Imię i nazwisko autora:

Dariusz Aksamit

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Badanie momentu bezwładności w zależności od osi obrotu

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:
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem;
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:
2) stosuje pojęcie bryły sztywnej; opisuje ruch obrotowy bryły sztywnej wokół osi.

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. opisuje wpływ wyboru osi obrotu na momenty bezwładności brył sztywnych,

2. wyznacza eksperymentalnie moment bezwładności,

3. porównuje metody dopasowania linii (prostych i krzywych) do uzyskanych danych,

4. sprawdza stosowalność twierdzenia Steinera,

5. stosuje definicję momentu bezwładności i twierdzenie Steinera do obliczenia momentu bezwładności obiektów złożonych z kilku brył sztywnych.

Strategie i metody nauczania:

Odwrócona klasa (flipped‑classroom)

Formy zajęć:

- praca indywidualna,
- dyskusja grupowa.

Środki dydaktyczne:

komputer z dostępem do Internetu i projektorem multimedialnym

Materiały pomocnicze:

brak

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Przed zajęciami uczniowie dostają polecenie zapoznania się z niniejszym e‑materiałem i samodzielnego przeprowadzenia symulacji, zgodnie z poleceniami. Rozpoczynając lekcję nauczyciel sprawdza, kto wykonał pracę domową, prosi ochotników o podzielenie się informacjami o tym, jakie wnioski wyciągnęli z przeprowadzonych „pomiarów”.
Nauczyciel zapisuje na tablicy treść twierdzenia Steinera.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel prezentuje na projektorze treść zadania nr 4 z niniejszego e‑materiału. Prosi uczniów o zapoznanie się z treścią i przedyskutowanie tego zadania w parach. Po chwili prosi kilka zespołów o zaproponowanie swojego rozwiązania. Pozostali komentują i uzupełniają je, jeśli potrzeba.

Nauczyciel zwraca uwagę, że w tym zadaniu dopasowano funkcję kwadratową, ale w symulacji dokonano linearyzacji zagadnienia (poprzez wykreślenie zależności od $d^2$, a nie od $d$).

Uczniowie podają i objaśniają różnice pomiędzy tymi dwoma podejściami.
Nauczyciel demonstruje dopasowanie dowolnej krzywej do danych pomiarowych przy pomocy odpowiednich programów komputerowych (np. arkusza kalkulacyjnego). Wskazuje, że odręczne dopasowanie prostej do punktów pomiarowych na kartce papieru jest możliwe i często uzasadnione. Prosi uczniów o skomentowanie możliwości i celowości podobnego, ręcznego dopasowania do punktów linii krzywej o zadanym z góry równaniu. W krótkiej dyskusji uczniowie dochodzą do wniosku, że odręczne narysowanie krzywej przechodzącej blisko punktów jest możliwe. Nie jest natomiast możliwe zapewnienie, by była ona określonego typu, np. by odpowiadała funkcji kwadratowej.

Nauczyciel stawia problem odczytu parametrów badanego układu za pomocą linii prostej (po zlinearyzowaniu) lub krzywej, dopasowanej do punktów komputerowo lub odręcznie. Uczniowie porównują te podejścia. Celem porównania jest wskazanie różnic i podobieństw, nie zaś rozstrzygnięcie, czy i które z nich jest „lepsze” czy „gorsze” od innych.

Faza podsumowująca:

Na podsumowanie zajęć nauczyciel prosi dwóch ochotników o rozwiązanie na tablicy zadań 5 i 6 z zestawu ćwiczeń.

Praca domowa:

Brak (uczniowie wykonali dużo pracy przed lekcją w ramach odwróconej klasy).

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Uczeń może również wykonać polecenia powiązane z symulacją w domu celem powtórzenia wiadomości przyswojonych na lekcji.