Imię i nazwisko autora:

Dariusz Aksamit

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Badanie ruchu ciał o różnych momentach bezwładności

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres 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 rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
3) prowadzi obliczenia szacunkowe i poddaje analizie otrzymany wynik;
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.
III. Mechanika bryły sztywnej. Uczeń:
5) oblicza energię ruchu bryły sztywnej jako sumę energii kinetycznej ruchu postępowego środka masy i ruchu obrotowego wokół osi przechodzącej przez środek masy;
8) doświadczalnie:
b) bada ruch ciał o różnych momentach bezwładności.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje cyfrowe,

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

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

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. analizuje, jak moment bezwładności ciała wpływa na jego ruch;

2. stosuje zasadę zachowania energii do analizy ruchu bryły sztywnej;

3. wyjaśnia, na czym polega efekt Dżanibekowa.

Strategie i metody nauczania:

eksperymentalno‑obserwacyjna

Formy zajęć:

praca indywidualna, praca grupowa, pokaz

Środki dydaktyczne:

komputer z dostępem do Internetu i projektorem multimedialnym, rakieta tenisowa, dwie‑trzy bryły o symetrii obrotowej (walec, kula, sfera, obręcz), deska w roli równi pochyłej.
Ustawiona równia powinna zapewnić co najmniej dwusekundowy czas staczania z niej wybranych brył.

Materiały pomocnicze:

Niniejszy e‑materiał

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel rozpoczyna lekcję pokazem – prezentuje rakietę tenisową, z przymocowaną kolorową kartką po jednej stronie jej płaskiej części. Nauczyciel podrzuca rakietę w taki sposób, aby obracała się najpierw wokół stabilnych osi obrotu, a następnie wokół osi niestabilnej. Nauczyciel prosi uczniów o uważną obserwację tego, w jaki sposób rakieta się obraca i wykonanie notatek. Nauczyciel może również zaprezentować film z Internetu pod hasłem „Dzhanibekov effect”. Nauczyciel zachęca uczniów do indywidualnego powtórzenia tego doświadczenia z innymi przedmiotami, które mają różne momenty bezwładności wokół różnych osi głównych.
Chętnym uczniom nauczyciel poleca wyszukanie w Internecie i obejrzenie innych filmów, dotyczących nietypowych zachowań wirujących brył.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel puszcza dwie różne bryły z lekko nachylonej deski lub ławki i pokazuje, że czasy ich staczania się nie są jednakowe. W zastępstwie realnego pokazu nauczyciel ewentualnie wykorzystuje film (edukacyjny) z e‑materiału, w którym ten eksperyment jest pokazany.
Nauczyciel wykorzystuje film (samouczek) do teoretycznego uzasadnienia zaobserwowanej różnicy czasów staczania się brył.

Uczniowie dokonują pomiaru czasów staczania się obu brył, według scenariusza opisanego przed poleceniami 2‑4 do filmu (samouczka).
Wspólnie z nauczycielem uczniowie oceniają rozrzut uzyskanych wyników i szacują niepewności standardowe zmierzonych czasów.

Faza podsumowująca:

Uczniowie indywidualnie rozwiązują zadanie 1, 2, 3, 4 z zestawu ćwiczeń. Nauczyciel pełni rolę doradcy, obserwuje i kontroluje pracę uczniów, sprawdzając czy uczniowie przyswoili wiedzę z zajęć.

Praca domowa:

Nauczyciel prosi uczniów o wykonanie w domu poleceń 2, 3 i 4 towarzyszących samouczkowi, z wykorzystaniem danych uzyskanych w trakcie lekcji.
Uczniowie szczególnie zainteresowani tematyką eksperymentalną zostają zachęceni do wykonania polecenia 7, towarzyszącego filmowi edukacyjnemu.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Medium może być wykorzystane zgodnie ze scenariuszem.
Można również zrealizować zajęcia metodą odwróconej klasy, prosząc uczniów o wykonanie w domu wszystkich poleceń towarzyszących obu filmom i zaprezentowanie wyników w trakcie lekcji.