Интегрированный урок информатика + физика по теме "Устойчивость равновесия тел"

Цели и задачи урока.

1. Обобщение знаний об устойчивости тел раздела механики “Статика” в процессе углубленного повторения изученных вопросов (равновесие тел, момент силы, условия равновесия твёрдого тела, устойчивость тел, виды равновесия) и выделения самого существенного в рассматриваемых явлениях, применения знаний на практике.

2. Закрепить практические умения применения теоретических знаний в процессе объяснения явлений, решения задач с опорой на приобретённые учащимися на занятиях элективного курса “Информационные технологии в твоей будущей профессии” навыки использования ИКТ в учебной деятельности. Внедрение индуктивного метода при выяснении первого условия равновесия тел на основе эксперимента и дедуктивного – в ходе получения второго условия равновесия; закрепление практических навыков, полученных при выполнении программных фронтальных лабораторных работ “Изучение условий равновесия тел под действием нескольких сил” и “Определение центра тяжести плоских пластин”.

3. Развитие мышления учащихся в ходе систематизации знаний по теме урока в соответствии с циклом теоретического познания, раскрытия значения физики для развития научной мысли человечества, стремления установить связи между известными знаниями по физике, химии, биологии, математике и изученными на уроке.

3. Продолжить развитие познавательных и творческих способностей учащихся, умений самостоятельно пополнять знания, побуждая их к выполнению конструкторских проектов, заданий профориентационного содержания с применением информационно-коммуникационных технологий.

Технические средства обучения, приборы и материалы к уроку: мультимедийный проектор, интерактивная доска, системный блок компьютера, экран, удлинитель с тройником, CD “Курс физики XXI века”, 4 штатива, творческие изобретательские работы учащихся (самодельные приборы, устройства, приспособления, слайд-фильмы), яйцо, таблицы “Силы в живой природе” и “Симметрия в природе” из комплекта таблиц по физике “Взаимосвязи при изучении общих законов природы в школе (физика, химия, биология)”, спичечные коробки и транспортиры (по числу учащихся), демонстрационный рычаг с делениями по 0,1 м, два набора грузов по механике, иллюстрации различных видов спорта, авторские материалы к уроку на электронных носителях, компьютеры, два кирпича, двухколёсный велосипед, прозрачные цилиндр и прямоугольный параллелепипед (из набора по геометрии), перочинный нож, карандаш, диск.

План урока (записан на боковой доске в течение всего урока).

1. Повторение фундаментальных теоретических положений раздела механики “Статика” с использованием компьютерных материалов с гиперссылками по теме урока. 4-5 мин.

2. Контроль выполнения домашнего задания (индивидуальных домашних экспериментальных заданий, сообщений). Выполнение фронтального эксперимента. 9-10 мин.

3. Обобщение и систематизация знаний учащихся по теме урока: составление обобщающих таблиц, компьютерных схем, решение экспериментальных и теоретических исследовательских задач на применение законов статики с использованием интеллектуальных продуктов предыдущих этапов урока, беседа. 19-22 мин.

4. Компьютерный тест с оценкой. Рефлексия. 8-10 мин.

5. Итоги урока. Задание на дом. 2-4 мин.

