Исследование колебаний пружинного маятника.
план-конспект урока по информатике и икт (11 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение СОШ №30

Конспект интегрированного урока-практикума

по физике и информатике на тему:

«Исследование колебаний пружинного маятника».

Авторы: Могиленко Наталья Валерьевна учитель физики,
Дзиова Марина Петровна учитель информатики

9 ноября 2018 год

г.Владикавказ

Проведение интегрированных уроков в учебном процессе  способствует развитию межпредметных  связей, где информатика выступает в роли интегрирующей дисциплины.
При использовании компьютера в учебном процессе учащийся становится полноправным его участником. Педагог не дает готовых знаний, но побуждает учеников к самостоятельному поиску.

Компьютерные средства позволяют обеспечить наилучшую реализацию принципа наглядности, которому принадлежит ведущее место в образовательных технологиях.
Широкое использование графических возможностей  компьютера имеют большую прикладную направленность.

На интегрированном уроке физики и информатики в 11 классе по теме «Исследование колебаний пружинного маятника с  помощью программы MS Excel». Урок был построен на основе проблемного обучения. Для реализации данного плана ребята выбрали моделирование графика при помощи компьютера. Во время урока учащиеся строили графики зависимостей с помощью электронных таблиц Excel, пишут свою программу на языке программирования PASCAL, моделирующую колебаниях пружинного маятника, отвечали на контрольные вопросы. Такой вид заданий активизирует мыслительную деятельность школьника, заставляет осмысленно выполнять каждый этап работы от постановки цели до  получения результата.

Цели урока:

Оборудование:

Компьютерный класс,  интерактивная доска, презентации, раздаточный материал: листы для фиксирования результатов исследования зависимостей, персональные компьютеры, тесты (электронные и бумажные варианты), интерактивное оборудование MimioStudio.

Ход урока

1. Вопросы для повторения (фронтально): (опрос сопровождается презентацией 1)

Учитель физики:) 

1. Что такое колебательное движение?(слайд 3)
2. Какие виды колебательных систем вы  знаете?
3. Что такое математический маятник?
4. Что такое пружинный маятник?
5. Под действием какой силы совершает колебания пружинный маятник?(опыт 1)
6. Сформулируйте закон Гука. (слайд 4)
7. Перечислите основные характеристики колебательного движения. (слайд 5)
8. Что такое смещение от положения равновесия?
9. Что называется амплитудой колебаний?
10. Что такое частота колебаний? (слайд 6,7)
11. Что такое период колебаний ? (слайд 8,9)
12. От каких величин зависит период колебаний математического маятника?(слайд 10, 11)
13. Решаем интерактивную задачу 1.(Расчёт ускорения свободного падения).
14. Как определяется по формуле период свободных колебаний пружинного маятника?(слайд 12,13).
15. Как рассчитать циклическую частоту свободных колебаний пружинного маятника? (слайд 14,15)
16. Какие колебания мы называем гармоническими?(слайд 16,17)
17. Как выглядит уравнение гармонических колебаний?(опыт 1).
18. Переходим к выполнению практической части.

Учитель информатики:

I. Повторение пройденного материала, актуализация знаний.

1. Назовите назначение Эл таблиц
2. Назовите основные элементы электронных таблиц:

• Ячейка
• Строка
• Столбец
• Лист

3. Какие данные можно вносить в ячейки электронной таблицы:

• Текст
• Число
• Формула
• Дата-время

4. Каковы правила записи формул в электронных таблицах? Что необходимо помнить при вводе формул?

Предполагаемый ответ:
Ввод формулы начинается со знака равенства. Если его пропустить, то вводимая формула будет воспринята как текст. В формулы могут включаться числовые данные, адреса объектов таблицы, а также различные функции.

5. Как определяется адрес ячейки?
6. Что такое маркер заполнения? Какова его функция?

Вы уже научились записывать арифметические выражения и различные формулы в среде Microsoft Excel. Давайте вспомним, как это делается.

Задание.  Записать следующие выражения, учитывая, что значение х находится в ячейке А1

 
Ответы: 
а) (x+1)^(1/3)
б) 6*((2*x-2)^(1/2))+3

Общие понятия

1. Формулы применяются для выполнения вычислений над данными, введенными в ячейки.
2. Формулы состоят из одного и более адресов ячеек, арифметических операторов и функций.
3. Каждая формула должна начинаться со знака  "=". Если знак равенства не введен, то программа воспримет занесенные в ячейку данные как дату или текст.
4. При вводе формул ссылки на ячейки можно или вводить с помощью клавиатуры, или указывать ячейки непосредственно на листе таблицы.
5. Если в ячейке появится сообщение об ошибке (например, #ДЕЛ/0!), убедитесь в том, что вы не допустили одной из следующих ошибок:

• деление на ноль,
• использование пустой ячейки в качестве делителя,
• ссылка на пустую ячейку,
• удаление ячейки, на которую ссылается формула,
• ссылка на ячейку, в которой будет введен результат

6. Для более наглядного представления табличных данных часто используют графики и диаграммы. Средства программы Excel позволяют создать диаграмму, основанную на данных из электронной таблицы, и поместить её в той же самой рабочей книге.
7. Перед построением диаграммы следует выбрать диапазон данных, которые будут в ней отображаться. Если включить в диапазон ячейки, содержащие заголовки полей, то эти заголовки будут отображаться на диаграмме как пояснительные надписи.

