Урок «Измерение коэффициента трения скольжения различных веществ о дерево с помощью компьютерной модели»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 62 города Тюмени

 

Интегрированный урок физики и информатики
в 10 классе

"Измерение коэффициента трения скольжения различных веществ
о дерево с помощью компьютерной модели"

Разработали:

Субботина И.И.учитель информатики и ИКТ

Семенова С.П. учитель физики.

Тюмень

2018

Цели урока:

обучающая: повторить и закрепить понятия «модель», «моделирование», «компьютерное моделирование», работу в электронных таблицах Excel: создание таблицы и построение графиков из курса информатики и ИКТ; «сила трения покоя», «сила трения скольжения», «коэффициент трения» из курса физики;

развивающая: познакомить ребят с новым экспериментальным способом определения коэффициента трения скольжения с использованием математической компьютерной модели;

воспитательная: вовлекать учащихся в активную творческую деятельность, воспитывать культуру общения на уроке и при изложении собственных мыслей.

На компьютерных столах перед учениками: листочки с планом выполнения лабораторной работы, рисунком и расчётной таблицей.

На демонстрационном столе: деревянная линейка, деревянный брусок, набор грузиков, динамометр, штатив.

На интерактивной доске: название работы, чертёж, таблица для расчёта.

Оборудование и программное обеспечение: На уроке используется мультимедийная

презентация «Измерение коэффициента трения скольжения с помощью компьютерной модели» и лабораторная работа «Соскальзывание по наклонной плоскости» из «Лаборатории». Поэтому для его проведения необходим проектор, интерактивная доска и персональные компьютеры для учителя и учеников. Программное обеспечение не требует установки. Достаточно поместить саму работу и программу для её просмотра «Живая физика» на компьютер. Модель лучше открывать уже в программе (Файл → Открыть…)

Ход урока:

1. Организационный момент.

(слайд 1) Здравствуйте, ребята! Нам очень приятно видеть вас готовыми к уроку. Мы рассчитываем на нашу совместную плодотворную работу. Сегодня у нас необычный урок, у нас на уроке присутствуют гости, поприветствуем их. И еще у нас с вами интегрированный урока физики и информатики. Мы с вами попробуем применить знания, полученные по теме «Моделирование» на уроках информатики и ИКТ для исследования одной из важнейших сил в природе - силы трения. При выполнении лабораторной работы вы самостоятельно на опыте определите коэффициент трения скольжения различными способами: 1.мы с вами проведем эксперимент самостоятельно с помощью лабораторных инструментов и 2. эксперимент будет проводить компьютер с помощью компьютерной модели, полученные результаты зафиксируем в таблице и сравним с табличными значениями. Затем построим графики функции на основе полученных результатов. И сделаем выводы.

(слайд 2) Итак, цели нашего сегодняшнего урока, повторить основные понятия раздела «Моделирование» по информатике и выполнить практическую работу в электронных таблицах Excel, а также, вспомнить определение, виды и свойства силы трения по физике и выполнить реальную и виртуальную лабораторную работу. Все готовы? Тогда начинаем!

Прежде, чем приступим к работе, нужно повторить технику безопасности (слайд 3)

(слайд 4)

1. Повторение ранее пройденного материала и подготовка к основному этапу урока.

Отвечаем устно на вопросы: (Слайд 5)

Что такое модель?

Какие виды моделей вам известны?

Какие виды компьютерных моделей вы можете перечислить?

Что общего и в чём различие понятий «математическая модель» и «компьютерная математическая модель»?

Как вы думаете, в каких случаях компьютерный эксперимент предпочитают лабораторному?

(После ответа на этот вопрос ребята сами должны прийти к выводу, что лабораторный эксперимент не всегда позволяет получить точный результат).

При выполнении работы нам необходимо будет измерить угол наклона плоскости с как можно более высокой точностью, и на опыте сделать это довольно сложно. Но прежде, чем приступить к работе, повторим: (Слайд 6)

Что такое сила трения?

Какие виды силы трения вы знаете? Дайте определение каждой.

В чём заключается причина силы трения, какова её природа ?

От чего зависит величина силы трения?

Зависит ли она от формы и площади соприкасающихся поверхностей?

По какой формуле рассчитывается модуль силы трения скольжения?

Что такое коэффициент трения? От чего он зависит?

Сравните силу трения скольжения с силой трения качения и силой жидкостного трения.

Молодцы! Вы хорошо поняли эту тему, поэтому можно смело переходить к выполнению наших лабораторных работ.

1. Подготовка к выполнению работы.

Метод, которым мы сегодня воспользуемся для определения коэффициента трения, не описан в ваших учебниках, поэтому я заготовила специальные бланки с описанием работы и готовой расчётной таблицей. Они перед вами. Поставьте свою фамилию в правом верхнем углу. Отложите на время листочки и ручки и обратите внимание на демонстрационный стол.

(На столе горизонтально расположена деревянная линейка, на ней покоится брусок с тремя грузами )

Ребята, ответьте мне, пожалуйста, на несколько вопросов:

Какие силы в данный момент действуют на брусок?

Если я начну приподнимать один край линейки, что в этом случае произойдёт? Почему?

