. (Формальную информационную модель преобразуем в компьютерную, выразив ее на понятном для компьютера языке. Для этого используем программное обеспечение Microsoft Office ( электронные таблицы EXCEL.)

Приложение 3

III этап - Компьютерный эксперимент. (Компьютерная модель исследуется в приложении электронные таблицы EXCEL, проводится сортировка данных, строится график зависимости J ( t), Х(у).)

План эксперимента.

Тестирование

Провести тестовый расчет компьютерной модели по данным, приведенным в таблице.

Приложение 4

Эксперимент

  1. Исследовать движение мяча.
  2. Исследовать изменение движения тела при изменении начальной скорости.
  3. Исследовать изменение движения тела при изменении угла бросания.
  4. Изменяя начальную скорость и угол бросания, исследовать характер движения тела и его положение по отношению к площадке.

Приложение 5

IV этап - Анализ результатов моделирования. (Результаты и выводы, полученные в экспериментах, оформите в виде отчета в текстовом документе. В отчете приведите ответы на следующие вопросы:

  1. Как движется тело, брошенное под углом к горизонту?
  2. Как определить наивысшую точку подъема?
  3. Как изменяется наибольшая высота подъема при увеличении начальной скорости и неизменном угле броска?
  4. Как изменяется дальность полета при увеличении начальной скорости и неизменном угле броска?

Подведение итогов: выставление оценок за проведенную исследовательскую работу.

Домашнее задание. Разработать и исследовать физическую модель для решения задач по теме: "Гармонические колебания".

Пример: Дан пружинный маятник, совершающий гармонические незатухающие колебания (сопротивление среды не учитывать). Жесткость пружины k (Н/м) и масса груза m (кг). 

Исследовать зависимость периода колебания (Т), от жесткости пружины (k), и построить график этой зависимости. Предусмотреть возможность введения любого значения массы груза (m). Жесткость k меняется от 100 до 1000 Н/м, через каждые 100 Н/м.

Исследовать зависимость периода колебания (Т), от массы груза (m), и построить график этой зависимости. Предусмотреть возможность введения любого значения жесткости пружины (k). Масса груза m меняется от 1 до 10 кг, через каждые 1 кг.

Список  литературы

  1. Горстко А. Б. Информатика для школьников и всех-всех-всех /
  2. Горстко А. Б., Чердынцева М. И. - Ростов-на-Дону: Изд-во "Феникс", 1996.
  3. Ракитина Е. А. Решение типовых задач по информационным технологиям / Ракитина Е. А., Бешенков С. А., Галыгина И. В., Галыгина Л. В. //Информатика и образование . - 2004. - №4.
  4. Информатика в школе. Решение типовых задач по информатике. Часть 2. : Москва "Образование и Информатика", Приложение к журналу "Информатика и образование". - №1. - 2004.
  5. Кутугина Е.С Моделирование. Учебное пособие. - Томск, 2005. - 80с.