Голубев В.А. К вопросу о проведении некоторых лабораторных работ в курсе физики IX класса

В IX классе действующей программой по учебнику И.К.Кикоина, А.К.Кикоина «Физика-9» предписано проведение лабораторной работы «Изучение движения тела, брошенного горизонтально». Ставится цель этой работы: измерить начальную скорость, сообщенную телу в горизонтальном направлении при его движении под действием силы тяжести.

Проанализируем ход выполнения данной лабораторной работы. Во-первых, тема работы – изучение движения, а в ходе выполнения работы учащимся предлагается задать одинаковые начальные условия движения шарика и по формулам рассчитать начальную скорость шарика. А где же изучение движения шарика? Под словом «изучить» я понимаю следующее: изменяя начальные условия движения тела, рассмотреть, как изменяются текущие и конечные характеристики этого движения (например, конечная скорость, дальность полета тела). В данной работе этого нет.

Во-вторых, время падения (полета) шарика очень мало, так как высота падения мала. Учащиеся не в состоянии иногда рассмотреть траекторию движения шарика и верят учителю на слово,· что траектория движения – парабола.

В-третьих, объясняя материал, учитель говорит, что в любой точке траектории скорость тела можно разложить на две составляющие υ_xи υ_y, υ_xвсегда равна начальной скорости υ₀, направленной горизонтально. И ученикам приходится принимать эти слова на веру, так как пронаблюдать это в ходе выполнения данной работы они не могут.

Выходит, что данная лабораторная работа направлена не на изучение движения тела, брошенного горизонтально, а на формальное выполнение каких-то действий по данной работе и математический расчет приближенных значений некоторых величин. Точность выполнения такой работы невелика, так как правильно задать начальные условия невозможно, а дальность полета измеряется с погрешностями по среднему значению данной величины.

Поэтому я предлагаю провести данную работу не в кабинете физики на устаревшем оборудовании, а в кабинете информатики на современных компьютерах (например, на Pentium200 МГц). Для этого необходимо использовать компьютерную программу с CD-диска «Школьник-98» и провести не одну, а две лабораторные работы.

Лабораторная работа №1 «Изучение движения тела, брошенного горизонтально».

На экран компьютера выводится программа «Физика в картинках» (раздел «Падение тел»): оси Ох (расположена в верхней части экрана) и Оу (направлена вниз) и поверхность земли. С помощью «мыши» можно менять начальную скорость бросания и высоту бросания. С помощью стробоскопа на экране изображаются траектория и положения тела через одинаковые промежутки времени. На экране также видны векторы скоростей υ₀,υ_x,υ_y,что позволяет учащимся сравнить векторы υ₀ и υ_x и сделать выводы о равенстве этих скоростей. Выполняя предложенные учителем задания, учащиеся изучают данный вид движения.

Лабораторная работа №2 «Изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту».

На экран компьютера выводится программа «Физика в картинках» (раздел «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»). С помощью данной программы можно, изменяя начальные условия движения (угол бросания, начальную скорость и высоту бросания), определить значения этих величин, при которых достигается максимальная дальность полета.

Программа позволяет изучить такой вид движения, посмотреть, как направлены вектора скоростей в разных точках траектории, выполнить задания, предложенные учителем.

Данные лабораторные работы проводятся после вводного урока «Движение тел под действием силы тяжести», на котором излагается теория по соответствующей теме.

Инструкция к лабораторной работе № 1

Тема. Изучение движения тела, брошенного горизонтально.

Цели: 1) используя компьютерную программу с CD-диска «Школьник-98», исследовать движение тела, брошенного горизонтально;

2) исследовать зависимость дальности полета тела от начальной скорости бросания;

3) построить графики зависимости: а) координат от времени, б) скорости от времени.

Ход работы

1. Выучите параграф 33 и конспект по данной теме.

2. Ответьте на вопросы для самоконтроля.

A) Как рассчитать высоту, на которую опускается тело, брошенное горизонтально?

Б) Как рассчитать время полета тела, брошенного горизонтально?

