Виртуальный прибор (ВП) в изучении основ кинематики.


Виртуальный прибор (ВП) в изучении основ кинематики.
Учитель физики высшей квалификационной категории
Морозов Андрей Борисович
ГБОУ школа № 2101 «Филёвский образовательный центр»
2012-2016 г Москва
Аннотация
Цель любой работы учителя на уроке сводится к повышению эффективности образовательных услуг В курсе Механика задачи по вопросу графического представления прямолинейного движения являются основными в разделе Кинематика. Представляю Вам Виртуальный прибор (ВП), позволяющий проводить одновременно как объяснение нового материала, так и обеспечивающий возможность решения задач по предложенной теме, причем задач разного уровня сложности.
Ключевые слова: образование, качество образования, инновационные технологии, интерактивные технологии, виртуальный прибор.
Графическое представление занимает важное место в описании физических явлений. Очень важно уметь за графиками видеть конкретные физические процессы, собственно за этим и нужно данное описание. Построение графиков является трудоемким процессом и занимает значительное время и здесь как раз и приходит на помощь виртуальный прибор (ВП). Используя возможности графического программирования, можно за короткое время научиться читать графики, понимая физику, которую они описывают. Одним кликом, меняя параметр, сразу видеть результат произошедшего изменения, не перерисовывая графики заново, что позволяет рассмотреть гораздо больше примеров за отведенное время. Рассмотрим раздел кинематики, связанный с построением зависимостей: v(t); a(t); х(t).
Общая задача может быть сформулирована следующим образом:
-Тело движется прямолинейно равномерно или равноускорено из начала координат вдоль оси Ох. По графику зависимости скорости от времени v(t) построить зависимости ускорения, а(t) и изменения координаты от времени x(t). Охарактеризовать данное движение:
указать направление движения на заданных участках;
характер изменения скорости;
определить ускорение на данном участке;
записать зависимость х (t);
записать зависимость v(t);
определить пройденный путь за данное время;
определить модуль перемещения;
определить среднюю путевую скорость (средний модуль скорости <||>);
определить модуль средней скорости |<>|.
Изначально ребятам даются характеристики равноускоренного движения, выводятся необходимые зависимости, объясняется, что:
Площадь под графиком скорости от времени v(t) равна пройденному пути;
Тангенс угла наклона касательной к графику зависимости координаты от времени x(t) пропорционален скорости движения в данной точке;
Тангенс угла наклона к графику зависимости скорости от времени v(t) пропорционален ускорению на данном участке изменения скорости;
Есть разные средние скорости.
Данную теорию объясняю с использованием презентаций, показанных ниже на рис. 1-6.
Рис. 1.

Рис.2
Рис.3

Рис.4.

Рис.5.

Рис.6
Итак, когда у учащихся сформированы основные понятия им предлагается В.П. на котором они получают необходимый, навык графического метода описания механического движения.
На фронт панели созданного виртуального прибора (ВП), проецируемого на экран, (рис.7.) размещены три окна, в которых изображается графики зависимостей: v(t); a(t); х(t).
Рис. 7.

Мы имеем возможность задавать четыре интервала времени изменения скорости, но участков движения может быть разное. Их число не ограничиваются этим количеством временных интервалов. Итак, задаем четыре значения ускорения, начальную скорость, и время на четырех интервалах. Графики зависимости х(t); a(t); можно скрывать, используя два тумблера и выводить на фронт панель по отдельности или вместе. Значения введенных ускорений можно также скрывать экраном и при необходимости определить их по графику самостоятельно. Все это позволяет использовать данный ВП при разных формах работы: объяснении материала, фронтального опроса, решении задач и т.п. Обращаю внимание, что графики в координатах х(t) не имеют нигде излома, т.к. его наличие означает мгновенное изменение скорости (скачком) в данной точке, а по условию мы имеем дело с равнопеременным или равномерным движением по прямой, линии должны быть плавными и, если у вас не так, значит вы допускаете грубейшую ошибку, которую списать на небрежность вам не удастся.
Рассмотрим два примера сформулированной выше задачи, задав все параметры.
Пример №1. рис.8.
Рис.8.

