Урок по теме "Решение экспериментальной задачи"

Учитель – Кондаков Владимир Николаевич

Класс - 9

Тема: Решение экспериментальной задачи

Если расскажешь мне – я пойму,
Если покажешь мне – я запомню,
Если дашь сделать самому –

я смогу это применить.
Китайская мудрость

Цели урока:

I.            Обучающая:

1.            Закрепление полученных знаний по теме «Динамика».

2.            Совершенствование навыков работы с физическими приборами, умение измерять физические величины.

3.            Формирование умений оценивать результаты опытов, делать выводы, сравнивать результаты.

II.            Развивающая

1.            Развитие умения выстраивать логические цепочки, самостоятельно выявлять закономерности физических явлений, устанавливать связь между физическими явлениями.

2.            Развитие интереса к исследовательской деятельности в процессе решения экспериментальных задач.

III.            Воспитывающая

1.Раскрытие общекультурной значимости науки физики и формирование научного мировоззрения и мышления у учащихся.

Задачи урока:

·         организовать исследовательскую деятельность, проверить умения применять понятие коэффициента трения, работы при выполнении эксперимента;

·         Развивать интерес к предмету;

·         Развивать коммуникативные навыки в процессе выполнения работы;

·         Способствовать развитию логического мышления.

Структура урока

I.Организационный момент.

II.Целеполагание.

III.Актуализация знаний.

IV.Эксперимент.

V.Решение задачи.

VI.Физкультминутка.

VII.Подведение итога..

VIII.Домашнее задание.

IX.Рефлексия.

Оборудование: компьютер; интерактивная доска; комплект лабораторного оборудования: наклонная плоскость, электронный секундомер, динамометр, линейка.

Ход урока

I.            Организационный момент.

Цель: подготовка учащихся к включению в учебную деятельность. Здравствуйте! Садитесь. Проверка все ли готовы к уроку? Итак,  начнем  сегодняшний урок.

II.            Мотивационная часть.

Посмотрите внимательно на рабочий стол,  что мы видим? (измерительные приборы, оборудование).

Для чего они предназначены? (проводить эксперимент, опыт, исследование)

Тогда кто может сказать, что мы еще не сделали, чем мы сегодня займемся на уроке (будем проводить эксперимент, решать задачи).

Правильно, мы будем решать задачу, но не простую, а экспериментальную.

Записываем тему сегодняшнего урока «Решения экспериментальных задач».

Цель нашего урока: систематизировать полученные знания с помощью эксперимента решить экспериментальную задачу.

III. Актуализация знаний и умений учащихся.

Но прежде чем перейти к выполнению задачи, мы должны вспомнить некоторые основные вопросы по данной теме:

1.Что изучает динамика? (Динамика изучает причину изменения скорости и ускорения). (Видеофрагмент).

2.Что такое работа и чему она равна? (Работа это физическая величина равная изменению кинетической энергии в результате действия на него силы. A=Ек. Работа это физическая величина равная произведению силы к приложенному телу пути А=F•S).(Видеофрагмент).

3. В каком случае работа является положительной? (Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу. А > 0.). (Видеофрагмент)

4. В каком случае работа является отрицательной? (Если направление движения тела противоположно направлению действия силы, то данная сила совершает отрицательную работу. А < 0.) (Видеофрагмент)

5. В каком случае работа является равна нулю?(Если на тело не действуют силы (тело движется по инерции), а также, если направление движения перпендикулярно направлению действия силы, то эта сила работы не совершает, А = 0. (Видеофрагмент).

6. Работа равна изменению кинетической энергии, тогда что такое кинетическая энергия и чему она равна? (это энергия движения E_к=mv²/2) (Видеофрагмент).

7. Какие силы вы видите на рисунках? (Видеофрагмент. Можно открыть на доске опорный конспект «Силы»).

8. Какие силы действуют на тележку и как они направлены (Fт, F_тр, N, F).(Рисунок на доске. Учащиеся подходят и рисуют силы).

9. Раз это наклонная плоскость то у неё есть угол наклона, чему он равен?(h/L=sinα, s/L =cosα).(Видеофрагмент с пояснением).

