Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015

Опубликуйте свой материал в официальном Печатном сборнике методических разработок проекта «Инфоурок»

(с присвоением ISBN)

Выберите любой материал на Вашем учительском сайте или загрузите новый

Оформите заявку на публикацию в сборник(займет не более 3 минут)

+

Получите свой экземпляр сборника и свидетельство о публикации в нем

Инфоурок / Информатика / Другие методич. материалы / Построение и исследование физических моделей
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Информатика

Построение и исследование физических моделей

Выбранный для просмотра документ Построение и исследование физических моделей.doc

библиотека
материалов







Конспект урока


по Информатике и ИКТ

в 9 классе






Тема:


«Построение и исследование физических моделей»











































Тема урока: Построение и исследование физических моделей.



Цели урока:


Общеобразовательные:

формирование умения исследования физических моделей графическим

методом и методом Подбор параметра;

Ознакомление со способами представления моделирования и формализации;

умение описывать окружающую действительность с помощью

различных информационных объектов;

Развитие умений строить информационные модели различных объектов.

Воспитывающие:

Продолжение формирования и развития информационного видения окружающего мира;

формирование эмоционально-ценностного отношения к результатам

интеллектуального труда.

Развивающие:

овладение основными логическими приемами работы с базовыми

понятиями информатики;

овладение навыками представления объектов окружающей действительности.

Практические:

Умение применять полученные знания, используя программу Microsoft Excel.


Тип урока: урок – исследование.


Оборудование и ПО:


Технические: ПК, мультимедийный проектор

Программные: Microsoft Excel, Microsoft Power Point


Этапы урока:


а) организационный момент (1,5 мин)

б) актуализация знаний (10 мин)


в) объяснение нового материала (20 мин)

г) закрепление знаний (10 мин)

д) подведение итогов (3 мин)

е) домашнее задание (0,5 мин)






Ход урока:



а) организационный момент


Здравствуйте, ребята. Садитесь, пожалуйста.

Тема нашего урока «Построение и исследование физических моделей».

Сегодня, вы узнаете, как можно исследовать физические модели двумя методами: графическим методом и методом Подбор параметра с помощью Microsoft Excel.


б) актуализация знаний



1. Какие бывают модели? Приведите примеры материальных

и информационных моделей.

2. Что такое формализация? Приведите примеры

формальных моделей.

3. Какие вы можете назвать примеры моделирования

в различных областях деятельности?

4. Может ли объект иметь несколько моделей? Если да,

то приведите примеры.

5. Могут ли разные объекты описываться одной и той же

моделью? Если да, то приведите примеры.

6. Каковы основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере?

7. Какие программные средства обычно используются для

создания компьютерных моделей?



в) объяснение нового материала



Построение формальной модели движения тела, брошенного под углом к горизонту.


Задача: в процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мячика в определенно место площадки. Необходимо задать автомату необходимую скорость и угол бросания мячика для попадания в мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.




Качественная описательная модель.


Из условия задачи можно сформулировать следующие основные предположения:

-мячик мал по сравнению с Землей, поэтому его можно считать материальной точкой;

-изменение высоты мячика мало, поэтому ускорение свободного падения можно считать постоянной величиной g = 9,8 м/с , следовательно, движение по оси OУ можно считать равноускоренным;

-скорость бросания мячика мала, поэтому сопротивлением воздуха можно пренебречь, следовательно, движение по оси OХ можно считать равномерным.



Формальная модель


Для формализации модели обозначим величины:

-начальную скорость мячика – v0;

-угол бросания мячика - α ;

-высоту стенки - h;

-расстояние до стенки -s.

Используем известные из курса физики формулы равномерного и равноускоренного движения для определения координат мячика. Дальность x и высоту y при заданной начальной скорости v0 и угле бросания α для любого момента времени t можно вычислить по следующим формулам:

x= v0 * cos α * t, y= v0*sin α * t - g * t2 / 2

Чтобы определить, попадет ли мячик в стенку, необходимо вычислить его координату у в момент времени, когда он будет находиться на расстоянии s. Из первой формулы выражаем время, которое понадобится мячику, чтобы преодолеть расстояние s: t = s / (v0*cos α).

