Исследование ускорения свободного падения

Открытый урок в 9 классе «Исследование ускорения свободного падения»
Цели урока: Сформировать понятие о свободном падении, исследуя ключевую ситуацию –
свободное падение без начальной скорости, проведя исследование, решения практических задач.
Сделать вывод, что при свободном падении скорость тела, ускорение не зависят от его массы.
Получить значение ускорения свободного падения.
Задачи урока:
Познавательные: При изучении падения пластин без начальной скорости разной массы
доказать, что ускорение свободного падения равно 9,8 м/с2 и не зависит от масс пластин.
Зависит ли от силы сопротивления воздуха и значения начальной скорости тела.
Развивающие: Анализируя наблюдения и полученные результаты экспериментов, анализа
ключевой ситуации, делаем выводы о том, что величина свободного падения тел на Земле
равна g=9,8 м/с2 , падение происходит под действием силы тяжести, не зависит от массы тела.
Воспитательные: показать роль гипотезы в научном познании. Формировать умения
наблюдать, обобщать, получать количественные зависимости.
Тип урока: исследование. Решение задач.
Методы: Фронтальный опрос, экспериментальное исследование, задание по группам,
решение задач.
Формируемые умения: Наблюдать, сравнивать, анализировать, обобщать.
Оборудование:
1. оптические датчики - 2,
2. пластины стальные – 2,
3. измерительный блок L-микро,
4. платформа стартового устройства,
5. блок питания.
6. компьютер, компьютерный блок.
План урока:
1. Организационный момент - 1 мин.
2. Актуализация знаний: опрос - 5 мин.
3. Изучение нового материала :
 Фронтальный эксперимент - 10
 Эксперимент-исследование - 14
4. Закрепление: отработка умений (решение задач) - 12 мин.
5. Подведение итогов урока - 2 мин.
6. Задание на дом - 1 мин.
Ход урока
Мы продолжаем изучение свободного падения тел. Темой сегодняшнего урока является
«Исследование свободного падения без начальной скорости»
Целью урока: Исследование ключевой ситуации - свободного падения без начальной скорости.
Решение задач, используя эту ключевую ситуацию.
Основные задачи
1.Исследовать свободное падение, используя научный метод познания
2. Ответить на вопрос, который у нас стоит как эпиграф сегодняшнего урока.
“Быстрее ли падает, что тяжелее?”
З. Мы должны доказать, что ускорение свободного падения g=9,8м/с2 и не зависит от масс тел.
4. доказать, что сила сопротивления уменьшает ускорение свободного падения.
5. Записать формулы расчёта для свободного падения без начальной скорости.
6. решить задачи.
I Актуализация
Вспомним:
1. Нарисовать на доске примеры движения тела под действием силы тяжести
2. Что такое Свободное падение. Куда направлено, чему равно.
3. Какая сила сообщает ускорение падающим тела.? Записать эту силу
4. Какое это движение?
5. Записать формулу для h . υ.
Первое общеизвестное учение о падении тел принадлежит Аристотелю, который считал, что
тяжелый камень падает быстрее сухого листа. Так ли это? – задача исследования.
Приступим к исследованию: таблица на интерактивной доске (чертежи). На интерактивной доске
ученики от каждой группы рисуют стрелочки к объектам)
1. Фронтальный эксперимент:
2 группы
Опыт
Выводы из
наблюдения
Предположени Чертёж
е (гипотеза)
Скомканный
лист бумаги
падает
значительно
быстрее, чем
такой же не
смятый лист
Различие в
падении – влияние
сопротивления
воздуха
а) Монета
(фишка) падает
быстрее, чем
бумажный
кружок
а) сила
притяжения к
Земле у монеты
значительно
больше, чем у
кружка
б) Вместе – они
падают
одинаково,
одновременно (с
одинаковым
ускорением)
б) монета, падая
впереди кружка,
значительно
уменьшает силу
сопротивления
воздуха
Iгруппа
II группа
Вывод: тела, независимо от их массы свободно падают с одинаковым ускорением. Сила
сопротивления уменьшает ускорение.
