Методичні вказівки до семінарських занять з курсу «Методика навчання фізики»



Скачати 352.02 Kb.
Дата конвертації14.08.2018
Розмір352.02 Kb.
ТипМетодичні вказівки


Міністерство освіти і науки України

Харківський національний педагогічний

університет імені Г.С. Сковороди

Методичні вказівки

до семінарських занять



з курсу «Методика навчання фізики»

для студентів 4-го курсу фізико-математичного факультету

спеціальність «фізика»

з теми: Методика вивчення основ динаміки в старшій школі.

Харків

2017


Методичні вказівки до семінарських занять з курсу «Методика навчання фізики» для студентів 4-го курсу фізико-математичного факультету

спеціальність «фізика»

з теми: Методика вивчення основ динаміки в старшій школі.

Укладач: О.Г. Галицький.

Методичні вказівки містять план, питання і завдання для обговорення та самоконтролю знань студентів, завдання для самостійної роботи, розкрито найхарактерніші аспекти змісту навчального матеріалу складених згідно з навчальним планом і програмою курсу «Методика навчання фізики».

Затверджено на засіданні кафедри фізики

Протокол № 17 від 29.08.2017року

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………………………………..4



  1. Семінарськє заняття. Методика вивчення розділу «Основи динаміки»….6

  2. Освітнє та прикладне значення розділу……………………………………..7

  3. Науково-методичний аналіз змісту і структури навчального матеріалу….9

  4. Основні поняття розділу та їх науково-методичний аналіз………………10

  5. Методика вивчення основних питань розділу…………………………….12

  6. Навчальний фізичний експеремент………………………………………..19

  7. Організація контролю та обліку знань учнів з розділу…………………..19

  8. Література…………………………………………………………………...20


ВСТУП

Сучасний етап розвитку України потребує висококваліфікованих, професійно підготовлених фахівців, здатних плідно працювати в різних сферах суспільного життя. Ці вимоги особливо виразно актуалізуються в умовах орієнтації української освіти на європейські норми та включення нашої країни до Болонського процесу. Проте спеціаліст сьогодні , а тим паче, вчитель – не тільки грамотний виконавець вказівок та інструкцій, але передусім людина, яка творчо працює й мислить, інтелектуально і морально розвинута та має власний світогляд. Передумовою формування такого світогляду є засвоєння вищих досягнень світової та вітчизняної науково-методичної культури. Успішна реалізація завдання щодо формування особистісного світогляду і підготовки майбутнього вчителя, передбачає великий обсяг самостійної роботи студентів. Курс «Методика фізики» – один з фундаментальних предметів у системі підготовки викладача фізики, як для загальноосвітньої, так й для вищої школи.

Важливою формою самостійної роботи студентів є підготова до семінарських занять, з якими органічно поєднуються лекції.

Семінар (лат. seminarium - розсадник) - вид навчальних занять практичного характеру, який передбачає самостійне опрацювання студентами окремих тем відповідно змісту навчальної дисципліни та обговорення результатів цього вивчення, представлених у вигляді тез, доповідей, рефератів тощо.

Основною метою семінарських занять з дисципліни «Методика навчання фізики» є:


  • систематизувати та поглибити знання студентів з науко-

вих і психолого-педагогічних основ сучасних технологій

  • навчання фізики в загальноосвітніх навчальних закладах;

  • вивчення студентами особливостей структури, змісту

курсу фізики, з урахуванням профілю навчального

закладу;


  • формування умінь здійснювати науково-методичний аналіз фізичних понять;

  • свідомо обирати методи і форми викладання навчального матеріалу з фізики;

  • оволодіння студентами науково методичним апаратом, навичками усного і письмового викладання навчального матеріалу;

  • залучити студентів до творчої діяльності.

Для ефективного рішення дидактичних задач і забезпечення виконання основних функцій семінарських занять студенти повинні до них ретельно готуватися, а самє:

  1. докладне ознайомлення з планом занять, питаннями і завданнями, які винесені на обговорення;

  2. забезпечення рекомендованою літературою електронними навчальними посібниками,відвідування школи для поглибленого вивчення питань семінару;

  3. опрацюйте рекомендовану науково - методичну літературу, при цьому обов’язково конспектуйте прочитане, виписуйте те, що, на ваш погляд, сприятиме вашій активній участі при проведенні заняття;

  4. запишіть запитання, які виникли у вас під час підготовки до проведення семінарського заняття, зверніться за консультацією до викладача-методиста чи викладача кафедри педагогіки;

  5. складання плану і тексту свого виступу у формі доповіді, реферату, тез, на семінарському занятті.


1. Семінарськє заняття. Методика вивчення розділу «Основи динаміки».

МЕТА. Провести науково-методичний аналіз структури і змісту навчального матеріалу. Оволодіти основними положеннями, що стосуються методики формування основних понять динаміки в старшій школі.

І. План заняття

  1. Освітнє та прикладне значення розділу.

  2. Науково-методичний аналіз змісту і структури навчального матеріалу.

  3. Основні поняття розділу та їх науково-методичний аналіз .

  4. Методика вивчення основних питань розділу.

  5. Навчальний фізичний експеремент.

