Тип занятия: когнитивного типа, занятие - исследование объекта. Продолжительность 45 минут. (Объектом исследования является движение тела в поле тяготения и движение под действием нескольких сил)
Цели: формировать умение анализировать; обобщать; систематизировать; повысить информационные и коммуникативные компетентность обучающихся; способствовать развитию интеллектуальных и творческих способностей, самостоятельности приобретения новых знаний через вовлечение школьников в проектно-исследовательскую деятельность. Развивать интерес к предмету, показывая связь физики с различными областями деятельности человека; воспитание убежденности в возможности познания законов природы и применение полученных знания в повседневной жизни.
Задачи:
- Сформировать индивидуальное представление об ускорении свободного падения, его зависимости от ряда факторов.
- Обеспечить усвоение основных подходов к решению задач на движение в поле тяготения и движения под действием нескольких сил по горизонтали.
- Отработать основные законы классической механики.
Оборудование и материалы к уроку: мультимедийный проектор, компьютер, интерактивная доска, ноутбуки.
Главная проблема: можно ли выработать единые подходы к решению задач на движение тел? Находят ли физические законы подтверждение и проявление в повседневной жизни?
Этапы и виды деятельности учеников с примерной разбивкой времени по минутам:
- Погружение в изучаемый материал: рассмотрение вопроса о свободном падении через предоставления материала (Интернет) о рекорде Феликса Баумгартнера по прыжку из стратосферы. (3-5 мин.)
- Рассмотрение метода решения задач по вертикали через проектную работу обучающейся. (5-7 мин.)
- Сообщение обучающихся по изучаемому материалу. Рассмотрение вопроса зависимости силы тяжести от географической широты местности. Решение задачи об “экономики купца”. (5 мин.)
- Умственный эксперимент. Анализируя решенные задачи, выявить общие подходы к решению задач на движение тела под действием нескольких сил. Обобщая подходы к решению, составить алгоритм решения задач на движение тела по горизонтальной поверхности. Обсуждение предложенных алгоритмов происходит между двумя творческими группами. (5-10 мин.)
- Вывод по умственному эксперименту. Влияет ли состояние покрытия дороги на величину времени торможения и тормозного пути? (5 мин.)
- Проверка предположений с использованием компьютерной программы (задание в Excel)
- Получение педагогического продукта-кластера “Алгоритм решения задач на движение тела под действием нескольких сил” (3 мин.) (алгоритм раздается всем обучающимся)
Формулировка заданий ученикам на каждом этапе урока:
- Обучающиеся по просмотру ролика о свободном падении отвечают на вопрос: что значит, тело совершает свободное падение? При рассмотрении задач на движение тел по вертикали учащиеся отвечают на вопрос: что общего в решении задач по этой теме?
- Зависит ли сила тяжести от широты места наблюдения? Действительно ли весы будут показывать разную массу на полюсе и экваторе? (Объяснение теоретическое и расчетное, с использованием видеоролика и изготовления пояснительного рисунка по слайду презентации.)
- Двум группам раздаются карточки с решенными задачами. Обучающиеся должны, проведя анализ решения, выявить схожесть и найти различия (если есть). По систематизированным данным составить алгоритм решения задач на движение тела под действием нескольких сил по горизонтали.
- Получить формулу для расчета тормозного пути, времени тормозного пути. Установить от каких факторов зависит величина времени и пройденного пути до остановки.
- Программисты групп проверяют предположения посредством программы, составленной в Excel.
- Создаем кластер “Алгоритм решения задач на движение тела под действием нескольких сил”, используя разобранные задачи. Предложенный алгоритм показывается на экране, распечатанный предлагается обучающимся для дальнейшего применения..
Предполагаемые результаты выполнения заданий учениками: в ходе урока обучающиеся должны отработать понятие “свободное падение”, применение II закона Ньютона; усвоить на первичном уровне технологию решения задач по движению тела по вертикали, иметь представление о зависимости ускорения свободного падения от географической широты местности, научиться объяснять “ физическую природу” ряда явлений – зависимости длины тормозного пути от качества покрытия (Изменение качества дороги при различных погодных проявлениях).
