Методика изучения динамики твердого тела в курсе физики профильной средней школы (стр. 2 из 5)

Решение. Сумма моментов всех внешних сил относительно оси вращения равна нулю, поэтому можно применить закон сохранения момента импульса.

Момент инерции платформы

момент инерции человека

Первоначально сумма моментов импульса человека и платформы была

Конечная сумма моментов импульса

Из закона сохранения момента импульса следует:

Решая уравнение относительно омега 1 , получим

Конспект урока по теме «Вращательное движение тел»

Тип урока: Интерактивная лекция, 2 ч.

Цели урока:

Социально – психологическая:

Обучающиеся должны выявлять собственный уровень понимания и усвоения основных понятий кинематики и динамики вращательного движения, основного уравнения динамики вращательного движения, закона сохранения момента импульса, методов расчёта кинетической энергии вращения; критически относиться к собственным достижениям в умении применять основное уравнение динамики вращательного движения и закон сохранения момента импульса к решению физических задач; развивать свои коммуникативные способности: принимать участие в обсуждении поставленной на уроке проблемы; выслушивать мнение своих товарищей; способствовать сотрудничеству в парах, группах при выполнении практических заданий и т.д.

Академическая:

Обучающиеся должны усвоить, что величина углового ускорения тела при вращательном движении зависит от суммарного момента приложенных сил и момента инерции тела, что момент инерции – скалярная физическая величина, характеризующая распределение масс в системе, и научиться определять момент инерции симметричных тел относительно произвольных осей, пользуясь теоремой Штейнера. Знать, что момент импульса - величина векторная, сохраняющая численное значение и направление в пространстве при равенстве нулю суммарного момента внешних сил, действующих на тело или замкнутую систему тел (закон сохранения момента импульса), понимать, что закон сохранения момента импульса является фундаментальным законом природы, следствием изотропности пространства. Уметь определять направление угловой скорости, углового ускорения, момента сил и момента импульса, пользуясь правилом правого винта.

Знать математические выражения основного уравнения динамики вращательного движения, закона сохранения момента импульса, формул для определения численного значения момента импульса и кинетической энергии вращающегося тела и уметь ими пользоваться при решении разного рода практических задач. Знать единицы измерения момента импульса, момента инерции.

Понимать, что между вращательным движением твёрдого тела вокруг неподвижной оси и движением материальной точки по окружности (или поступательным движением тела, которое можно рассматривать как движение по окружности бесконечно большого радиуса) существует неформальная аналогия, в которой проявляется материальное единство мира.

Задачи урока:

Образовательные:

Продолжить формирование новых компетенций, знаний и умений, способов деятельности, которые потребуются обучающимся в новой информационной среде обитания, путём использования современных информационных технологий обучения.

Способствовать формированию целостного миропонимания, путём использования метода аналогий, сравнивая вращательное движение твёрдого тела с поступательным движением, а также вращательное движение твёрдого тела с движением материальной точки по окружности, рассматривая вращательное движение твёрдого тела единым блоком: кинематическое описание движения, основное уравнение динамики вращательного движения, закон сохранения момента импульса как следствие изотропности пространства и его проявления на практике, расчёт кинетической энергии вращающегося твёрдого тела и применение закона сохранения энергии к вращающимся телам.

Показать возможности высокоразвитой информационной среды – Интернета – в деле получения образования.

Воспитательные:

Продолжить формирование мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств материального мира. Научить учащихся выявлять причинно-следственные связи при изучении закономерностей вращательного движения твёрдого тела, раскрыть значение сведений о вращательном движении для науки и техники.

Содействовать дальнейшему формированию у обучающихся положительных мотивов учения.

Развивающие:

Продолжить формирование ключевых компетенций, в том числе информационно-коммуникативной компетентности обучающихся: умения самостоятельно искать и отбирать нужную информацию, анализировать, организовывать, представлять, передавать её, моделировать объекты и процессы.

Содействовать развитию мышления учащихся, активизации познавательной деятельности путём использования частично-поискового метода при решении проблемной ситуации.

