Конспект интегрированного занятия по физике и информатике на тему "Создание формальной и компьютерной модели при решении задач по физике"

Цель занятия: применение моделирования при решении задач по физике.

Задачи:

1. моделирование движения тела посредством электронной таблицы с использованием компьютера;

2. изучение движения тела в поле сил тяготения;

3. развитие исследовательской, творческой, познавательной деятельности учащихся;

4. развитие коммуникативных способностей;

5. воспитывать интерес к наукам.

Программное обеспечение: ПК, мультимедийный проектор, интерактивная доска,  Microsoft Office Excel.

План занятия

1. Организационный момент.

2. Проверка знаний, умений, навыков.

3. Изучение движения тела в поле тяготения.

4. Практическая часть занятия.

5. Подведение итогов.

1. Организационный момент

2. Проверка знаний, умений, навыков

- Здравствуйте, ребята! Как вы уже успели заметить, сегодня у нас необычное занятие. Необычность его в том, что объединяются два элективных курса.

Итак, тема нашего занятия…

- Давайте вспомним, о чем мы говорили на прошлом занятии?

- Правильно! И чем же мы будем заниматься сегодня? Конечно! Мы продолжим изучать эту теорию и создавать модели, которые помогут решать задачи по физике.

- Пожалуйста: что же это за процесс такой - «моделирование»? (Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.) Тогда следующий вопрос: что такое «модель»? ( Модель, это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.)

- Приведите примеры объекта и модели.

- А на какие два класса делятся модели? ( Материальные и информационные.)

- Как вы понимаете выражение «материальная модель»? Приведите примеры. (Модели, представленные в материальной форме.)

- Что вы можете сказать про информационные модели? ( Информационные модели могут быть представлены в образной или знаковой форме.)

- Приведите примеры.

- Скажите, а может ли модель заменить объект? Обоснуйте свой ответ. (Не может, т.к. все свойства объекта невозможно отобразить.)

- А нужно ли нам, чтобы модель заменяла объект? Ответ обоснуйте.

Правильно: в зависимости от целей моделирования, выделяют главные свойства, четко устанавливают исходные данные, определяют конечный результат.

- В настоящее время для создания моделей широко используются компьютерные технологии.

- Существуют различные пути построения компьютерных моделей. Можно с использованием одного из языков программирования или же с использованием одного из приложений, электронных таблиц, систем компьютерного черчения, СУБД.

- Чуть позже мы построим и исследуем компьютерные модели на конкретном примере.

3. Изучение движения тела в поле сил тяготения

Прежде чем мы этим с вами займемся, давайте рассмотрим движение тела в поле сил тяготения, чтобы потом мы могли с вами создать компьютерную модель.

Откройте тетради, запишите число и тему занятия.

В многочисленных войнах на протяжении всей истории человечества враждующие стороны, доказывая свое превосходство, использовали сначала камни, копья и стрелы, а затем ядра и пули , снаряды и бомбы.

Успех сражения во многом определялся точностью попадания в цель. При этом точный бросок камня, поражение противника летящим копьем или стрелой фиксировалось воином визуально.

Значительно возросшая с развитием техники скорость (и, соответственно, дальность полета) снарядов и пуль, сделали возможными дистанционные сражения.

Однако навыка воина, разрешающей способности его глаза было недостаточно для точного попадания в цель первым в артиллерийской дуэли. Желание побеждать стимулировало появление баллистики.

5. Подведение итогов

- Итак, ребята, скажите мне: какой раздел физики мы сегодня рассматривали?

- Скажите мне, при каком угле дальность полета будет максимальной? А вообще – зависит ли дальность полета от угла, под которым тело брошено к горизонту? А если мы изменяем начальную скорость, что происходит с баллистической траекторией?

- Что вас заинтересовало сегодня на занятии?

- Молодцы! На следующих занятиях мы продолжим с вами решать задачи, строить и исследовать модели. Спасибо. Можете отдыхать.

Весь материал - смотрите документ.

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Средняя школа с углубленным изучением отдельных предметов г. Жирновска»

Открытое интегрированное занятие по физике и информатике в 11 классе

Занятие подготовил: учитель физики Немухина Е.С.

Интегрированное занятие по физике и информатике в 11 классе (элективный курс, 45 мин).

Тема: Создание формальной и компьютерной модели при решении задач по физике.

Цель занятия: применение моделирования при решении задач по физике.

Задачи: 1. моделирование движения тела посредством электронной таблицы с

использованием компьютера;

2. изучение движения тела в поле сил тяготения;

3. развитие исследовательской, творческой, познавательной деятельности

учащихся;

4. развитие коммуникативных способностей;

5. воспитывать интерес к наукам.

Программное обеспечение: ПК, мультимедийный проектор, интерактивная доска, Microsoft Office Excel.

План занятия.

1. Организационный момент.

2. Проверка знаний, умений, навыков.

3. Изучение движения тела в поле тяготения.

4. Практическая часть занятия.

5. Подведение итогов.

1. Организационный момент.

2. Проверка знаний, умений, навыков.

- Здравствуйте, ребята! Как вы уже успели заметить, сегодня у нас необычное занятие. Необычность его в том, что объединяются два элективных курса.

Итак, тема нашего занятия…

- Давайте вспомним, о чем мы говорили на прошлом занятии?

- Правильно! И чем же мы будем заниматься сегодня? Конечно! Мы продолжим изучать эту теорию и создавать модели, которые помогут решать задачи по физике.

- Пожалуйста: что же это за процесс такой - «моделирование»? (Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.) Тогда следующий вопрос: что такое «модель»? ( Модель, это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.)

- Приведите примеры объекта и модели.

- А на какие два класса делятся модели? ( Материальные и информационные.)

- Как вы понимаете выражение «материальная модель»? Приведите примеры. (Модели, представленные в материальной форме.)

- Что вы можете сказать про информационные модели? ( Информационные модели могут быть представлены в образной или знаковой форме.)

- Приведите примеры.

- Скажите, а может ли модель заменить объект? Обоснуйте свой ответ. (Не может, т.к. все свойства объекта невозможно отобразить.)

- А нужно ли нам, чтобы модель заменяла объект? Ответ обоснуйте.

Правильно: в зависимости от целей моделирования, выделяют главные свойства, четко устанавливают исходные данные, определяют конечный результат.

- В настоящее время для создания моделей широко используются компьютерные технологии.

- Существуют различные пути построения компьютерных моделей. Можно с использованием одного из языков программирования или же с использованием одного из приложений, электронных таблиц, систем компьютерного черчения, СУБД.

- Чуть позже мы построим и исследуем компьютерные модели на конкретном примере.

3. Изучение движения тела в поле сил тяготения.

Прежде чем мы этим с вами займемся, давайте рассмотрим движение тела в поле сил тяготения, чтобы потом мы могли с вами создать компьютерную модель.

Откройте тетради, запишите число и тему занятия.

В многочисленных войнах на протяжении всей истории человечества враждующие стороны, доказывая свое превосходство, использовали сначала камни, копья и стрелы, а затем ядра и пули , снаряды и бомбы.

Успех сражения во многом определялся точностью попадания в цель. При этом точный бросок камня, поражение противника летящим копьем или стрелой фиксировалось воином визуально.

Значительно возросшая с развитием техники скорость (и, соответственно, дальность полета) снарядов и пуль, сделали возможными дистанционные сражения.

Однако навыка воина, разрешающей способности его глаза было недостаточно для точного попадания в цель первым в артиллерийской дуэли. Желание побеждать стимулировало появление баллистики.

Баллистика – раздел механики, изучающий движение тел в поле тяжести Земли.

Пули, снаряды и бомбы, так же, как и теннисный и футбольный мячи, ядро легкоатлета в полете движутся по баллистической траектории. Для описания баллистического движения в качестве первого приближения удобно ввести идеализированную модель рассматривая тело как материальную точку, движущуюся с постоянным ускорением свободного падения . При этом пренебрегают изменением высоты подъема тела, сопротивлением воздуха, кривизной поверхности Земли и ее вращением вокруг собственной оси. Это приближение существенно облегчает расчеты траектории движения тел. Однако такое рассмотрение имеет определенные границы применимости. Например, при полете межконтинентальной баллистической ракеты нельзя пренебрегать кривизной поверхности Земли. При свободном падении тел нельзя не учитывать сопротивление воздуха.

Рассмотрим основные параметры траектории снаряда, вылетающего с начальной скоростью , из орудия, направленного под углом α к горизонту.

Криволинейное баллистическое движение тела можно рассматривать как результат сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения по оси X: (x=x₀+v₀t) и равнопеременного движения по оси Y: (y=y₀+v₀t+a_yt²/2).

В выбранной системе координат:

x₀=0; y₀=0;

v_0x=v₀cosα

v_0y=v0sinα

a_y=-g

Подставив эти условия в уравнения движения, получим закон баллистического движения в координатной форме:

(1)

(2)

выразив время t, из уравнения (1) и подставив в уравнение (2), получаем уравнение траектории снаряда:

-- Скажите мне: что будет являться графиком этой функции? (парабола)

-- Куда будут направлены ветви этой параболы? ( Вниз, т.к. коэффициент стоит со знаком “ – “).

-- Посмотрите внимательно на график и скажите мне, какие величины будут являться основными параметрами движения тела под углом к горизонту?

-- Правильно. А теперь обратите внимание на то, как они вычисляются. Запишите их в тетради.

(время подъема на максимальную высоту

(максимальная высота подъема)

(полное время полета)

(дальность полета)

А теперь рассмотрим с вами конкретную задачу.

Из артиллерийского орудия вылетает снаряд со скоростью 300м/с, направленный под углом 30° к горизонту. Определите, на какую максимальную высоту поднимется снаряд и на каком расстоянии от места вылета он упадет на землю. Постройте график.

( Один ученик у доски, остальные на местах. После того, как записали уравнение траектории…)

Создание проблемной ситуации: Ребята, мы видим, что невозможно быстро и точно построить график движения тела, т.к. для этого нужно взять и рассчитать множество точек, а это требует большой затраты времени. Чтобы этого избежать, мы сейчас построим компьютерную модель движения этого снаряда.

4. Практическое занятие.

- Обратите внимание на доску. Здесь перечислены основные этапы создания компьютерной модели. Давайте рассмотрим каждый по отдельности.

1 этап. Создание описательной информационной модели.

Этот этап мы уже выполнили, определив исходные данные, выделив существенные параметры, а несущественными, такими, как сопротивление воздуха и размер снаряда, пренебрегли.

2 этап. Создание формализованной модели.

На этом этапе описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка, т.е. с помощью формул, уравнений, неравенств.

- Этот этап вы уже тоже прошли, когда определили, по какой формуле будут производиться расчеты.

- А вот теперь переходим к третьему этапу.

3 этап. Преобразование в компьютерную модель.

- Итак, напоминаю, нам нужно построить график движения тела. Как вы думаете, в какой программе проще всего это будет сделать? (EXCEL)

- А давайте вспомним, для чего предназначена эта программа?

- Молодцы! А теперь откройте файл, который находится на рабочем столе в правом верхнем углу. Имя файла "Заготовка".

- Итак, для построения графика вам необходимо будет ввести в соответствующие ячейки значения начальной скорости и угла вылета, а так же задать координаты X.,E., C.

- Есть желающие выйти к доске произвести вычисления и построить график? Пожалуйста. (Остальные выполняют на местах.)

- Посмотрите на доску, сверьтесь. Программу не закрывайте - будет еще одно задание.

- А теперь посмотрите на эти графики. Что вы можете о них сказать? Как зависит дальность полета тела при постоянной начальной скорости от угла, под которым тело брошено к горизонту?

- При каком угле дальность полета будет максимальной? (45°).

- Почему? (Дальность полета максимальна, когда максимален sin2α т.е. sin2α=1, 2α=90°, α=45°)

- Хорошо! Ну а теперь давайте опять поработаем на компьютерах. Нужно будет построить графики, изменяя начальную скорость при постоянном угле.

4 этап. Проведение компьютерного эксперимента.

На этом этапе исследуют модель, изменяют исходные данные и наблюдают за изменениями.

- А давайте проведем компьютерный эксперимент и узнаем, как меняется траектория движения при изменении только начальной скорости. Значение угла остается постоянным. Обратите внимание: у вас на столе находятся карточки. В ячейке В2 вы, меняя произвольно начальную скорость, наблюдаете за изменениями траектории тела. Результаты внесите в таблицу. После заполнения проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод. Приступайте.

5 этап. Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.

Дети строят графики, затем на доске появляется такая же картинка и ребята делают выводы. (Чем больше начальная скорость, тем больше отличие баллистической траектории от параболы.)

- А почему? (Из-за сопротивления воздуха)

- Полученные результаты справедливы для идеализированного случая, когда можно пренебречь сопротивлением воздуха. Реальное движение тел в земной атмосфере происходит по баллистической траектории, существенно отличающейся от параболической из-за сопротивления воздуха. При увеличении скорости движения тела сила сопротивления воздуха возрастает. Расхождение простейшей теории баллистики с экспериментом не означает, что она неверна в принципе. В вакууме или на Луне, где нет атмосферы, эта теория дает верные результаты. При описании движения тел в атмосфере учет сопротивления воздуха требует математического расчета, который мы не будем проводить из-за громоздкости. Отметим лишь, что расчет баллистической траектории запуска и выведения на требуемую орбиту спутников Земли и их посадки в заданном районе осуществляют с большой точностью мощные компьютерные станции.

5. Подведение итогов.

- Итак, ребята, скажите мне: какой раздел физики мы сегодня рассматривали?

- Скажите мне, при каком угле дальность полета будет максимальной? А вообще – зависит ли дальность полета от угла, под которым тело брошено к горизонту? А если мы изменяем начальную скорость, что происходит с баллистической траекторией?

- Что вас заинтересовало сегодня на занятии?

- Молодцы! На следующих занятиях мы продолжим с вами решать задачи, строить и исследовать модели. Спасибо. Можете отдыхать.