Комментарий:
На всех четырех участках тело движется по направлению оси Ох. На первом и третьем участке скорость увеличивается до 8м/с. на втором и четвертом участках она уменьшается до нуля. Значения ускорений очевидны, они не закрыты шторкой. Зависимости х(t) на первом участке: x1t=t2;v1t=2t; на втором участке: x2t=16+8t-t2;v2t=8-2t; аналогично для третьего и четвертого участков c учетом начальных координат для этих участков. Площадь каждого из двух треугольников равна: S1=8мс×8с2=32м. Таким образом пройденный путь равен S=64 м. Средний модуль скорости и модуль средней скорости в данном случае совпадают и равны: </v/>=/<v>/=4м/с.
Пример №2. рис.9.
Рис.9.
Комментарий:
Обращаю внимание, что по графику v(t) очевидно что есть три точки перегиба, это облегчает ребятам самостоятельно построить график х(t). На первом и втором участках тело движется по направлению оси Ох , на третьем и четвертом (отрицательная область) оно движется в обратную сторону. На первом участке скорость увеличивается до v=8м/с. На втором участке уменьшается до нуля, двигаясь в ту же сторону. На третьем участке, тело двигаясь в обратную сторону, достигает скорости v= - 8м/с. и наконец на четвертом участке, двигаясь против направления оси, уменьшает свою скорость до нуля. Зависимости х(t) и v(t); на первом участке: x1t=t2;v1t=2t; на втором участке: x2t=16+8t-t2; v2(t)=8-2t; на третьем: x3t=32-t2;v3t=-2t; зависимость на четвертом: x4t=16-8t+t2;v4t=-8+2t;. Суммарная площадь двух треугольников и следовательно пройденный путь равен: S=64м. Значит средний модуль скорости : </v/>=4м/с., но модуль средней скорости равен нулю: /<v>/=0м/с., т.к. тело вернулось в начало координат и перемещение /S/=0. (по графику скорости это было очевидно сразу). Практика работы показывает, что различие этих скоростей чаще всего вызывает трудности в понимании. Количество и уровень вопросов зависит от уровня восприятия классом данной темы. Ниже приведу еще несколько примеров использования данного ВП при изучении графического метода. Количество различных вариантов зависит только от клика мышкой, при этом ситуация меняется сразу, что позволяет занятие сделать максимально насыщенным по количеству примеров и интенсивным, а главное наглядным и продуктивным.
Дополнительные примеры:
На данном примере обращаю внимание, что линия зависимости координаты от времени на рис.10. состоит из частей параболы и не является синусоидой, а на рис. 11. от нуля до четырех секунд и от двенадцати до шестнадцати секунд – это прямые, а не линии параболы, параболой является линия от четырех до двенадцати секунд.
Рис.10.

Рис.11.
Запишем зависимости координаты от времени для двух участков времени рис.11. от нуля до восьми секунд, где тело до четырех секунд двигалось равномерно в обратную сторону оси Ох, а затем до восьми тормозило. Охарактеризуем движение от восьми секунд и до шестнадцати, где до двенадцати секунд тело ускорялось по направлению оси, а от двенадцати до шестнадцати двигалось равномерно по направления оси Ох. Определим пройденный путь как площадь в координатах v(t) и т.д.
Рис.12 как вы видите таких графиков может быть сколько угодно, это помогает добиться хорошего понимания у учащихся по данному вопросу тем более, что время на рисование, задавание масштаба, стирание с доски не тратится вообще!!! Несколько кликов и перед нами новая ситуация. По графику v(t) сразу определяем количество точек перегиба, по которым строятся параболы в координатах х(t)… Из всех ВП которые у меня есть по кинематике, этот прибор самый востребованный.

Надеюсь, что приведенные примеры дали представление о возможностях использования данного виртуального прибора ВП в курсе механика при прохождении графического метода описания механического движения. В конце приведу программу на блок диаграмме, которая позволяет осуществить использование данного ВП.

Приложенные файлы

  • docx file7
    Размер файла: 946 kB Загрузок: 3