Аттестационная работа. Методическая разработка учебного исследования Исследование падения различных тел в воздухе
- Главная
- Физика
- Аттестационная работа. Методическая разработка учебного исследования Исследование падения различных тел в воздухе
Содержание
- 2. Краткая характеристика СОШ: Средняя общеобразовательная школа №22 г.Калуги. Школа развивается и создает систему учебно-исследовательской деятельности, включающую
- 3. Формы занятий курса: групповая работа с проблемным изложением нового материала, самостоятельная исследовательская работа (наблюдения, практикум) в
- 4. План проведения исследования: 1. Наблюдение явления: падение тела, получение графика зависимости координаты от времени и его
- 5. 1. Наблюдение явления Визуальное наблюдение падения тела в воздухе с небольшой высоты необходимо сопровождать вопросами о
- 6. Таблицу можно экспортировать в программу Excel и проводить ее дальнейшую обработку. График можно обрабатывать и в
- 7. 2. Построение графика скорости и формулировка проблемы. Учащиеся приходят к выводу, что надо определить, как меняется
- 8. 3.Гипотеза Для решения проблемы учащимся необходимо построить модель явления с использованием необходимых законов и формул. Силы,
- 9. 4. Следствия гипотезы Далее учащимся необходимо сформулировать следствия, которые могут быть проверены экспериментально. Так как скорость
- 10. Возможное решение задачи для средней части движения: Для изучения зависимости силы от скорости и от квадрата
- 11. Учащимися было получено, что в 86% опытов коэффициент корреляции тренда квадратичной зависимости оказался выше. На рисунках
- 12. Возможное решение второй задачи – при предельной скорости падения: Путем беседы приводим учащихся к выводу, что
- 13. Но расстояние 2,5 м в опыте не позволяет достичь такой скорости, поэтому необходимо либо увеличить расстояние,
- 14. Возможное решение задачи для начала движения: Если взять начальные точки движения и построить графики зависимости Fсопр
- 15. Определение погрешностей измерения При проведении эксперимента учащиеся должны понять, что любая физическая величина измеряется с погрешностью.
- 17. Скачать презентацию
Краткая характеристика СОШ: Средняя общеобразовательная школа №22 г.Калуги. Школа развивается и
Жанр работы: методическая разработка учебного исследования «Исследование падения различных тел в воздухе», предлагаемого учащимся 9-11 классов в рамках элективного курса «Экспериментальная физика»;
Формы занятий курса: групповая работа с проблемным изложением нового материала, самостоятельная
Цель и задачи работы: формирование исследовательских умений
- умение видеть проблемы;
- умение ставить вопросы;
- умение выдвигать гипотезы;
- умение наблюдать;
- умения и навыки проведения экспериментов;
- умение делать выводы и умозаключения;
План проведения исследования:
1. Наблюдение явления: падение тела, получение графика зависимости координаты
План проведения исследования:
1. Наблюдение явления: падение тела, получение графика зависимости координаты
2. Построение графика скорости и формулировка проблемы: почему скорость и ускорение падающего тела меняется? Как это происходит?
3. Гипотеза: изменяющаяся сила сопротивления воздуха является причиной изменения ускорения.
4. Следствия из гипотезы, которые можно проверить экспериментально: сила сопротивления зависит от скорости (как?).
5. Эксперимент и интерпретация, объяснение его результатов с учетом погрешностей измерения.
Рассмотрим эти этапы более подробно с использованием реальных экспериментов и результатов.
1. Наблюдение явления
Визуальное наблюдение падения тела в воздухе с небольшой высоты
1. Наблюдение явления
Визуальное наблюдение падения тела в воздухе с небольшой высоты
Для этого используется соответствующая
установка ЦЛ «Архимед», включающая датчик
расстояния на высоте около 2,5 метров,
АЦП Trilink, программу MultiLab, которая
строит график зависимости координаты тела
от времени. Программа MultiLab позволяет
получать данные в табличном и графическом
виде.
Таблицу можно экспортировать в программу Excel и проводить ее дальнейшую обработку.
Таблицу можно экспортировать в программу Excel и проводить ее дальнейшую обработку.
Затем тела отпускают с высоты около 2 метров под датчиком расстояния. Наблюдают падение в воздухе тел разных размеров, массы, с разной
высоты.
Полученные графики зависимости
координаты от времени должны
привести учащихся к выводу, что
падение тела не является равномерным
(так как это не прямая линия). Возникает
вопрос, а является ли оно
равноускоренным, как об этом пишут в
учебниках? Чтобы это определить,
необходим следующий этап.
2. Построение графика скорости и формулировка проблемы.
Учащиеся приходят к выводу, что
2. Построение графика скорости и формулировка проблемы.
Учащиеся приходят к выводу, что
3.Гипотеза
Для решения проблемы учащимся необходимо построить модель явления с использованием необходимых
3.Гипотеза
Для решения проблемы учащимся необходимо построить модель явления с использованием необходимых
Силы, действующие на тело при падении: сила тяжести Fтяж, сила Архимеда Fарх и сила сопротивления воздуха Fсопр. ma = Fтяж - Fарх - Fсопр.
