Конспект урока "Построение и исследование физических моделей" 9 класс


Конспект урока
по Информатике и ИКТ
в 9 классе
Тема:
«Построение и исследование физических моделей»
Тема урока: Построение и исследование физических моделей.
Цели урока:
Общеобразовательные:
формирование умения исследования физических моделей графическим
методом и методом Подбор параметра;
Ознакомление со способами представления моделирования и формализации;
умение описывать окружающую действительность с помощью
различных информационных объектов;
Развитие умений строить информационные модели различных объектов.
Воспитывающие:
Продолжение формирования и развития информационного видения
окружающего мира;
формирование эмоционально-ценностного отношения к результатам
интеллектуального труда.
Развивающие:
овладение основными логическими приемами работы с базовыми
понятиями информатики;
овладение навыками представления объектов окружающей
действительности.
Практические:
Умение применять полученные знания, используя программу Microsoft Excel.
Тип урока: урок – исследование.
Оборудование и ПО:
Технические: ПК, мультимедийный проектор
Программные: Microsoft Excel, Microsoft Power Point
Этапы урока:
а) организационный момент (1,5 мин)
б) актуализация знаний (10 мин)
в) объяснение нового материала (20 мин)
г) закрепление знаний (10 мин)
д) подведение итогов (3 мин)
е) домашнее задание (0,5 мин)
Ход урока:
а) организационный момент
Здравствуйте, ребята. Садитесь, пожалуйста.
Тема нашего урока «Построение и исследование физических моделей».
Сегодня, вы узнаете, как можно исследовать физические модели двумя
методами: графическим методом и методом Подбор параметра с помощью
Microsoft Excel.
б) актуализация знаний
1. Какие бывают модели? Приведите примеры материальных
и информационных моделей.
2. Что такое формализация? Приведите примеры
формальных моделей.
3. Какие вы можете назвать примеры моделирования
в различных областях деятельности?
4. Может ли объект иметь несколько моделей? Если да,
то приведите примеры.
5. Могут ли разные объекты описываться одной и той же
моделью? Если да, то приведите примеры.
6. Каковы основные этапы разработки и исследования моделей на
компьютере?
7. Какие программные средства обычно используются для
создания компьютерных моделей?
в) объяснение нового материала
Построение формальной модели движения тела, брошенного под углом к
горизонту.
Задача: в процессе тренировок теннисистов используются автоматы по
бросанию мячика в определенно место площадки. Необходимо задать
автомату необходимую скорость и угол бросания мячика для попадания в
мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.
Качественная описательная модель.
Из условия задачи можно сформулировать следующие основные
предположения:
-мячик мал по сравнению с Землей, поэтому его можно считать
материальной точкой;
-изменение высоты мячика мало, поэтому ускорение свободного падения
можно считать постоянной величиной g = 9,8 м/с , следовательно,
движение по оси OУ можно считать равноускоренным;
-скорость бросания мячика мала, поэтому сопротивлением воздуха можно
пренебречь, следовательно, движение по оси OХ можно считать
равномерным.
Формальная модель
Для формализации модели обозначим величины:
-начальную скорость мячика – v
0
;
-угол бросания мячика - α ;
-высоту стенки - h;
-расстояние до стенки -s.
Используем известные из курса физики формулы равномерного и
равноускоренного движения для определения координат мячика. Дальность x
и высоту y при заданной начальной скорости v
0
и угле бросания α для
любого момента времени t можно вычислить по следующим формулам:
x= v
0
* cos α * t, y= v
0
*sin α * t - g * t
2
/ 2Чтобы определить, попадет ли
мячик в стенку, необходимо вычислить его координату у в момент времени,
когда он будет находиться на расстоянии s. Из первой формулы выражаем
время, которое понадобится мячику, чтобы преодолеть расстояние s:
t = s / (v
0
*cos α).Подставляем это значение времени t в формулу для
вычисления координаты y. Получаем t - высоту мячика над землей на
расстоянии s:
l = s * tg α-g * s
2
/ (2* v
0
2
* cos
2
α).Формализуем теперь условие попадания мячика в мишень. Попадание
произойдет, если значение высоты мячика l будет удовлетворять условию в
форме неравенства: 0 l h.Если l < 0, то это обозначает
«недолет». А если l > h , то это означает «перелет».