  6. Організація контролю та обліку знань учнів з розділу.

ІІ. Питання і завдання для обговорення, та самоконтролю знань

  1. Розкрийте зміст розділу «Основи динаміки».

  2. Назвіть та охарактеризуйте поняття, які вивчають у розділу «Основи динаміки».

  3. Які демонстрації та лабораторні роботи передбачені програмою при вивченні основ динаміки?

  4. У чому полягають особливості запровадження поняття «маса»?

  5. На основі яких дослідів можна організувати вивчення другого закону Ньютона?

  6. Перерахуйте сили, які вивчають у механіці.

  7. З’ясуйте послідовність вивчення сили тертя.

  8. Які випадки руху тіл під дією кількох сил вивчають у розділі «Основи динаміки»?

  9. Методичні особливості розв’язування фізичних задач з динаміки. Алгоритмічні прийоми.

ІІІ. Завдання для самостійної роботи

  1. Розробіть орієнтовне тематичне поурочне планування навчального матеріалу при вивченні розділу: «Основи динаміки».

  2. Виконати науково - методичний аналіз лабораторних робіт, які проводять під час вивчення основ динаміки.

  3. Скласти перелік і у відповідності до плану узагальнювального характеру надати опис фізичних понять, які вперше вивчаються в розділі «Основи динаміки »:

  • фізичне явище;

  • фізична величина;

  • фізичний закон;

  • ідеалізовані об’єкти та модели;

  • фізичні прилади.

4. Скласти опорні конспекти уроків з розділу « Основи динаміки », які відображають діяльність вчителя та учнів при вивченні:

  • нового матеріалу;

  • проведення лабораторної роботи;

  • рішення задач;

  • контролю знань і умінь.









  1. Охарактеризуйте значення законів динаміки у формуванні диалектико-материалистического світогляду учнів, у політехнічному навчанні.

  2. Які фундаментальні фізичні поняття формуються при вивченні законів динаміки?

  3. Виділите основні етапи вивчення нового матеріалу на уроці,присвяченому вивченню законів Ньютона. Які об'єктивні методичні труднощі виникають при вивченні цього питання?

  4. Який підхід до введення поняття маси прийнятий у підручнику 10 класа ? Як дотримується наступність із тим поданням про масу, що учневі відомо в 7 класі?

  5. Простежите етапи формування поняття "сила" по підручнику для 8 і 10 класу. Покажіть логічну послідовність розвитку цього поняття у вигляді схеми.

  6. Який практичний спосіб виміру сил вивчається в 7і 10 класі? Підберіть експерементальну задачу на застосування динамометра.

  7. Запропонуєте, як провести узагальнення знань наприкінці вивчення динаміки.

  8. З якими питаннями, пов'язаними з механікою космічних польотів є можливим познайомити учнів при вивченні механіки? .

  9. Розкрити можливості між предметних зв'язків у розвитку знань учнів про гравітацію.

  10. Покажіть, як уточнюються й заглиблюються відомості про взаімодію тіл в 10 класі у порівнянні з 7 класом.

  11. Виявити можливості комп'ютерної техніки в удосконаленні методики вивчення основ динаміки.

2. Освітнє та прикладне значення розділу.

Закони динаміки - найбільш істотна частина механіки. Класична механіка Ньютона - це, по суті, закони динаміки, що становлять ядро її теорії. Протягом тривалого часу - біля трьох сторіч - класична механіка була єдиною теорією, що становила основу фізичної картини світу. Метод механіки був єдиним методом наукового прогнозування. Вважалося, що якщо задані початкові умови, то будь-які події у Всесвіті можуть бути точно передвіщені й розраховані. Обмеженість цієї теорії та її методу була з'ясовано лише в другій половині XIX в., після створення теорії електромагнітного поля, і далі на початку XX в., після створення теорії відносності і квантової теорії. Однак дотепер механіка Ньютона як частина фізичної картини світу не втратила свого значення у визначених границях її застосування. Метод механіки як зразок наукового прогнозування застосовується й у сучасній науці - в електродинаміці, у статистичній фізиці та ін. У кожному разі, якщо відомі початкові стани, то за законами, що становлять ядро кожної з теорій, можна визначити еволюцію системи. Тому так велике значення законів механіки для формування в учнів основ, наукової картини світу і розуміння методу наукового пізнання.

Весь теоретичний матеріал теми грунтується на ідеї відносності. Ідеї відносності застосується в законах Ньютона для опису руху тіл в інерціальних системах відліку.

Друга ідея, яка коротко формулюється у вигляді основної задачі механіки, є сполучною ланкою у побудові логічної послідовності введення понять і законів.

Усвідомлюючи ці ідеї, учні здобувають знання про інерціальні системи відліку та засоби їх виявлення, обмеження в застосуванні законів руху «в класичному варіанті» та їх використання на практиці, про ланцюг понять, який слід застосувати для розв’язання основної задачі механіки.

