Общие рекомендации по решению задач по физике с помощью вычисляемых таблиц MICROSOFT EXCEL
Цель физического эксперимента – получение информации. Для достижения этой цели эксперимент необходимо подготовить: назвать все физические величины, которые предполагается измерять, и сделать предположения об их значениях и о зависимости этих величин друг от друга.
Физическими величинами называются те, которые можно количественно и объективно измерить, сравнивая с эталоном. В основе эксперимента стоит измерение, и экспериментатора интересуют количественные характеристики физических величин. Зависимость одних физических величин от других может быть записана в виде формулы.
При выполнении практических работ по физике, интегрированных с ИКТ необходимо выполнить следующие действия:
- Проверьте наличие необходимых данных для решения задач.
- Каждую задачу решайте в общем виде (т.е. в буквенных обозначениях), так, чтобы искомая величина была выражена через заданные величины. Величины разных размерностей можно умножать или делить друг на друга, но складывать и находить разность, ни в коем случае нельзя.
Ответ, полученный в общем виде, позволяет судить о правильности решения.
- Занесите в таблицу все данные, не забывая указывать наименование и размерность.
- Перед формулой в программе Excel обязательно должен стоять знак равенства ( = ).
- Приступая к вычислениям, помните, что числовые значения физических величин являются приближёнными. При расчётах руководствуйтесь правилами действий с приближёнными числами.
- Один из столбцов должен содержать формулу для вычисления отсутствующего параметра.
Введение
Практические работы по интегрированному курсу: «ИКТ и физика в 10-м классе» представляют собой учебно–методическое пособие, которое составлено в соответствии с действующей авторской программой курса по физике (профильный уровень) в ГОУ СОШ № 328.
В практических работах использованы различные формы заданий и вопросов, позволяющие контролировать степень усвоения материала учащимися. Основная цель курса – выработка практических навыков и умений у учащихся, креативного мышления (принятие решений в неожиданных ситуациях).
Представлены несколько типов практических работ.
- Первый тип – работы, в которых необходимо применить знание конкретных законов физики, осуществить цепочку для вывода формулы для неизвестной величины.
- Второй тип – работы, в которых при ответе на вопрос, необходимо использовать знания по смежным дисциплинам, в том числе, математике, информатике и ИКТ.
- Третий тип – работы на сообразительность при хорошем знании материала.
Практические работы по интегрированному курсу ИКТ + физика дают возможность использовать их для контроля усвоения материала на разных этапах обучения, повысить уровень компетентности выпускников школ, содействовать развитию и становлению активных творческих профессионалов, таким образом, формируя сообщество, в котором ценностями является образование и культура.
Практическая работа №1 по физике с использованием ИКТ по теме: «Искусственные спутники Земли»
Теоретический материал
Первая космическая скорость - скорость, необходимая телу для того, чтобы пренебрегая сопротивлением атмосферы и вращением планеты, выйти на круговую орбиту и стать искусственным спутником Земли. Иными словами, первая космическая скорость — это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите.
Искусственный спутник Земли (ИСЗ) — беспилотный космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите.
Геоцентрическая орбита — траектория движения небесного тела по эллиптической траектории вокруг Земли.
Вычисление первой космической скорости:
По II Закону Ньютона: F=ma, a=F/m,
Fтяж=mg, a ц.с.=V²/R, при высотах много меньше, чем радиус Земли R=RЗемли
mg=mV1²/RЗ,
mg=mV1²/R,
V1=√gRЗ –где V1 первая космическая, g-ускорение свободного падения, RЗ -радиус Земли.
Первая космическая скорость на Земле - 7,9 км/c
Вторая космическая скорость- скорость, необходимая телу для того, чтобы двигаться по параболе и стать спутником солнца.
Гелиоцентрическая орбита - траектория движения небесного тела по эллиптической траектории вокруг Солнца.
Между первой и второй космическими скоростями существует простое соотношение:
V2=V1√2
Для получения формулы второй космической скорости нужно узнать, какую скорость получит тело на поверхности планеты, если будет падать на неё из бесконечности. Очевидно, что это именно та скорость, которую надо придать телу на поверхности планеты, чтобы вывести его за пределы её гравитационного влияния.
