Виртуальные лабораторные работы
Физика – экспериментальная наука. Фронтальные опыты, лабораторные работы, эксперименты с приборами, домашние лабораторные работы – все это чрезвычайно важно для построения верной физической картины мира ученика. Эту работу можно разнообразить, дополнив компьютерным экспериментом.
Работа с компьютерными моделями, в среде виртуальной лаборатории чрезвычайно полезна: тут можно ставить разнообразные эксперименты и проводить исследования. Ученик применяет навыки, полученные на уроках информатики. Навыки эти закрепляются, «выходя за пределы» кабинета ИКТ. Многое пригодятся для реальных экспериментов: выбор параметров, условий эксперимента, умение отделить важное от второстепенного и многое другое. Такие микроисследования стимулируют развитие творческого мышления учащихся, многократно повышает их интерес к физике.
Подготовка требует изучения самим учителем особенностей модели: набор параметров и диапазон их значений, возможности визуализации, наличие доступного теоретического материала, автоматическое ведение статистики, для того, чтобы описание работы было максимально правильным и согласованным с функциональными возможностями виртуальной лаборатории.
Под редакцией профессора МФТИ в 2001 году вышла «Открытая физика 1.1», (издательство ) распространенная по школам. Сейчас доступна уже версия 2.6, но и старый диск актуален и, что немаловажно, нетребователен к ресурсам компьютера.
Практика показывает: для эффективного вовлечения учеников в учебную деятельность нужны индивидуальные раздаточные материалы, сводящие к минимуму оформительскую рутину с заданиями разного уровня сложности.
Основные виды заданий, используемые при работе с компьютерными моделями
Вид задания | Деятельность ученика | Содержание задания |
Ознакомление | Узнаёт назначение модели и осваивает способы настройки параметров | Инструкция по управлению моделью и контрольные вопросы. |
Эксперимент | Проведение несколько простых опытов. | Инструкция по проведению эксперимента и контрольные вопросы. |
Экспериментальные задачи | Ставит эксперимент, подбирая адекватные условию параметры. | Задачи, для решения которых не всегда обязательно выполнять вычисления, но надо продумать и поставить компьютерный эксперимент |
Расчётные задачи | Решает задачу, затем проверяет решение, используя модель. | Условие задачи. Данные и результат отвечают возможностям модели. |
Исследовательское задание | Проверяет правильность гипотезы. | Предлагается некоторая гипотеза. |
Творческое задание | Придумывают условия задач, формулируют их, предлагают свое решение, затем ставят контрольный эксперимент. | Составить условия задач, которые можно решить в рамках конкретной компьютерной модели. |
Ученики быстро овладевают управлением компьютерной моделью, усваивают учебный материал, у них пробуждается творческая фантазия. Понимание качественных закономерностей и связей между физическими величинами помогает при решении задач, особенно тестовых. Роль учителя: помощника и консультанта. Публичный отчет о проведенной работе способствует окончательной систематизации знаний по теме.
Раздел «Механика», модели «Равноускоренное движение» и «Свободное падение»
Бланки лабораторных работ
Раздел «Механика», модель «Равноускоренное движение»
Лабораторная работа 1 «Изучение равномерного движения» (этот бланк дан в качестве примера в методических рекомендациях)
Класс............. Фамилия...................................... Имя............................
1. Откройте в разделе «Механика» окно модели «Равноускоренное движение».
2. Установите следующее значение параметра a = 0 м/с2.
3. Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.
4. Прервите движение спортсмена нажатием кнопки «Стоп». Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются значения координаты спортсмена и пройденного им пути.
5. Для продолжения эксперимента снова нажмите кнопку «Старт».
6. Проведите компьютерные эксперименты.
Эксперимент №1
· Выясните, что означает знак «-» перед значением скорости. Для этого установите, нажав кнопку «Выбор», отрицательное значение скорости спортсмена и нажмите кнопку «Старт».
· Напишите, как изменяется движение спортсмена при изменении знака его скорости. …………...........……………………………………………………..
· Напишите, какие графики вы наблюдали на экране компьютера:
· график зелёного цвета – это график ...............................…… ,
· график красного цвета – это график...............................…… ,
· график синего цвета – это график ................................……... .
Эксперимент №2
Установите V = 0,6 м/с, проведите эксперимент и ответьте на вопросы:
· Какова координата спортсмена при t = 0? x =............................
· Какова координата спортсмена через 40 с? x = ............................
· Какова координата спортсмена через 60 с? x = ............................
· Как выглядит график координаты спортсмена? ………………………….
..................................................………………………………………………….
· Как выглядит график скорости спортсмена? ……………………………..
……...…............................................................………………………………....
· Изменяется ли скорость спортсмена при движении? .................................
· Как называется такое движение? ...........................................................…..
Эксперимент №3
Установите V = –0,8 м/с, проведите эксперимент и ответьте на вопросы:
· Какова координата спортсмена при t = 0? x = ............................
· Какова координата спортсмена через 40 с? x = ............................
· Какова координата спортсмена через 60 с? x = ............................
· Какой путь проходит спортсмен за 60 с? s = .............................
· Как выглядит график координаты спортсмена? …………………………
…..............................................…………………………………………………
· Как выглядит график пути спортсмена? ………………………….…
……………........................................................………………………………...
Решите задачи.
Задача 1. С какой скоростью двигался спортсмен, если за 160 с он прошёл расстояние в 80 м?
Ответ. ……………………….. .
Задача 2. Сколько времени двигался спортсмен, если он преодолел расстояние в 120 м, причём его скорость была постоянной и составляла 0,6 м/с?
Ответ. ……………………….. .
Теперь проведите компьютерные эксперименты и проверьте ваши ответы.
Задача 3. Постройте графики координаты, пути и скорости, спортсмена, если его скорость V = 1,0 м/с (при t = 0 и x = 0).
Задача 4. Постройте графики координаты, пути и скорости, спортсмена, если его скорость V = –1,0 м/с (при t = 0 и x = 0).
Теперь проведите компьютерные эксперименты и проверьте ваши графики.
Количество выполненных заданий:____Количество ошибок:____Ваша оценка:____
Дополнительные задания
1. Расчетные задачи с компьютерной проверкой
Задача 1. Пешеход начал движение из начала координат со скоростью 0,6 м/с. Найдите координату пешехода через одну минуту после начала движения, если он движется равномерно.
Задача 2. Пешеход начал движение из начала координат с постоянной скоростью – 0,4 м/с. Найдите координату пешехода через одну минуту после начала движения и пройденный им за это время путь.
2. Графические задачи с компьютерной проверкой
Задача 1. Скорость равномерно движущегося тела 0,8 м/с. Постройте графики скорости, координаты и пути, если начальная координата тела x0 = 0.
Проведите компьютерный эксперимент и проверьте ваши графики.
Задача 2. Скорость равномерно движущегося тела – 0,6 м/с. Постройте графики скорости, координаты и пути, если начальная координата тела x0 = 0.
Проведите компьютерный эксперимент и проверьте ваши графики.
Количество выполненных заданий:____Количество ошибок:____Ваша оценка:____
Раздел «Механика», модель «Равноускоренное движение»
Лабораторная работа 2 «Изучение равноускоренного движения»
Класс............. Фамилия...................................... Имя............................
7. Откройте в разделе «Механика» окно модели «Равноускоренное движение».
8. Установите следующее значение параметра a = 0,05 м/с2, v0 = 0 м/с
9. Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.
10. Прервите движение спортсмена нажатием кнопки «Стоп». Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются значения скорости, координаты спортсмена и пройденного им пути.
11. Для продолжения эксперимента снова нажмите кнопку «Старт».
12. Проведите компьютерные эксперименты.
Эксперимент № 1
· Выясните, что означает знак «-» перед значением ускорения. Для этого установите, нажав кнопку «Выбор», отрицательное значение ускорения (a = - 0,05 м/с2)
спортсмена и нажмите кнопку «Старт».
· Напишите, как изменяется движение спортсмена при изменении знака его ускорения. …………...........……………………………………………………..
· Что происходит со скоростью спортсмена? ......................................................
· Напишите, какие графики вы наблюдали на экране компьютера:
· график зелёного цвета – это график ...............................…… ,
· график красного цвета – это график ...............................…… ,
· график синего цвета – это график ................................……... .
Эксперимент № 2
Установите V 0= 0,5 м/с, проведите эксперимент и ответьте на вопросы:
· Какова координата и скорость спортсмена при t = 0? x =.................. v = ..............
· Какова координата и скорость спортсмена через 40 с? x = ............... v = ..............
· Какова координата и скорость спортсмена через 60 с? x = .............. v = ..............
· Как выглядит график координаты спортсмена? ………………………….
..................................................………………………………………………….
· Как выглядит график скорости спортсмена? ……………………………..
……...…............................................................………………………………....
· Изменяется ли скорость спортсмена при движении? .................................
· Как называется такое движение? ...........................................................…..
Эксперимент №3
Установите v0 = 0,5 м/с, a = - 0,01 м/с2 проведите эксперимент и ответьте на вопросы:
· Какова координата и скорость спортсмена при t = 0? x =.................. v = ..............
· Какова координата и скорость спортсмена при t = 50 с? x =................ v = ..............
· Какова координата и скорость спортсмена при t = 100 с? x =............... v = ..............
· Какова координата и скорость спортсмена при t = 200 с? x =............ v = ..............
· Какой путь проходит спортсмен за 200 с? s = .............................
· Объясните, почему значения пути и координаты различные? ......................................
.....................................................................................................................................................
· Как выглядит график координаты спортсмена? …………………………
…..............................................…………………………………………………
· Как выглядит график пути спортсмена? ………………………….…
……………........................................................………………………………...
Решите задачи.
Задача 1. . Бегун начал движение из начала координат без начальной скорости. Ускорение бегуна составляет 0,1 м/с2.
Определите скорость бегуна через 30 с и путь, пройденный им за это время?
Ответ. ……………………….. .
Задача 2. . Бегун начал движение из начала координат без начальной скорости. Ускорение бегуна составляет –0,05 м/с2.
Определите величину скорости и координату бегуна через 60 с, а также путь пройденный им за это время.
Ответ. ……………………….. .
Теперь проведите компьютерные эксперименты и проверьте ваши ответы.
Задача 3. Тело начинает движение из начала координат без начальной скорости. Ускорение тела равно 0,1 м/с2. Постройте графики скорости, координаты и пути, этого тела.
Задача 4. Тело начинает движение из начала координат без начальной скорости. Ускорение тела равно –0,1 м/с2. Постройте графики скорости, координаты и пути, этого тела.
Теперь проведите компьютерные эксперименты и проверьте ваши графики.
Количество выполненных заданий:____Количество ошибок:____Ваша оценка:____
Дополнительные задания
1. Расчетные задачи с компьютерной проверкой
Задача 1. Спортсмен начал движение из начала координат с начальной скоростью равной 1 м/с и ускорением 0,02 м/с2.
Определите скорость и координату спортсмена через 50 с, а также путь, пройденный им за это время.
Ответ. ……………………….. .
Задача 2. Спортсмен начал движение из начала координат с начальной скоростью равной 0,4 м/с. Ускорение спортсмена составляет –0,04 м/с2.
Определите проекцию скорости и координату спортсмена через 100 с, а также путь, пройденный им за это время.
Через какое время после начала движения скорость спортсмена будет равна нулю?
Ответ. ……………………….. .
Задача 3. Движение бегуна вдоль оси Х происходит по закону
X = 0,8t – 0,02t2, где t - время в секундах.
Найдите начальную координату бегуна, проекцию его скорости на ось Х, а также проекцию его ускорения на ось Х.
Найдите скорость бегуна через 70 с.
Найдите координату бегуна через 100 с.
Найдите путь бегуна за 100 с.
Через какое время после начала движения скорость бегуна будет равна нулю?
Ответ. ……………………….. .
Промоделируйте задачи на экране компьютера и проверьте Ваши ответы.
2. Графические задачи с компьютерной проверкой
Задача 1. Тело начинает движение из начала координат с начальной скоростью равной 1 м/с2. Ускорение тела равно 0,05 м/с2. Постройте графики скорости, координаты и пути, этого тела.
Проведите компьютерный эксперимент и проверьте ваши графики.
Задача 2. Тело начинает движение из начала координат с начальной скоростью равной 1 м/с2. Ускорение тела равно – 0,02 м/с2. Постройте графики скорости, координаты и пути, этого тела.
Проведите компьютерный эксперимент и проверьте ваши графики.
Количество выполненных заданий:____Количество ошибок:____Ваша оценка:____
Раздел «Механика», модель «Свободное падение»
Лабораторная работа 3 «Изучение движения тела, брошенного горизонтально»
Класс............. Фамилия...................................... Имя............................
1. Откройте в разделе «Механика» окно модели «Свободное падение».
2. Установите следующее значение параметров H = 10 м, α = 00 , V = 5 м/с.
3. Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.
4. Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются значения координаты Х (дальности полета) и времени движения.
5. Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются мгновенные значения координаты Y (высоты), проекции скорости Vx, Vy.
6. Нажмите клавишу «Очистить».
7. Проведите компьютерные эксперименты.
Эксперимент № 1
· Установите значение высоты Н = 20 м и нажмите кнопку «Старт».
· Что представляет собой график движения? ...........................................
· Как изменяется скорость тела? Vx ...................... Vy. ..........................
· Как вы можете охарактеризовать наблюдаемое движение тела? ..................
......................................................................................................................................
· Как изменяется высота? .........................................................................
· Нажмите клавишу «Очистить».
· При необходимости проведите эксперимент несколько раз.
Эксперимент № 2
· Установите зависимость дальности полета от скорости бросания. Для этого последовательно установите значение скорости V1 , V2 , V3 и нажмите кнопку «Старт». Эксперимент проведите три раза и получите три графика движения.
· По данным эксперимента заполните таблицу:
№ | V, м/с | X, м | t,с |
1. | 10 | ||
2. | 20 | ||
3 | 25 |
· Чему равно время движения? Объясните его постоянство....................................
............................................................................................................................................
· Сравните значения Х и сделайте вывод: как дальность полета зависит от скорости бросания?
· Обратите внимание на графики движения и сделайте вывод: как дальность полета зависит от скорости бросания?
Решите задачи
Задача 1 Мальчик бросил горизонтально мяч из окна, находящегося на высоте 20 метров. Сколько времени летел мяч и с какой скоростью он был брошен, если он упал на расстоянии 6,1 метра от основания дома?
Ответ .....................
Задача 2 Дальность полета тала, брошенного со скоростью 9,8 м/с, равна высоте бросания. С какой высоты было брошено тело?
Ответ.....................
Задача 3 Высота бросания равна 5 метров. При какой скорости дальность полета будет в 4 раза больше высоты бросания?
Ответ .....................
Теперь проведите компьютерные эксперименты и проверьте ваши ответы.
Количество выполненных заданий:____Количество ошибок:____Ваша оценка:____
Раздел «Механика», модель «Свободное падение»
Лабораторная работа 4 «Изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту».
Класс............. Фамилия...................................... Имя............................
8. Откройте в разделе «Механика» окно модели «Свободное падение».
9. Установите следующее значение параметров α = 550 , V = 25 м/с.
10. Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.
11. Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются значения координаты Х (дальности полета) и времени движения.
12. Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются мгновенные значения координаты Y (высоты), проекции скорости Vx, Vy.
13. Нажмите клавишу «Очистить».
14. Проведите компьютерные эксперименты.
Эксперимент № 1
· Исследуйте зависимость дальности полета тела от угла бросания. Установите значение V = 25 м/с
· Установите значение α = 200 Чему равна дальность полета? Н = ........................
· Установите значение α = 300 Чему равна дальность полета? Н = ........................
· Установите значение α = 400 Чему равна дальность полета? Н = ........................
· Установите значение α = 450 Чему равна дальность полета? Н = ........................
· Установите значение α = 500 Чему равна дальность полета? Н = ........................
· Установите значение α = 600 Чему равна дальность полета? Н = ........................
· Установите значение α = 700 Чему равна дальность полета? Н = ........................
· При каком угле вылета дальность полета тела наибольшая? ..............................
· При каких углах вылета дальность полета одинакова? .......................................
· Чему равна сумма этих углов? ...............................................................................
...........................................................................................................................................
· Как это согласуется с формулой, определяющей дальность полета
ℓ = (2 υ2 cosα *sin α)/g? ...................................................................................................
............................................................................................................................................
Эксперимент № 2
· Установите значение V = 15 м/с
· Установите значение α = 200 Нажмите кнопку «Старт»
· Установите значение α = 700 Нажмите кнопку «Старт»
· Что представляет собой график движения? ...........................................
· Обратите внимание на графики движения, чем они отличаются? .................
........................................................................................................................................
· Объясните зависимость высоты подъема от угла бросания. ...........................
.......................................................................................................................................
Решите задачи
Задача 1 Тело брошено под углом 450 со скоростью 20 м/с. Определите дальность полета и время, через которое тело упадет на землю.
Ответ .....................
Задача 2 Под каким углом необходимо установить пружинный пистолет, чтобы поразить цель на расстоянии 35 метров. Скорость вылета шарика равна 19,9 м/с.
Ответ .....................
Задача 3 Каким способом можно поразить цель, если дальность при стрельбе под углом 300 соответствует нахождению цели, но высота холма на пути превышает высоту поднятия снаряда?
Ответ .....................
Теперь проведите компьютерные эксперименты и проверьте ваши ответы.
Количество выполненных заданий: ____Количество ошибок: ____Ваша оценка:____