Динаміка (від грец. “динемікс” – сила, діючий) являє собою найбільш важливий і водночас складний розділ механіки, в якому механічний рух тіл вивчається з урахуванням їхньої взаємодії.Основна задача механіки полягає в тому, щоб у будь-який момент часу знайти положення даної матеріальної точки, тобто її координати. Історично основна задача механіки поділяється на пряму і зворотну задачу динаміки:



  • пряма задача динаміки: за заданим характером руху визначити рівнодійну сил, які діють на тіло, тобто знаходять закони взаємодії тіл.

  • обернена задача динаміки: за відомими силами й масами визначають характер руху тіл, їхні прискорення і швидкості.

Тепер треба з’ясувати, що є причиною зміни швидкості, або причиною виникнення прискорення. Шкільна практика свідчить, що учні, які вивчили динаміку, навіть випускники шкіл, на запитання, що вивчає динаміка, відповідають: причини руху тіла, не розуміючи, що питання про причини руху досліджуються у філософії. А у фізиці з’ясовують причини не руху, а зміни руху.

Тому на початку вивчення динаміки доцільно звернути увагу учнів на те, що динаміка не з’ясовує причини руху тіла. Адже, рух — невід’ємна властивість матерії: рух — одна з форм існування матерії. У механіці досліджуються і встановлюються причини зміни стану руху тіл (як за траєкторією, так і за характером), тобто з’ясовуються причини виникнення прискорення та способи його визначення.

Основою класичної механіки є три закони Ньютона, або точніше — система трьох законів Ньютона. Так, перший і другий закони характеризують механічний стан тіла у випадку скомпенсованої і нескомпенсованої дії на нього інших тіл. Другий і третій закони дають силову-характеристику взаємодії тіл. Нарешті, всі закони разом характеризують рух тільки матеріальних точок і тільки відносно інерціальних систем відліку.

Основна навчальна мета при вивченні динаміки руху— озброїти учнів знаннями про явища інерції і взаємодії , закони динаміки; поняття матеріальної точки, інерціальної системи відліку, інертності, рівнодійної сили; величини— маса, сила.

Освітнє та прикладне значення полягає в тому, що під час вивчення розділу механіки «Основи динаміки», в якому застосовують математичний апарат, в учнів формуються наукові знання про матеріальність світу та взаємообумовленість явищ у природі. Учитель має змогу ознайомити школярів із досягненнями світової науки та внеском у її розвиток вітчизняних учених, що сприяє формуванню почуття патріотизму й гуманізму.

Оволодіваючи знаннями, учні набувають відповідних умінь: спостерігати в природі, техніці; відтворювати на досліді явища інерції і взаємодії; вимірюватй масу тіл, силу, що діє на тіло; користуватися потрібними формулами, законами для розв'язування якісних і розрахункових задач тощо.



Вивчення теми «Основи динаміки» передбачає широке використання математичного апарату, демонстраційного експерименту, а також знань, набутих учнями під час вивчення фізики в основній школі й у процесі опанування змісту теми «Основи кінематики». Знання законів динаміки необхідне учням для подальшого вивчення механіки та інших розділів курсу фізики.

3. Науково-методичний аналіз змісту і структури навчального матеріалу.

Після вивчення теми «Основи кінематики» учнів ознайомлюють із темою «Основи динаміки», в якій вивчають взаємодію тіл та їх рух під час цієї взаємодії. До теми входять три частини: «Закони Ньютона», «Сили в механіці» та «Рух тіла під дією кількох сил». У частині «Закони Ньютона» вивчають три закони Ньютона, додавання сил, вводять поняття «інерціальна система відліку», «маса» і «сила». У частині «Сили в механіці» вивчають гравітаційні сили, закон всесвітнього тяжіння, силу тяжіння, рух під дією сили тяжіння, рух штучних супутників та розраховують першу космічну швидкість. У ній розглядають сили пружності, закон Гука, невагомість, сили і коефіцієнт тертя. Частина «Рух тіла під дією кількох сил» присвячена розгляду руху тіл під дією кількох сил: рух у горизонтальному та вертикальному напрямках, рух похилою площиною, рух зв’язаних тіл і рух по колу.

Послідовність вивчення та структуру розділу «Основи динаміки» зображено на мал.1.

c:\docume~1\9335~1\locals~1\temp\finereader11\media\image1.png

Мал. 1. Структурно- логічна схема розділу «Основи динаміки».



4. Основні поняття розділу та їх науково-методичний аналіз.

Основними поняттями розділу «Основи динаміки» є: «інерція», «інерт- ність»,«інерціальна система відліку», маса», «сила», «гравітаційні сили», «сили тертя», «сили пружності».

Інерцією в механіці називають явище збереження гану спокою або швидкості в прямолінійному рівномірному русі за скомпенсованих зовнішніх дій. Вона знаковою мірою властива всім матеріальним об’єктам.

Із поняттям «інерція» пов’язане поняття «інертість», яке описує властивість тіл набувати різних прикорень за однакових зовнішніх дій із боку інших тіл. іертність різною мірою властива різним тілам. Мірою іертності тіла при поступальному русі є його маса (при Зертальному русі — момент інерції).

