| |
| |
| Wahadło matematyczne i zasada zachowania energii mechanicznej |
| III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony |
| 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: 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; 12) przestrzega zasad bezpieczeństwa podczas wykonywania obserwacji, pomiarów i doświadczeń. II. Mechanika. Uczeń: 20) posługuje się pojęciami pracy mechanicznej, mocy, energii kinetycznej, energii potencjalnej wraz z ich jednostkami; stosuje zasadę zachowania energii mechanicznej do obliczeń. |
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.
|
| Uczeń:
opisuje przemiany energii mechanicznej podczas ruchu wahadła;
analizuje przyczyny rozbieżności między modelem teoretycznym a rzeczywistym eksperymentem;
planuje i przeprowadza doświadczenia;
na podstawie wyników doświadczenia, syntezuje nową wiedzę (np. dotyczącą siły oporu powietrza);
ocenia wpływ siły oporu powietrza na ruch wahadła w różnych przypadkach.
|
| strategia eksperymentalno‑obserwacyjna |
| |
| |
| |
| do eksperymentu: ciężarki, kule z możliwością podwieszenia ich pod sufitem (w tym kulka z papieru), linijka/miarka, kamera/smartfon, statyw, komputery do analizy filmów |
|
|
Nauczyciel prezentuje uczniom fragment wykładu przeprowadzonego na MIT, dotyczącego zasady zachowania energii, wraz z eksperymentem dotyczącym wahadła: [https://www.youtube.com/watch?v=mhIOylZMg6Q](https://www.youtube.com/watch?v=mhIOylZMg6Q) |
|
Do przeprowadzenia doświadczenia potrzebna jest pusta sala lub korytarz. Nauczyciel podwiesza pod sufitem nić, na której mogą być umieszczane kolejne kule/ciężarki. Nauczyciel prosi uczniów o przygotowanie pozostałych elementów – umieszczenie miarki w miejscu najniższego i najwyższego położenia wahadła (aby móc określić jego najmniejszą wysokość) oraz umieszczenie kamery na statywie w celu nagrania ruchu wahadła. Doświadczenie opiera się na powtórzeniu doświadczenia przedstawionego w filmie, przy wykorzystaniu różnych kul. Kula papierowa ma za zadanie pokazać stratę energii na skutek oporu powietrza. Nauczyciel wyjaśnia uczniom procedurę doświadczenia i zachęca ochotnika do jego przeprowadzenia. Następnie, za pomocą nagrania ruchu kuli, uczniowie mogą określić wysokość w najniższym i najwyższym punkcie oraz prędkość „w okolicy” najniższego punktu (nie można określić prędkości bezpośrednio w punkcie - niezbędne wyjaśnienie tego faktu przez nauczyciela). |
|
W ramach opracowania wyników doświadczenia, nauczyciel prosi uczniów o:
wyznaczenie energii rozproszonej przez siłę oporu po wykonaniu połowy „wahnięcia” (po dojściu wahadła do drugiego punktu o maksymalnej wysokości);
wyznaczenie strat energii po wykonaniu jednego pełnego „wahnięcia”
porównanie strat energii dla różnych materiałów, rozmiarów i kształtów kul.
|
|
Wyznaczenie teoretycznych zależności opisujących energię kinetyczną i potencjalną wahadła od czasu. Przy znajomości długości nici wahadła i kąta wychylenia – wyznaczenie średniej siły oporu działającej na wahadło. Wskazanie potencjalnych źródeł niepewności i niezgodności z modelem teoretycznym. |
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium | Multimedium może zostać wykorzystane przez uczniów do samodzielnej analizy zagadnienia energii w rzucie ukośnym, jak również do przeprowadzenia analogicznej lekcji‑doświadczenia na temat rzutu ukośnego. |