Dla nauczyciela
Imię i nazwisko autora: | Przemysław Michalski |
Przedmiot: | Fizyka |
Temat zajęć: | Dlaczego nie należy ważyć się w przyspieszającej windzie? Badamy cechy siły bezwładności. |
Grupa docelowa: | III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony |
Podstawa programowa: | Cele kształcenia - wymagania ogólne |
Kształtowane kompetencje kluczowe: | Zalecenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:
|
Cele operacyjne: | Uczeń:
|
Strategie nauczania: | strategia kształcenia wyprzedzającego |
Metody nauczania: | - dyskusja, |
Formy zajęć: | praca w grupach |
Środki dydaktyczne: | pęk kluczy (najlepiej długich), stół, obrus, talerz (ciężki - nie plastikowy); w innym wariancie: stół, deska, wózek o małym tarciu |
Materiały pomocnicze: | brak |
PRZEBIEG LEKCJI | |
Faza wprowadzająca: | |
Wzbudzenie ciekawości - nauczyciel prosi uczniów, by spróbowali wymyślić sposób ściągnięcia ze stołu obrusa bez przesuwania i podnoszenia stojących na nim naczyń. Nauczyciel zadaje pytanie sprawdzające, czy uczniowie pamiętają pojęcie siły i zasady dynamiki. | |
Faza realizacyjna: | |
1. Prezentacja bezwładności w eksperymencie. Do eksperymentu potrzebny jest stół z obrusem, na którym stoi talerz. Nauczyciel wyciąga obrus spod talerza, poprzez szybkie szarpnięcie. Uczniowie obserwują, że położenie talerza praktycznie nie uległo zmianie. Nauczyciel wyjaśnia, że ma to związek z bezwładnością talerza, który nie może zmienić swojego rodzaju ruchu (tu: spoczynku), jeśli nie działa na niego żadna siła (w tym przypadku: tarcie między obrusem a talerzem działa na tyle krótko, że nie jest go w stanie przesunąć na zauważalną odległość). Inny, mniej „ryzykowny” wariant tego doświadczenia: nauczyciel kładzie na stole długą deskę, a na niej stawia wózek o małym tarciu. Nauczyciel prosi ucznia‑ochotnika, by zaznaczył (np. flamastrem) na stole i desce punkt położenia kół wózka względem stołu (i deski). Nauczyciel następnie szybko wyciąga deskę spod wózka i prosi uczniów, by określili, czy położenie wózka względem stołu/deski uległo zmianie (stół: nie powinno/deska: zmieniło się). 2. Analiza zjawisk w inercjalnym układzie odniesienia. Nauczyciel, wspólnie z uczniami, stara się wypracować opis ruchu w inercjalnym (związanym ze stołem) układem odniesienia. Nauczyciel stara się nie przekazywać wiedzy explicite, raczej zadaje uczniom pytania naprowadzające i aktywizuje ich – np. czy położenie wózka/talerza względem stołu uległo zmianie? Czy na wózek/talerz działała jakaś siła? Czy działanie siły na obrus/deskę powoduje powstanie siły działającej na talerz/wózek? Rozumowanie ma doprowadzić do wniosku, że - w inercjalnym układzie odniesienia związanym ze stołem - na wózek/talerz nie działały żadne siły, w związku z czym nie mógł on zmienić względem stołu swojego położenia. Nauczyciel podkreśla, że taką cechę ciał nazywa się bezwładnością. 3. Analiza zjawisk w układzie nieinercjalnym. Nauczyciel zachęca teraz uczniów, by wyobrazili sobie sytuację w układzie nieinercjalnym (np. proponując, by wyobrazili sobie, że siedzą na wózku lub talerzu). Ponownie wykorzystując metodę pytań naprowadzających, nauczyciel aktywizuje uczniów, by doprowadzili rozumowanie do następującej postaci: w układzie nieinercjalnym obserwator „siedzący” na wózku/talerzu zauważa, że przesuwa się względem nich. Skoro tak, to na obserwatora w układzie nieinercjalnym musi działać pewna siła, która powoduje jego ruch względem deski/obrusa. 4. Wyznaczenie cech siły bezwładności. Aby wyznaczyć cechy siły bezwładności, nauczyciel odwołuje się do zasady, że - niezależnie od wykorzystywanego do opisu układu odniesienia - efekty zachodzących zjawisk muszą być takie same. Zachęca uczniów, by samodzielnie spróbowali określić cechy siły przez następujące rozumowanie: w układzie inercjalnym wózek/talerz nie przesunął się względem stołu. Aby uzyskać ten sam efekt (braku przesunięcia względem stołu) w układzie nieinercjalnym poruszającym się z pewnym przyspieszeniem , musi pojawić się pewna siła wywołująca przyspieszenie talerza/wózka, które będzie przeciwnie skierowane. Wyniesie ono zatem . Siła z nim związana, na mocy II zasady dynamiki, równa będzie . 5. Nauczyciel przekłada wnioski uczniów z punktu 4 na model matematyczny, zapisując równanie wektorowe . 6. Nauczyciel prosi ucznia‑ochotnika o przeprowadzenie doświadczenia z kluczami. Na początku klucze są po prostu trzymane (za brelok) w ręce, co sprawia, że ich języczki opadają w dół. Nauczyciel następnie prosi ochotnika o podrzucenie kluczy, a całą klasę o obserwację, jak ułożą się w powietrzu (języczki nie opadają na dół, klucze w trakcie ruchu znajdują się w stanie nieważkości). Nauczyciel prosi uczniów, by na podstawie zdobytej wiedzy spróbowali opisać siły działające na klucze w nieinercjalnym układzie odniesienia i zastanowili się, skąd bierze się stan nieważkości. | |
Faza podsumowująca: | |
1. Odwołanie się do tematu zajęć - na podstawie zdobytej wiedzy nauczyciel zachęca uczniów do wskazania, czemu nie należy ważyć się w windzie poruszającej się z przyspieszeniem. Część ta sprowadza się do wskazania cech siły bezwładności oraz pokazania, że w przyspieszającej windzie siła wypadkowa działająca na wagę jest inna niż siła ciężkości ważonego obiektu, co zakłóca wynik ważenia. Nauczyciel prosi uczniów by wskazali, w jakich sytuacjach waga pokaże mniejsze wskazanie, a w jakich większe. | |
Praca domowa: | |
1. Rozwiązanie pozostałych zadań multimedium sprawdzającego. Wykorzystanie multimedium bazowego. | |
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium: | Grafikę interaktywną należy wykorzystać jako pracę domową, do rekonstruowania wiedzy. |