Технологическая карта урока "Принцип относительности Галилея" 10 класс
1
Автор: Дворникова Галина Витальевна, учитель физики МБОУ РСОШ №10 Песчанокопского района Ростовской
области.
Технологическая карта урока по физике в 10 классе УМК любой.
Тема: «Принцип относительности Галилея».
Цели учебного занятия:
- личностные: готовность и способность обучающихся к саморазвитию и личностному самоопределению,
сформированность их мотивации к обучению и целенаправленной познавательной деятельности, системы значимых
социальных и межличностных отношений, ценностно-смысловых установок, отражающих личностные и позиции в
деятельности, сформированность мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной
практики, сформированность основ саморазвития и самовоспитания в соответствии с общечеловеческими ценностями;
готовность и способность к самостоятельной, творческой и ответственной деятельности; толерантное сознание и поведение
в поликультурном мире, готовность и способность вести диалог с другими людьми, достигать в нём взаимопонимания,
находить общие цели и сотрудничать для их достижения; навыки сотрудничества со сверстниками, взрослыми в
образовательной и других видах деятельности; нравственное сознание и поведение на основе усвоения общечеловеческих
ценностей; готовность и способность к образованию, в том числе самообразованию, на протяжении всей жизни;
сознательное отношение к непрерывному образованию как условию успешной профессиональной и общественной
деятельности;
- метапредметные: освоение обучающимися межпредметных понятий и универсальных учебных действий
(регулятивные, познавательные, коммуникативные), способность их использования в познавательной и социальной
практике, самостоятельность в планировании и осуществлении учебной деятельности и организации учебного
сотрудничества, способность к построению индивидуальной образовательной траектории, владение навыками учебно-
исследовательской деятельности; умение самостоятельно определять цели деятельности и составлять планы деятельности;
самостоятельно осуществлять, контролировать и корректировать деятельность; использовать все возможные ресурсы для
достижения поставленных целей и реализации планов деятельности; выбирать успешные стратегии в различных ситуациях;
умение продуктивно общаться и взаимодействовать в процессе совместной деятельности, учитывать позиции других
участников деятельности, эффективно разрешать конфликты; владение навыками познавательной, учебно-
исследовательской и проектной деятельности, навыками разрешения проблем; способность и готовность к
2
самостоятельному поиску методов решения практических задач, применению различных методов познания; готовность и
способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности, включая умение ориентироваться в
различных источниках информации, критически оценивать и интерпретировать информацию, получаемую из различных
источников; владение языковыми средствами – умение ясно, логично и точно излагать свою точку зрения, использовать
адекватные языковые средства; владение навыками познавательной рефлексии как осознания совершаемых действий и
мыслительных процессов, их результатов и оснований, границ своего знания и незнания, новых познавательных задач и
средств их достижения.
- предметные: формирование научного типа мышления, владение научной терминологией, ключевыми понятиями,
методами и приёмами; сформированность основ целостной научной картины мира; создание условий для развития навыков
учебной деятельности, мотивации обучающихся к саморазвитию; сформированность умений анализировать, оценивать,
проверять на достоверность и обобщать научную информацию; сформированность системы знаний об общих физических
закономерностях, законах, теориях; сформированность умения исследовать и анализировать разнообразные физические
явления.
Задачи: обсудить субъективность точек зрения Аристотеля, Галилея, Ньютона о движении и покое,
субъективность нашего взгляда, например, на движение Земли, и невозможность отличия равномерного движения
замкнутой ИСО от покоя.
Оборудование: последняя часть первого фрагмента кинофильма "Законы Ньютона", брусок, мяч.
Эпиграф к уроку: " Он всю жизнь читал открытую для всех великую книгу природы".
(Если имеется, то на доске желательно поместить портрет Галилея).
Этапы урока,
предполагае
мый
результат
Время,
мин
Деятельность учителя
Деятельность учащихся
Методы,
приемы
и формы
обучения
Организацио
нные
2-3
Организует деятельность учащихся.
Готовят принадлежности к уроку.
3
минуты.
Контроль
знаний,
умений.
4-5
Слушает сообщения учащихся.
Задаёт вопросы, выясняя знание
учащимися структуры классической
механики, понятия ИСО, обращает
внимание учащихся на постулаты об
однородности и изотропности
пространства и однородности времени.
Выступают с сообщениями, по материалу,
изученному на предыдущем уроке,
подготовленными дома.
Отвечают на вопросы учителя.
беседа
Работа над
изучаемым
материалом.
4-5
Является председателем «учёного
совета» в ролевой игре – заседании
учёного совета.
Предлагает учащимся вопрос: Что
утверждал Галилей? Объективны или
субъективны точки зрения учёных по
поводу обсуждаемой проблемы?
Трое заранее подготовленных учащихся
играют роли: Галилео Галилея, Исаака
Ньютона, припатетика. Двое учащихся пишут
на доске выученный дома ОК.
Участвуют в обсуждении проблемы.
ролевая
игра (см.
после
таблицы)
4
Деятельнос
ть по
повторению
принципа
относитель
ности
Галилея и
Галилеевских
преобразова
ний
координат.
10-
15
Рассказывает учащимся о том, что по
утверждению Галилея всякое движение
по горизонтальной поверхности на
Земле, если исключить силы трения,
является, употребляя терминологию
Аристотеля, естественным, т.е.
движением, не требующим действия
силы. Оно исходит вечно, сохраняя свою
скорость. При этом Галилей не просто
утверждает это положение, а обращается
к опыту. Рассматривается движение по
совершенно гладкой (т.е. исключающей
трение) наклонной плоскости. Если тело
движется вверх по наклонной плоскости,
то его скорость уменьшается, если вниз –
то увеличивается. Спрашивается, как
движется тело по горизонтальной
плоскости?
Ответ напрашивается сам собой: тело
движется с постоянной скоростью. Так
Галилей сформулировал закон инерции:
«Когда тело движется по горизонтальной
плоскости, не встречая никаких
сопротивлений движению, то, как мы
знаем из всего того, что было изложено
выше, движение его является
равномерным и продолжалось бы
постоянно, если бы плоскость
простиралась в пространстве без конца»
(Галилей Галилео. Избранные труды т.
Пишут в ходе беседы конспект в тетради; по
ходу беседы задают вопросы.
(учащиеся высказывают мнения)
беседа
5
2).
Одновременно с законом инерции
Галилей использует другое основное
положение классической механики, так
называемый закон независимости
действия сил в применении к движению
тел в поле силы тяжести Земли. На
основании установленных законов
Галилей объясняет, почему мы не
замечаем движение Земли, находясь на
ней.
Так, например, свободно падающий
камень падает вертикально, так как в
момент бросания имеет ту же скорость,
что и поверхность Земли в месте
бросания. Эту скорость он сохраняет при
падении (желательно рассказ пояснить
рисунком). Обобщая свои объяснения,
Галилей формулирует классический
принцип относительности. Он
подчеркивает, что движение по инерции
можно заметить, только не участвуя в
этом движении, так как оно не
воздействует на вещи, находящиеся в
таком движении.
Поясняя это положение, Галилей
приводит следующий пример:
«Уединитесь с кем-либо из друзей, -
пишет он - в просторное помещение под
палубой какого-нибудь корабля,
6
запаситесь мухами, бабочками, другими
подобными мелкими летающими
насекомыми; пусть будет у вас там также
большой сосуд с водой и плавающими в
нем маленькими рыбками; далее,
подвесьте на верху ведро, из которого
вода будет падать капля за каплей в
другой сосуд с узким горлышком,
подставленный внизу. Пока корабль
стоит неподвижно, наблюдайте прилежно
как мелкие летающие животные с одной
и той же скоростью движутся во все
стороны помещения: рыбы, как вы
увидите, будут плавать безразлично во
всех направлениях; все падающие капли
попадут в подставленный сосуд, и вам,
бросая какой-нибудь предмет, не
придется бросать его с большой силой в
одну сторону, чем в другую, если
расстояния будут одни и те же, и если вы
будете прыгать сразу двумя ногами, то
сделаете прыжок на одинаковое
расстояние в любом направлении.
Прилежно наблюдайте все это, хотя у вас
не возникает никакого сомнения в том,
что пока корабль стоит неподвижно, все
должно происходить именно так.
Заставьте теперь корабль двигаться с
любой скоростью, и тогда, если только
движение будет равномерным и без
7
качки в ту или другую сторону, во всех
названных явлениях вы не обнаружите
ни малейшего изменения и ни по одному
из них не сможете установить движется
ли корабль или стоит неподвижно».
Далее учителю вместе с учащимися
необходимо сделать вывод о том, что нет
способа обнаружить различия между
движением по инерции и состоянием
покоя систем (СО), в которых
выполняется закон инерции –
инерциальных систем отсчета (ИСО).
Принцип относительности Галилея
утверждает, что в ИСО все механические
процессы протекают одинаково
независимо от того, движется система
или покоится.
Далее учащимся желательно задать
вопросы:
Как будет падать предмет, выпавший из
рук пассажира, находящегося в
равномерно и прямолинейно
движущемся поезде?
Расскажите об эксперименте, который
давал бы различные результаты для
движущегося с постоянной скоростью и
неподвижного поездов.
8
Стратонавты рассказывают, что если не
обращать внимания на показания
приборов, то невозможно определить,
поднимается или опускается и движется
ли вообще стратонавт. Чем это
объясняется?
Делают выводы из изложенного учителем
материала. Один из вариантов ответа: так,
будто бы это произошло в стоящем поезде (для
наблюдателя в замкнутой ИСО);
Один из вариантов ответа:
такой эксперимент ещё никому не удавалось
сделать (в замкнутой СО).
Стратонавт находится в замкнутой ИСО.
Закрепление
материала.
Учитель идет по классу, подбрасывает и
ловит какой-нибудь предмет. Затем,
Принимают активное участие в беседе.
беседа
9
обращая внимание на рисунок на доске
(см. выше) необходимо побеседовать о
том, что если на движущейся тележке
подбросить монету вертикально вверх, то
в СО, связанной с тележкой, будет
изменяться только координата ОУ. В СО,
связанной с Землей, изменяются
координаты ОУ и ОХ. Следовательно
положение тел их скорости в разных СО
различны.
Далее необходимо рассказать о том, что
два человека, располагающие
измерительными приборами, могут
наблюдать одно и то же явление. Это,
может быть, полет мяча, столкновение
двух тел или простое гармоническое
движение вверх и вниз подвешенного на
пружине грузика. Чтобы облегчить
рассуждения, свяжем с каждым
наблюдателем собственную систему
координат Х, У, Z.
Пусть обе системы координат находятся
в относительном движении.
Проблема: Учащимся предлагается
решить задачу:
Предположим, что в 10 часов тело в
штрихованной системе К' имеет
координаты х' = 4 мили, у' = 1 миля, z' = 2
мили. Какие координаты имеет это в
системе К (х, у, z), если начала
Пытаются решить самостоятельно задачу, а
затем высказывают свои мнения по поводу
решения данной проблемы.
10
координатных систем
совпадали в 9 часов и штрихованная
система движется в направлении оси х со
скоростью 10 миль в час?
Далее беседу можно продолжить
следующим образом:
После того, как учащиеся выскажут свои
мнения, учитель рассказывает о
преобразованиях Галилея. Рассмотрим
две ИСО, находящиеся в относительном
движении. Основываясь на свойствах
можно записать преобразования,
связывающие эти СО.
Далее следует подробно остановиться
на преобразованиях Галилея, связать их с
перечисленными свойствами.
Рассмотрим две ИСО К И К'. Систему К
будем считать неподвижной. Система К'
движется поступательно с постоянной
скоростью u ≠ 0 относительно системы К.
Примем для простоты, что в начальный
момент времени (t = 0) начала 0 и 0'
обеих систем отсчета и сходственные оси
координат совпадают. Тогда взаимное
расположение обеих систем в
произвольный момент времени t имеет
вид, изображенный на рисунке 1.
Скорость u направлена вдоль прямой 00',
а радиус – вектор r0 , проведенный из 0 в
0' равен r0 = u t. Положение
Учащиеся перечисляют и
поясняют свойства.
Пишут конспект
в тетради.
Переносят рисунки в свои тетради.
11
произвольной материальной точки М в
неподвижной и подвижной системах
отсчета определяется радиус-
векторами r и r', причем
r = r' + u t (1)
В проекциях на оси координат это
векторное равенство записывается в
следующем виде:
х = х' + uх t,
у = у' + uу t, (2)
z = z' + uz t.
Выше изложенные формулы называются
преобразованиями Галилея. В случае,
когда скорость u направлена вдоль
оси ОХ (рис. 2), преобразования имеют
более простой вид:
х = х' + u t,
у = у' (2')
z = z'
Далее необходимо рассказать о том, что
совокупность уравнений Галилея нужно
дополнить еще одним уравнением,
которое имеет очень большое значение и
глубокий смысл в механике Ньютона:
t = t' (3)
Затем необходимо отметить, что
координаты и время в механике Ньютона
находятся в неравноценном положении:
при переходе от системы К к системе К'
12
координаты преобразуются, т.е. являются
относительными величинами, а время
является абсолютным и сохраняется во
всех системах отсчета одинаковым.
(Рисунки желательно подготовить
заранее учителю на доске).
Анализируя с учащимися закон инерции,
следует подробно обсудить понятия
замкнутой и не замкнутой систем
отсчёта.
Организация
10-
Контролирует самостоятельность работы,
1
группы
2
группы
3 группы
работа в
13
деятельност
и учащихся в
разноуровнев
ых группах
15
оказывает учащимся при необходимости
помощь.
Беседует с учащимися 1 группы,
проверяя правильность выполнения
самостоятельной работы.
Беседует с учащимися 3 группы,
помогает им устранить пробелы в
знаниях.
Двое
учащих
ся,
подгот
овивш
ие в
начале
урока
ОК на
доске,
работа
ют
консул
ьтанта
ми
учащих
ся 3
группы
.
Осталь
ным
учащи
мся
предла
гается
вывест
и закон
сложен
ия
скорос
тей,
продиф
ференц
ировав
преобр
Учащи
мся
предла
гается
доказат
ь, что
если в
систем
е К
вдоль
оси ОХ
распол
ожить
в
качеств
е
масшта
бного
тела
линейк
у АВ
так,
чтобы
её
длина
L= х2-
х1, где
х1 и х2
коорди
наты
начала
и
конца
линейк
и, то в
Повторяют материал,
изученный на уроке по ОК
(учащиеся 1 группы
являются консультантами
для этой группы).
Анализируя ОК, учащимся
предлагается вспомнить то,
что изучалось на уроке.
Рассказывают учащимся 2
группы то, что удалось
вспомнить.
Беседуют с учителем,
разноуро
вневых
группах
14
Итог урока.
Органи
зует
подвед
ение
итога
урока
учащи
мися.
рефлексия
Домашнее
задание
Учител
ь
может
подобр
ать и
другие
задачи
по
своему
усмотр
ению.
Напри
мер,
можно
взять
задачи
из Кл.
Э.
Суорц.
Необы
кновен
ная
1 группа –3 задачи, 2 группа - 2 , 3 группа –
1.
1. Наблюдатель 0, который ожидает поезд на железнодорожной станции, замечает летящий намеченным курсом вертолет. Величина скорости вертолета 100 км/ч, а скорость поезда
60 км/ч. Какова скорость вертолета относительно
наблюдателя 0', находящегося в поезде? Если их
скорости постоянны, то на каком расстоянии
впереди будут поезд и вертолет через пол часа?
(40 или 160 км/ч; если в ту же сторону или
противоположно В: 50 км, П: 30 км от прежнего
места)
2. Оси координат двух Галилеевых систем отсчета совпадали в полдень. Одна из систем движется со скоростью 100 м/с в отрицательном направлении оси Х. В два часа дня
некоторое тело в этой системе отсчета
расположено в точке х' = 300 м, у' = 10 м, z' = 20
м. Каковы в этот момент его координаты в другой
системе? (х = 360300 м; у = 10 м; z = 20 м)
Подготовить презентацию «Принцип
относительности Галилея» - по желанию.
15
физика
обыкно
венных
явлени
й с.
275.
Игровая проблемная ситуация.
Председатель. Господа естествоиспытатели, коллеги! В ученый совет поступило заявление некоего Галилео Галилея из
Флоренции. А по сему я предоставляю ему слово.
Г. Галилей. Я, Галилео Галилей, сын Винченцо Галилея из Флоренции, утверждаю, что тело, свободное от
воздействий, не меняет свою скорость. Оно будет двигаться по инерции, если на него не действуют другие тела.
Припатетик. Несчастный! Как смеешь ты опровергать учение великого Аристотеля? Каждому здравомыслящему
человеку ясно: чтобы тело двигалось, его надо всё время толкать! Это очевидно, и не смей тревожить больше великую
тень нашего учителя!
И. Ньютон. Я, сэр Исаак Ньютон, свидетельствую, что закон инерции существует. Великий Галилей совершенно прав.
Припатетик. Еретики! На костер их!
Г. Галилей. Да, Джордано Бруно сожгли за идею, но «смерть» в одном столетии дарует жизнь в веках грядущих!»
И. Ньютон. Нас гоните, но мысли наши уже посеяны, ибо ничто не сможет истребить мысль.
Председатель. Господа. Прошу соблюдать порядок и уважать мнение оппонентов. Лучше иметь много идей – с
тем, чтобы часть из них смогла оказаться ошибочной, - чем быть правым всегда. Я думаю, с этим был бы согласен и великий
Аристотель.
Припатетик Но опыт показывает…
16
Г. Галилей. Вот именно, опыт! Чем проверяется любая гипотеза? Опытом, экспериментом.
И. Ньютон. Полностью с вами согласен, коллега. Надо провести серию опытов, и тогда посмотрим, кто из нас прав.
Припатетик. Ну что ж, посмотрим, хотя я утверждаю…
Председатель. Господа! Довольно дискуссий! Перейдем к опытам. (Проводит демонстрацию: Толкнули брусок по
столу, он остановился через некоторое время).
Припатетик. Вот видите, я был прав! Тело остановилось, значит, его всё время надо толкать.
Г. Галилей. А я утверждаю, что его не надо тормозить. Значит его что-то тормозит.