Важливою для описання процесів у механіці є інерціальна система відліку — система відліку, в якій аконується закон інерції. Будь-яка система відліку, (о рухається стосовно інерціальної системи відліку зступально, рівномірно та прямолінійно, також є інер- іальною системою відліку. Усі інерціальні системи дліку рівноправні, тобто в них закони фізики діють щаково. Враховуючи, що Земля рухається навколо онця з незначним прискоренням, систему відліку, зв’язану із Землею, лише умовно можна вважати інер- іальною системою.

Маса є однією з основних фізичних характеристик атерії, яка визначає її інертні та гравітаційні властиві. У класичній механіці масу обчислюють відношеним сили, що діє на тіло, до прискорення, якого тіло абуває під дією цієї сили. Таку масу називають інертною масою. Водночас маса є мірою гравітаційних властивостей тіл, через що її називають гравітаційною. За дповідного добору гравітаційної сталої інертна та гра- таційна маси кожного тіла збігаються, у чому полягає ринцип еквівалентності мас. Маса є адитивною величною. У класичній механіці маса даного тіла — вели- ана стала, незалежна від його стану. У релятивістській еханіці маса тіла залежить від швидкості його руху .

Якщо швидкості малі, значно менші за швидкість світла, .За одиницю маси (кілограм) прийнято масу спеціально виготовленого циліндра з платино-іридіевого сплаву, який зберігається в Міжнародному бюро мір і ваги у місті Севрі під Парижем.

Міру механічної дії на дане матеріальне тіло з боку інших тіл, внаслідок чого змінюється вектор швидкості цього тіла і тіло набуває прискорення, вважають силою. Вона є векторною величиною, у кожний момент часу характеризується числовим значенням, напрямком у просторі та точкою прикладання.

У механіці вивчають сили гравітаційні, пружності і тертя.

Гравітаційні сили — сили взаємного притягання між усіма тілами; їх значення прямо пропорційне добутку мас тіл та обернено пропорційне квадрату відстані між ними . Ця залежність відображає

зміст закону всесвітнього тяжіння, відкритого англійським математиком і фізиком Ісааком Ньютоном (1643—1727). Числове значення коефіцієнта пропорційності (G) — гравітаційної сталої визначив у своїх експериментальних дослідах англійський фізик Генрі Кавендіш (1731—1810).

У міжнародній системі (СІ) G=6,6710-11.

Одним із випадків сили всесвітнього тяжіння є сила тяжіння, що діє на будь-яку матеріальну точку, розташовану поблизу земної поверхні. На значення цієї сили впливає добове обертання Землі. Напрямком сили тяжіння є вертикаль у даній точці земної поверхні.

Сила, яка виникає між двома тілами, які контактують, й утримує їх у стані спокою одне стосовно іншого при дії на них інших тіл, називається силою тертя спокою. Ця сила завжди дорівнює за абсолютним значенням і напрямлена протилежно силі, що прикладена до тіла паралельно поверхні стикання його з іншим тілом. Максимальна сила тертя спокою пропорційна силі тиску: FT = µсп N.

Сила тертя ковзання є силою, що виникає під час руху одного тіла поверхнею іншого і напрямлена у бік, протилежний рухові тіла. Ця сила пропорційна силі тиску: FT = µков N.

Коефіцієнт пропорційності µ називають коефіцієнтом тертя, значення якого залежйть від виду речовини, з якої виготовлено тіла, а також від стану поверхонь, що стикаються.

Коефіцієнт тертя µ встановлює зв’язок між силою тертя і силою тиску між тілами. Розрізняють коефіцієнт тертя руху і коефіцієнт тертя спокою. Коефіцієнт тертя спокою завжди менший за коефіцієнт руху:

µсп ˃ µр

Коефіцієнт тертя руху µр визначають як для відносного ковзання одного тіла по поверхні другого, так і для кочення одного з тіл. Коефіцієнт тертя ковзання µков суттєво більший за коефіцієнт тертя кочення µкоч:

µков ˃ µкоч.

5. Методика вивчення основних питань розділу.

Формування поняття «інерція» доцільно розпочати з повторення відповідного матеріалу курсу фізики основної школи. Згідно з цим курсом явище збереження швидкості тіла за відсутності дії на нього інших тіл називають інерцією. У процесі повторення учні можуть самостійно навести приклади прояву інерції. Важливим моментом під час вивчення явища інерції є з’ясування неправильності побутового уявлення, що рух є результатом взаємодії тіл. Із цією метою розглядають приклади інерції з урахуванням реально існуючих взаємодій тіл. Наприклад, з’ясовують, чому кулька, підвішена на шнурі, перебуває у стані спокою та що з нею трапиться, якщо усунути дію шнура. Внаслідок такого розгляду роблять висновок, що тіло може перебувати у стані спокою, якщо на нього діють рівні за модулем, але протилежно напрямлені сили, тобто якщо дія інших тіл компенсується. На конкретних прикладах з’ясовують, що тіло може не тільки перебувати у стані спокою, а й рухатись прямолінійно і рівномірно, якщо дія на нього інших тіл відсутня. Наприклад, хокейна шайба довго рухається прямолінійно та рівномірно поверхнею льоду, оскільки сила тертя незначна. Аналогічно металева кулька котиться поверхнею столу практично рівномірно, оскільки сила тертя кочення незначна.