1.Для ввода начальной скорости будем использовать ячейку В1,
а для ввода угла – ячейку В2.
2. Введем в ячейки А5:А18 значения времени с интервалом 0,2 с.
3. В ячейки В5 и С5 введем формулы:
=$B$1*COS(РАДИАНЫ($B$2))*A5
=$B$1*SIN(РАДИАНЫ($B$2))*A5-4,9*A5*A5
4. Скопируем формулы в ячейки В6:В18 и С6:С18 соответственно.
Визуализируем модель, построив график зависимости координаты у от
координаты х (траекторию движения тела).
5. Построить диаграмму типа График, в которой используется
в качестве категории диапазон ячеек С5:С18.
Исследуем модель и определим с заданной точностью 0,1
0
диапазон
изменений угла, который обеспечивает попадание в мишень, находящуюся
на расстоянии 30 м и имеющую высоту 1 м, при заданной начальной
скорости 18 м/с. Воспользуемся
для этого методом Подбор параметра.
6.Установить для ячеек точность один знак после запятой.
7.Внести в ячейки В21, В22 и В23 значения расстояния до мишени = 30м,
начальной скорости =18 м/с и угла = 35 ,
а в ячейку В25 – формулу для вычисления высоты мячика над
поверхностью для заданных начальных условий:
=$B$21*TAN(РАДИАНЫ(В23)) –
(9,81*В21^2)/(2*B22^2*COS(РАДИАНЫ(В23))^2)Для заданных начальных
условий определим углы, которые обеспечивают попадание в мишень на
высотах 0 и 1 м.
8. Выделить ячейки В25 и ввести команду (Сервис-Подбор параметра). На
появившейся диалоговой панели ввести в поле Значение: наименьшую
высоту попадания в мишень (0). В поле Изменяя ячейки: ввести адрес
ячейки, содержащей значение угла (в данном случае $B$23).
9. В ячейке В23 появится значение 32,6. Повторить процедуру подбора
параметра для максимальной высоты попадания в мишень – в ячейке В23
получится число 36,1.
Таким образом, исследование компьютерной модели в электронных таблицах
показало, что существует диапазон значений угла бросания от 32,6 до 36,1 ,
который обеспечивает попадание в мишень высотой 1 м, находящуюся на
расстоянии 30 м, мячиком, брошенным со скоростью 18 м/с.
г) закрепление знаний
Задача: Тело брошено вертикально вверх с некоторой высоты. Определить
через какое количество времени тело упадет на поверхность земли.
(построение и исследование физической модели проводится учащимися
самостоятельно).
По завершению учащиеся демонстрируют полученные результаты.
Качественная описательная модель.
Если начальная скорость бросания тела v
0
существенно меньше первой
космической скорости и высота бросания h , существенно меньше радиуса
Земли, можно использовать модель, рассмотренную ранее.
Формализованная модель.
Движение по вертикали – равноускоренное, поэтому изменение координаты
у в зависимости от времени описывается с помощью формулы:
y = h
0
+ v
0
* t g * t
2
/ 2
1.Ввести начальные значения высоты h
0
и скорости v
0
в ячейки В1 и В2 соответственно.
2. Создадим таблицу значений зависимости координаты от
времени. Введем в ячейки А5:А18 значения моментов времени t
(в секундах) от 0 до 2,6 с шагом 0,2 с.
3. В ячейки В5 введем формулу уравнения движения:
=$B$2+$B$3*A5-4,9*A5^2, в которой использованы абсолютные
ссылки на ячейки, содержащие начальные условия.4. Скопируем формулы в
ячейки В6:В18.
5. Построить диаграмму типа График, в которой используется
в качестве категории диапазон ячеек В5:В18.
Точка пересечения графика с осью t соответствует времени
падения тела (примерно 2,4с).
д) подведение итогов урока:
Итак, ребята, сегодня вы научились исследовать физические модели двумя
методами средствами Microsoft Excel. Такое же исследование можно
провести, используя язык Visual Basic.
(работы учащихся оцениваются по пятибалльной шкале).
е) домашнее задание:
п.3.6., упр.3.11. (учебник Информатика 9 класс, Н.Д.Угринович)