Imię i nazwisko autora:

Krzysztof Lorek

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Czy okres drgań wahadła matematycznego jest zależny od amplitudy?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Zakres rozszerzony

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:

10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; planuje i modyfikuje ich przebieg; formułuje hipotezę i prezentuje kroki niezbędne do jej weryfikacji;

15) posługuje się pojęciem niepewności pomiaru wielkości prostych i złożonych; zapisuje wynik pomiaru wraz z jego jednostką oraz z uwzględnieniem informacji o niepewności; uwzględnia niepewności przy sporządzaniu wykresów; V. Drgania. Uczeń:

V. Drgania. Uczeń:

8) doświadczalnie: a) demonstruje niezależność okresu drgań wahadła od amplitudy.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

• wyjaśni, kiedy okres drgań wahadła matematycznego w przybliżeniu nie zależy od amplitudy oraz kiedy to przybliżenie przestaje mieć zastosowanie.

• wykona doświadczenie w wirtualnym laboratorium, w którym zbada zależność okresu drgań wahadła matematycznego od maksymalnego wychylenia.

• rozwiąże zadania dotyczące wahadła matematycznego.

Strategie i metody

nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna

Formy zajęć:

wykład, doświadczenie w wirtualnym laboratorium, doświadczenie

Środki dydaktyczne:

WL_I, ciężarek szkolny (np. 50g), sznurek lub nitka, statyw, stoper lub telefon komórkowy ze stoperem, komputer dla każdego ucznia.

Materiały pomocnicze:

T. Dryński, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN, Warszawa 1980

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Przed rozpoczęciem lekcji należy zbudować wahadło – tzn. zawiesić ciężarek na nitce (długość ok 1 – 1,5 m będzie wystarczająca), oraz przywiązać nitkę do statywu.

Nauczyciel przypomina, czym jest wahadło matematyczne, jak oblicza się okres jego drgań, oraz że wzór działa tylko dla małych kątów. W tym konspekcie zakładamy, że wyprowadzenie wzoru na okres wraz z wprowadzeniem przybliżenia małych kątów odbyło się na którejś z wcześniejszych lekcji.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel zwraca uwagę na fakt, że okres nie zależy od amplitudy. Aby to zweryfikować, opowiada, jak zmierzyć okres drgań wahadła z uwzględnieniem wyników zadania 7 z zestawu ćwiczeń.

Ochotnik z sali mierzy okres drgań wahadła dla dwóch różnych małych wychyleń początkowych, korzystając ze stopera, lub swoim telefonem komórkowym. Nauczyciel zapisuje oba wyniki na tablicy wraz z błędem pomiarowym wynikającym z czasu reakcji ucznia i weryfikuje, czy wyniki są zgodne.

Nauczyciel przypomina, że wzór jest słuszny tylko dla małych kątów, zatem być może dla większego wychylenia początkowego powinniśmy otrzymać inny wynik. Dyskutując z uczniami i opierając się na przedostatnim akapicie części „Warto przeczytać” tego e‑materiału, ustala, że spodziewamy się większego wyniku.

Ochotnik z sali mierzy okres drgań wahadła dla dużego wychylenia początkowego (ok. 90Indeks górny o^o) i wynik jest zapisany na tablicy. Najprawdopodobniej różnica będzie niedostrzegalna. Nauczyciel komentuje wpływ niepewności pomiarowych oraz fakt, że opory ruchu stopniowo zmniejszają amplitudę drgań.

Uczniowie otrzymują zadanie wykonania eksperymentu w wirtualnym laboratorium, gdzie nie ma oporów ruchu. Do końca lekcji mają sporządzić wykresy okresu drgań od kąta odpowiadającego maksymalnemu wychyleniu, dla 5 różnych kątów z przedziału <0Indeks górny o^o , 180Indeks górny o^o> .

Faza podsumowująca:

Nauczyciel przedstawia całej klasie pracę ucznia, na której najlepiej widać wspomnianą zależność. Przypomina jej źródło, oraz fakt, że dla małych kątów można nadal korzystać ze standardowego wzoru.

Praca domowa:

Zadania 1 i 3 z zestawu ćwiczeń.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Doświadczenie w wirtualnym laboratorium uczniowie mogą wykonać samodzielnie w domu przed lekcją.