2. Эксперимент по определению g c лабораторией L-микро.
Продемонстрировать, что при свободном падении
ускорение не зависит от массы тела и равно 9,8 м/с2
Оборудование :
 Оптоэлектрические датчики -2,
 Пластина стальная – 2
 Измерительный блок L-микро
 Платформа стартового устройства
 Блок питания.
Таблица результатов опыта : на доске.
Для 1 пластины - m1
№ h.(м) t (c)
t.cр (с)
1
2
3
4
0,5
0,5
0,5
0,3060
0,3030
0,3054
0,3072
t.cр2 (с)
g = 2h/t2 (м/с)2
0,093269
10,72
Опыт проводим 2 раза.
1. заведомо неправильно поставив пластину – датчик срабатывает, когда пластина уже
набрала начальную скорость, рассчитав g= 14 м/с2. что не подходит к известному 9,8 м/с2
2. вопрос – почему – предположение , (что изменить в опыте?) – начальная скорость v0 =0,
датчик должен срабатывать в момент падения.
3. далее опыт проводится снова уже при правильной установке датчика и пластины.
4. заполняется таблица и рассчитывается g.
Результат будет 10,5 м/с2 - 11 м/с2. Причина погрешности – неточность установки верхнего
датчика, неточность отсчёта высоты, ошибка в 1мм, приводит к уменьшению измерения интервала
времени примерно на 0,01с, соответственно к завышению ускорения до 10,5-11м/с2
Аналогично проводим опыт для второй пластины с большей массой, поставив обе пластины на
весы, видим, что одна тяжелее.
Для 2 пластины - m2
№ h.(м) t (c)
t.cр (с)
1
2
3
4
0,5
0,5
0,5
0,3238
0,3046
0,31
0,3036
t.cр2 (с)
g = 2h/t2 (м/с)2
0,096
10,42
Вывод(учащиеся) Для тел любой массы данной местности, ускорение свободного падения
вблизи Земли одинаково и равно g=9.8 м/c2 . Для Биджана примерно 10,5 , но тоже
приблизительно одинакова для двух разных масс, значит g не зависит от масс тел.
Ш. Точное доказательство, что все тела падают с одинаковым ускорением (одновременно) в
данной местности – это опыт с трубкой Ньютона . показывается опыт.
IV. Закрепление. На моделях уяснить окончательно смысл явления .
Исследование свободного падения на моделях
1. Зависит ли g от начальной скорости? (не зависит, видно из анализа графиков)
2. Посмотрим влияние массы тела и сопротивления воздуха
Вывод: g от масс не зависит при отсутствии сопротивления воздуха. Сопротивление воздуха
уменьшает g.
Зная исследуемые признаки ключевой ситуации решим следующие задачи.
2.
Решение задач.
Ключевая ситуация – свободное падение без начальной скорости.
1). Задача с выбором ответа.
Какой опыт доказывает, что все тела у поверхности Земли, падают с одинаковым
ускорением? (свободно падают).
1.
Опыты по падению тел с Пизанской башни, проводимых итальянским
учёным Г. Галилеем.
2.
Падение дробинки, птичьего пера, пробки в трубке с откачанным воздухом
(Трубкой Ньютона).
3.
Падение яблока с дерева.
4.
Падение копеек, бумажек, кусочка ваты.
Логика рещения по схеме:
Объект наблюдения – ключевая ситуация – условия - существенные признаки –
результат. Падающие тела – свободное падение без нач. скорости – отсутствие
сопротивления воздуха, действие только силы тяжести – одновременное падение. Ответ – 2.
2) Задача с кратким ответом.
Установите соответствия между физическими величинами и формулами, по которым эти
величины определяются, при свободном падении без начальной скорости.
Физическая величина
А) Ускорение свободного
падения
Б) Скорость в момент
падения
В) Высота падения без
начальной скорости
А
Формулы
1) h=gt2/2
2) υ=gt
3) g=9,8 м/с2
Б
В
3) Задача с развёрнутым ответом. (задачи на последнюю секунду, последний метр)
Какова скорость тела в момент падения без начальной скорости, если за
последнюю секунду оно прошло 30 м. Сколько времени падало тело?
Алгоритм решения:
Объект наблюдения – ключевая ситуация – выяснение исходных и конечных
данных(условие задачи) – определение величин и их зависимостей (необходимые
формулы) – решение и результат.
Падающее тело – свободное падение(равноускоренное движение) без начальной скорости
– время, высота, скорость и связь между ними - решение.
Решение с использованием графика
График
Дано:
υo=0
υ
t1=1c
h1=30м
g=10м/с
________
S
υ
o
t-?
υo
υ-?
t2
t1
h-?
Решение:
Ключевая ситуация - свободное падение без
начальной скорости, «последняя секунда» и
«последний метр».
υ
t
1.Необходимые формулы:
Sтрап =h, h =
2. h1 =
υ∙t1 -
υo+𝜐
2
g∗𝑡12
2
υo+𝜐
2
∙ 𝑡, υ=υo+gt, h=υot +
∙ 𝑡1 , υ = υo - gt1, . h1 =
ℎ
g𝑡1
𝑡1
2
, υ= +
30 10∗1
, υ= +
1
2
g∗t2
2
, υo=0.
υo − gt1+𝜐
= 35
2
м
с
3.Зная υ, найдём υo этого участка.
м
υ = υo + gt1, υo= υ- gt1, υo=35-10=25 ,
с
4.Найдём время t2 до последней секунды.
υ 25
υ=υo+gt2, υo=0, υ= gt2, t2= = = 2,5𝑐.
g 10
5.Найдём всё время движения.
t=t1+t2, t=1+2,5=3,5.
6.Найдём весь путь из площади всего
треугольника.
υ∗t
35∗3,5
h= , h=
=61,25м. Или по формуле
h=
2
g∗t2
2
2
10∗3,52
, h=
м
2
=61,5м.
Ответ: υ=35 , t=3,5c, h=61,25м.
с
Домашнее
задание: §13,14,л/р №2
∙ 𝑡1 =
Листки для учащихся
II группа Фамилия:____________________
Чертёж
Расставить силы, действующие на
тело
1. Что наблюдаем –
3. Предположение (объяснение) -
Эксперимент у доски
Рассчитать ускорение свободного падения для тел разной массы. Без начальной скорости
Для 1 пластины - m1
№ h.(м)
t (c)
t.cр (с)
1
2
3
4
Выводы:
g = 2h/t2 (м/с)2
t.cр2 (с)
g = 2h/t2 (м/с)2
0,5
0,5
0,5
Для 2 пластины - m2
№ h.(м)
t (c)
t.cр (с)
1
2
3
4
t.cр2 (с)
0,5
0,5
0,5
Выводы по моделям:
1 Модель.
Зависит ли ускорение свободного падения от величины начальной
скорости?
Ответ :
2 модель.
Как влияет масса и сопротивление воздуха на ускорение свободного
падения?
Ответ :
I группа Фамилия ___________________
Чертёж
Расставить силы, действующие
на тело.
1. Что наблюдаем –
2. Предположение (объяснение) -
Эксперимент у доски
Рассчитать ускорение свободного падения для тел разной массы.
Для 1 пластины - m1
№ h.(м)
t (c)
t.cр (с)
1
2
3
4
Выводы:
g = 2h/t2 (м/с)2
t.cр2 (с)
g = 2h/t2 (м/с)2
0,5
0,5
0,5
Для 2 пластины - m2
№ h.(м)
t (c)
t.cр (с)
1
2
3
4
t.cр2 (с)
0,5
0,5
0,5