Подставляем это значение времени t в формулу для вычисления координаты y. Получаем t - высоту мячика над землей на расстоянии s:

l = s * tg α-g * s2 / (2* v02* cos2 α).

Формализуем теперь условие попадания мячика в мишень. Попадание произойдет, если значение высоты мячика l будет удовлетворять условию в форме неравенства: 0 l h.Если l < 0, то это обозначает «недолет». А если l > h , то это означает «перелет».


1.Для ввода начальной скорости будем использовать ячейку В1,

а для ввода угла – ячейку В2.

2. Введем в ячейки А5:А18 значения времени с интервалом 0,2 с.

3. В ячейки В5 и С5 введем формулы:

=$B$1*COS(РАДИАНЫ($B$2))*A5

=$B$1*SIN(РАДИАНЫ($B$2))*A5-4,9*A5*A5

4. Скопируем формулы в ячейки В6:В18 и С6:С18 соответственно.

Визуализируем модель, построив график зависимости

координаты у от координаты х (траекторию движения тела).

5. Построить диаграмму типа График, в которой используется

в качестве категории диапазон ячеек С5:С18.




Исследуем модель и определим с заданной точностью 0,10 диапазон изменений угла, который обеспечивает попадание в мишень, находящуюся на расстоянии 30 м и имеющую высоту 1 м, при заданной начальной скорости 18 м/с. Воспользуемся

для этого методом Подбор параметра.

6.Установить для ячеек точность один знак после запятой.

7.Внести в ячейки В21, В22 и В23 значения расстояния до мишени = 30м, начальной скорости =18 м/с и угла = 35 ,

а в ячейку В25 – формулу для вычисления высоты мячика над

поверхностью для заданных начальных условий:

=$B$21*TAN(РАДИАНЫ(В23)) – (9,81*В21^2)/(2*B22^2*COS(РАДИАНЫ(В23))^2)

Для заданных начальных условий определим углы, которые обеспечивают попадание в мишень на высотах 0 и 1 м.

8. Выделить ячейки В25 и ввести команду (Сервис-Подбор параметра). На появившейся диалоговой панели ввести в поле Значение: наименьшую высоту попадания в мишень (0). В поле Изменяя ячейки: ввести адрес ячейки, содержащей значение угла (в данном случае $B$23).

9. В ячейке В23 появится значение 32,6. Повторить процедуру подбора параметра для максимальной высоты попадания в мишень – в ячейке В23 получится число 36,1.


Таким образом, исследование компьютерной модели в электронных таблицах показало, что существует диапазон значений угла бросания от 32,6 до 36,1 , который обеспечивает попадание в мишень высотой 1 м, находящуюся на расстоянии 30 м, мячиком, брошенным со скоростью 18 м/с.


г) закрепление знаний


Задача:

Тело брошено вертикально вверх с некоторой высоты. Определить через какое количество времени тело упадет на поверхность земли.


(построение и исследование физической модели проводится учащимися самостоятельно).

По завершению учащиеся демонстрируют полученные результаты.





Качественная описательная модель.


Если начальная скорость бросания тела v0 существенно меньше первой космической скорости и высота бросания h , существенно меньше радиуса Земли, можно использовать модель, рассмотренную ранее.




Формализованная модель.


Движение по вертикали – равноускоренное, поэтому изменение координаты у в зависимости от времени описывается с помощью формулы:


y = h0 + v0 * t – g * t2 / 2










1.Ввести начальные значения высоты h0 и скорости v0

в ячейки В1 и В2 соответственно.

2. Создадим таблицу значений зависимости координаты от

времени. Введем в ячейки А5:А18 значения моментов времени t

(в секундах) от 0 до 2,6 с шагом 0,2 с.

3. В ячейки В5 введем формулу уравнения движения:

=$B$2+$B$3*A5-4,9*A5^2, в которой использованы абсолютные

ссылки на ячейки, содержащие начальные условия.

4. Скопируем формулы в ячейки В6:В18.

5. Построить диаграмму типа График, в которой используется

в качестве категории диапазон ячеек В5:В18.

Точка пересечения графика с осью t соответствует времени

падения тела (примерно 2,4с).



д) подведение итогов урока:


Итак, ребята, сегодня вы научились исследовать физические модели двумя методами средствами Microsoft Excel. Такое же исследование можно провести, используя язык Visual Basic.

(работы учащихся оцениваются по пятибалльной шкале).


е) домашнее задание:


п.3.6., упр.3.11. (учебник Информатика 9 класс, Н.Д.Угринович)















Выбранный для просмотра документ построение и исследование физических моделей...pptx

библиотека
материалов
Исследование физических моделей Построение и исследование модели на примере д...
Построение и исследование модели на примере движения тела, брошенного под угл...
Компьютерная модель в электронных таблицах Выделим в таблице определенные яче...
Синус острого угла в прямоугольном треугольнике  — это отношение противолежащ...
Формальная модель Для формализации модели используем формулы равномерного и р...
Задача «Бросание мячика в стенку» 	I этап. Постановка задачи Описание задачи:...
Цель моделирования Определить скорость и угол бросания мячика для попадания в...
Компьютерная модель С5 =$B$1*SIN(РАДИАНЫ($B$2))*A5-4,9*A5*A5 В5 =$B$1*COS(РАД...
Компьютерная модель
Компьютерный эксперимент В25 = B21*TAN(РАДИАНЫ(B23))-(9,81*B21^2)/(2*B22^2*CO...
Компьютерный эксперимент
Анализ результатов
Исследование модели Исследуем модель и определим с заданной точностью 0,1º ди...
 Биологические модели развития популяций
В биологии при исследовании развития развития биосистем строятся динамически...
В модели ограниченного роста учитывается коэффициент перенаселенности, связа...
В модели ограниченного роста с отловом учитывается, что на численность попул...
Компьютерная модель Построим в электронных таблицах компьютерную модель, поз...
Исследование модели Провести исследование моделей роста популяций различного...
 Геоинформационные модели
Геоинформационное моделирование базируется на создании многослойных электрон...
Интерактивные географические карты реализуются с использованием векторной гр...
Геоинформационные модели позволяют с помощью географических карт представлят...
Задание: С помощью геоинформационной модели «Численность населения в странах...
 Оптимизационное моделирование в экономике
В сфере управления сложными системами применяется оптимизационное моделирова...
Содержательная постановка проблемы В ходе производственного процесса из лист...
Компьютерная модель Искать решение задачи путем создания и исследования комп...
Вывод: Таким образом, для изготовления 500 деталей А и 300 деталей Б требует...
Домашнее задание Садовый участок прямоугольной формы имеет площадь S=120. При...
31 1

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1 Исследование физических моделей Построение и исследование модели на примере д
Описание слайда:

Исследование физических моделей Построение и исследование модели на примере движения тела, брошенного под углом к горизонту. Биологические модели развития популяций Оптимизационное моделирование в экономике Геоинформационные модели

№ слайда 2 Построение и исследование модели на примере движения тела, брошенного под угл
Описание слайда:

Построение и исследование модели на примере движения тела, брошенного под углом к горизонту. Содержательная постановка задачи: -в процессе тренировки теннисистов используют автоматы по бросанию мячика в определенное место площадки. Необходимо задать автомату скорость и угол бросания мячика для попадания в мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.

№ слайда 3 Компьютерная модель в электронных таблицах Выделим в таблице определенные яче
Описание слайда:

Компьютерная модель в электронных таблицах Выделим в таблице определенные ячейки для ввода значений начальной скорости V0 и угла α и вычислим по формулам значения координат тела Х и Y для определенных значений времени t с заданным интервалом.

№ слайда 4 Синус острого угла в прямоугольном треугольнике  — это отношение противолежащ
Описание слайда:

Синус острого угла в прямоугольном треугольнике  — это отношение противолежащего катета к гипотенузе: Косинус острого угла в прямоугольном треугольнике — отношение прилежащего катета к гипотенузе: Тангенс острого угла в прямоугольном треугольнике — отношение противолежащего катета к прилежащему:

№ слайда 5 Формальная модель Для формализации модели используем формулы равномерного и р
Описание слайда:

Формальная модель Для формализации модели используем формулы равномерного и равноускоренного движения. При заданных начальной скорости v0 и угле бросания α значения координат дальности полета х и высоты у от времени можно описать следующими формулами: Высоту мячика L над землей на расстоянии S определяем по формуле: Попадание произойдет, если значение высоты L мячика будет удовлетворять неравенству:

№ слайда 6 Задача «Бросание мячика в стенку» 	I этап. Постановка задачи Описание задачи:
Описание слайда:

Задача «Бросание мячика в стенку» I этап. Постановка задачи Описание задачи: В процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мячика. Необходимо задать автомату нужную скорость и угол бросания мячика для попадания в стенку определённой высоты, находящуюся на известном расстоянии.

№ слайда 7 Цель моделирования Определить скорость и угол бросания мячика для попадания в
Описание слайда:

Цель моделирования Определить скорость и угол бросания мячика для попадания в стенку

№ слайда 8 Компьютерная модель С5 =$B$1*SIN(РАДИАНЫ($B$2))*A5-4,9*A5*A5 В5 =$B$1*COS(РАД
Описание слайда:

Компьютерная модель С5 =$B$1*SIN(РАДИАНЫ($B$2))*A5-4,9*A5*A5 В5 =$B$1*COS(РАДИАНЫ($B$2))*A5

№ слайда 9 Компьютерная модель
Описание слайда:

Компьютерная модель

№ слайда 10 Компьютерный эксперимент В25 = B21*TAN(РАДИАНЫ(B23))-(9,81*B21^2)/(2*B22^2*CO
Описание слайда:

Компьютерный эксперимент В25 = B21*TAN(РАДИАНЫ(B23))-(9,81*B21^2)/(2*B22^2*COS(РАДИАНЫ(B23))^2)

№ слайда 11 Компьютерный эксперимент
Описание слайда:

Компьютерный эксперимент

№ слайда 12 Анализ результатов
Описание слайда:

Анализ результатов

№ слайда 13 Исследование модели Исследуем модель и определим с заданной точностью 0,1º ди
Описание слайда:

Исследование модели Исследуем модель и определим с заданной точностью 0,1º диапазон изменений угла, который обеспечивает попадание в мишень, находящуюся на расстоянии 30 м и имеющую высоту 1 м, при заданной начальной скорости 18 м/с. Воспользуемся для этого методом Подбор параметров. Выводы: Таким образом, исследование компьютерной модели в электронных таблицах показало, что существует диапазон значений угла бросания ( указать ! ) , который обеспечивает попадание в мишень высотой 1 м, находящуюся на расстоянии 30 м, мячиком, брошенным со скоростью 18 м/с.

№ слайда 14  Биологические модели развития популяций
Описание слайда:

Биологические модели развития популяций

№ слайда 15 В биологии при исследовании развития развития биосистем строятся динамически
Описание слайда:

В биологии при исследовании развития развития биосистем строятся динамические модели изменения численности популяций различных живых существ с учетом различных факторов. Взаимовлияние популяций рассматривается в моделях типа «хищник – жертва». Формальная модель Динамику численности популяций исследуют на модели неограниченного роста, в которой численность популяции ежегодно увеличивается на определенный процент: а- коэффициент роста

№ слайда 16 В модели ограниченного роста учитывается коэффициент перенаселенности, связа
Описание слайда:

В модели ограниченного роста учитывается коэффициент перенаселенности, связанный с нехваткой питания, болезнями и т.д., который замедляет рост популяции с увеличением ее численности: b – коэффициент перенаселенности (b < a):

№ слайда 17 В модели ограниченного роста с отловом учитывается, что на численность попул
Описание слайда:

В модели ограниченного роста с отловом учитывается, что на численность популяции промысловых животных и рыб оказывает влияние величина ежегодного отлова – с: В модели «хищник – жертва» количество жертв xn и количество хищников уn связаны между собой. Количество встреч жертв с хищниками можно считать пропорциональным произведению количеств жертв и хищников, а коэффициент f характеризует возможность гибели жертвы при встрече с хищниками:

№ слайда 18 Компьютерная модель Построим в электронных таблицах компьютерную модель, поз
Описание слайда:

Компьютерная модель Построим в электронных таблицах компьютерную модель, позволяющую исследовать численность популяций с использованием различных моделей: неограниченного роста, ограниченного роста, ограниченного роста с отловом и «хищник – жертва». A, b, c, f – значения коэффициентов, влияющих на изменение численности жертв D, e - значения коэффициентов, влияющих на изменение численности хищников Столбец D-численность популяции по модели неограниченного роста; Столбец Е-численность популяции по модели ограниченного роста; Столбец F- ограниченного роста c отловом; Столбцы G и H -численность популяции по модели «хищник – жертва»

№ слайда 19 Исследование модели Провести исследование моделей роста популяций различного
Описание слайда:

Исследование модели Провести исследование моделей роста популяций различного типа, задавая различные значения коэффициентов и начальные численности популяций. Подобрать значения коэффициентов, чтобы: - определить через сколько лет произойдет удвоение численности популяции в модели неограниченного роста; численность популяций в моделях ограниченного роста и ограниченного роста с отловом стабилизировалась примерно на одном уровне (так определяют квоты на ловлю рыбы); в модели «жертва – хищник» численность жертв и хищников стабилизировалась со временем (так определяют охотничьи квоты) и сделать выводы.

№ слайда 20  Геоинформационные модели
Описание слайда:

Геоинформационные модели

№ слайда 21 Геоинформационное моделирование базируется на создании многослойных электрон
Описание слайда:

Геоинформационное моделирование базируется на создании многослойных электронных карт, в которых опорный слой описывает географию определенной территории, а каждый из остальных – один из аспектов состояния этой территории. На географическую карту могут быть выведены различные слои объектов: города, дороги, аэропорты и др.

№ слайда 22 Интерактивные географические карты реализуются с использованием векторной гр
Описание слайда:

Интерактивные географические карты реализуются с использованием векторной графики и связаны с базами данных, которые хранят всю необходимую информацию об объектах, изображенных на картах.

№ слайда 23 Геоинформационные модели позволяют с помощью географических карт представлят
Описание слайда:

Геоинформационные модели позволяют с помощью географических карт представлять статистическую информацию о различных регионах.

№ слайда 24 Задание: С помощью геоинформационной модели «Численность населения в странах
Описание слайда:

Задание: С помощью геоинформационной модели «Численность населения в странах мира» найдите свой регион (страну) и выпишите следующую информацию:

№ слайда 25  Оптимизационное моделирование в экономике
Описание слайда:

Оптимизационное моделирование в экономике

№ слайда 26 В сфере управления сложными системами применяется оптимизационное моделирова
Описание слайда:

В сфере управления сложными системами применяется оптимизационное моделирование, в процессе которого осуществляется поиск наиболее оптимального пути развития системы. Оптимальное развитие соответствует экстремальному (максимальному или минимальному) значению выбранного целевого параметра.