Доцільно окремо розглянути поняття про взаємну компенсацію дії взаємодіючих тіл. Оскільки на практиці на будь-яке рухоме тіло діє сила опору середовища (зокрема, сила тертя), то для прямолінійного рівномірного руху тіла необхідно цю силу компенсувати іншою. Це можна продемонструвати учням під час розгляду руху кульки похилою площиною, яка має такий нахил, щоб сила тертя компенсувалась складовою сили тяжіння. Відтак роблять узагальнення: тіло під дією двох однакових за модулем та протилежно напрямлених сил буде знаходитись у спокої або рухатись прямолінійно рівномірно.

Такі приклади допомагають сформулювати перший закон динаміки Ньютона: існують такі системи відліку, стосовно яких тіло, що рухається поступально, зберігає свою швидкість сталою, якщо на нього не діють інші тіла або дія інших тіл компенсується. Ці системи відліку називають інерціальними системами.

Донині в усіх прикладах і дослідах системою відліку, в якій виконувався закон інерції, вважають Землю.

На конкретних прикладах (розглядаючи рух тіл у залізничному вагоні, який рухається без прискорення прямолінійною ділянкою колії) варто показати, що закон інерції справджується також у системах відліку, які рухаються прямолінійно й рівномірно щодо Землі. Потрібно сформулювати принцип відносності Галілея та на прикладах із життя спростувати побутові уявлення про те, що тіло, на яке не діють сили, може перебувати тільки у стані спокою.

Із метою формування поняття «маса» необхідно відновити в пам’яті відповідний матеріал, вивчений учнями в основній школі, експериментально обґрунтувати це поняття як кількісну характеристику інертних властивостей тіла. Для цього на відцентровій машині встановлюють поличку з двома зв'язаними ниткою тілами, маси яких відносяться як 1 : 3. Привівши систему в обертання в горизонтальній площині, помічають, що тіла розходяться на певні відстані від осі обертання і рухаються по колах певного радіуса

(мал. 2).



Мал.2. Порівняння мас двох тіл при їх обертанні

Вимірявши радіуси цих кіл та розрахувавши частоту обертаннястрижня, визначають, скориставшись формулою , прискорення кожного тіла. Проведений дослід дає змогу зробити висновок, що під час взаємодії тіла набувають прискорень, обернено пропорційних масам тіл. Відношення прискорень для двох даних тіл є сталою величиною. На основі аналізу дослідів визначають масу як фізичну величину, що характеризує інертність тіла і є його мірою. Після цього запроваджують одиницю маси та розглядають способи вимірювання маси тіла зважуванням і шляхом взаємодії, який ілюструє дослід з двома візочками, з єднаними пружиною (мал. 3).

c:\docume~1\9335~1\locals~1\temp\finereader11\media\image1.png

Мал. 3. Взаємодія двох візків.

При формуванні поняття «сила» необхідно враховувати те, що ним широко послуговуються у повсякденному житті й певною мірою учні ознайомлені з ним. Із пропедевтичного курсу фізики основної школи учням відомо, що сила спричинює зміни швидкості тіла. Однак вона може бути меншою чи більшою, оскільки більшою чи меншою мірою змінює швидкість тіла. Швидкість зміни швидкості тіла називають прискоренням. Отже, чим більше прискорення тіла, тим більша сила, що діє на нього. Модуль прискорення тіла визначають за формулою . З цієї формули видно,

від яких величин залежить прискорення тіла та як кількісно можна визначити дію на нього іншого тіла. Добуток визначає модуль сили

F ,отже, . Враховуючи, що сила — векторна величина, .

Цей вираз не можна розглядати тільки як визначення сили, оскільки він виражає також закон дії і протидії. Отже, сила в механіці — це фізична величина, яку можна визначити як кількісну міру дії тіл одного на інше, внаслідок чого ці тіла набувають прискорень.

Залучаючи знання учнів із базового курсу, вивчають одиницю вимірювання сили 1 ньютон (1 Н).

Отже, у процесі формування поняття «сила» в старшій школі учні повинні засвоїти, що сила є величиною векторною, має точку прикладання; однакові сили надають тілам однакової маси однакових прискорень; рівні за модулем, але протилежно напрямлені сили, прикладені до тіла, прискорення не надають.

Вивчення другого закону Ньютона варто організувати на основі демонстраційного експерименту. З цією метою дослідним шляхом необхідно встановити залежність між силою, що діє на тіло, масою тіла і прискоренням, якого набуває дане тіло внаслідок дії на нього даної сили. Для проведення досліду доцільно скористатися установкою «Диск обертовий» (мал. 4).



c:\docume~1\9335~1\locals~1\temp\finereader11\media\image1.png

Мал.4. Диск обертовий

Привівши диск в обертання, доводять, що за одного й того самого розтягу пружини добуток маси тіла на його прискорення для різних тіл є сталою величиною, тобто при F=const добуток та = const, або а пропорційне 1 . Змінюючи частоту обертання диска, зауважують, що прискорення, якого набуває тіло, прямо пропорційне і силі, яка діє на нього, тобто при

т = const частка = const, або а пропорційне F. На основі цього а роблять висновок, що . Ураховуючи векторний характер прискорення та сили, записують та формулюють другий закон Ньютона: прискорення, якого набуває тіло масою т внаслідок дії на нього сили F, прямо пропорційне цій силі та обернено пропорційне масі тіла.