Запишем закон сохранения энергии:
mv²/2-GmM/R=0,
где слева стоят кинетическая и потенциальная энергии на поверхности планеты (потенциальная энергия отрицательна, так как точка отсчета взята на бесконечности), справа то же, но на бесконечности (покоящееся тело на границе гравитационного влияния — энергия равна нулю). Здесь m — масса пробного тела, M — масса планеты, R — радиус планеты, G — гравитационная постоянная, v2 — вторая космическая скорость.
Разрешая относительно v2, получим:
V2=
Вторая космическая скорость на Земле - 11,2 км/с
Третья космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение Солнца и в результате уйти за пределы Солнечной системы в межзвёздное пространство.
Взлетая с поверхности Земли и наилучшим образом используя орбитальное движение планеты, космический аппарат может достичь третьей космической скорости уже при 16,6 км/с относительно Земли, а при старте с Земли в самом неблагоприятном направлении его необходимо разогнать до 72,8 км/с.
Вычисление скорости космического корабля:
GMm/(RЗ +h)=mV²/(RЗ +h)
V=
Анализ первой и второй космической скорости по Исааку Ньютону. Снаряды A и B падают на Землю. Снаряд C выходит на круговую орбиту, D — на эллиптическую. Снаряд E улетает в открытый космос.
Практическая работа.
Решить задачи с помощью табличного редактора EXCEL.
Произвести вычисления и заполнить пустые ячейки таблицы
1. Найти первую космическую скорость для Меркурия, если его радиус 2439,7 км, а масса 3,3×1023 кг. Гравитационную постоянную принять равной
6,67*10^-11 Н*м²/кг².
| № | G, Н*м²/кг² | R, м | М, кг | V, м/с² |
| 1 | 6,67*10^-11 | 2439,7 * 1000 | 3,3×1023 | ? |
Решение
Из формулы выше следует, что:
2. Найти вторую космическую скорость для Юпитера, если его радиус- 71,4 тыс. км, масса 1,8986×1027 кг. Гравитационную постоянную принять равной
6,67*10^-11 Н*м²/кг².
| № | G, Н*м²/кг² | R, м | М, кг | V, м/с² |
| 1 | 6,67*10^-11 | 2439,7 * 1000 | 3,3×1023 | ? |
Решение
Из формулы выше следует, что:
3. Вычислить скорость спутника на высоте 8000 км над поверхностью Земли, масса Земли - 6* 10^24 кг, радиус Земли принять равным 6,371*10^6 м, гравитационную постоянную принять равной
6,67*10^-11 Н*м²/кг².
| № | G, Н*м²/кг² | R, м | М, кг | V, м/с² |
| 1 | ? |
Решение
Из формулы выше следует, что:
Практическая работа №2 по физике с использованием ИКТ по теме: «Закон Всемирного тяготения»
Теоретический материал
Цель работы: решение задач с использованием закона Всемирного тяготения
Теоретические сведения
Закон тяготения открыт И.Ньютоном и имеет следующую формулировку: сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Явления, происходящие с космическими объектами, объясняются силой всемирного тяготения.
F=G
Ход работы
Для проверки этого закона, решим задачу:
К космической станции массой 20т, приближается космический корабль.
Найти: Fпритяжения, если
- m=8т, R=200м
- m=10т, R=200м
- m=10т, R=100м
- m=10т, R=400м
| m1 | m2 | R | F | |
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 |
Решение:
Используя формулу: F=G
, где G=6.67*10
,
m[кг],R[м],F[H], получим такой результат в табличном редакторе Excel:
| m1 | m2 | R | F | |
| 1 | 20000 | 8000 | 200 | 2,668Е-07 |
| 2 | 20000 | 10000 | 200 | 3,335Е-07 |
| 3 | 20000 | 10000 | 100 | 0,000001334 |
| 4 | 20000 | 10000 | 400 | 8,3375Е-08 |
После решения сделаем вывод:
Вывод: решая задачу, мы получили, что при увеличении масс взаимодействующих тел, сила Всемирного тяготения увеличилась, а при увеличении расстояния сила Всемирного тяготения уменьшилась. Таким образом, мы теоретически подтвердили закон Всемирного тяготения.
Рисунок к задаче:
Применение ИКТ при проведении лабораторных работ
Применение ИКТ для проверки газовых законов на уроках физики