Imię i nazwisko autora:

Przemysław Michalski

Przedmiot:

fizyka

Temat zajęć:

Wahadło matematyczne i zasada zachowania energii mechanicznej

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:
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.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. opisuje przemiany energii mechanicznej podczas ruchu wahadła;

2. analizuje przyczyny rozbieżności między modelem teoretycznym a rzeczywistym eksperymentem;

3. planuje i przeprowadza doświadczenia;

4. na podstawie wyników doświadczenia, syntezuje nową wiedzę (np. dotyczącą siły oporu powietrza);

5. ocenia wpływ siły oporu powietrza na ruch wahadła w różnych przypadkach.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna

Metody nauczania:

pogadanka, eksperyment

Formy zajęć:

praca zespołowa

Środki dydaktyczne:

tablica

Materiały pomocnicze:

do eksperymentu: ciężarki, kule z możliwością podwieszenia ich pod sufitem (w tym kulka z papieru), linijka/miarka, kamera/smartfon, statyw, komputery do analizy filmów

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

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)

Faza realizacyjna:

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).

Faza podsumowująca:

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.

Praca domowa:

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.