Із формули, що виражає другий закон Ньютона, можна зробити висновок, що він стосується будь-яких сил у механіці.

Формула другого закону механіки Ньютона уможливлює встановлення одиниці сили — ньютона, яку визначають як силу, що надає тілу масою 1 кг прискорення 1; (1Н=1).

Вивчення третього закону Ньютона доцільно розпочати з повторення дослідів на взаємодію тіл, звертаючи увагу учнів на те, що кожне з тіл діє на інше з певною силою. Розглядаючи взаємодію тіл в обертальному русі, відоме учням співвідношення a1a2= m2m1 слід записати у вигляді. Оскільки а , де і сили, прикладені відповідно до першого та другого тіл, то . Ця рівність виражає третій закон Ньютона. Формулювань цього закону кілька, найкращий варіант такий: сили, з якими діють тіла одне на одного, діють по одній прямій, рівні за модулем та протилежно напрямлені.

Необхідно звернути увагу учнів на те, що сили, про які йде мова у третьому законі Ньютона, мають одну природу. Вони прикладені до різних тіл і тому не мають рівно дійної.

Використовуючи демонстраційні динамометри, учням слід довести, що сили завжди виникають парами, тобто якщо є одна сила, то існує й інша, рівна їй за модулем, але протилежно напрямлена (мал. 5).



Мал.5. Демонстрація дії третього закону механіки Ньютона

Важливим для закріплення знань про закони динаміки Ньютона є розгляд особливостей дії сил різної природи. Розпочати вивчення цього матеріалу доцільно з розгляду гравітаційних сил та закону всесвітнього тяжіння. Вивчаючи гравітаційні сили, передусім обговорюють дослідні факти, які ілюструють дію гравітаційних сил: падіння тіл на Землю, обертання планет навколо Сонця і супутників навколо планет. При цьому звертають увагу учнів на те, що гравітаційні сили проявляються лише як сили притягання тіл, які знаходяться на певній відстані одне від одного.

Закон всесвітнього тяжіння розглядають як узагальнення результатів численних дослідів і явищ природи, зокрема особливостей руху планет Сонячної системи: сила взаємодії двох тіл пропорційна добутку

їх мас та обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

.

Відтак розкривають фізичний зміст гравітаційної сталої, яка чисельно дорівнює силі притягання між двома тілами, маса кожного з яких — 1 кг, а відстань між ними — 1м. Важливого значення для розуміння закону набуває ознайомлення з фундаментальними дослідами Кавендіша з визначення цієї величини. Учитель має наголосити, що в законі всесвітнього тяжіння маса є мірою гравітації, а не мірою інертності.

Як окремий випадок сили всесвітнього тяжіння розглядають силу тяжіння (силу, з якою тіла притягують до Землі). Вона спрямована вертикально вниз і прикладена у точці, яку називають центром тяжіння тіла.

Для з’ясування природи сил пружності розглядають суть явища деформації. Її трактують як наслідок того, що прискорення, яких набувають частинки тіл за їх безпосередньої взаємодії, мають різні значення. Зміна відстаней між молекулами зумовлює виникнення сил пружності. Тому вони завжди спрямовані перпендикулярно до поверхні дотику тіл і підлягають дії закону Гука:, де — деформація тіла. Математична форма вираження закону Гука дає змогу розрахувати силу пружності за відомою деформацією тіла.

Походження ваги в умовах Землі, як правило, розглядають як наслідок дії сили тяжіння, що спричинює дію тіла на опору або підвіс, які деформуються.

Слід навчити учнів чітко розрізняти вагу та силу тяжіння і пам’ятати, що ці сили завжди прикладені до різних тіл. Тому бажано розв’язати декілька графічних задач, які потребують зображення цих сил. Водночас потрібно звернути увагу школярів на те, що вага в умовах Землі має гравітаційне походження, але електромагнітну природу. Вага виникає лише внаслідок деформації взаємодіючих тіл. Отже, вага не може характеризувати дане тіло. Якщо опора чи підвіс нерухомі щодо Землі або рухаються стосовно неї прямолінійно й рівномірно, то вага тіла й дорівнює силі тяжіння: . Якщо опора чи підвіс рухаються прискорено вгору чи вниз, то вага тіла змінюється (збільшується або зменшується), хоча його маса і сила тяжіння, які при цьому діють на нього, залишаються сталими. Якщо при русі опори чи підвісу з прискоренням вільного падіння вага тіла дорівнює нулю, то такий стан називають невагомістю; якщо вага тіла зростає, такий стан називають перевантаженням.

Завершальним етапом дослідження видів сил у механіці є вивчення сили тертя. На основі досліду роблять висновок, що коли намагаються змістити одне з дотичних тіл, виникає сила, яка протидіє цьому. Для цього на стіл необхідно покласти брусок, до гачка якого прикріпити динамометр, а до динамометра — нитку, перекинуту через блок. До кінця нитки підвісити тягарці так, щоб брусок почав рухатися рівномірно. Динамометр показуватиме значення сили тертя спокою.

