Imię i nazwisko autora:

Monika Sitek, Włodzimierz Natorf

Przedmiot:

fizyka

Temat zajęć:

Czy istnieje związek między zachowaniem momentu pędu w układzie odosobnionym a drugim prawem Keplera?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony; rozszerzenie zapisów podstawy programowej dla tego zakresu

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania - wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
2) posługuje się materiałami pomocniczymi, w tym tablicami fizycznymi i chemicznymi oraz kartą wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych;
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
17) przedstawia wybrane informacje z historii odkryć kluczowych dla rozwoju fizyki.
III. Mechanika bryły sztywnej. Uczeń:
6) posługuje się pojęciem momentu pędu punktu materialnego i bryły; stosuje do obliczeń związek między momentem pędu i prędkością kątową;
7) stosuje zasadę zachowania momentu pędu
IV. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń:
1) posługuje się prawem powszechnego ciążenia do opisu oddziaływania grawitacyjnego; wskazuje siłę grawitacji jako przyczynę spadania ciał;
3) analizuje jakościowo wpływ siły grawitacji Słońca na niejednostajny ruch planet po orbitach eliptycznych i siły grawitacji planet na ruch ich księżyców;
6) interpretuje II prawo Keplera jako konsekwencję zasady zachowania momentu pędu.

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. analizuje moment pędu planety poruszającej się po torze eliptycznym,

2. wiąże stałość tego momentu pędu z centralnym charakterem siły grawitacji,

3. przedstawia i omawia związek pomiędzy prawem Keplera a zasadą zachowania momentu pędu.

Strategie nauczania:

flipped classroom, nauczanie problemowe

Metody nauczania:

indywidualne wypowiedzi uczniów

Formy zajęć:

praca w zespole klasowym, praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

urządzenia multimedialne dla każdego ucznia w celu rozwiązywania zadań

Materiały pomocnicze:

e‑materiały: „Jaka jest treść II prawa Keplera?”, „Prawa Keplera w obliczeniach”, „Zasada zachowania momentu pędu” , „Moment pędu punktu materialnego oraz moment pędu bryły sztywnej”, „Prawo powszechnego ciążenia”.

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Uczniowie samodzielnie w domu zapoznają się z tekstem e‑materiału, wspomagając się w razie potrzeby tekstami materiałów pomocniczych.
Nauczyciel prosi uczniów o przypomnienie:
- pojęcia momentu pędu w ruchu punktu materialnego,
- brzmienia zasady zachowania momentu pędu w takim ruchu,
- centralnego charakteru siły grawitacji.
Na tablicy nauczyciel rysuje ruch ciała po okręgu i zaznacza na nim wektor wodzący, pęd i moment pędu. Obok rysunek Słońca i planety z siłami grawitacji skierowanymi wzdłuż promienia wodzącego. Nauczyciel zadaje uczniom pytanie, które jest tematem lekcji.

Faza realizacyjna:

Uczniowie rysują trzeci rysunek, ilustrujący II prawo Keplera. Podają także jego treść.
Nauczyciel prosi uczniów – w trakcie tego etapu lub na jego zakończenie – o podanie odpowiedzi do zadań 2, 3, 4 i 5, traktując to jako pytania kontrolne.
W drugim etapie uczniowie podają matematyczne związki niezbędne do określenia zależności pomiędzy II prawem Keplera, zasadą zachowania momentem pędu i centralnym charakterem siły grawitacji. W razie potrzeby nauczyciel komentuje lub uzupełnia wypowiedzi uczniów, objaśnia kroki niezrozumiałe. Dba także o właściwe sformułowanie logicznych związków (równoważność, wynikanie) pomiędzy tymi trzema elementami, by doprowadzić do pełnej struktury logicznej w obrębie „prawo powszechnego ciążenia – zasada zachowania momentu pędu – II prawo Keplera”, opisanej w tekście, w punkcie „Podsumowanie”. Nauczyciel kładzie również nacisk na prawidłowe operowanie zależnościami wektorowymi w przedstawianiu problematyki momentu siły grawitacji i zasady zachowania momentu pędu, w tym w odniesieniu do ruchu po elipsie.

Faza podsumowująca:

Uczniowie samodzielnie rozwiązują zadania sprawdzające 6, 7 i 8. Nauczyciel sprawdza poprawność każdego rozwiązania.

Praca domowa:

Uczniowie wykonują polecenia związane z samouczkiem. Dzięki temu nie tylko utrwalają wiadomości i umiejętności nabyte podczas lekcji, ale zapoznają się z nietypowym problemem wynikającym z II prawa Keplera i jego interpretacji.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Uczniowie mogą wykorzystać samouczek w domu, przygotowując się do lekcji o podobnej strukturze.