| |
| |
| Wyznaczanie współczynnika tarcia statycznego za pomocą równi pochyłej |
| III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony |
| Cele kształcenia - wymagania ogólne:
III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji oraz doświadczeń i wnioskowanie na podstawie ich wyników. Zakres rozszerzony
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
6) tworzy teksty, tabele, diagramy lub wykresy, rysunki schematyczne lub blokowe dla zilustrowania zjawisk bądź problemu; właściwie skaluje, oznacza i dobiera zakresy osi;
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
13) rozróżnia błędy przypadkowe i systematyczne;
14) wyznacza średnią z kilku pomiarów jako końcowy wynik pomiaru powtarzanego;
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;
16) przeprowadza obliczenia i zapisuje wynik zgodnie z zasadami zaokrąglania oraz zachowaniem liczby cyfr znaczących wynikającej z dokładności pomiaru lub z danych.
II. Mechanika. Uczeń:
17) opisuje opory ruchu (opory ośrodka, tarcie statyczne, tarcie kinetyczne);rozróżnia współczynniki tarcia kinetycznego oraz tarcia statycznego; omawia rolę tarcia na wybranych przykładach;
26) doświadczalnie:
d) wyznacza wartość współczynnika tarcia na podstawie analizy ruchu ciała na równi. |
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. |
| Uczeń:
definiuje siłę tarcia statycznego oraz współczynnik tarcia statycznego pomiędzy dwiema powierzchniami; opisuje, od czego zależy maksymalna wartość siły tarcia statycznego; formułuje warunek zerwania tarcia statycznego na równi pochyłej; przeprowadza eksperyment, w którym badane jest zrywanie tarcia statycznego na równi; analizuje i interpretuje wyniki eksperymentu; wyznacza wartość współczynnika tarcia statycznego. |
| IBSE, strategia eksperymentalno‑obserwacyjna |
| praca eksperymentalna uczniów |
| praca w grupach 3‑osobowych oraz w zespole klasowym |
| każda grupa wyposażona jest w zestaw doświadczalny:
równia (deska lub inne sztywne podłoże) o długości rzędu 50 cm; pożądane byłoby, aby każdy zestaw zawierał równię z innego materiału; klocek (odważnik lub podobny przedmiot o regularnych kształtach), który może zsunąć się z odpowiednio nachylonej równi; pożądane byłoby, aby każdy klocek miał powierzchnię styku z równią wykonaną z innego materiału; kątomierz tablicowy lub możliwie duży kątomierz szkolny, o promieniu co najmniej 10 cm; kalkulator. |
| instrukcja wykonania doświadczenia, sporządzona przez nauczyciela |
|
|
Nauczyciel prezentuje uczniom zagadnienie zasygnalizowane we „Wprowadzeniu” e‑materiału. Prosi uczniów o wskazanie różnic i podobieństw pomiędzy łączeniem za pomocą tarcia statycznego a innymi technikami łączenia. Prosi także o podanie kilku wad i zalet łączenia za pomocą tarcia statycznego. Nauczyciel zwraca uwagę, że ograniczona „trwałość” i łatwa „odtwarzalność” takiego łączenia może być zarówno wadą, jak i cenną zaletą. Nauczyciel zapowiada temat lekcji; przypomina przy tym, że współczynnik tarcia statycznego pomiędzy powierzchniami ciał jest właśnie miarą „trwałości” łączenia tarciem statycznym. |
|
Uczniowie w grupach mierzą, z dokładnością do 1°, graniczny kąt, przy którym następuje zerwanie tarcia statycznego. Dla zapewnienia odpowiedniej precyzji pomiarów i możliwie wysokiego poziomu niezależności kolejnych pomiarów z serii, podejmują następujące działania:
dbają o unoszenie końca równi tak, by oś obrotu (nieruchomy koniec równi) przechodziła przez „zero” kątomierza; dokonują podziału ról na osobę unoszącą równię, odczytującą kąt nachylenia i dbającą o prawidłowy przebieg pomiaru; odczyt powinien zostać dokonany z dokładnością nieprzekraczającą 0,5°; po każdym pomiarze uczniowie zamieniają się rolami; osoba unosząca równię z klockiem nie widzi podziałki kątomierza; równia jest unoszona powoli, płynnym ruchem (bez szarpnięć); po pierwszych sześciu pomiarach uczniowie oceniają, czy rozrzut między uzyskanymi wynikami jest rzędu rozdzielczości kątomierza (1°), czy ją przekracza (jeśli tak, przeprowadzają jeszcze co najmniej trzy pomiary). Wyniki pomiarów uczniowie wpisują do jednokolumnowej tabeli. Po zakończeniu pomiarów obliczają średnią arytmetyczną uzyskanych wyników (granicznych kątów nachylenia). Szacują, na podstawie rozrzutu wyników (bądź braku takiego rozrzutu), niepewność pojedynczego pomiaru. |
|
Każda grupa przedstawia pokrótce uzyskane wyniki:
stwierdzony rozrzut po sześciu pierwszych pomiarach; podjętą decyzję o uzupełnieniu serii (bądź nie); średnią wartość granicznego kąta nachylenia; oszacowaną niepewność pojedynczego pomiaru. Nauczyciel zapisuje wyniki na tablicy, ewentualnie komentuje na bieżąco rozstrzygnięcia i wyniki uzyskane przez poszczególne grupy.
Na zakończenie nauczyciel komentuje różnice pomiędzy tymi wynikami. Zależnie od doboru wyposażenia poszczególnych grup, wskazuje możliwe źródła tych różnic. |
|
Uczniowie (w tych samych grupach, w których pracowali w klasie) zapoznają się z e‑materiałem. Na podstawie ćwiczeń dokonują analizy własnych wyników, uzyskanych w klasie. Wyznaczają wartość współczynnika tarcia wraz z niepewnością pomiarową. |
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium | Wirtualne laboratorium może służyć do wykonania przez uczniów wirtualnego pomiaru współczynnika tarcia w przypadku braku możliwości wykonania doświadczenia w klasie. |