Ход урока

1. Учитель: В повседневной жизни нередко необходимо бывает рассчитать силы, которые действуют на различные части механизмов и сооружений, создаваемых человеком, чтобы оценить степень их устойчивости. Это определяет важность умения пользоваться условиями равновесия тел при решении конкретных практических задач. С устойчивостью равновесия тела мы часто сталкиваемся в быту, например, в каком положении и почему будет находиться в устойчивом равновесии на столе яйцо? Рассмотрим равновесие яйца в трёх положениях: когда оно поставлено на острый и тупой конец или лежит на боку (яйцо поворачивается вокруг точки, в которой оно касается стола). На данном примере мы видим, что в положении устойчивого равновесия центр тяжести находится в низшем из возможных положений, что подтверждает и следующий опыт: а) положение равновесия диска при центре тяжести С, расположенном ниже точки подвеса А; б) положение равновесия при центре тяжести С, расположенном выше точки подвеса А; в) при отклонении тела из положения а) сила тяжести создаёт момент, возвращающий тело в положение равновесия; г) при отклонении тела из положения б) сила тяжести создаёт момент, удаляющий тело от положения равновесия. Из повседневных предметов (перочинный нож, карандаш) можно собрать установку для демонстрации классического примера устойчивого равновесия: центр тяжести системы тел расположен ниже точки опоры. Не задумываясь, мы применяем законы статики: открывая дверь, вращая руль или нажимая на педаль велосипеда мы создаём вращающий момент, а для того, чтобы его получить при наименьшем усилии, стараемся приложить силу как можно дальше от оси вращения, увеличивая тем самым плечо силы и соответственно уменьшая её величину; турист с рюкзаком на спине наклоняется вперёд; при укладке рюкзака более тяжёлые предметы размещают на дне, чтобы увеличить устойчивость при ходьбе; поскользнувшись, стремимся движениями рук и туловища восстановить положение устойчивого равновесия; наклоняемся на повороте и тд. На сегодняшнем уроке мы рассмотрим применение законов статики на производстве, транспорте, в строительстве, спорте, в цирке, в повседневной жизни. Повторим фундаментальные законы “Статики” (Учащиеся работают за компьютерами в индивидуальном режиме повторения. Текст материала повторения с применением компьютерных гиперссылок – приложение 1).

Учитель: самостоятельно во внеурочное время вы сможете ознакомиться с интересными сообщениями учащихся к сегодняшнему уроку с использованием информационно-коммуникационных технологий (методика самостоятельной работы с дополнительным материалом к уроку такова: по желанию учащимся выдаются дискеты с сообщениями, подготовленными учащимися, т.е. сразу после урока желающие переносят доклады на свои дискеты и изучают их дома; при наличии дома Интернета учащиеся знакомятся с материалом к уроку на сайтах, данных учителем; при отсутствии дома компьютера учащиеся пользуются бумажной версией дополнительного материала в кабинете физики или, по желанию учащихся, школьными компьютерами в свободное от занятий время). Тезисы сообщений учащихся – приложение 2.

2. Контроль выполнения домашнего задания. Отчёт о выполнении индивидуальных домашних заданий, выполненных учащимися по желанию.

Учитель: в окружающей нас действительности мы в большинстве случаев встречаемся с положениями устойчивого равновесия, так как только в таких положениях тело, предоставленное самому себе, может оставаться сколько угодно времени, несмотря на случайные толчки. Результаты своих повседневных жизненных наблюдений представят учащиеся, выполнившие практические исследовательские задания к этому уроку. (Приложение 3).

3. Обобщение и систематизация знаний.

Учащиеся продолжают работу, начатую дома, по заполнению обобщающей таблицы (они приносят домашнюю заготовку на электронном носителе и продолжают заполнение на компьютере). Приложение 4

В пояснении к выполнению домашнего задания на предыдущем уроке учащимся рекомендовалось в графе 1 расположить следующие строки и начать их заполнение в графах 2-4: 1) устойчивость равновесия тел, имеющих точку или линию опоры; 2) устойчивость равновесия тел, имеющих площадь опоры; 3) равновесие тела с закреплённой осью вращения; 4) устойчивость равновесия тела в жидкости; 5) устойчивость равновесия движущегося тела; 6) равновесие тела на наклонной плоскости.

Решение экспериментальных и теоретических исследовательских задач; задач с применением компьютера. Приложение 5. Учитель: Итак, мы выяснили, что согласно I и II законам Ньютона для равновесия материальной точки необходимо, чтобы геометрическая сумма всех приложенных к ней сил равнялась нулю: F₁ + F₂ + F₃ + … + F_n = 0. Необходимо выбрать систему координат и найти проекции векторов сил на оси с учётом того, что ускорение равно нулю. При этом подходе задачи по статике мы решали аналогично задачам по динамике. При решении ряда задач необходимо использовать то обстоятельство, что любую из приложенных к материальной точке сил можно рассматривать как уравновешивающую для всех остальных. Задачи по статике мы должны уметь решать графически и аналитически. Решим две задачи на равновесие не вращающихся тел различными способами (на интерактивных досках решают 4 ученика двумя способами).

Задача 1. В точке В кронштейна АВС подвешен груз М массой 816 кг. Определить реакции стержней кронштейна, если углы кронштейна = 110^о, = 30^о и крепления в точках А, В и С шарнирные. (Решение – Приложение 8).