Брусок сразу же начнет скольжение?

Какая сила будет его удерживать до этого момента?

(Слайд 7)

Указания к работе:

1. Взвесьте 1 грузик. Результаты запишите в таблицу

2. Затем повторить опыт, подвешивая два и три груза.

(слайд 8)

1. Положить деревянный брусок на горизонтально расположенный трибометр.

2. Потянуть динамометром брусок с одним грузом, по возможности равномерно и снять показания динамометра. Это будет сила тяги ( равная силе трения). (слайд 9)

3. Затем повторить опыт, нагрузив брусок, двумя и тремя грузами. (слайд 10)

Определить вес бруска с одним грузом, он будет равен силе нормального давления. (слайд 11)

Вычислить значение коэффициента трения для каждого опыта по формуле: при помощи стандартного калькулятора на ноутбуке

 

Данные занести в таблицу в вашей раздатке.

 

(слайд 12)

Для полученных значений, построить график зависимости силы трения от веса тела.

Затем на графике взять любую точку и для нее вычислить среднее значение коэффициента трения

 

Определить максимальную погрешность Δμ (т.е. для первого опыта) по формуле

Погрешность измерения веса тела и силы трения равны, ΔР = ΔF=0,05 Н.

Значение μ определить из первого опыта.

Запишем окончательный результат в виде:

Сравнить табличное значение коэффициента трения дерева по дереву μ = 0,5 с полученным результатом и сделать соответствующий вывод.

 

Физкультминутка. (Следим глазами за шариком)

(слайд 13)

Часть 2: постепенно поднимаю край линейки, брусок с грузами вначале покоится, а затем начинает скольжение.

Значит, при каком-то предельном значении угла наклона проекция силы тяжести станет больше силы трения, и тело придёт в движение. Рассмотрим на чертёже ситуацию, когда угол наклона предельный, т.е. тело ещё в покое, но перед самым началом движения. В этом случае сила трения покоя будет максимальной, а значит, практически равна силе трения скольжения. Расставим все силы, действующие на тело, и найдём их проекции. (Слайд 5)

Отсюда имеем : А по определению . Подставляя вместо Fтр и N их выражения, получим формулу для расчёта коэффициента трения μ:

Таким образом, зная предельный угол, можно рассчитать значение коэффициента трения.

1. Выполнение лабораторной работы.

Закончите чертёж, приведенный на бланках, и перепишите с доски вывод расчётной формулы.

А теперь открываем компьютерную математическую модель «Соскальзывание по наклонной плоскости» (Слайд 14) Для проведения эксперимента предлагаются 4 тела, изготовленные из различных веществ одинаковой массы. Вы должны поворачивать наклонную плоскость, увеличивая угол α. Ваша задача зафиксировать его предельное значение, после которого тело начнёт скользить. Угол можно увеличивать «грубо» и «точно». Поэтому, добивайтесь такого положения наклонной плоскости, при котором брусок будет соскальзывать равномерно. Параллельно измерениям заполняем таблицу (слайд 15) на раздаточной карточке и в Excel.

(Выполняют работу, поочерёдно определяя значение угла для всех четырёх тел)

С помощью стандартной программы «Калькулятор» находим значения тангенсов всех углов, это и будут искомые коэффициенты трения.

(Ребята считают, заполняют таблицу 2, столбик 6)

Теперь приступим к выполнению реальной лабораторной работы

(слайд 16) рисунок

(слайд 17) и результаты запишем в таблицу

(Ребята считают, заполняют таблицу 2 столбик 7)

По итогам таблицы (5, 6, 7 столбики) строят диаграммы и делают выводы

Прежде, чем построить диаграммы. нам нужно посчитать среднее значение табличных данных заполнить 6 столбик нашей таблицы в Excel, для этого что нужно сделать? внести в ячейку формулу. С чего начинается любая формула? со знака равно. После того, как формулу внесли, что нужно сделать? протянуть за мышку и формула скопируется автоматически.

Анализ результатов выполненной работы

Давайте сравним полученные в работе значения с табличными (совпадают). Для какой пары веществ коэффициент трения наименьший? (Для дерева и льда) Приведите примеры из жизни, где мы это используем (лыжи, сани легко едут по снегу и льду).

А когда этот коэффициент самый большой? (для резины) Приведите примеры, подтверждающие это.

(слайд 19)

Какой из способов по определению коэффициента трения дает наиболее точный результат?

А какими недостатками обладают эти способы?

Дополняют ли эти способы друг друга?

Подведение итогов урока.

Как замечательно мы сегодня поработали! Давайте поведём итоги

Рефлексия. Ответим письменно на несколько вопросов (слайд 20):

1. Достигли ли мы поставленных целей урока?

2. Как вы оцените свою работу в паре по пятибалльной шкале?

3. Довольны ли вы такой организацией урока?

4.Удовлетворены ли вы итогами работы?

Сдаём листочки с выполненной работой мне на проверку. На следующем уроке узнаете свой результат работы.

1. Объяснение домашнего задания. (Слайд 21)

Дома вам предстоит решить задачи №267, 268, 291 (задачник Рымкевича А.П.).

1. Заключение.

Спасибо, ребята, за работу! Урок окончен, до свидания!