Задание ученикам по рефлексии их деятельности: Подводя итог занятия, обучающимся предоставляется возможность дополнить смайлики. Если занятие было необходимым для дальнейшего обучения, несло много полезной информации - дорисовать улыбку, если был безразличен рассматриваемый материал, то безразличную мордочку (прямую линию), если было скучно, то скучную мордочку- улыбку наоборот. Выданные кластеры напомнят об уроке и послужат опорой при решении задач, работая в классе и дома.
Формы контроля и оценки результатов: оценка выполненного проекта; выполнение задач во время занятия; оценка работы на компьютере (программа).
Задание к следующему занятию предлагается видеозадачей.
Ход занятия
Видеоролик - “О, сколько нам открытий чудных готовит просвещенья дух......”
Учитель: Сегодня мы с вами собрались продолжить наш путь по пути открытий. Каждая решенная вами задача-открытие, полученная информация-открытие, сделанный анализ, систематизация, обобщение- открытие ваших способностей и умений. Итак, вперед к открытиям!
Обучающийся 1. (Сообщение по проблеме свободное падение тел - видеоролик и пояснение 5 минут) Еще до ВОВ ряд авиаторов стремились осуществить затяжной прыжок с целью сохранить жизнь парашютиста при десантировании. И после Победы люди не оставили попытки по освоению воздушного пространства.
I.
16 августа 1960 года офицер ВВС США Джозеф Киттенгер совершил прыжок с высоты 31300 метров. Падение было со стабилизирующим парашютом 4 минуты 36 секунд, достигнутая скорость 988 км\ч.
1 ноября 1962 года советский парашютист Евгений Николаевич Андреев поднялся на высоту 25500 метров, совершил прыжок с высоты 24500 метров, развил скорость 900км\ч. В свободном падении был 4 мин. 30 с. Этот рекорд пока не преодолен.
14 октября 2012 года австрийский парашютист Феликс Баумгартнер совершил прыжок из стратосферы. Баумгартнер начал подъем в окрестностях города Розуэлл американского штата Нью-Мексико в 20.00 по московскому времени в космической капсуле, прикрепленной к воздушному шару с гелием. Поднявшись на высоту около 39 километров над поверхностью Земли, спортсмен из Зальцбурга в специальном скафандре совершил прыжок с парашютом, благополучно приземлившись под аплодисменты зрителей.
Прыжок был совершен в рамках Red Bull Stratos — программы, нацеленной на установление рекорда прыжка с парашютом с высоты границы с космическим пространством. Своим прыжком Баумгартнер побил одновременно три мировых рекорда: самый высокий полет на стратостате, самый высотный прыжок с парашютом и самое быстрое свободное падение. Он стал первым в истории парашютистом, который преодолел звуковой барьер. Скорость австрийца во время падения была зафиксирована на отметке 1173 километров в час, время свободного полета составило 4 минуты 20 секунд.
II.Учитель: Итак, подготовленная нам информация говорит о том, что, и движение и попытки преодолеть земное притяжение волновали и продолжают волновать людей. “Движение в поле тяготения” такую тему выбрала в качестве проектной работы одна из обучающихся класса (Предоставляется слово обучающейся класса, которая знакомит с целями и задачами проекта и предлагает отчет по проделанной работе.) Представление проекта идет через предложение презентации в которой рассматриваются следующие моменты:
- Задача №1. Мяч, брошенный вертикально вверх, упал на Землю через 3 с. С какой скоростью был брошен мяч и на какую высоту он поднялся?
- Задача № 2. Сколько времени падало тело, если за последние 2 с оно прошло 60 м?
- Задача № 3. За какое время тело, начавшее падение вниз из состояния покоя, опустится на 4,9 м? Какова его скорость в конце пути?
Решив, ряд задач я пришла к выводу, что можно выделить общие действия при решении задач данного типа, т.е. составить алгоритм решения задачи. Составим алгоритм на примере задач. (По слайду разбираются в сравнении решение двух задач)
Прочитать условие задачи и проанализировать его.