Задача 2. Найдите силы, действующие на стержень АС и трос ВС, если АС = 2 м, АВ = 1,5 м. (Приложение 8).

Учитель: при решении задач на кронштейн важно иметь в виду, что в кронштейнах все стержни должны быть на шарнирах, а тросы не должны проскальзывать в местах соединений. Если стержень АС наглухо заделан в стену и трос в точке С не закреплён, а перекинут через блок, то во всех случаях натяжение троса будет равно весу груза. Если трос закрепить в точке С, то, поскольку стержень не только сжимается, но и изгибается, такой расчёт силы растяжения троса окажется неверным. Приглашаю двух учащихся решить экспериментальную задачу на равновесие тел с закреплённой осью вращения.

Экспериментальная задача 3: Определите силу, приложенную к правому концу рычага, и силу давления опоры, если вес одного груза 1 Н, а вес линейки 2 Н. Ученики собирают установку на демонстрационном столе, пользуясь демонстрационным рычагом с делениями по 0,1 м и двумя наборами грузов по механике, зарисовывают установку на доске и обозначают силы, действующие на рычаг, решают задачу.

Учитель: при решении задач на устойчивость равновесия тел мы пользуемся понятием о центре тяжести тел. Самостоятельно потренируемся в теоретическом объяснении практического применения законов статики; первый ученик, решивший задачу, оформляет решение на доске. (Далее учитель демонстрирует на интерактивной доске рис., читает условия задач 4-6 для самостоятельного решения – Приложение 8)

4. Компьютерный тест с оцениванием: Приложение 6.

Рефлексия. Учащиеся завершают заполнение таблиц Р1, Р2, Р3 (таблицы лежат на партах в течение всего урока, чтобы учащиеся имели возможность по ходу урока вносить в них информацию):

Таблица Р1–3

6. Итоги урока. Задание на дом. Заключительное слово учителя.

Учитель: на уроке мы выяснили, почему так важно для каждого человека знать законы статики. Как вы думаете, зачем мы применяли на уроке компьютерные технологии? (Ученики поднимают руки, учитель спрашивает нескольких учащихся) Правильно, современный мир невозможно представить без информационных технологий, они прочно связаны с научными открытиями, производством, бытом современного человека. На перекрёстке статики и информационных технологий учёными-физиками сделано много полезных для каждого человека изобретений. Разработано носимое на поясе устройство, помогающее больным людям сохранять равновесие, которое передаёт в наушники владельца определённые звуки, связанные с устойчивостью тела. Например, нота, звучащая в левом ухе, означает заваливание влево, при наклоне вперёд прозвучит более высокий звук, чем при наклоне назад, и т.д. Звуки указывают, в каком направлении происходит малейшее отклонение – это оперативное предупреждение позволяет немедленно исправить ситуацию и избежать падения. Уже проходит испытание устройство для обуви, которое снижает риск падений в течение зимних месяцев, препятствуя скольжению почти всех типов обуви при ходьбе по льду и тем самым сохраняя устойчивое равновесие тела человека. Данное устройство, способствующее снижению травмирования людей в результате “зимних” падений, также создано на основе законов статики с применением информационных технологий. Включилась в изобретательскую деятельность группа студентов, придумавшая для пожилых людей электронный браслет. Они считают, что его внедрение сэкономит государственные средства, затрачиваемые на лечение травм. Новое решение проблемы выглядит так: на лодыжку одевается электронный браслет, отслеживающий устойчивость равновесия в пространстве и начинающий вибрировать при фиксировании опасного наклона; вибрация браслета – сигнал мозгу для изменения положения тела в целях сохранения равновесия. Человеку, привыкшему к такой сигнализации и реагирующему на неё почти рефлекторно, браслет заменит вестибулярный аппарат, работа которого к старости ухудшается. В качестве небольшой разрядки в нашей работе на уроке вспомним о необычном использовании законов статики: (можно показать фото через мультимедийный проектор) канатоходец А. Вуксьёр намеревается стать первым человеком, который пересечёт пролив Мессины от Сицилии до континента … по канату, длина которого между островом и Апеннинами составит 3,5 километра. Это не первый переход канатоходца, который 37 лет назад подобным образом пересёк Ниагарский водопад. Ахдили, чья семья лидирует в выполнении акробатических “фокусов” вот уже 400 лет, уверен в себе, несмотря на ветряные круговороты, которые часто случаются в районе пролива Мессины.

Знания, полученные на сегодняшнем уроке, вы будете использовать в повседневной жизни, пригодятся они и в профессиональной деятельности, поскольку, зная условия устойчивости тел, имеющих площадь опоры, определяют устойчивость различных видов кирпичной кладки, высотных сооружений, спортивных упражнений и танцевальных движений; зная законы равновесия тел с закреплённой осью вращения, рассчитывают силы, действующие на различные части в механизмах и сооружениях, например, в железнодорожном транспорте при расчете условия, при котором тормозная колодка не проскальзывает, находят силы и их точки приложения, распределение нагрузок; в связи и электроэнергетике определяют устойчивость закреплённых у основания столбов с натянутым тросом между их верхушками; в пожарной технике определяют устойчивость высотной лестницы при максимальном угле с опорной стеной; в торговле определяют массу тела по массе эталона с помощью рычажных весов; даже деревья растут по законам статики, напоминая нам о том, что физика – наиболее общая наука о природе, её законы описывают все явления в природе.

Задачи для решения дома подбираются индивидуально с учётом уровня развития способностей и запросов каждого учащегося. Домашние задачи (на индивидуальных карточках и дискетах). Приложение 7.

Литература к уроку

1. Алфеева Е.Л., Морозова О.Ю., Суханькова Е.П. Развитие креативных качеств личности школьника в процессе исследовательской деятельности по физике с применением информационно-коммуникационных технологий. – Сельская школа: анализ педагогической системы в условиях её реструктуризации. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Орёл: ГОУ ВПО “ОГУ”, 2006.

2. Аркуша А.И. Руководство к решению задач по теоретической механике. М.: Высшая школа, 1967.

3. Боревский Л.Я. Курс физики XXI века. Механика. Часть 1. – CD – МедиаХауз. – 2007.

4. Гельфгат И.М., Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А. 1001 задача по физике с ответами, указаниями, решениями. – Москва-Харьков: Илекса, Гимназия, 1999.

5. Ильченко В.Р. Взаимосвязи при изучении общих законов природы в школе (физика, химия, биология) 7–11 классы. Методическое руководство к таблицам по физике. Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 1989.

6. Каменецкий С.Е., Орехов В. П. Методика решения задач по физике в средней школе: кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1987.

7. Марьяновский Я. И. Знания – молодёжи (в помощь поступающим в высшие учебные заведения). Физика. – Ленинград, 1970.

8. Меледин Г. В. Физика в задачах. Учебное пособие. – М.: Наука. – 1990.

9. Морозова О.Ю. Конкретизация знаний старшеклассников в процессе взаимообучения с применением информационных технологий// Педагогическая информатика. – 2006. – № 5, с. 3–7.

10. Морозова О.Ю. Особенности методики преподавания темы “База данных. Редактирование базы данных”. – Информатизация образования – 2005: Материалы Международной научно-практической конференции. – Елец: Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина, 2005.

11. Морозова О.Ю., Суханькова Е. П. Программа элективного курса “Информационные технологии в твоей будущей профессии”. – Орёл: ОИУУ, 2005.

12. Морозова О.Ю., Суханькова Е.П. Программа элективного курса “Физика и компьютер в повседневной жизни человека”. – Орёл: ОИУУ, 2009.

13. Николаев В.И., Чернышев К.В., Булкин П.С., Никольский В.С., Шушурин С.Ф. Пособие по физике для поступающих в вузы. – М.: Издательство Московского университета. – 1972.

14. Проверка и оценка успеваемости учащихся по физике: 7–11 класс: Кн. для учителя/ В.Г. Разумовский, Ю.И. Дик, И.И. Нурминский и др.; Под ред. В.Г. Разумовского. – М.: Просвещение, 1996.

15. Разумовский В.Г., Орлов В.А., Дик Ю.И., Никифоров Г.Г., Шилов В.Ф. Физика: Учеб. для учащихся 7 кл. общеобразовательных учреждений / Под ред. В.Г. Разумовского, В.А. Орлова. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2002.