Для определения силы тяжести используем взвешивание тела. При взвешивании тела в воздухе сила реакции опоры N = Fтяж – Fарх . Вес тела P = N. Тогда P = Fтяж – Fарх. P - Fсопр = ma. Ускорение a меняется, значит должна меняться Fсопр.
Формулируем гипотезу: причиной изменения ускорения является переменная Fсопр. При уменьшении ускорения тела сила сопротивления увеличивается. Когда движение становится равномерным (ускорение равно нулю), сила сопротивления численно становится равной весу тела при взвешивании, Fсопр = P.
4. Следствия гипотезы
Далее учащимся необходимо сформулировать следствия, которые могут быть проверены
4. Следствия гипотезы
Далее учащимся необходимо сформулировать следствия, которые могут быть проверены
Чтобы определить зависимость силы от скорости, необходимо сначала определить силу сопротивления Fсопр = P – ma.
Для определения вида зависимости силы сопротивления от скорости необходимо определить эту зависимость для трех случаев: для средней части движения, для предельной скорости падения и для начала движения. Необходимо, чтобы учащиеся сами пришли к необходимости рассмотрения этих трех случаев. Тогда это будет результатом предвидения на основе полученных результатов.
Лучше начинать с решения первой задачи – для средней части движения.
Возможное решение задачи для средней части движения:
Для изучения зависимости силы
Возможное решение задачи для средней части движения:
Для изучения зависимости силы
Для большей достоверности можно использовать еще один способ. Находим отношения сил в разные моменты времени. Так как среда одна и тела одни и те же, то коэффициенты сопротивления воздуха сокращаются. Подставив полученные из эксперимента данные, мы узнаем, какое из отношений – скоростей или квадратов скоростей – ближе к отношению сил и отсюда выясним, какая зависимость более точно описывает движение тела. Данный способ позволяет не вычислять коэффициент сопротивления воздуха.
Два способа дополняют друг друга и повышают достоверность результата.
Учащимися было получено, что в 86% опытов коэффициент корреляции тренда квадратичной
Учащимися было получено, что в 86% опытов коэффициент корреляции тренда квадратичной
Также было получено, что в 96% случаев отношения квадратов скоростей оказались ближе по значению к отношению сил, чем отношения скоростей.
Учащиеся делают вывод, что более вероятна зависимость Fсопр=kv2.
Учащиеся должны понимать, что полученные результаты верны только в определенных границах. В данной работе это тела весом до 0,55 Н, расстояния до 2,5 м, скорости от 1,5 м/с до 4,5 м/с. Но очень важно научить ребят «заглянуть» за границы опыта, представить, что же будет за ними. Для этого и предназначены вторая и третья задачи.
Возможное решение второй задачи – при предельной скорости падения:
Путем беседы
Возможное решение второй задачи – при предельной скорости падения:
Путем беседы
Учащимся необходимо понять, что с ростом скорости увеличивается сила сопротивления до тех пор, пока не станет равной весу тела. При этом скорость достигнет предельной величины и станет постоянной.
Но расстояние 2,5 м в опыте не позволяет достичь такой скорости,
Но расстояние 2,5 м в опыте не позволяет достичь такой скорости,
Для этого можно использовать одно и то же тело (фильтр, конус), а вес менять с помощью пластилина. Величину силы сопротивления при равномерном падении тела в воздухе узнаем, просто измеряя вес тела!
Учащимися было получено, что при предельной скорости падения отношение квадратов скоростей ближе по значению к отношению сил, чем отношение скоростей в 94% случаев.
Возможное решение задачи для начала движения:
Если взять начальные точки движения
Возможное решение задачи для начала движения:
Если взять начальные точки движения
Необходимо привести учащихся к выводу, что данный метод является лишь оценочным, но он позволяет понять, что с ростом скорости изменяется сам характер причин, вызывающих силу сопротивления, отсюда и изменение характера зависимости силы сопротивления от скорости. Это хороший метод для понимания сложного строения воздушной среды и сложности законов, описывающих ее поведение.
Определение погрешностей измерения
При проведении эксперимента учащиеся должны понять, что любая физическая
Определение погрешностей измерения
При проведении эксперимента учащиеся должны понять, что любая физическая
Общие знания об оценке погрешностей учащиеся получают на соответствующих занятиях курса, а необходимые для обработки формулы выбирают в процессе анализа конкретной экспериментальной задачи.
Координату тела, скорость и ускорение учащиеся определяют по графику – это единичное измерение величины, поэтому используется приборная относительная погрешность, которая составляет 1%.
Вес тела определяется с помощью датчика силы. Так как производится многократное измерение величины силы, то вступают в силу статистические закономерности. Поэтому определение погрешности веса служит для обучения методам вычисления случайной погрешности. В нашем случае εp = 2%.
Определение погрешности силы сопротивления позволяет научить учащихся методам вычисления погрешности косвенного измерения. В наших условиях εF = 3%.