B) Как рассчитать дальность полета?

Г) Как рассчитать скорость, сообщенную телу в горизонтальном направлении?

3. Выведите на экран компьютера программу «Физика в картинках» (раздел «Падение тел»).

4. Установите максимальную высоту падения тела. Меняя значения начальной скорости, выявите зависимость дальности полета от начальной скорости. Постройте график зависимости xот υ₀.Запишите конечные значения координат, скоростей, времени.

5. Выполните дополнительное задание. Есть интересный опыт. С одной и той же высоты одновременно начинается движение двух тел. Одно из них падает вертикально вниз, а другое – криволинейно. Опыт показывает, что в любой момент времени тела будут находиться на одинаковой высоте относительно земли. Повторите опыт, используя компьютер, и, зарисовав картину движения нескольких тел, движущихся с разными скоростями, докажите это предположение. Выполните контрольный опыт с реальными телами.

6. Ответьте на вопросы.

1) Как изменится дальность полета тела, брошенного горизонтально с некоторой высоты, если скорость бросания увеличить вдвое?

2) Как и во сколько раз надо изменить скорость тела, брошенного горизонтально, чтобы при высоте, вдвое меньшей, получить прежнюю дальность полета?

3) При каких условиях возникает криволинейное движение?

4) Как должна действовать сила, чтобы тело, двигавшееся прямолинейно, изменило направление своего движения?

5) По какой траектории движется тело, брошенное горизонтально?

6) Почему тело, брошенное горизонтально, движется по криволинейной траектории?

7) Можно ли считать движение тела, брошенного горизонтально, равноускоренным?

8) От чего зависит дальность тела, брошенного горизонтально?

Инструкция к лабораторной работе №2

Тема.Изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту.

Цели: 1) используя компьютерную программу с CD-диска «Школьник-98», выяснить особенности движения тела, брошенного под углом к горизонту;

2) исследовать зависимость дальности полета тела от начальных условий бросания (начальной скорости; угла бросания; высоты, с которой тело брошено);

3) построить графики зависимости дальности полета от начальных условий.

Ход работы

1. Выучите параграф 33 и напишите конспект по данной теме.

2. Выведите на экран компьютера программу «Физика в картинках» (раздел «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»).

3. Выполните задания:

1) Выясните зависимость дальности полета xот угла бросания при постоянных высоте и начальной скорости. Для этого установите H = 0 м и υ₀= const. Меняя угол бросания, выявите зависимость дальности полета от угла бросания. Постройте соответствующий график зависимости. Запишите начальные (х₀, у₀,υ_0x,υ_0y)и конечные значения (х, у,υ_x,υ_y,t)величин при x_max.

2) Выясните зависимость дальности полета от начальной скорости бросания при постоянных угле бросания и высоте. Для этого установите H= 0 и любой постоянный угол бросания. Меняя начальную скорость бросания, выявите зависимость x от υ₀. Постройте график зависимости x= f(υ₀). Запишите начальные и конечные значения величин при х_mах.

3) Выясните зависимость дальности полета xот высоты подъема тела над поверхностью земли Hпри постоянных угле бросания и начальной скорости бросания. Для этого установите υ₀= constи любой постоянный угол бросания. Меняя высоту подъема Н,выявите зависимость xот Н. Постройте график зависимости x= f(H). Запишите начальные и конечные значения величин при х_тах.

4) Установите на экране значения величин (угол бросания, начальная скорость, высота), при которых дальность полета получается максимальной. Проверьте, будет ли дальность полета максимальной при одновременном установлении этих начальных условий. Объясните полученный результат.

4. Ответьте письменно на вопросы.

A) Точка движется по параболе. Каков характер движения проекций этой точки на оси Ох и Оу?

Б) От каких факторов зависит дальность полета тела, брошенного под углом к горизонту?

B) Что общего в движении тел, брошенных вертикально, горизонтально и под углом к горизонту?

Г) По какой траектории движется тело, брошенное под углом к горизонту?

Д) Можно ли считать движение тела, брошенного под углом к горизонту, равноускоренным?