Продолжить развитие коммуникативных качеств личности путем использования парной работы над заданиями по компьютерному моделированию.

Способствовать сотрудничеству в микрогруппах, обеспечить условия как для самостоятельного получения значимой для всей группы информации, так и для выработки общего вывода из предложенного задания.

Необходимое оборудование и материалы: Интерактивная мультимедийная система:

· мультимедиа-проектор (проекционное устройство)

· интерактивная доска

· персональный компьютер

Компьютерный класс

Демонстрационное оборудование: Диск вращающийся с набором принадлежностей, маятник Максвелла, легко вращающийся стул в качестве «скамьи» Жуковского, гантели, детские игрушки: волчок (юла), деревянная пирамидка, игрушечные автомобили с инерционным механизмом.

Мотивация учащихся: Содействовать повышению мотивации обучения, эффективному формированию качественных знаний, умений и навыков учащихся посредством:

- создания и решения проблемной ситуации;

- представления учебного материала в интересной, визуализированной, интерактивной и максимально понятной для обучающихся форме (стратегическая цель конкурса – стратегическая цель урока).

Ход и содержание урока:

I. Создание проблемной ситуации.

Демонстрация: быстро вращающийся волчок (или юла) не падает, а попытки отклонить его от вертикали вызывают прецессию, но не падение. Волчок (дрейдл, тромпо – у разных народов разные названия) - незамысловатая с виду игрушка с необычными свойствами!

«Поведение волчка в высшей степени удивительно! Если он не вертится, то сразу опрокидывается, и его не удержать в равновесии на кончике. Но это совершенно другой предмет, когда он кружится: он не только не падает, но и проявляет сопротивление, когда его толкают, и даже принимает всё более и более вертикальное положение» - так говорил о волчке известный английский учёный Дж. Перри.

Почему не падает вращающийся волчок? Почему так «загадочно» реагирует на внешние воздействия? Почему, спустя некоторое время, ось волчка самопроизвольно спиралеобразно удаляется от вертикали, и волчок падает? Встречали ли вы подобное поведение объектов в природе или технике?

II. Изучение нового материала. Интерактивная лекция «Вращательное движение твёрдого тела».

1. Вводная часть лекции: распространённость вращательного движения в природе и технике (слайд 2).

2. Работа с информационным блоком 1 «Кинематика движения твёрдого тела по окружности» (слайды 3-9). Этапы деятельности:

2.1. Актуализация знаний: просмотр презентации «Кинематика вращательного движения материальной точки» - творческой работы Катасоновой Натальи к уроку «Кинематика движения материальной точки» Добавлена в основную презентацию, переход по гиперссылке (слайды 56-70).

2.2. Просмотр слайдов «Кинематика вращательного движения твёрдого тела», выявление аналогии в способах описания вращательного движения твёрдого тела и материальной точки (слайды 4-8).

2.3. Аннотация материалов для дополнительного изучения по вопросу «Кинематика вращательного движения твёрдого тела» в научно-популярном физико-математическом журнале «Квант» с помощью сети Интернет: открыть некоторые гиперссылки, прокомментировать содержательную часть статей и заданий к ним (слайд 9).

3. Работа с информационным блоком 2 «Динамика вращательного движения твёрдого тела» (слайды 10-21). Этапы деятельности:

3.1. Формулирование основной задачи динамики вращательного движения, выдвижение гипотезы о зависимости углового ускорения от массы вращающегося тела и действующих на тело сил на основе метода аналогии (слайд 11).

3.2. Экспериментальная проверка выдвинутой гипотезы с помощью прибора «Диск вращающийся с набором принадлежностей», формулирование выводов из опыта (фоновый слайд 12). Схема проведения опыта:

Исследование зависимости углового ускорения от момента действующих сил: а) от действующей силы F, когда плечо силы относительно оси вращения d диска остаётся постоянным (d = const);

б) от плеча силы относительно оси вращения при постоянной действующей силе (F = const);

в) от суммы моментов всех действующих на тело сил относительно данной оси вращения.

Исследование зависимости углового ускорения от свойств вращающегося тела: а) от массы вращающегося тела при неизменном моменте сил;