№ слайда 27 Содержательная постановка проблемы В ходе производственного процесса из лист
Описание слайда:

Содержательная постановка проблемы В ходе производственного процесса из листов материала получают заготовки деталей двух типов А и Б тремя различными способами, при этом количество получаемых заготовок при каждом методе различается. Необходимо выбрать оптимальное сочетание способов раскроя, для того, чтобы получить 500 заготовок первого типа и 300 заготовок второго типа при расходовании наименьшего количества листов материала.

№ слайда 28 Компьютерная модель Искать решение задачи путем создания и исследования комп
Описание слайда:

Компьютерная модель Искать решение задачи путем создания и исследования компьютерной модели в электронных таблицах Excel. Исследование модели Для поиска оптимального выбора значений параметров, который соответствует минимальному значению целевой функции используем надстройку электронных таблиц Поиск решения. Модель «Оптимизационное моделирование» хранится в файле model.xls

№ слайда 29 Вывод: Таким образом, для изготовления 500 деталей А и 300 деталей Б требует
Описание слайда:

Вывод: Таким образом, для изготовления 500 деталей А и 300 деталей Б требуется ___ листов материала (целевая функция), При этом необходимо раскроить листов по первому варианту______ (Х1) по второму варианту_______(Х2) по третьему варианту ______(Х3)

№ слайда 30 Домашнее задание Садовый участок прямоугольной формы имеет площадь S=120. При
Описание слайда:

Домашнее задание Садовый участок прямоугольной формы имеет площадь S=120. При каких размерах длины и ширины участка длина изгороди будет наименьшей? Составить геометрическую и математическую модель. Провести расчеты.

№ слайда 31
Описание слайда:

Краткое описание документа:

      Конспект урока по Информатике и ИКТ в 9 классе     Тема:  «Построение и исследование физических моделей»                                          Тема урока:      Построение и исследование физических моделей.  Цели  урока: Общеобразовательные:формирование умения исследования физических моделей графическим методом и методом Подбор параметра;Ознакомление со способами представления  моделирования и формализации;умение описывать окружающую действительность с помощьюразличных информационных объектов;Развитие умений строить информационные модели различных объектов.Воспитывающие:Продолжение формирования и развития информационного видения окружающего мира;формирование эмоционально-ценностного отношения к результатам интеллектуального труда.Развивающие:овладение основными логическими приемами работы с базовыми понятиями информатики;овладение навыками представления объектов окружающей действительности.Практические: Умение применять полученные знания, используя программу Microsoft Excel. Тип урока: урок – исследование. Оборудование и ПО: Технические: ПК, мультимедийный проекторПрограммные: Microsoft Excel, Microsoft Power Point Этапы урока: а) организационный момент          (1,5 мин)б) актуализация  знаний                 (10 мин) в) объяснение нового материала   (20 мин)г) закрепление знаний                    (10 мин)д) подведение итогов                      (3 мин)е) домашнее задание                      (0,5 мин)     Ход урока:  а) организационный момент Здравствуйте, ребята.  Садитесь, пожалуйста. Тема нашего урока «Построение и исследование физических моделей».Сегодня, вы узнаете, как можно исследовать физические модели двумя методами:  графическим методом и методом Подбор параметра  с помощью Microsoft Excel. б) актуализация  знаний   1. Какие бывают модели? Приведите примеры материальных и информационных моделей.2. Что такое формализация? Приведите примеры формальных моделей.3.  Какие вы можете назвать примеры моделирования в различных областях деятельности?4. Может ли объект иметь несколько моделей? Если да, то приведите примеры.5. Могут ли разные объекты описываться одной и той же моделью? Если да, то приведите примеры.6.  Каковы основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере?7. Какие программные средства обычно используются для создания компьютерных моделей?  в) объяснение нового материала  Построение формальной модели движения тела, брошенного под углом к горизонту. Задача: в процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мячика в определенно место площадки. Необходимо задать автомату необходимую скорость и угол бросания мячика для попадания в мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.
Автор
Дата добавления 10.04.2014
Раздел Информатика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров6546
Номер материала 65284041038
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх