Инфоурок / Информатика / Конспекты / Построение и исследование физических моделей.doc

Построение и исследование физических моделей.doc

библиотека
материалов

ЧУЕВА ДАРЬЯ ЛЕОНИДОВНА

МАОУ Г. ИРКУТСКА СОШ № 63

УЧИТЕЛЬ ИНФОРМАТИКИ





Конспект урока по Информатике и ИКТ в 9 классе


Тема: «Построение и исследование физических моделей». Для учителей среднеобразовательных школ.































































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)

закрепление знаний (10 мин)

г) подведение итогов (3 мин)

д) 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 и закрепление


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

Содержательная постановка задачи. В процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мячика в определенное место площадки. Необходимо задать автомату необходимую скорость и угол бросания мячика для попадания в мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.

Качественная описательная модель. Сначала построим качественную описательную модель процесса движения тела с использованием физических объектов, понятий и законов, то есть в данном случае идеализированную модель движения объекта. 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/с2 и движение по оси OY можно считать равноускоренным;

• скорость бросания тела мала, поэтому сопротивлением воздуха можно пренебречь и движение по оси ОХ можно считать равномерным.

Проект «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»

1. Разместить на форме четыре текстовых поля для ввода значений начальной скорости, угла бросания мячика, расстояния до мишени и ее высоты, а также два текстовых поля для вывода высоты мячика на заданном расстоянии и текстового сообщения о результатах броска.

2. Поместить на форму метки для обозначения полей и единиц измерения.

3. Поместить на форму кнопку и создать для нее событийную процедуру, котораяобеспечивает присваивание переменным значений, введенных в текстовые поля, вычисление высоты мячика на заданном расстоянии и вывод результатов на форму с использованием конструкции выбора Select Case:

Формальная модель. Для формализации модели используем известные из курса физики формулы равномерного и равноускоренного движения. При заданных начальной скорости v0 и угле бросания а значения координат дальности полета х и высоты у от времени можно описать следующими формулами:

Пусть мишень высотой Л будет размещаться на расстоянии s от автомата. Из первой формулы выражаем время, которое понадобится мячику, чтобы преодолеть расстояние s

Подставляем это значение для t в формулу для у. Получаем I — высоту мячика над землей на расстоянии s: Формализуем теперь условие попадания мячика в мишень. Попадание произойдет, если значение высоты I мячика будет удовлетворять условию в форме неравенства: Если l < О, то это означает «недолет», а если I > h, то это означает «перелет».

Компьютерная модель на языке Visual Basic. Преобразуем формальную модель в компьютерную с использованием системы программирования Visual Basic. Создадим сначала графический интерфейс проекта.

Проект «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»

1. Разместить на форме четыре текстовых поля для ввода значений начальной скорости, угла бросания мячика, расстояния до мишения и ее высоты, а также два текстовых поля для вывода высоты мячика на заданном расстоянии и текстового сообщения о результатах броска.


2. Поместить на форму метки для обозначения полей и единиц измерения.

3. Поместить на форму кнопку и создать для нее событийную процедуру, которая обеспечивает присваивание переменным значений, введенных в текстовые поля, вычисление высоты мячика на заданном расстоянии и вывод результатов на форму с использованием конструкции выбора Select Case:

Const G As Single = 9.81

Const Pi As Single = 3.14

Dim V0, A, S, L As Double

Private Stab CmdCalc_Click ()

'Ввод начальных значений

V0 = Val(txtVO.Text)

A = Val(txtA.Text)

S = Val(txtS.Text)

H = Val(txtH.Text)

'Попадание в мишень

L = S * Tan(A * Pi / 180) - (G * S ^ 2) /

(2 * Vg ^ 2 * Cos (A * Pi / 180) ^ 2)

txtL.Text = L

Select Case L

Case Is < 0

txtM.Text = "Недолет"

Case Is > H

txtM.Text = "Перелет"

Case Else

txtM.Text = "Попадание"

End Select

End Sub

Для визуализации формальной модели построим траекторию движениия тела (график зависимости высоты мячика над поверхностью земли от дальности полета). Снабдим график осями координат и выведем положение мишени.

4. Поместить на форму графическое поле, в котором будет осуществляться построение графика, и дополнить программный код событийной процедуры:

'Построение графика

For T = 0 То 10 Step 0.1

Y = V0 * Sin(A * Pi /180) * T - G * T *

Т/2

X = V0 * Cos (A * Pi /180) * T

picl.Scale (0, 15)-(S + 5, -5)

picl.PSet (X, Y)

Next T

'Ось X

picl.Line (0, 0)-(50, 0)

For I = 0 To 50 Step 5

picl.PSet (I, 0)

picl.Print I

Next I

'Ось Y

picl.Line (0, -5)-(0, 15)

For I = -5 То 15 Step 5

picl.PSet (0, I)

picl.Print I

Next I

'Мишень

picl.Line (S, 0)-(S, H)

Проект хранится в каталоге

\textbook\VB\prjPhys1\

Компьютерный эксперимент. Введем произвольные значения начальной скорости и угла бросания мячика: скорее всего, его попадания в мишень не будет. Затем, меняя один из параметров, например угол, произведем пристрелку. Для этого лучше всего использовать известный артиллерийский прием «взятие в вилку», который использует наиболее эффективный метод «деление пополам». Для этого находят угол, при котором мячик перелетит мишень, затем угол, при котором мячик не долетит до стены. Вычисляют среднее значение углов, составляющих «вилку», и смотрят, куда попадет мячик.

Если он попадет в стену, то задача выполнена, если не попадет, то рассматривается новая «вилка», и так далее.

5. Запустить проект и ввести значения начальной скоро-сти, угла, расстояния до ми-шени и ее высоты.

Щелкнуть по кнопке Бросок. В текстовых полях будут выведены результаты, а в графическом поле появится траектория движения тела. Подобрать значения начальной

скорости и угла бросания, обеспечивающие попадание в мишень.

Анализ результатов и корректировка модели. Модернизируем проект так, чтобы можно было получить с заданной точностью для каждого значения скорости значение диапазона углов, обеспечивающее попадание мячика в мишень.

6. Удалить с формы текстовые поля для ввода значения угла, для вывода результатов и графическое поле и поместить на форму текстовые поля для ввода точности определения диапазона углов и для вывода значений из этого диапазона.

7. Внести изменения в программный код событийной процедуры:

Private Sub CmdCa1с_С1ick()

'Ввод начальных значений

V0 = Val(txtVO.Text)

S = Val(txtS.Text)

Н = Val(txtH.Text)

Р = Val(txtP.Text)

txtAl.Text = ""

For A = 0 To 90 Step P

'Попадание в мишень

L = S * Tan(A * Pi / 180) - (G * S ^ 2) /

(2 * V0 ^ 2 * Cos(A * Pi / 180) ^ 2)

If 0 < L And L < H Then

txtAl.Text = txtAl.Text + Str(A)

End If

Next A

End Sub

8. Запустить проект и ввести скорость, расстояние до мишени и ее высоту, а также точность определения диапазона углов:

Анализ результатов показывает, что получен неочевидный результат: существуют два диапазона величин углов — от 33 до 36 и от 56 до 57 градусов, которые обеспечивают попадание мячика в мишень.

Проект хранится в каталоге \textbook\VB\prjPhys2\

Компьютерная модель в электронных таблицах. Вернемся к третьему этапу создания и исследования модели движения тела, брошенного под углом к горизонту. Преобразуем теперь формальную модель в компьютерную с использованием электронных таблиц Excel.

Выделим в таблице определенные ячейки для ввода значений начальной скорости v0 и угла а и вычислим по формулам (5.1) значения координат тела х и у для определенных значений времени t с заданным интервалом. Для преобразования значений углов из градусов в радианы используем функцию РАДИАНЫ( ).

Модель «Движение тела, брошенного под углом к горизонту» в электронных таблицах

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 в 0,2 с.

3. В ячейки В5 и С5 введем формулы: =$В$1*С0S(РАДИАНЫ($В$2))*А5 =$В$1*SIN(РАДИАНЫ($В$2))*А5-4,9*А5*А5

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 В5:В18, а в качестве значений — диапазон ячеек С5:С18.

Исследование модели. Исследуем модель и определим с заданной точностью 0,1° 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.

10.6. Надстройки в электронных таблицах

6. Установить для ячеек точность один знак после запятой.

7. Ввести в ячейки В21, В22 и В23 значения расстояния до мишени S = 30 м, начальной скорости v0 = 18 м/с и угла a = 35°, а в ячейку В25 — формулу для вычисления высоты мячика над поверхностью для заданных начальных условий: =В21*ТАN(РАДИАНЫ(В23))-(9,81*В21^2)/ (2*В22^2*СOS(РАДИАНЫ(В23))^2).

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

8. Выделить ячейку В25 и ввести команду [Сервис-Подбор параметра...].

На появившейся диалоговой панели ввести в поле Значение: наименьшую высоту попадания в мишень (то есть 0). В поле Изменяя значение ячейки: ввести адрес ячейки, содержащей значение угла (в данном случае $В$23).

9. В ячейке В23 появится значение 32,6. Повторить процедуру подбора параметра для максимальной высоты попадания в мишень — в ячейке В23 получим значение 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.

Если повторить процедуру определения диапазона углов при начальном значении 55°, то получим значения предельных углов 55,8 и 57,4°. С учетом точности вычислений данные для обоих диапазонов углов подтверждают результаты, полученные при исследовании компьютерной модели на языке Visual Basic. Модель хранится в файле Model.xls в каталоге \textbook\Excel\



г) 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).


д) домашнее задание:


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















Краткое описание документа:

Конспект урока  по Информатике и ИКТ в 9 классе.  Тема:  «Построение и исследование физических моделей». Для учителей среднеобразовательных школ. В конспекте показано как можно научит детей работать совместно в двух программах Microsoft Excel 2010 и Microsoft Visual Basic 2005 Express Edition. А также как можно исследовать физические модели двумя отдельными методами методами:  графическим методом и методом Подбор параметра  с помощью Microsoft Excel 2010. Так же рассматривается процесс построения и исследования модели на конкретном примере движения тела, брошенного под углом к горизонту.   

Общая информация

Номер материала: 70018041528

Похожие материалы