Сделать рисунок с пояснениями, записать условие задачи.
Записать общее уравнение движения. Адаптировать уравнение движение к данным задачи.
Выбрать оси координат и определить проекции всех векторных величин.
Полученные выражения при необходимости дополнить другими формулами.
Выразить искомую величину и рассчитать.
Проанализировать полученный результат на реальность.
На следующем слайде адреса сайтов.вписать(http://www.afportal.ru/taxonomy/term/76, http://www.classes.ru/dictionary-russian-english-scienceruen-term-23507.htm, http://www.docme.ru/doc/34125/dvizhenie-po-vertikali. ( 5 -7 мин.) Приложение 1
Т.о данный алгоритм можно использовать при решении задач данного типа (всем обучающимся раздают алгоритмы).
III. Учитель: Сегодня мы с вами уже неоднократно упоминали об ускорении свободного падения. Что это за величина? От чего зависит ускорение свободного падения? (ответы учащихся).
Вам была предложена для рассмотрения задача (слайд задачи на доске). Презентация занятия. Приложение 2
Акционерное общество “Старатель” решило приумножить свой капитал, покупая золото на экваторе и продавая его в Антарктиде. Помогите руководителю АО ответить на вопрос:
Какими весами пружинными или рычажными ему надо пользоваться? Почему?
Кто сможет ответить на этот вопрос? Демонстрация ролика как фрагмент пояснения.
(о разной силе тяжести на экваторе и полюсе). g= G·M/R2 По данной формуле рассчитаем свободное падение на экваторе и полюсе, учитывая, что Rп =6356863 м., Rэ = 6378245 м. получим g п = 9.904 м\с2, g э = 9.837 м\с2 . Большую массу покажут весы на полюсе, но пользоваться надо пружинными весами. (5 мин.)
IV. Учитель: Начинается пора, когда покрытие дороги сильно влияет на нашу безопасность, как пешехода. Сейчас нам предстоит выяснить, от каких физических величин зависит время тормозного пути и сам тормозной путь автомобиля. Перед поиском ответа на поставленную проблему вам предстоит составить алгоритм решения задач, для случая движения тела под действием постоянной силы по горизонтали. Применив этот алгоритм, вы сможете ответить на поставленный вопрос.
Обучающимся предлагается карточки с образцом решенных задач. (Карточка №1) и (карточка№2). Проанализировав и сравнив решения, учащиеся должны составить алгоритм, по которому предполагается произвести решение другой задачи. (Карточка №3) (7- 10 мин.)
Карточка №1. (для первых группы)
1. По какому закону изменяется скорость электровоза, который при движении с места железнодорожного состава развивает максимальную силу тяги 650 кН? Масса состава равна 3250 т, а коэффициент трения равен 0,005.
2. Коэффициент трения скольжения ящика массой 100 кг о пол равен 0,2. Ящик тянут за веревку, проходящую через его центр тяжести. Веревка образует угол 30° с горизонтом. Какую силу надо прикладывать, чтобы ящик двигался равномерно? Какова при этом сила трения скольжения?
Карточка № 2
1. По горизонтальной плоскости движется груз массой 10 кг под действием силы 50 Н, направленной под углом 60° к горизонту. Определить, с каким ускорением движется груз. С какой силой он давит на плоскость? Трением между грузом и плоскостью пренебречь.
2. На участке пути длиной 400м скорость автобуса увеличилась от 15 до 25 м/с. Определить среднюю силу тяги двигателя, если масса автобуса 10т, сила сопротивления 2 кН.
После составления алгоритма решения задач по карточкам №1 и №2 обучающиеся по группам проводят обсуждение полученного результата. Для дальнейшей работы обучающимся предлагается карточка №3 (для самостоятельного работы по выработанному ранее алгоритму).
КАРТОЧКА 3 (для совместной работы двух групп на определение времени тормозного пути и самого тормозного пути, карточки находятся на рабочих местах обучающихся.)
Коэффициенты трения скольжения.
Сила трения скольжения описывается как:
Fтр=µтрFn,
где µтр- коэффициент трения а Fn - прижимающая сила .
Ниже приводится таблица полезных диапазонов коэффициентов трения скольжения для различных пар материалов.
| Коэффициенты трения скольжения. | |
| Металл по металлу ( кроме пары сталь/сталь) | 0,15-0,20 |
| Дерево по металлу | 0,20-0,50 |
| Металл по металлу при смазке | 0,07-0,1 |
| Дерево по льду | 0,035 |
| Железо по льду | 0,020 |
| Сталь заточенная по льду (коньки) | 0,015 |
| Лед по льду | 0,028 |
| Сталь по стали | 0,03-0,09 |
| Шина по сухому асфальту | 0,50-0,75 |
| Шина по влажному асфальту (до аквапланирования) | 0,35-0,45 |
| Шина по сухой грунтовой или гравийной дороге | 0,40-0,50 |
| Шина по влажной грунтовой или гравийной дороге (до аквапланирования) | 0,30-0,40 |
| Шина по гладкому льду | 0,15-0,25 |
| Точильный камень по стали | 0,94 |
| Подшипник скольжения смазанный | 0,02-0,08 |
Задача для решения по алгоритму.
Получите формулу для расчета времени торможения и тормозного пути автомобиля. Рассчитайте тормозной путь и время торможения автомобиля массой m , если торможение происходит с начальной скоростью 60км/ч: 1) по сухому асфальту, 2) по влажному асфальту, 3) по обледенелой дороге.
Подведение итогов исследования по группам.
1 группа определяла зависимость времени тормозного пути от качества дороги (коэффициента трения) и начальной скорости движения (с использованием интерактивной доски).
2 группа определяла зависимость тормозного пути от начальной скорости и коэффициента трения (т.е. качества покрытия дороги.)
Проверяем полученные результаты через применение программы в Excel.(5-7 мин.) Приложение 3, Приложение 3-1
Подведение итогов учителем.
Вопросы: Как осуществляется движение тела под действием нескольких сил по горизонтали? (либо равномерно, либо с ускорением, если равнодействующая сила не равна нулю). Какой закон механики применяем при описании движения тел в этих случаях? (второй закон Ньютона?)
Можете ли вы указать общие моменты при решении задач, указанных вашими одноклассниками (обучающиеся называют, что было общего при нахождении времени и пути).
Вывод: Какой же общий вывод мы можем сделать с вами? (вывод делают обучающиеся) Полученный алгоритм универсален т.е. его можно применить к любой задаче на заданную тему. Высвечиваем алгоритм, совместно принятый. Алгоритм раздается всем обучающимся.
(2-3 мин.)
V. Домашнее задание к следующему занятию: предлагается видеозадача на колебательный процесс) Как подготовка к следующему занятию.( Видеозадачник по физике часть 3 А.И. Фишман, А.И. Скворцов, Р.В. Даминов. Казанский Государственный университет.)
VI. Подведение итогов занятия.
Вопросы обучающимся: Можем ли мы утверждать, что все явления, процессы, происходящие в нашей жизни можно объяснить с помощью законов физики? Что мы можем сказать о решении задач на движение тел по вертикали и движении тел под действием нескольких сил? (все задачи решаются по единому плану, движение происходит под действием силы тяжести, с ускорением свободного падения, либо под действием сил и результат действия, которых определяется равнодействующей всех сил).
Если некоторые законы, например второй закон Ньютона, объясняют поведение тел в различных ситуациях, можно ли его назвать универсальным законом? Какой общий вывод напрашивается? (Что физика, наука, помогающая нам объяснить многие явления и процессы, происходящие в природе)
VII. Рефлексия. Ребята, сегодня вы выработали алгоритм решения задач на движение под действием постоянной силы, и на движения тел по вертикали. И убедились, что все е эти вопросы имеют прикладной характер. Заканчивая занятие, хочу вас попросить. Пожалуйста, на столах лежат шаблоны смайликов. Их надо дорисовать. Если материал занятия для вас был нужным и интересным - дорисуйте улыбку, если безразличен - прямую, рот вытянут в ниточку, если было скучно-огорченного смайлика. (3 мин.)