Imię i nazwisko autora:

Dariusz Aksamit

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Wyznaczanie energii kinetycznej obracającej się bryły sztywnej

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:
3) stosuje warunki statyki bryły sztywnej; posługuje się pojęciem momentu sił wraz z jednostką.

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. objaśnia, jak wyznaczyć energię kinetyczną obracającej się bryły sztywnej,

2. analizuje zasadę zachowania energii w odniesieniu do rozpędzania i hamowania obrotu bryły sztywnej.

Strategie i metody nauczania:

eksperymentalno‑obserwacyjna

Formy zajęć:

- pokaz,
- dyskusja grupowa,
- praca indywidualna.

Środki dydaktyczne:

komputer z dostępem do Internetu i projektorem multimedialnym, rower, licznik rowerowy, miarka, kątomierz

Materiały pomocnicze:

brak

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel prosi zawczasu jednego z uczniów o przyniesienie na lekcję roweru. Nauczyciel prosi ucznia o ustawienie roweru w pozycji serwisowej, czyli o postawienie go na kierownicy i siodełku, aby koła mogły się swobodnie obracać.

Nauczyciel wręcza właścicielowi roweru miarkę i prosi o zmierzenie promienia koła oraz ustala jego masę (uczeń może znać specyfikację, ale można również zdjąć koło z mocowania i zważyć).

Każdy z uczniów proszony jest o samodzielne obliczenie na podstawie tych danych momentu bezwładności tego koła – dyskutując jaki model geometryczny przyjmiemy dla takiej konstrukcji (model obręczy cienkościennej).

Następnie nauczyciel prosi ochotnika (użytkownika roweru) o wyjaśnienie, jak działa licznik rowerowy.

Faza realizacyjna:

W pierwszej części fazy realizacyjnej klasa sprawdza prawdziwość wskazań licznika. Na piaście koła rysowana jest w jednym punkcie markerem kropka, pozwalająca śledzić ruch obrotowy i gołym okiem stwierdzić, że koło wykonało pełen obrót. Jeden z uczniów proszony jest o powolne i równomierne kręcenie pedałem, drugi o odczytywanie wskazań licznika, a klasa o liczenie ile pełnych obrotów wykonało koło w zadanym odcinku czasu (np. dziesięciu sekund). Znając promień koła, a zatem jego obwód, oraz liczbę obrotów, uczniowie obliczają dystans przebyty przez punkt na obwodzie, a znając czas, jaki to zajęło, obliczają prędkość i porównują wynik ze wskazaniem licznika. W następnym kroku uczniowie przeprowadzają doświadczenie z hamowaniem koła – koło rozkręcane jest do znanej prędkości liniowej (uczniowie obliczają na tej podstawie prędkość kątową i energię kinetyczną ruchu obrotowego), po czym zaciskany jest hamulec w momencie, gdy kropka na piaście go mija. Następnie uczniowie mierzą kąt, o jaki obróciło się koło od momentu rozpoczęcia hamowania i zgodnie z wzorami podanymi w treści e‑materiału wyznaczają siłę hamowania. Uczniowie sprawdzają, czy przy większej sile hamowania droga hamowania koła się skraca. W miarę możliwości można zmierzyć temperaturę szczęk hamulca.

Faza podsumowująca:

Nauczyciel podsumowuje wnioski wyciągnięte z pomiarów, głównie w zakresie zasady zachowania energii i możliwości wykorzystania jej do wyznaczania innych parametrów ruchu.

Praca domowa:

Zapoznanie się z symulacją interaktywną i rozwiązanie zadań z części „Sprawdź się”.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Symulacja interaktywna może być wykorzystana na wszystkich lekcjach dotyczących momentu pędu.