Imię i nazwisko autora:

Krzysztof Lorek

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Czy okres drgań ciężarka na sprężynie zależy od masy ciężarka?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

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

Zakres podstawowy

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:

10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; wyróżnia kluczowe kroki i sposób postępowania oraz wskazuje rolę użytych przyrządów i uwzględnia ich rozdzielczość;

13) posługuje się pojęciem niepewności pomiaru wielkości prostych; zapisuje wynik pomiaru wraz z jego jednostką oraz z uwzględnieniem informacji o niepewności

IV. Drgania. Uczeń:

5) doświadczalnie: b) bada zależność okresu drgań ciężarka na sprężynie od jego masy.

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:

8) doświadczalnie: c) bada zależność okresu drgań ciężarka od jego masy i od współczynnika sprężystości sprężyny.

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:

1. wyjaśnia, jaka jest zależność okresu drgań ciężarka na sprężynie od masy ciężarka,

2. przeprowadza doświadczenie w wirtualnym laboratorium, na podstawie którego weryfikuje doświadczalnie przewidywaną teoretycznie zależność okresu drgań ciężarka na sprężynie od masy ciężarka,

3. rozwiązuje zagadnienia problemowe i rachunkowe dotyczące drgań ciężarka na sprężynie.

Strategie i metody

nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna

Formy zajęć:

wykład, doświadczenie w wirtualnym laboratorium, doświadczenie

Środki dydaktyczne:

WL_I, ciężarki szkolne (np. 50 g), sprężyny o znanych współczynnikach sprężystości, statywy, stopery lub telefony komórkowe ze stoperami, papier milimetrowy, waga

Materiały pomocnicze:

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

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

• Na poprzedniej lekcji nauczyciel prosi uczniów w ramach pracy domowej o zapoznanie się z wirtualnym laboratorium z tego e‑materiału oraz przypomnienie sobie wiadomości z analizy niepewności pomiarowych, potrzebnych do wykonania tego eksperymentu w klasie.

• Przed rozpoczęciem lekcji należy wydrukować dla każdego ucznia egzemplarz fragmentu wykresu okresu drgań ciężarka na sprężynie od masy ciężarka, podobnego do tego w zadaniu 4.

• Przed rozpoczęciem lekcji nauczyciel musi również zważyć ciężarki i wyznaczyć niepewność pomiarową masy.

• Na początku lekcji nauczyciel przypomina uczniom, jak oblicza się okres drgań ciężarka na sprężynie.

Faza realizacyjna:

• Nauczyciel zwraca uwagę na fakt, że okres zależy od masy ciężarka. Wyprowadza tę zależność i rysuje na tablicy przewidywany wykres $T(m)$, podobnie jak w części „Warto przeczytać”.

• Nauczyciel dzieli klasę na grupy 4‑osobowe. Każda grupa otrzymuje statyw, trzy ciężarki, sprężynę i stoper (zamiast stopera można polecić uczniom, żeby korzystali ze stoperów w swoich telefonach komórkowych). Oprócz tego każdy uczeń otrzymuje wydrukowany ww. wykres. Każda grupa ma przymocować sprężynę do statywu i ma za zadanie zmierzyć stoperem okres drgań ciężarków o trzech różnych masach, znajdujących się w dziedzinie wydrukowanego wykresu. Jeśli ciężarki są identyczne, można wieszać kilka naraz. Następnie każdy uczeń ma za zadanie nanieść punkty pomiarowe na swój wykres, wraz z prostokątami błędów, i stąd zweryfikować, czy wzór wyrażający okres drgań takiego układu jest zgodny z doświadczeniem. Nauczyciel komentuje i zapisuje na tablicy, jak zmierzyć okres drgań oraz jego niepewność.

• Uczniowie wykonują zadanie, a nauczyciel w razie potrzeby służy pomocą, zarówno w sprawach technicznych, jak i przy opracowywaniu wyników.

Faza podsumowująca:

• Nauczyciel przedstawia całej klasie pracę ucznia, na której najlepiej widać, że wykres przechodzi przez wszystkie prostokąty błędów. Praca powinna wyglądać podobnie do odpowiedzi do podpunktu (b) zadania 4 z zestawu ćwiczeń.

• Nauczyciel przypomina zależność okresu drgań ciężarka na sprężynie od masy ciężarka i komentuje, że właśnie zbadaliśmy doświadczalnie, że jest ona zgodna z doświadczeniem.

Praca domowa:

• Zadania 3, 5 i 7 z zestawu ćwiczeń w celu utrwalenia wiadomości zdobytych na lekcji.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Uczniowie mogą wykonać doświadczenie w wirtualnym laboratorium jako powtórzenie po lekcji.