Конспект интегрированного урока физики и информатики в 10 классе "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 2 Цели урока: 1. 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; 2. развивающая: познакомить ребят с новым экспериментальным способом определения  коэффициента трения скольжения с использованием математической компьютерной модели; 3. 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  Ход урока: →  Открыть… )  I. 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.  3 (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) II. Повторение ранее пройденного материала и подготовка к основному этапу  урока. Отвечаем устно на вопросы: (Слайд 5) 1) Что такое модель?  2) Какие виды моделей вам известны? 3) Какие виды компьютерных моделей вы можете перечислить? 4) Что общего и в чём различие понятий «математическая модель» и «компьютерная  математическая модель»? 5) 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) 6) Что такое сила трения? 7) Какие виды силы трения вы знаете? Дайте определение каждой.  8) В чём заключается причина силы трения, какова её природа ? 9) От чего зависит величина силы трения? 10) Зависит ли она от формы и площади соприкасающихся поверхностей? 11) По какой формуле рассчитывается модуль силы трения скольжения? 12) Что такое коэффициент трения? От чего он зависит? 13) 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.   III. Подготовка к выполнению работы. 4 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: 1. Какие силы в данный момент действуют на брусок? 2. Если я начну приподнимать один край линейки, что в этом случае  произойдёт? Почему? 3. Брусок сразу же начнет скольжение? 4. 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) 5 Определить вес бруска с одним грузом, он будет равен силе нормального  давления. (слайд 11) 4. Вычислить значение коэффициента трения для каждого опыта по формуле:            Fтр Р при помощи стандартного калькулятора  на ноутбуке 5. Данные занести в таблицу в вашей раздатке. Вес тела Р, Н Сила трения, Fтр, Н Коэффициент трения ,μ С одним грузом С двумя  грузами С тремя  грузами (слайд 12) 6. Для полученных значений, построить график зависимости силы трения от веса  тела. 7. Затем на графике взять любую точку и для нее вычислить среднее значение    коэффициента трения 0 Fтр Р 0     ср  F   P F P  8. 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. 9. Запишем окончательный результат в виде:   10. Сравнить табличное значение коэффициента трения дерева по дереву μ = 0,5 с    ср  полученным результатом и сделать соответствующий вывод. 6 Физкультминутка. (Следим  глазами за шариком) (слайд 13) Часть 2:  постепенно поднимаю край линейки, брусок с грузами вначале покоится, а  затем начинает скольжение. Значит, при каком­то 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) Fтр N mg Так как тело находится в покое, то векторная  сумма действующих на него сил равна 0:   тр  FgmN    ;  0 в проекциях на оси OX и OY это уравнение  имеет вид:                         :OX :OY mg N sinα   тр  0 F    cosα    mg 0 . Подставляя вместо Fтр и  Отсюда имеем :     Fтр  N sinα  mg cosα  mg    А по определению  Fтр  Nμ N их выражения, получим формулу для расчёта коэффициента трения μ: μmgcosα Таким образом, зная предельный угол, можно рассчитать значение коэффициента трения. mgsinα  sinα cosα  tgα  μ μ  Выполнение лабораторной работы. IV. 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) 7 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. V. 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) 1. Какой из способов по определению коэффициента трения дает наиболее точный результат? 2. А какими недостатками обладают эти способы?  3. Дополняют ли эти способы друг друга? VI. 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. VII. Объяснение домашнего задания. (Слайд 21) 8 Дома вам предстоит решить задачи  №267, 268, 291 (задачник Рымкевича А.П.). VIII. Заключение. Спасибо, ребята, за работу! Урок окончен, до свидания! 9