                IV.                   Выполнение эксперимента.

Укрепить наклонную плоскость под углом к горизонтальной плоскости. Отметить 8 см и 45 см. Нажатием кнопки «Сброс» установить показания секундомера на нуль. Поставить тележку на наклонную плоскость и отпустить. С помощью секундомера определяем время движения (нужно выставлять небольшой угол, для более точного определения времени) . По измеренным значениям времени t и значениям пройденного пути S измерить ускорение а=2S/t².

Сравнить с ускорением по второму закону Ньютона. a=F/m.

V. Решение задачи.

Задача.

Тело массой m скользит по наклонной плоскости высотой h и длиной склона L за время t, а затем по горизонтальной поверхности путь S.

Найти: а)коэффициент трения; б) угол наклона плоскости; в)потенциальную энергию в верхней точке; кинетическую энергию у основания плоскости; г) работу силы трения; д) работу силы трения в конце пути; е) кпд.(Решение задачи происходит на доске учащимися. Учитель может «подталкивать» ход решения и делать пояснения).

Дано

m, L, S, t

a) µ-? б) α-?

в) Е_п-? Е_к-? г) А_тр-?

д) А_тр2-? е) ƞ-?

1.Ученик. а)коэффициент трения-?

OX: mg•sinα-F_тр=ma

OY: -mgcosα+N=0 ꞊> N=mgcosα , тогда F_тр=µN=µmgcosα

ma=mgsinα-µmgcosα

a=gsinα - µgcosα

а=2L/t², µ= (gsinα-a)/g cosα

2.Ученик. б) угол наклона плоскости

sinα=h/L, cosα=s/L

3 Ученик. в)потенциальную энергию в верхней точке; кинетическую энергию; работу силы трения;

Е_п=mgh, Е_к=mv²/2

A = mgh − mv²/2, (1).

Длина плоскости L = at²/2, отсюда L= vt/2, т.е.

v= 2l/t. (2)

Подставляя значения скорости из формулы (2) в формулу (1), окончательно получим:

A = m(gh – 2L²/t²).

VI. Физкультминутка.

В конце пути уже тележка движется по инерции.

Что такое инерция? (Сохранение телом своей скорости.)

Давайте представим, что мы – пассажиры автобуса. Покажем, как будет меняться положение вашего тела при его движении.

1)Автобус тронулся с места. ( Ученики отклонились назад)

2)Автобус повернул налево. (Ученики отклонились вправо)

3)Автобус повернул направо. (Ученики отклонились влево)

4) Автобус затормозил. ( Ученики отклонились вперед)

4.Ученик. е) работу силы трения в конце пути.

А_тр2=F_трS= µmgS

5. Ученик. д) кпд;

Ƞ= (Aп/Aз)100%.

V. Подведение итога урока.

VI. Домашнее задание.

Открываем дневники и записываем домашнее задание:

Повторить: § 15-17. стр 71 (Домашнее задание проецируется на доске)

X.            Рефлексия.

Мне всё понятно – поднимите руки кому все понятно.

Мне понятно, но не всё – поднимите руки, у кого остались вопросы.

Мне непонятно ничего – поднимите руки, кто ничего не понял.

(Заносим 3 числа в электронную таблицу и выводим на экран диаграмму «Рефлексия»)

Спасибо, урок окончен!  Все  свободны.

Дополнительный материал.

Получение стандартного уравнения движения тел по наклонной плоскости

 => 

Векторная сумма этих трех сил будет равна произведению массы на ускорение. Координатная ось  будет направлена в сторону ускорения вдоль наклонной плоскости – вниз, ось  будет перпендикулярна оси х, соответственно, она совпадает по направлению с силой реакции опоры.

Тогда в проекциях на ось  мы имеем: составляющая  противолежащая углу , как мы помним, углы со взаимно перпендикулярными сторонами равны,  – вертикальная линия, основание плоскости – горизонтальная линия. Линия проецирования перпендикулярна поверхности плоскости, поэтому эти два угла будут равны. Сила трения проецируется со знаком «минус», а сила реакции опоры проекции не имеет.

По оси  проецируются две силы:  проецируется через  со знаком «минус», так как проекция направлена против оси , и сила реакции опоры.

Находим силу трения через произведение коэффициента трения и силы реакции опоры, которую находим из второго уравнения.

Подставляя это выражение силы трения в уравнение по оси , получаем стандартное уравнение движения тела по наклонной плоскости.

Задание: Определить количество теплоты, выделяющееся при скольжении тела по наклонной плоскости без начальной скорости.

  Оборудование: наклонная плоскость, тело известной массы, линейка, секундомер.

 Решение.

  Количество теплоты, выделяющееся при соскальзывании тела с наклонной плоскости, будет равно

Q = −ΔE,

 где ΔE − изменение механической энергии тела

ΔE = E₂ − E₁; E₂ = Ek₂ (Ep₂ = 0), а E₁ = Ep₁ (Ek₁ = 0).

 Таким образом,

Q = mgh − mv²/2, (1)

 где h − высота наклонной плоскости (измеряется линейкой), скорость тела у основания наклонной плоскости v = at.

  Длина плоскости l = at²/2, отсюда l = vt/2, т.е.

v= 2l/t. (2)

  Длину l наклонной плоскости измеряем линейкой, а время движения тела по ней − секундомером. Подставляя значения скорости из формулы (2) в формулу (1), окончательно получим:

Q = m(gh − 2l²/t²).

Закончи любую фразу:

сегодня я узнал…

было интересно…

 было трудно…

я понял, что…

теперь я могу…

я приобрел…

 я научился…

у меня получилось …

я смог…

я попробую…

меня удивило…

Экспериментальная задача № 1

Определить угол наклона плоскости с помощью динамометра и деревянного бруска.

Подсказка: сравнить силы, необходимые для перемещения бруска вверх и вниз по наклонной плоскости.

Брусок будем двигать равномерно, тогда 2 закон Ньютона для этих случаев имеет следующий вид:

+ _тр. + + _вниз = 0 + _тр. + + _вверх = 0

mg sin α – F_тр. + F_вниз = 0 mg sin α + F_тр. + F_вверх = 0

F_вниз = F_тр. - mg sin α F_вверх = F_тр. + mg sin α

F_вниз < F_вверх

F_{вверх _}- F_вниз = F_тр. + mg sin α - F_тр. + mg sin α

F_вверх - F_вниз = 2 mg sin α

sin α=

F_вверх, F_вниз, mg находятся с помощью динамометра, а по таблице затем определяем значение угла.

Экспериментальная задача № 2

Определить коэффициент трения дерева о дерево с помощью деревянной доски и бруска из того же материала и линейки.

Подсказка: Брусок не будет скользить по наклонной плоскости, пока наклон её не очень велик.

Положим брусок на доску, будем приподнимать один её конец до тех пор, пока брусок не придёт в движение. При равномерном движении

+ _тр. + + = 0

ox: mg sin α = F_тр.

oy: mg cos α = N_.

tg α =

F_{тр. =} μN, где N – сила нормального давления;

N (в знаменателе) – реакция опоры, которые по модулю равны.

tg α =

tg α = μ, но tg α =

μ=

h и l измеряем с помощью линейки.

Экспериментальная задача № 3

Определить массу некоторого тела с помощью штатива, пружины, линейки и гири известной массы.

Подсказка: Воспользуйтесь законом Гука.

При не очень больших нагрузках по закону Гука удлинение пружины прямо пропорционально приложенной силе.

F = kx

mg = kx₁ m_xg = kx₂

m_x=m

x₁ и x₂ можно измерить с помощью линейки.

Экспериментальная задача № 4

Положим резинку на край стола. Щелчком приведем ее в движение в горизонтальном направлении и заметим место, в котором резинка достигает пола. Измерим высоту стола и расстояние до точки падения резинки на полу. Так как горизонтальная составляющая скорости во время движения не изменилась, поэтому находим ее по формуле  .

Зная высоту падения, из формулы  находим время t= .

Следовательно, начальная скорость равна 

Экспериментальная задача № 5

Вычислите свою толчковую скорость при прыжке вверх. Сравните полученные значения со своей скоростью при ходьбе и при беге.

Решение:

Подпрыгнув вверх, оцениваем высоту прыжка H=35см.

По закону сохранения и превращения механической энергии, подсчитываем свою толчковую скорость:

Находим скорость: ≈ 2,6 м/с.

Средняя скорость идущего человека = 5км/ч или 1, 39м/с.

Значит, отталкиваемся мы от Земли со скоростью примерно в 2 раза больше, чем идем.