Урок практикум

9 класс

Тема: Измерение ускорения свободного падения тел.

Цель урока: - создать условия для доказательства, что движение свободно падающего тела является равноускоренным движением;

- научить школьников применять современное программное обеспечение в школьном эксперименте.

Задачи урока.

Образовательные: определение ускорения свободного падения при компьютерном моделировании и реальном эксперименте.

Развивающие: развитие логического мышления и расширение кругозора; развитие навыков практической работы в группах при использовании критериального оценивания.

Воспитательные: развитие познавательного интереса к изучению физических явлений и воспитание информационной культуры.

План урока.

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

- Сообщение темы, целей и задач урока.

- Вопросы для повторения.

- Повторение правил по технике безопасности.

3. Выполнение практической работы учащимися «Измерение ускорения свободного падения»

4. Подведение итогов работы.

7. Подведение итогов урока.

Ход урока.

О, сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух!

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель.

А.С. Пушкин

1. Организационный момент (на доске записывается тема урока, эпиграф).

2. Актуализация знаний. (просмотр видео)

Учитель. - Уважаемые коллеги! Нет, я не оговорилась. Сегодня на уроке вы не учащиеся 9 класса, а мои коллеги - физики-экспериментаторы, исследователи свободного падения тел. Эпиграфом к уроку мы взяли слова А.С. Пушкина. Он неслучаен. Вам известно, что ученые – физики все теоретические гипотезы проверяют путем проведения многочисленных опытов. Наблюдая, сравнивая, анализируя, они либо подтверждают, либо опровергают выдвинутую гипотезу. Сегодня вы выступаете в роли физиков – экспериментаторов. Одним из наиболее распространенных видов движения с постоянным ускорением является свободное падение тел. Однако прежде вы должны подтвердить свою теоретическую подготовку. Ответим на следующие вопросы (проводится фронтальный опрос).

• При падении тела на Землю из состояния покоя его скорость увеличивается. Земля сообщает телам ускорение, Как направлено это ускорение?

• Как оно называется?

• Чему равно ускорение свободного падения тел на Земле?

• По какой формуле мы можем его вычислить?

Молодцы! Можно приступать к выполнению практической работы.

3. Выполнение практической работы.

Так как всегда люди пытались проверить факт разными способами, то и мы исследуем ускорение свободного падения разными методами. Разобьемся на группы, у каждой группы свое задание и свои методы исследования.

Цель: Измерить ускорение свободного падения и сделать вывод.

1 группа – работа с математическим маятником

2 группа – при определение времени падения с высоты

3 группа – с помощью наклонной плоскости

4 группа – используя закон всемирного тяготения (теоретически)

5 группа – виртуальная лаборатория

4. Учитель. Итак, исследование завершено. В любом научном институте после окончания экспериментов проводят обсуждение результатов. Начнем и мы.

(Учащиеся обсуждают результаты экспериментов, защита практических от групп с определением индивидуального вклада )

Практические работы оцениваются учителем по данным критериям.

Дескрипторы оценивания лабораторной работы

«Определение ускорения свободного падения»

Разделы лабораторной работы

Оцениваемый элемент

Балл за выполнение

Оцениваемый критерий

1

Цель работы (гипотеза)

Записана цель работы

1

А

Сформулирована гипотеза

1

D

2

Приборы и материалы

Названы предложенные приборы

1

А

Определены и названы требуемые приборы

1

С

3

Теория

Записана зависимость ускорения свободного падения от массы тела

1

В

Записана зависимость ускорения свободного падения от других величин

1

С

Записан прогноз значения ускорения свободного падения

1

D

4

Ход работы

Названы основные этапы работы

1

А

Названы все этапы выполнения работы

1

В

Рационально определен порядок выполнения работы

1

С

5

Измерения

Определена цена деления прибора

1

А

Правильно проведены измерения

1

В

Рационально выбраны единицы измерения

1

С

6

Таблица

Результаты измерений внесены в таблицу

1

А

Правильно оформлены заголовки таблицы

1

В

Результаты измерений записаны в логической последовательности с учетом погрешности

1

D

7

Расчет погрешности

Проведен расчет погрешности

1

В

8

Вывод

Записан вывод

1

С

Вывод совпадает с результатами измерений

1

D

19

Распределение баллов по критериям: 0-6 - «2», 7 – 13- «3», 14 – 16 - «4», 17 –19 - «5»

№

Оцениваемый раздел работы

Критерии

Баллы

А

B

C

D

1

Цель работы (гипотеза)

1

1

2

2

Приборы и материалы

1

1

2

3

Теория

1

1

1

3

4

Ход работы

1

1

1

3

5

Измерения

1

1

1

3

6

Таблица

1

1

1

3

7

Расчет погрешности

1

1

10

Вывод

1

1

2

5

6

4

4

19

Отчет работы групп.
Давайте выработаем вместе с вами критерии оценивания и защиты группового конспекта:

Критерии  оценивания выступления от группы.

1. Регламент

2. Информативность (Объем и полнота)

3. Уровень творчества (оригинальность разработок, законченность).

4. Доступность изложения (логика изложения)

5. Компетентность докладчика (ответы на вопросы: полнота, аргументированность, убедительность.)

Самооценка и оценка в группе:

Коэффициент индивидуального участия ученика в группе.(%)

Вывод: ускорение свободного падения во всех случаях одинаковое, т.е. движение равноускоренное и не зависит от массы тела.

Вывод урока. И так, мы экспериментально доказали, что все тела независимо от их массы падают с одинаковым ускорением равным 9, 8 м /с ².

5. Рефлексия

Использовать литературно-художественный материал - притчу. Шёл мудрец, а навстречу ему три человека, которые везли под горячим солнцем тележки с камнями для строительства. Мудрец остановился и задал каждому по вопросу. У первого спросил: «Что ты делал целый день?» И тот с ухмылкой ответил, что целый день возил проклятые камни. У второго мудрец спросил: «А что ты делал целый день?», и тот ответил: «А я добросовестно выполнял свою работу». А третий улыбнулся, его лицо засветилось радостью и удовольствием: «А я принимал участие в строительстве храма!»

- Ребята! Давайте мы попробуем с вами оценить каждый свою работу за урок.

- Кто работал так, как первый человек?

(Поднимают синие кружочки.)

- Кто работал добросовестно?

(Поднимают зелёные кружочки.)

- Кто принимал участие в строительстве храма?

(Поднимают красные кружочки.)

Задания группам

1 группа «Измерение ускорения свободного падения с помощью математического маятника».

Цель: Измерить ускорение свободного падения и сделать вывод.

1. Опыт связан с изучением колебаний математического маятника. На груз, подвешенный на веревке, действуют сила тяжести и сила натяжения нити. Зная, период колебания можем вычислить силу тяжести (при условии, что колебание малое, другими словами α<5º):

   

   L/g·4π ²=T²

   g=L4π²/T²

   T=t_n/N

   Оборудование:

   шарик с отверстием, нить, штатив, измерительная лента, часы с секундной стрелкой.

   
   

2. Вычислите ускорение свободного падения. Определите отклонение полученного вами значения от действительного значения g = 9, 8 м\с² ( т.е. найдите разность между ними). Вычислите, какую часть в процентах составляет эта разность от действительного значения g. Это отношение называется относительной погрешностью. Чем она меньше, тем выше точность измерений.

3. «Измерение ускорения свободного падения с помощью математического маятника».

   №

   Длина нити

   l, м

   Количество колебаний, N

   Время колебания маятника

   t, с

   среднее значение времени колебания маятника

   t _ср, с

   среднее значение периода колебаний маятника

   Т _ср, с

   Ускорение свободного падения,

   g, м/с²

   1.

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   2.

   
   

   3.

   
   

   4.

   
   

4. g _ср=4π ² l /T_ср²

5. ε_g=|g-g_т|/g_т*100%

2 группа

Цель: Измерить ускорение свободного падения и сделать вывод.

Зная путь s и промежуток времени t, за который этот путь был пройден, можно рассчитать ускорение свобод­ного падения g по формуле:

Указания к работе

1. Перечертите в тетрадь данную ниже таблицу 1

№ п/п

Время движения t, с

Путь s, м

Ускорение свободного падения

g = 2s/t², м/с²

1

2

3

2. Сделайте необходимые измерения и вычисления. Результаты занесите в таблицу 1.

3.Повторите эксперимент несколько раз. Данные занесите в таблицу

4.Определите отклонение полученного вами значения g от действительного значения, равного 9,8 м/с (т. е. найдите разность между ними). Вычислите, какую часть (в процентах) составляет эта разность от действи­тельного значения g.

Сделайте вывод

3 группа «Измерение ускорения свободного падения с помощью наклонной плоскости»

Цель: Измерить ускорение свободного падения и сделать вывод.

Используя ученическую линейку, монету, часы измерить ускорение свободного падения. Движение является равноускоренным. Можно записать:

а = g (sin α- μ cos α). С другой стороны, а = 2s/t². Следовательно, справедливо равенство: g (sin α- μ cos α) = 2s/t². Отсюда g = 2s² /((h - μ l) t²).

Если пренебрегаем трением, то g = 2s² /(h t²).

Оборудование: ученическая линейка, монета (5 рублей), часы с секундной стрелкой.

Опыт «Измерение ускорения свободного падения с помощью наклонной плоскости»

№

S , м

h, м

t, с

t _{ср, С}

g _ср, м/с² (без учета трения)

g _ср, м/с²

(учет трения)

1

2

3

4

g = 2s² /(h*t²) (без учета трения)

ε_g=|g-g_т|/g_т*100%

g = 2s²/((h – μ*l)*t²) (учет трения). Коэффициент трения найден экспериментально.

ε_g=|g-g_т|/g_т*100%

4 группа Измерение ускорения свободного падения стального шарика

Цель: Измерить ускорение свободного падения и сделать вывод.

Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

Коэффициент пропорциональности G одинаков для всех тел в природе. Его называют гравитационной постоянной

G = 6,67·10^–11 Н·м²/кг² (СИ).

Многие явления в природе объясняются действием сил всемирного тяготения. Движение планет в Солнечной системе, искусственных спутников Земли, траектории полета баллистических ракет, движение тел вблизи поверхности Земли – все они находят объяснение на основе закона всемирного тяготения и законов динамики.

Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести. Так принято называть силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности. Если M – масса Земли, R_З – ее радиус, m – масса данного тела, то сила тяжести равна 

где g – ускорение свободного падения у поверхности Земли: 

Сила тяжести направлена к центру Земли. В отсутствие других сил тело свободно падает на Землю с ускорением свободного падения. Среднее значение ускорения свободного падения для различных точек поверхности Земли равно9,81 м/с². Масса Земли М: 

1. Определите отклонение полученного вами значения g от действительного значения, равного 9,8 м/с (т. е. найдите разность между ними). Вычислите, какую часть (в процентах) составляет эта разность от действи­тельного значения g.

2. Запишите ответ. Сравните полученный результат с табличным, сделайте вывод

5 группа Виртуальная лабораторная работа

Цель: Измерить ускорение свободного падения и сделать вывод.

Описание устройства и действия прибора

В приборе к грузу 1 прикре­плена длинная бумажная лента 2 с милли­метровыми делениями, покрытая сверху полоской копировальной бумаги. Лента с грузом удерживается сверху зажимом 7.

Вся система держится на желобе 5, укрепленном в штативе 6. К желобу при­креплен также вибратор 3.

Если освободить зажим, то груз ста­нет свободно падать без начальной скоро­сти, увлекая за собой бумажную ленту.

Подвижная часть 4 вибратора (кото­рый включается заранее кнопкой) ко­леблется, оставляя метки на движущей­ся мимо нее ленте через промежутки вре­мени Т = 0,02 с

При отсутствии в кабинете физики данного прибора, опыт можно осуществить с помощью следующей программы.

Ход работы:

1. Перечертите в тетрадь данную ниже таблицу 1

2. Запустите программу из файла «Программа для практической работы»

3. Нажмите кнопку «Опыт»

4. Нажмите на кнопку «эксперимент» для проведения эксперимента, кнопка «сброс» для сброса результатов эксперимента

5. Нажмите на кнопку «Начать опыт» для проведения опыта.

6. Занесите данные в таблицу

Время движения, t=nT, с

Путь s, мм

Путь s, м

Ускорение свободного падения, , м/с²

7. Вычислите ускорение свободного падения. Определите отклонение полученного вами значения от действительного значения g = 9, 8 м\с² ( т.е. найдите разность между ними). Вычислите какую часть в процентах составляет эта разность от действительного значения g. Это отношение называется относительной погрешностью. Чем она меньше, тем выше точность измерений.

Анализ полученных результатов

Методы

g , м/с²

ε,%

С помощью математического маятника

С помощью определения времени падения с высоты

С помощью наклонной плоскости (без учета трения)

Используя закон Всемирного тяготения

Виртуальная лабораторная работа

Вывод:

1. С помощью различных экспериментальных методов найдены значения ускорения свободного падения. g _ср = (9,74  0,06) м/с², g=(9,69±0,09) м/с²

2. Каждый метод обладает своими погрешностями.

3. Исходя из используемого оборудования, можно заключить, что самым точным результатом обладает измерение ускорения свободного падения с помощью математического маятника