Calculul accelerației gravitaționale folosind un plan înclinat – Teorema Lucru mecanic-Energie

Aomeniul ştiinţei:

INGINERIE

Nivelul clasei:

Nivel gimnazial (14-18 ani)

V rsta elevilor:

17 ani

Timp total:

4 ore

Timp de pregatire:

Timp de predare:

Metodologia de predare utilizată:

Predarea va fi atât practică, cât și bazată pe gamificare. Elevii vor avea la dispoziție elementele importante ale teoriei privind mișcarea accelerată, mișcarea plană înclinată, scripetele fix și teorema lucru – energie. Pentru ca experimentul să aibă succes, elevii trebuie să aibă o înțelegere aprofundată a teoriei înainte de a trece la partea practică. Pentru o mai bună practică a studenților, se vor desfășura 4 chestionare diferite pentru fiecare dintre unitățile teoretice de mai sus. Chestionarele vor fi online cu întrebări cu răspunsuri multiple.

Concepte cheie:

Descrierea mișcării unui corp în funcție de timp face parte din mecanica numită cinematică. Când, totuși, asociem mișcarea cu forțele care acționează asupra unui corp, avem de-a face cu dinamica. O problemă fundamentală a dinamicii unui corp este să aflăm cum se va mișca corpul, atunci când cunoaștem forțele care îl afectează. Cu alte cuvinte, trebuie să constatăm că poziția corpului studiat se modifică în timp. Elevii în acest fel sunt capabili să studieze accelerația unui corp pe baza mișcării sale pe un plan înclinat. În acest fel au capacitatea de a-și îmbunătăți observația și capacitatea de a studia mișcarea și fenomenele mecanice.

Overview

Scopul experimentului este o determinare experimentală a accelerației gravitației g, precum și verificarea Teoremei Lucru mecanic-Energie.

Student mission

Sunteți o echipă de cercetare și ați fost angajati de NASA pentru a studia mișcarea unei rachete care va fi trimisă în spațiu pentru a studia un meteorit care amenință să lovească Pământul. Misiunea voastra este să studiati mișcarea rachetei și în special accelerația acesteia datorită gravitației. Trebuie verificată și Teorema Lucru mecanic-Energie.

21st century technical skills gained through this activity

Lista de aptitudini:

  • Rezolvarea problemelor,
  • Analiza practica,
  • Concurență,
  • Gândire critică,
  • Emiterea concluziilor bazate pe fapte,
  • Învățare bazată pe anchetă.

 

  • Știința datelor
  • Inginerie (Mecanica)
  • Anchetator
  • Tutor în Științe Fizice
  • Cercetator de laborator
  • Inginer în controlul clădirilor

 

Differentiation strategies to meet diverse learning needs

Gamificare, activități de învățare „convenționale”, sisteme de răspuns în clasă, întrebări de formare și încadrare.

Lesson plan

4 ore

Time to complete Lesson

Mișcare accelerată

  • Forța F exercitată asupra unui corp de masă m este constantă, accelerația a pe care o va dobândi corpul va fi și ea constantă și conform legii a 2-a a lui Newton, va fi egală cu α = F / m. (graficul 1.0, Anexa.III)
  • Fiecare punct al graficului, panta, ne dă viteza la momentul corespunzător (viteza instantanee).
  • Pentru calculul experimental al accelerației obținute de un corp și descrierea mișcării corespunzătoare se poate folosi planul înclinat sau scripetele fix, cu care se realizează aplicarea unei forțe constante, a cărei măsură poate fi ușor reglată.

 

Mișcarea în pantă

  • Un corp de masă m se află într-un plan înclinat al unghiului θ și se mișcă sub influența unei forțe constante F = mgsinθ. Forța de frecare este considerată neglijabilă. (imaginea 1.1, Anexa.III)

 

Scripete fix

  • Un cub de masă M situat pe o suprafață orizontală netedă este tras de un fir legat de o greutate de masă m, printr-un scripete, așa cum se arată în imaginea 1.2, Anexa.III.
  • Suprafața netedă nu prezintă frecare atunci când corpul se mișcă pe ea. De asemenea, considerăm că scripetele nu are masă și nici nu provoacă frecare și că pur și simplu schimbă direcția tensiunii filetului T în punctul în care este atașat. Forțele exercitate asupra cubului de masă M sunt prezentate și în imaginea 1.2, Anexa.III. Cubul sub influența forței T va accelera doar pe direcția orizontală.