II. Выполнение практических заданий (приложение 1).

Учитель информатики  формулирует задания.

Задание  № 1. Составить программу на языке программирования Pascal, демонстрирующую зависимость координаты тела от времени при колебаниях пружинного маятника.

Задание  № 2. Исследовать зависимость циклической частоты колебаний груза на пружине от его массы.

Задание  № 3. Исследовать зависимость периода колебаний груза на пружине от его массы.

Учитель физики  формулирует задания.

Задание  № 4.  Определить жесткость пружины маятника.

Оборудование: Штатив, пружина неизвестной жесткости, набор грузов известной массы, секундомер.

Учащиеся выполняя лабораторную работу, измеряют время за которое совершается определенное число колебаний, рассчитывают период колебаний, а затем вычисляют жесткость пружины, используя формулы: T=;  T=2π  k=
Задание  № 5. Решаем задачу.

 Гиря массой 4 кг, подвешенная на стальной пружине, совершает свободные колебания с периодом 2 с. С каким периодом будет совершать свободные колебания гиря массой 1 кг, подвешенная на этой пружине? (Ответ дайте в секундах.)

Учащиеся разбиваются на группы по 4 человека и приступают к выполнению заданий.

Учитель информатики обращает внимание на оформление задачи и выделяет следующие этапы:

1. Формирование таблицы исходных данных задачи.
2. Программирование необходимых расчетных формул с использованием правил ввода формул в ячейки.
3. Получение итоговой таблицы расчетов.
4. Построение графика и анализ результатов.

Группы выполняют задания и для построения графиков зависимостей используют возможности электронных таблиц Microsoft Excel. Получившиеся графики перенести  в тетрадь.

III. Подведение итогов самостоятельной работы.

Задание №1.  Составить программу на языке программирования Pascal, демонстрирующую зависимость координаты тела (X) от времени (t), при колебаниях пружинного маятника.

X=Xmax*SIN (ω*t);  ω=2*П/T                   Xmax = 0,5 м, T = 2с

Результат работы:

program coleban;

uses GraphABC;

var x0,y0,x1,y1,Tp,k:integer;

xmax,w,y,t:real;

begin

writeln ('введите значение Xmax, амплитуда колебаний ');

read(xmax);

writeln ('введите значение T, период колебаний ');

read(Tp);

setWindowSize (640,400);

x0:=40; y0:=200;k:=50;

line (20,y0,620,y0);

line (x0,20,x0,380);

while t<=10 do begin

w:= 2*pi /Tp;

x1:=trunc(x0+t*k);

y:= xmax*(sin (w*t));

y1:=trunc (y0-y*k);

circle (x1,y1,1);

t:=t+0.02

end;

end.

Задание  № 2. Исследование зависимости циклической частоты колебаний груза на пружине от его массы.

Циклическая частота колебаний маятника определяется по формуле

 где k = 7,5 Н/м. Массу груза будем менять от 0,1 кг до 1 кг с интервалом 0,1 кг

Контрольный вопрос. Как меняется циклическая частота колебаний маятника при увеличении массы груза в 4 раза? (Ответ: циклическая частота колебаний уменьшится в 2 раза).

Учитель информатики: работая с электронными таблицами, вы можете не задумываться, как программа выполняет ту или иную операцию и сконцентрироваться на содержании задания.

Задании №3. Исследование зависимости периода колебаний груза на пружине от его массы

Результат работы: период колебаний груза на пружине рассчитывается по формуле

где k = 7,5 Н/м. Массу груза будем менять от 0,1 кг до 1 кг с интервалом 0,1 кг.

Контрольный вопрос. При увеличении массы груза в 4 раза как меняется период колебаний маятника? (Ответ: период колебаний маятника увеличится в 2 раза)

Задание  № 4. Определить жесткость пружины маятника.

Лабораторная  работа.

Задание  № 5. Решаем задачу.

 Гиря массой 4 кг, подвешенная на стальной пружине, совершает свободные колебания с периодом 2 с. С каким периодом будет совершать свободные колебания гиря массой 1 кг, подвешенная на этой пружине? (Ответ дайте в секундах.)

Защита минипроектов, от каждой группы учащихся выходит один ученик, представляет свою работу, комментирую процесс выполнения и отвечая на контрольные вопросы.

Учитель информатики: Когда удобно использовать редактор “Электронные таблицы” для решения задач?

В процессе обсуждения делаем вывод: при решении задач на исследование зависимостей между физическими величинами редактор “Электронные таблицы” позволяют ускорить математические расчеты и наглядно показать зависимость с помощью диаграмм и графиков.

Решение задачи ЕГЭ по физике (приложение 2)

Маленький грузик, закреплённый на пружине жёсткостью 80 Н/м, совершает гармонические колебания. График зависимости координаты x этого грузика от времени t изображён на рисунке. Какова масса грузика? (Ответ дайте в граммах.) 

Тестовый опрос MimioStudio.

Итог урока:

Учащиеся закрепили умения выполнять вычисления и строить графики с помощью табличного процессора MS Excel;

Научились проводить исследования физических зависимостей: силы упругости от деформации пружины; циклической частоты, периода и координаты колеблющегося пружинного маятника от массы груза в программе MS Excel.