Сила тертя спокою завжди дорівнює за абсолютним значенням і спрямована протилежно складовій сили, що діє на це тіло паралельно до поверхні стикання тіл. Учням демонструють, що при рівномірному русі бруска покази динамометра залишаються сталими, отже, сила тертя ковзання у цьому разі залишається сталою. Вона завжди спрямована проти руху тіла, а її значення пропорційне значенню сили нормального тиску:. Коефіцієнт пропорційності ц називають коефіцієнтом тертя ковзання.

Завершуючи вивчення теми «Основи динаміки», з’ясовують застосування законів Ньютона до розв’язання основної задачі механіки. Метою цього є розширення та поглиблення знань учнів про закони руху і сили в природі, формування в них уміння застосовувати їх на практиці. У програмі передбачено розгляд руху тіл під дією сил пружності, тяжіння, тертя, а також рух під дією кількох сил. Особливу увагу звертають на вивчення руху тіла під дією сили тяжіння, якщо тіло має певну початкову швидкість, напрямлену під певним кутом до горизонту.

Вивчення руху тіла під дією сили тяжіння можна розпочати із демонстрації руху цівки води, спрямованої під різними кутами до горизонту, чи кульки, кинутої з певною початковою швидкістю. Відтак виводять формули для визначення вертикальної і горизонтальної складових швидкості руху тіла через певний проміжок часу, а також переміщень, що здійснює тіло за цей час у вертикальному та горизонтальному напрямках. Доцільно також вивести формули для визначення максимальної висоти підйому та дальності польоту тіла, кинутого під кутом до горизонту.

Окремим випадком руху тіла, кинутого під кутом до горизонту, є рух тіла, кинутого горизонтально. Розглядаючи його, доходять висновку, що дальність польоту тіла може збільшуватися як за рахунок початкової швидкості, так і за рахунок кривизни земної поверхні. На основі таких міркувань виводять формулу для розрахунку першої космічної швидкості. Наприклад, у процесі розв’язування такої задачі: «Визначити, за якої горизонтальної швидкості біля поверхні Землі тіло може стати її штучним супутником». Вивчення цього явища передбачає широке використання історичного та технічного матеріалу.

Узагальнення знань учнів із теми «Основи динаміки» слід провести на завершальному уроці у вигляді семінару, до якого учні повинні підготувати питання: «Маса», «Сила», «Закони Ньютона», «Види сил у механіці».

На семінарі звертають увагу учнів на те, що маса характеризує властивості тіл, а сила — явище. Маса є основною, скалярною величиною, а сила — векторною. Одиницю вимірювання маси встановлюють довільно, на основі міжнародної домовленості; одиницю сили визначають, виходячи із рівняння, що виражає зв’язок між силою, масою і прискоренням:



Маса у механіці Ньютона інваріантна стосовно інер- ціальних систем відліку; сила не залежить від вибору системи відліку, оскільки є або функцією відстані між взаємодіючими тілами, або функцією відносної швидкості.

Вивчаючи закони Ньютона, наголошують на тому, що вони діють лише в інерціальних системах відліку.

Узагальнюючи знання учнів про види сил у механіці, звертають увагу на їх гравітаційну або електромагнітну природу. З цією метою можна запропонувати структурно-логічну схему сил у механіці (мал. 6).

Завершуючи урок, розв’язують кілька задач на рух тіла під дією кількох сил (як правило, різного походження).

Мал.6. Структурно-логічна схеиа «Сили в механіці»

6. Навчальний фізичний експеримент.

Вивчення розділу «Основи динаміки» передбачає такі демонстрації: «Прояв інерції»; «Порівняння мас тіл»; «Вимірювання сил»; «Другий закон Ньютона»; «Додавання сил, що діють під кутом одна до одної»; «Третій закон Ньютона»; «Центр мас тіла»; «Вага тіла при прискореному підніманні та падінні»; «Залежність дальності польоту від кута кидання»; «Невагомість»; «Залежність сили пружності від деформації»; «Сили тертя ковзання і кочення»; «Відцентрові мехднізми»; «Рівновага тіл під дією декількох сил»; «Види рівноваги». Необхідно виконати такі лабораторні роботи: «Визначення жорсткості пружини», «Визначення коефіцієнта тертя ковзання», «Вивчення руху тіла, кинутого горизонтально», «Вивчення рівноваги тіл під дією декількох сил». При поглибленому вивченні фізики додатково виконуються лабораторні роботи: «Визначення швидкості вильоту снаряда з магнітної гармати», «Вивчення руху тіла по колу під дією сил пружності й тяжіння», «Розрахунок і вимірювання часу прискореного руху на заданій відстані», «Розрахунок і вимірювання відстані, пройденої тілом під дією постійно діючої сили за даний час».

7. Організація контролю та обліку знань учнів з розділу.

Сформованість знань і вмінь учнів з розділу «Основи динаміки» доцільно

перевірити під час проведення таких форм контролю: самостійних робіт

після вивчення другого закону Ньютона, першої космічної швидкості, руху

під дією сили тертя, руху зв’язаних тіл; фізичних диктантів — після вивчення

ня частин «Закони Ньютона» та «Сили в механіці»; контрольних робіт — піс-

ля вивчення частини «Сили в механіці» (включивши до контрольної роботи

також матеріал попередньої частини «Закони Ньютона») та наприкінці розділу.

