Відокремлений структурний підрозділ «Березівське вище професійне училище

Національного університету «Одеська політехніка»

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

«ВИВЧЕННЯ РУХУ ТІЛА ПО КОЛУ»

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ВИКЛАДАЧА ФІЗИКИ ВАСИЛЯ СВОБОДИ

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ДІЯЛЬНІСТЬ НА УРОКАХ ФІЗИКИ

 Основні види експериментальної роботи та  форми організації фізичних експериментів:

Демонстраційні досліди: проводяться для ілюстрації фізичних явищ, законів та принципів дії приладів. Вони допомагають зацікавити здобувачів освіти та візуалізувати абстрактні поняття.

Фронтальні лабораторні роботи та досліди: виконуються з використанням необхідного обладнання та спрямовані на набуття практичних навичок  вимірювання, спостереження та обробки даних.

Роботи фізичного практикуму: більш складні та тривалі дослідження, що  передбачають поглиблене вивчення певних тем.

Експериментальні задачі: завдання, які потребують від здобувачів освіти  проведення невеликого дослідження або вимірювання для отримання відповіді.

 Домашні експерименти та спостереження: прості досліди-домашні завдання, які виконуються, використовуючи підручні засоби, що сприяє залученню їх до самостійної дослідницької діяльності, формує уявлення про фізику у повсякденному житті.

ЕТАПИ ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ

Методологія експериментального дослідження включає такі ключові етапи:

 Постановка проблеми/мети: визначення мети дослідження або перевірка гіпотези.

 Розробка плану (програми) експерименту: вибір необхідного обладнання, визначення послідовності дій та методів вимірювання.  Проведення експерименту: безпосереднє виконання дослідів, спостереження за явищами та збір даних.

 Обробка та аналіз експериментальних даних: систематизація отриманих результатів, проведення розрахунків, побудова графіків та таблиць.

 Формулювання висновків: інтерпретація результатів, підтвердження або спростування гіпотези, оцінка похибок.

ЕКСПЕРИМЕНТ  У НАВЧАННІ ФІЗИКИ НАДАЄ ЗМОГУ

пов'язати теорію з практикою: учні бачать, як абстрактні закони та формули працюють у реальному світі.

розвивати дослідницькі навички: формуються вміння спостерігати, вимірювати, аналізувати та робити обґрунтовані висновки.

підвищувати мотивацію: активна діяльність та можливість самостійно "відкривати" закони природи стимулюють інтерес до предмета.

формувати критичне мислення: учні вчаться оцінювати достовірність даних, шукати причиннонаслідкові зв'язки та висувати гіпотези.

Отже, системне використання експериментальної роботи з впровадженням STEM-підходів є необхідною умовою для якісного вивчення фізики та всебічного розвитку здобувачів освіти.

Підготовка та проведення лабораторної роботи

Мета роботи

•        Визначити період обертання, обертову частоту, лінійну та кутову швидкості, доцентрове прискорення тіла, що рухається по колу.

•        Дослідити силу, яка надає тілу доцентрового прискорення.

   Необхідне обладнання

•        Штатив з муфтою та лапкою

•        Нитка (50-60 см)

•        Металева кулька

•        Циркуль та аркуш паперу (для креслення кола)

•        Секундомір

•        Лінійка

•        Терези з важками (для визначення маси)

•        Динамометр (для вимірювання сили)

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

1.              За допомогою циркуля намалюйте на аркуші концентричні кола радіусами _8,

10, 11 см.

2.           Прикріпіть кульку ₍або інше невелике тіло₎ до нитки_. На вільному кінці нитки зробіть петлю_, за яку ви будете тримати нитку_, обертаючи тіло в горизонтальній площині_.

 Суворо дотримуйтесь інструкції з безпеки_. 3. Візьміть за петлю нитку з тілом. Розташуйте руку над центром зображеного кола_. Не змінюючи положення руки_, примусьте тіло рухатися так_, щоб траєкторія руху кульки якомога точніше повторювала одне з кіл_, зображених на папері_. Старайтесь не змінювати швидкість руху тіла в усіх дослідах_.

4.           Виміряйте інтервал часу_, за який тіло здійснить ₁₀ повних обертів_.

5.           Результати вимірювань відразу заносьте до таблиці

6.           Проведіть аналогічний дослід для решти кіл_.

АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ

ПРОВЕДЕНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ

1.                Для кожного досліду визначте період обертання_, обертову частоту_, лінійну швидкість руху тіла_:

T=t/N       n=N/t        v=2πr/T

2.              Для кожного досліду визначте модуль доцентрового прискорення тіла_:

                                                  aдц=(4π^2 r)/T^2

Рефлексія.   Проаналізуйте   експеримент      і     його результати.

Сформулюйте висновок, у якому зазначте:

1.фізичні величини, які ви визначали;

2) точність проведеного експерименту та причини похибки.

НЕСТАНДАРТНЕ ВИВЧЕННЯ

                             РУХУ ТІЛА ПО КОЛУ

ВИКОРИСТАННЯ НЕСТАНДАРТНИХ МЕТОДІВ НАВЧАННЯ

ВИКОРИСТАННЯ АНАЛОГІЙ ТА ВІЗУАЛІЗАЦІЇ

Аналогії: Використання аналогій, наприклад, порівняння руху тіла по колу з обертанням планети навколо сонця, щоб проілюструвати зв'язок між гравітацією та орбітальним рухом. Або порівняння руху машини на повороті з рухом тіла по колу, щоб показати, як доцентрова сила змінює напрямок руху.

Рух планети навколо Сонця можна пояснити як рух по колу, де сила тяжіння Сонця (гравітація) є центрострімною силою, що постійно відтягує планету до центру цього кола. Ця сила не дає планеті полетіти по прямій, а змушує її рухатися по замкненій орбіті. Уявити, як обертається на нитці камінець: нитка - це гравітація, а камінець - планета. Якщо нитка порветься (гравітація зникне), камінець полетить геть по прямій.

 Як це працює:

•      Інерція: За відсутності зовнішніх сил, тіло буде рухатися по прямій з постійною швидкістю (перший закон Ньютона). Це називається інерцією. Планета має початкову швидкість, яка змушує її рухатися в певному напрямку.

•      Гравітаційна сила: Сонце створює гравітаційне поле, яке притягує до себе планету. Ця сила, яка називається центрострімною силою, постійно діє на планету, змінюючи напрямок її руху.

•      Баланс: Рух планети - це результат балансу між її інерцією (прагненням летіти по прямій) та гравітаційною силою (прагненням Сонця притягнути її до себе). Гравітація змушує планету "падати" до Сонця, але її швидкість не дає їй впасти, а змушує рухатися по орбіті.

АНАЛОГІЇ ПІД ЧАС ВИВЧЕННЯ РУХУ ТІЛА ПО КОЛУ

Аналогія з ниткою:

Камінець: планета

Нитка: гравітаційна сила

Ваша рука, що обертає: Сонце

Ваша рука робить зусилля: гравітація діє як сила, що тягне камінець

Нитка порвалася: гравітація зникла

Камінець відлітає по прямій: планета продовжила би рух по прямій, якби не гравітація

Візуалізація:       Створення      візуальних       моделей,      що демонструють вектор швидкості, який завжди дотичний до кола, і вектор прискорення, спрямований до центру кола. Використання анімації, діаграми або фізичні моделі, щоб показати, як ці вектори взаємодіють один з одним, і як змінюється їхній напрямок протягом руху.

ПРАКТИЧНІ ДЕМОНСТРАЦІЇ НА ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТТЯХ

•   Фізичні експерименти:

Проведення фізичних демонстрацій з використанням простих матеріалів, таких як кулька на мотузці, що обертається описуючи коло. Звернення уваги на те, як модуль швидкості залишається постійним, а напрямок змінюється.

•   Використання комп'ютерних програм:

Використання комп'ютерних програм для симуляції руху тіла по колу. Це дозволить здобувачам освіти експериментувати з різними параметрами, такими як швидкість, маса та радіус, а також спостерігати за тим, як вони впливають на рух.

•   Використання інноваційних методів проведення робіт

АКЦЕНТУВАННЯ НА КЛЮЧОВИХ КОНЦЕПЦІЯХ

•Доцентрове прискорення: Пояснення поняття про

Доцентрове прискорення не як окрему силу, а як результат дії доцентрової сили, яка спрямована до центру кола і змушує тіло рухатися по колу, а не по прямій.

•Зв'язок між лінійною та кутовою швидкістю: Показ того, що лінійна швидкість пов'язана з кутовою швидкістю через радіус кола: 𝑣=𝜔𝑅.

•Використання цього факту, щоб пояснити, як зміна

Кутової швидкості впливає на лінійну швидкість і навпаки.

•       Порівняння експериментально визначенихзначень з теоретичними або контрольними (якщо такі були).

•       Визначення висновку про залежністьдосліджуваних величин (наприклад, як період

обертання залежить від радіуса чи маси тіла).

•       Посилання на можливі джерела похибоквимірювань та їхній вплив на кінцевий результат.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ ВИСНОВОК ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

У ході лабораторної роботи було експериментально вивчено закономірності руху тіла по колу. Вимірявши час повного оберту      та   кількість    обертів,     було      розраховано   період обертання T та обертову частоту n.

Встановлено, що при рівномірному русі по колу модуль лінійної швидкості залишається постійним, тоді як її напрямок (а отже, і вектор      швидкості)       безперервно   змінюється,      будучи спрямованим по дотичній до кола.

Експериментально    підтверджено,       що      зміна   напрямку швидкості зумовлена наявністю доцентрового прискорення, яке завжди спрямоване до центра кола.

Отримані експериментальні       дані      відповідають   основним положенням класичної механіки щодо колового руху, з невеликими похибками, зумовленими неідеальними умовами експерименту (тертя, точність вимірювальних приладів тощо).

ПІДСУМКИ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ

ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ФІЗИКИ_.

КЛЮЧОВІ РЕЗУЛЬТАТИ І СПОСТЕРЕЖЕННЯ

•             Проведення циклу лабораторних робіт із застосуваннямінноваційних методик (наприклад, використання віртуальних лабораторій, інтерактивних симуляцій, сучасних цифрових _• вимірювальних приладів та STEM-підходів) продемонструвало свою високу ефективність у контексті модернізації освітнього процесу з фізики.

•             Підвищення мотивації та зацікавленості: Застосування новітніхзасобів навчання значно підвищило інтерес здобувачів освіти до вивчення фізичних явищ та процесів. Вони стали більш вмотивованими до експериментальної діяльності та аналізу результатів.

•             Покращення якості засвоєння матеріалу: Інтерактивні та наочніметодики сприяли глибшому розумінню складних фізичних концепцій та законів. Здобувачі освіти краще засвоюють теоретичний матеріал через його практичне підтвердження.

•             Розвиток ключових компетентностей: Проведені роботи сприялиформуванню важливих навичок та необхідних компетентностей.

Впровадження інноваційних лабораторних робіт з впровадженнямSTEM-підходів є доцільним та перспективним напрямом у викладанні фізики.