 

 Teorema Lucru mecanic-Energie

Este definit ca lucrul care produce o forță constantă asupra unui corp, produsul forței componente în direcția mișcării, la distanța x parcursă de corp în acea direcție, adică W = Fx X x, unde Fx este componenta forței în direcția deplasării x. În Sistemul Internațional de Unități (SI) unitatea proiectului este 1 Joule = 1 Nm.

Expected Learning Outcomes

Mișcare accelerată, Mișcare în pantă, Scripete fix, Teorema Lucru mecanic-Energie.

Prior knowledge and vocabulary

Utilizați modelul de anchetă științifică și șablonul Testați-vă ideea pentru a vă ajuta cu întrebarea dvs. de investigație. A se vedea anexa I. și II.

Science and Engineering/Math Practices

Lista rezultatelor învățării conform curriculumului și/sau criteriilor de evaluare (Care curriculum și criterii de evaluare?)

Curriculum Alignment

Implicare: Profesorul îi ajută pe elevi să reflecteze la ceea ce știu deja și să identifice eventualele lacune de cunoștințe. Este important să se stimuleze interesul pentru conceptele viitoare, astfel încât elevii să fie pregătiți să învețe. Profesorii ar putea însărcina elevilor să pună întrebări inițiale sau să noteze ceea ce știu deja despre subiect. Acesta este și momentul în care conceptul este prezentat studenților pentru prima dată.

 

Inițial, elevii vor fi împărțiți în 2 grupe. Profesorul va oferi tuturor link-uri video și câteva notite pe care le vor vedea acasă. Aceste videoclipuri conțin câteva părți ale teoriei pe care elevii trebuie să le cunoască înainte de a începe experimentul. Este important ca elevii să înțeleagă pe deplin conceptele și fenomenele care vor fi studiate. Apoi, elevii trebuie să răspundă la câteva întrebări cu răspunsuri multiple bazate pe conținutul acestor videoclipuri. Ei vor trebui apoi să noteze pe o foaie de hârtie întrebările lor despre teorie care vor fi discutate în clasă. Scopul acestui exercițiu este ca grupul A să își exprime întrebările grupului B și să aibă o discuție și, în consecință, un schimb de cunoștințe între grupuri. Intrebările fara raspuns din partea grupurilor vor primi răspuns de la profesor. Procesul de întrebări și răspunsuri le va oferi elevilor posibilitatea de a-și exprima întrebările și apoi de a încerca să răspundă la întrebările colegilor de clasă. În cele din urmă, elevii ar trebui să facă ipoteze cu privire la rezultatele experimentului și, la sfârșit, să examineze dacă aceste rezultate au fost într-adevăr corecte.

 

Materiale: link-uri video, notite, chestionar, hârtie

Înainte de prima lecție:

Înainte de a 2 -a lecție:

Înainte de a 3 -a lecție:

Înainte de a 4 – a lecție:

 

Pregătire: [20] Minute pentru pregătirea laboratorului pentru experimente

Facilitarea experienței de învățare: [10] Minute

Tranziție: [5] Minute

Profesorul va: conduce sesiunile de întrebări și răspunsuri, va explica concepte la începutul fiecăreia dintre cele 4

lectii

Elevii vor: asculta cu atenție, vor lua notițe și vor pune întrebări

 

Explorare : In timpul fazei de explorare, elevii explorează în mod activ noul concept prin experiențe concrete de învățare. Li s-ar putea cere să treacă prin metoda științifică și să comunice cu colegii lor pentru a face observații. Această fază permite elevilor să învețe într-un mod practic.

 

Materiale: Echipamente practice si analiza fiecarei piese

Pregătire: [20] Minute

Facilitarea experienței de învățare: [30] Minute

Tranziție: [2] Minute

Profesorul va: : Facilita ora practică, va da instrucțiuni elevilor și ii va face

conștienti de sănătate și siguranță

  • Lecția 1 : Proba cinematică – practică în laborator
  • Lecția 2: Testarea unui corp de masă m situat pe un plan înclinat al unghiului de înclinare θ – practic în laborator
  • Lecția 3: Un cub de masă M situat pe o suprafață orizontală netedă este tras de un fir legat de o greutate de masă m, printr-un scripete – practic în laborator
  • Lecția 4: Discuție despre Teorema Lucru mecanic-Energie

 

Elevii vor : desfășura practicile în siguranță și cu acuratețe, elevii vor citi

instrucțiunile și le vor înțelege înainte de a începe practica.

 

Explicare: Aceasta este o fază condusă de profesor care îi ajută pe elevi să sintetizeze noi cunoștințe și să pună întrebări dacă au nevoie de clarificări suplimentare. Pentru ca faza de explicare să fie eficientă, profesorii ar trebui să le solicite elevilor să împărtășească ceea ce au învățat în timpul fazei de explorare înainte de a introduce informațiile tehnice într-o manieră mai directă, conform „Modelul de instruire 5E: O abordare a ciclului de învățare pentru predarea științei bazată pe investigație. ” Acesta este, de asemenea, momentul când profesorii folosesc videoclipuri, software de calculator sau alte ajutoare pentru a îmbunătăți înțelegerea.

 

Dacă elevilor le este dificil să efectueze oricare dintre cerintele practice, profesorul va oferi explicatii in plus și va putea aborda dificultatea în timpul sarcinilor practice.

 

Materiale: Echipament de laborator pentru a sprijini explicațiile ulterioare

Pregătire: [2] Minute

Facilitarea experienței de învățare: [5] Minute

Tranziție: [0] Minute

Profesorul va: explica în continuare conceptul sau tehnica care urmează să fie aplicată în laborator

Elevii: vor asculta cu atenție și vor aplica cunoștințele

 

Elaborare : Faza de elaborare a modelului 5E se concentrează pe oferirea studenților spațiu pentru a aplica ceea ce au învățat. Acest lucru îi ajută să dezvolte o înțelegere mai profundă. Profesorii pot cere elevilor să creeze prezentări sau să efectueze investigații suplimentare pentru a consolida noile abilități. Această fază permite studenților să-și cimenteze cunoștințele înainte de evaluare.

 

După fiecare lecție, elevii sunt rugați să lucreze în grupuri și să cerceteze subiectul mai detaliat. Ei vor pregăti apoi o prezentare ca temă pentru acasă și vor preda clasei un aspect diferit al muncii practice.

 

Materiale: software Power point, notite

Pregătire: Aproximativ [90] Minute pentru ca studenții să efectueze cercetări și să pregătească

materialele

Facilitarea experienței de învățare: [15] Minute per grup pentru a-și prezenta lecția

Tranziție: [1] minut

Profesorul va: Evalua o prezentare făcută de elevi cu privire la ceea ce au găsit după

analiza practică.

Elevii vor: Prezenta profesorului și vor răspunde la întrebările relevante din partea profesorului

pentru a evalua nivelul lor de înțelegere.

 

Evaluare: Modelul 5E permite evaluarea atât formală, cât și informală. În această fază, profesorii își pot observa elevii și pot vedea dacă au o înțelegere completă a conceptelor de bază. De asemenea, este util să observăm dacă elevii abordează problemele într-un mod diferit, în funcție de ceea ce au învățat. Alte elemente utile ale fazei de evaluare includ autoevaluarea, evaluarea de la egal la egal, temele scrise și examenele.

 

Elevii au la dispoziție notite și link-uri video pentru a putea înțelege pe deplin punctele de bază ale teoriei. Profesorul le va oferi apoi un chestionar pentru a putea determina nivelul la care au înțeles ceea ce s-a spus.

 

Materiale: Chestionar

Pregătire : [10] Minute 

Facilitarea experienței de învățare: [5] Minute pentru a oferi studenților chestionarul și [45] minute pentru ca elevii să răspundă la întrebări

Tranziție: [0] Minute

Profesorul va: Le va oferi elevilor instrucțiuni despre procedură și va răspunde la orice întrebări pe care elevii le-ar putea avea

Elevii vor: Înțelege pe deplin teoria prin link-uri video și note și apoi vor răspunde la chestionar

 

Sarcini de învățare independentă (ILT): Oferă elevilor două-trei provocări pe care să le termine înainte de următoarea lecție.

  • Elevii vor viziona linkurile video oferite de profesor pentru a le îmbunătăți

cunoştinţe.

  • Elevii vor cerceta aplicații din viața reală a ceea ce au învățat în cadrul

lectiei.

  • Elevii vor răspunde la întrebările de la sfarsitul lectiei
  • Elevii vor lucra în grupuri pentru a pregăti prezentări și pentru a le prezenta

colegilor in clasa.

Lesson

Elevii vor primi feedback cu privire la performanța lor atât în chestionar, cât și în curs, în general. Elevii vor oferi, de asemenea, feedback dacă le-a plăcut modul în care a fost desfășurată lecția și conținutul.

Student feedback

Cunoștințele dobândite de studenți la toate cele 4 discipline pot fi utile și în domeniul Fizică și Matematică.

Curriculum mapping of outcomes attained

Practic, prezentare pentru studenți, evaluare în termen și întrebări și răspunsuri.

Jump to:

Materials

Plan inclinat

Compresor de aer

Rotor

Sonar Ranger

Computer

Software

Fir

Greutate

Butoi

Cantare mecanice de precizie

Contor de spațiu

Ochelari de protectie

Halat de laborator

Mănuși

Preparation

Profesorul ar trebui să găsească linkurile video adecvate și notele cu punctele principale ale teoriei, astfel încât elevii să le poată studia înainte de a începe procesul. De asemenea, profesorul trebuie să aibă chestionarele pregătite pentru examinarea elevilor. Elevii ar trebui să studieze ceea ce le-a dat profesorul și să pună întrebări la care vor primi răspunsuri în clasă.

Team Work

Elevii vor lucra în grupuri. Acest lucru va ajuta la crearea unui sentiment de lucru în echipă și solidaritate între ei. Ei vor învăța să asculte și să-și ajute colegii. De asemenea, creează un sentiment de competiție, care poate îmbunătăți eficiența echipei.

Rubrics

Includeți un ghid de punctare pentru a evalua calitatea răspunsurilor la evaluare ale elevilor.

Ek

Print or Download

Anexă. I.

Anchetă științifică

 

Anexa II.

 

Sablonul „Testează-ți Ideea”

 

Organizatorul „Testeaza-ti Ideea”   
  • Întrebare de anchetă

Întrebarea dvs. ar trebui să coreleze variabila manipulată cu variabila de răspunde.

Întrebare de investigație: Cum influențează flexia procentuală a degetului tău articulat robotizat capacitatea acestuia de a ridica o ceașcă de hârtie (sau alt articol)?

 

 

  • Ipoteză

Ipoteza ta ar trebui să fie scrisă ca o declarație „DACĂ, ATUNCI, PENTRU CA”.

  

  

  

  

  • Variabile
  • Variabilă manipulată (ce vei schimba)
  • Variabila de răspuns (ce vei măsura)
  • Variabile controlate (ceea ce va rămâne constant pe tot parcursul testului)
  
  • Materiale

Creați o listă cu toate materialele de care aveți nevoie.

 

  
  • Procedură

Ar trebui să includă…

  • Variabilă manipulată
  • Variabila de răspuns
  • Variabile controlate
  • Pași logici, repetabili
  • Înregistrarea datelor specifice
  • Încercări repetate
  
  • Date
  • Creați un tabel pentru organizarea datelor pe care le veți colecta în timpul testului.
  • Utilizați procedura pentru a colecta și înregistra date.
  • Afișați-vă datele folosind grafice și/sau diagrame adecvate.

 

  
  • Concluzie
  • Spuneți concluzia referitoare la variabila manipulată cu variabila de răspuns.
  • Folosiți datele pentru a vă justifica concluzia.
  • Spuneți dacă ipoteza dvs. poate fi acceptată sau respinsă pe baza datelor observate.

 

  
  • Analiză
  • Discutați sursele potențiale de eroare și influența potențială asupra rezultatelor dvs.

 

  • Oferiți idei despre cum și de ce ar putea fi îmbunătățit designul experimental.

 

  • Descrieți date surprinzătoare.

 

  • Enumerați idei pentru revizuirea ideii de testare sau idei noi ce pot fi testate.

 

  
  • Prezintă-ți concluziile in clasa.
  

  

  

 

Anexa III.

Graficul 1.0

 

Imaginea 1.1

 

Imaginea 1.2