Основна література

  1. БалашЗ.А. Задачи по физике и методы их решения: Пособие для

учителя.-М.:Просвещение, 1983.-432 с.

  1. Божинова Ф.Я., Кирюхін М.М., Кирюхіна О.О. Фізика-7(підручник) Ранок 2007

  2. Голин Г.М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы. - М.: Просвещение, 1987. - 127 с.

  3. Гончаренко С.У. Методика навчання фізики в середній школі.

Механіка: Посібник для вчителів.-К.:Рад.школа, 1984.-208 с.

  1. Коршак Є.В.,Миргородський Б.Ю. Методика і техніка шкільного фізичного експерименту: Практикум.-К.; Вища школа, 1981.-280 с.

  2. Ляшенко О.І., Коршак Є.В., СавченкоВ.Ф. Фізика-10 (підручник)

Генеза 2009

  1. Ланда Л.Н. Алгоритмизация в обучении. – М.:Просвещение, 1966.-524 с.

  2. Луцевич А.А. и др. Решение задач по механике и молекулярной

физике:Кн. для учителя.-Мн.:Нар.асвета,1989.-175 с.

  1. Преподавание физики в 6-8 класах средней школы: Пособие для

учителей /Под ред. В.А.Бурова, -М.: Просвещение, 1976.-112 с.

  1. Равков А.В., Палицкий Г.Х. Решение задач по механике.-

Мн.:Нар.асвета, 1981.-144 с.

  1. Розв’язування задач з фізики: Зб.ст./Упоряд. В.Г.Нижник;За ред.

Є.В.Коршака. – К.:Рад.шк.,1989.-144 с.

  1. Розенблат Г.І. Алгоритмічні прийоми розв'язування задач з

механіки у 8 класі — К.: Рад.школа, 1975.-128 с.

  1. Учителі-методисти радять і пропонують: Посібник для вчителя/За

ред.профО.І.Бугайова.-К.:Рад.шк., 1990.-143 с.

  1. Методика преподавания физики в средней школе: Частные вопросы/Под ред. С.Е.Каменского, Л.А.Ивановой. - М.: Просвещение, 1987. - 336 с.

  2. Основы методики преподавания физики в средней школе /Под ред.

А.В.Перышкина. - М.: Просвещение, 1984. - 398 с.

  1. З. Кожеуров И.В., Элементы космонавтики в курсах физики и

астрономии. -М.: Просвещение, 1965.-144 с.

  1. Кузей М.С. Уроки физики в 8 клас.:Посо6ие для учителей. Минск:

Народная асвета, 1981.-224 с.

  1. Мисечко Є.М. Методика розвитку знань учнів про гравітаційну

взаємодію: Посібник для вчителя.-К.:Освіта,1993.-97с.

  1. Ненюк П.Ф. Уроки фізики у 8 класі: Посібник для вчителів.-

К.:Рад.школа, 1980.-192с.

  1. Эвенчик З.Е. Преподавание механики в курсе физики средней

школы: Пособие для учителей.-М.:Просвещение,1971.-160с.

Допоміжна

  1. Заболотний В.Ф., Мисліцька Н.А. Демонстраційні комп'ютерні моделі в системі засобів формування фізичних понять - Вінниця: ВДПУ, 2008. -110 с.

  2. Заболотний В.Ф., Мисліцька Н.А., Пасічник Ю.А. Фізичні величини. Закони. Тернопіль: Навчальна книга - Богдан, 2007. - 57 с.

  3. Винниченко В.Є. Фізичний практикум. Посібник для вчителів.- К.: Рад.шк., 1959. - 442 с.

  4. Воловик П.М. Фізика: Для університетів,- К.; Ірпінь: Перун, 2005. - С. 13-26.

  5. Розенберг М. Методика навчання фізики в середній школі. Молекулярна фізика. Основи електродинаміки. Посібник для вчителів. - К.: Рад. шк., 1973. - 238 с.

  6. Журнали «Фізика і астрономі в сучасній школі» 2010-1016 рр.

  7. Журнали Фізика в школах України Випуски 2010-2016 рр

Інформаційні ресурси

Internet – ресурси (Основні web-сторінки в Internet).

  1. http://fizik.bos.ru/ - Сайт посвящен курсу физики общеобразовательной школы.

  2. http://physicomp.lipetsk.ru/ - Электронный журнал "Физикомп" - Материалы для изучения физики.

  3. http://xpt.narod.ru/ - Проверка знаний учащихся по школьному курсу физики.


Методичні вказівки

до семінарських занять



з курсу «Методика навчання фізики»

для студентів 4-го курсу фізико-математичного факультету

спеціальність «фізика»

Відполвідальний за випуск: М.В. Гадецький

Тираж: 110 прим.

Харківський національний педагогічний університет імені Г.С. Сковороди



61168, м. Харків, вул. Валентинівська, 2



Скачати 352.02 Kb.

Поділіться з Вашими друзьями:




База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2020
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка