Инфоурок Информатика КонспектыМоделирование физических процессов

Моделирование физических процессов

Скачать материал

Тема урока: «Исследование физических моделей».

Цели урока:

·  Обучающие: Формирование теоретических и практических навыков построения и исследования физических моделей с использованием электронной таблицы Excel.

·  Развивающие: систематизация знаний, формирование  творческого мышления,  способности анализировать и сравнивать.

·  Воспитательные: формирование нравственных отношений между собой, умение слушать и уважение к старшим, дисциплине, соблюдение правил техники безопасности.

Оборудование:

·  класс с персональными компьютерами,

·  экран с проектором,

·  раздаточный материал (алгоритм выполнения задания в электронной таблице Excel),

·  демонстрационный материал (презентация в программе PowerPoint).

 

План урока

1. Организационный этап

2. Постановка цели на урок

3. Активизация знаний и мотивация учащихся

4. Демонстрация и объяснение нового материала

5. Практическая часть.

6. Заключительная часть

7. Рефлексия. Выставление оценок.

8. Домашнее задание

 

Ход урока

1. Организационный этап

2. Постановка цели на урок

На предыдущих уроках вы уже познакомились с такими понятиями, как модель, моделирование, формализация. Вы уже знаете, для каких целей используют модели, и какие бывают модели. Сегодня мы продолжим наше знакомство с моделями и моделированием. А заниматься мы будем моделированием физического процесса, с которым вы уже знакомы из курса физики. Но перед тем как мы приступим к изучению нового материала, мне бы хотелось проверить, как вы усвоили предыдущий материал.

3. Активизация знаний и мотивация учащихся

Ответьте на следующие вопросы:

1.    Дайте определение понятию модель. (ответ: Модель - это некий новый объект, который отражает существенные признаки изучаемого объекта, явления, процесса.)

2.    Дайте определение понятию моделирование. (ответ: Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.)

3.    Может ли объект иметь несколько моделей? (ответ: Один и тот же объект может иметь множество моделей.)

4.    Могут ли разные объекты описываться одной и той же моделью?(ответ: Разные объекты могут описываться одной моделью. Равноускоренное движение характерно и для человека и для автомобиля и для самолета)

5.    Какие бывают модели? (ответ: Все модели можно разбить на два больших класса: модели материальные и модели информационные  (глобус – материальная, таблица Менделеева – информационная)

6.    Что такое формализация? (ответ: Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией. В процессе исследования формальных моделей часто производится их  визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы; пространственных соотношений между объектами – чертежи, моделей электрических цепей – электрические схемы, логических моделей устройств – логические схемы и так далее.

7.    Назовите основные этапы разработки информационных моделей на компьютере. (ответ: Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере:

1)   Строится описательная модель

2)   Строится формализованная модель

3)   Преобразование формализованной информационной модели в компьютерную модель

4)    Проведение компьютерного эксперимента

5)   Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели)

4. Демонстрация и объяснение нового материала

Итак, мы вспомнили основные понятия, связанные с моделированием и готовы к следующему этапу. На сегодняшнем уроке мы попытаемся создать различные модели одного итого же физического процесса.

Рассмотрим процесс построения и исследования модели на конкретном примере движения тела, брошенного под углом к горизонту.

Содержательная постановка задачи. В процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мячика в определенное место площадки. Необходимо задать автомату необходимую скорость и угол бросания мячика для попадания в мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.

Качественная описательная модель. Сначала построим качественную описательную модель процесса движения тела с использованием физических объектов, понятий и законов, то есть в данном случае идеализированную модель движения объекта. 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/с2 и движение по оси OY можно считать равноускоренным;

·                     скорость бросания тела мала, поэтому сопротивлением воздуха можно пренебречь и движение по оси ОХ можно считать равномерным.

Формальная модель.  Для формализации модели обозначим величины:

v0 – начальная скорость мячика;

a угол бросания мячика

h - высота стенки

s  - расстояние до стенки

Используем известные из курса физики формулы равномерного и равноускоренного движения. При заданных начальной скорости vо и угле бросания, а значения координат дальности полета х и высоты у от времени можно описать следующими формулами:

х = v0cosat;

у = v0 sinatg t2/2.

Пусть мишень высотой h будет размещаться на расстоянии s от автомата. Из первой формулы выражаем время, которое понадобится мячику, чтобы преодолеть расстояние s:

t = s/(v0 cosa).

Подставляем это значение для t в формулу для у. Получаем  L— высоту мячика над землей на расстоянии s:

L = s • tga - g s2/(2 • v02cos2a).

Формализуем теперь условие попадания мячика в мишень. Попадание произойдет, если значение высоты L мячика будет удовлетворять условию в форме неравенства:

О <= L <= h.

Если L < 0, то это означает «недолет», а если L > h, то это означает «перелет».

5. Практическая часть.

 Построение компьютерной интерактивной визуальной модели бросания мячика в стенку в электронных таблицах Microsoft Excel

1. Заполнить ячейки с текстовой информацией (см. рис. 1).

2. В ячейку В1 ввести начальную скорость бросания мячика υo= 18 м/с, а значения четырех углов бросания 20°, 40°, 60° и 80° – соответственно в ячейки В2, D2, F2 и H2 (рис. 1).

3. В ячейки А4:А21 ввести значения координаты мячика х с интервалом в 2 м.

Для заданных значений координаты мячика х по формуле (3) вычислим значение времени t, а по формуле (2) координаты мячика у.

В электронных таблицах аргументы функций COS() и SIN() задаются в радианах, поэтому необходимо преобразовать значения углов из градусов в радианы с помощью функции РАДИАНЫ().

4. Ввести:

• в ячейку В4 формулу =$A4/($B$1*COS(РАДИАНЫ(B2)));

• в ячейку С4 формулу =$B$1*SIN(РАДИАНЫ(B2))*B4 – 4,9*B4*B4.

5. Скопировать введенные формулы в ячейки D4, F4, H4 и E4, G4, I4 соответственно.

6. Установить в формулах абсолютные ссылки на ячейки $B$2, $D$2, $F$2, $H$2.

7. Выделить диапазон ячеек В4:I4 и, используя маркер заполнения, скопировать его в диапазон ячеек В5:I21.

В столбцах С, D, F и H получим координаты мячика по оси У для четырех углов бросания, соответствующие значениям координаты мячика по оси X, указанным в столбце А (см. рис. 1).

Визуализируем модель, построив графики зависимости координаты у от координаты х (траекторию движения мячика) для четырех углов бросания. Для построения траектории движения мячика используем диаграмму типа График.

8. При построении графика в качестве категорий использовать диапазон ячеек А4:А21, а в качестве значений – диапазоны ячеек С4:С21, Е4:Е21, G4:G21,         I4:I21 (рис. 1).

Выборочное выделение диапазонов проводить при нажатой клавише Ctrl.

Рис. 1. Координаты и траектории движения мячика для четырех углов бросания

Компьютерный эксперимент. Исследуем модель и определим с заданной точностью (например, 0,1°) диапазон углов бросания, которые обеспечивают попадание мячика в стенку.

В качестве начальных условий бросания мячика выберем, например, следующие: скорость бросания υo= 18 м/с, высота стенки h = 1 м, расстояние до стенки s = 30 м, значение угла бросания α = 40°.

9. Заполнить ячейки с текстовой информацией (см. рис. 2).

10. Ввести (рис. 2):

    в ячейку В23 – значение расстояния до стенки;

    в ячейку В24 – значение начальной скорости;

    в ячейку В25 – значение угла бросания;

    в ячейку В27 – формулу для вычисления высоты мячика в момент попадания в стенку для заданных начальных условий:

=B23*TAN(РАДИАНЫ(B25))-(9,81*B23^2)/(2*B24^2*COS(РАДИАНЫ(B25))^2)

Рис. 2. Определение диапазона углов методом Подбор параметров

Для заданных начальных условий (скорости бросания и расстояния до стенки) проведем поиск углов, которые дают попадание в стенку на высотах 0 и 1 м. Используем для этого метод Подбор параметра.

Надстройка Подбор параметра в электронных таблицах Microsoft Excel установлена по умолчанию.

Методом Подбор параметра будем сначала искать значение угла бросания, которое обеспечит попадание мячика в стенку на минимальной высоте 0 метров. В данном случае значение функции (высота мячика при попадании в стенку) хранится в ячейке В27 (см. рис. 2), а значение аргумента (угла бросания) – в ячейке В25. Значит, необходимо установить в ячейке В27 значение 0 и методом Подбор параметра найти соответствующее значение аргумента в ячейке В25.

11.Выделить ячейку В27, содержащую значение высоты мячика, и ввести команду [Сервис-Подбор параметра…].

12.   В появившемся диалоговом окне (рис. 3) ввести в поле Значение: наименьшую высоту попадания в стенку (т. е. 0). В поле Изменяя значение ячейки: ввести адрес ячейки $В$25, содержащей значение угла бросания. Щелкнуть по кнопке ОК.

Рис. 3. Ввод данных для метода Подбор данных

В ячейке В25 появится значение 32,6, т. е. минимальное значение угла бросания мячика, которое обеспечивает попадание в стенку при заданных начальных условиях.

Рис. 4. Определение диапазона углов

методом Подбор параметра

Методом Подбор параметра найдем теперь угол бросания, который обеспечит попадание мячика в стенку на максимальной высоте 1 метр.

13.       Выделить ячейку В27, содержащую значение высоты мячика, и ввести команду [Сервис-Подбор параметра...].

14. В появившемся диалоговом окне ввести в поле Значение: наибольшую высоту попадания в стенку (т. е. 1).

15. В поле Изменяя значение ячейки: ввести адрес ячейки $В$25, содержащей значение угла бросания. Щелкнуть по кнопке ОК.

В ячейке В25 появится значение 36,1, т. е. максимальное значение угла бросания мячика, которое обеспечивает попадание в стенку при заданных начальных условиях.

16. Повторить процедуру определения диапазона углов при начальном значении угла в ячейке В25, равном 60°.

Получим значения предельных углов 55,8° и 57,4°, т. е. второй диапазон углов.

17. Ввести полученные значения углов 32,6°, 36,1°, 55,8° и 57,4° соответственно в ячейки B2, D2, F2 и H2. На диаграмме можно проследить за изменением траекторий движения мячика (рис. 5).

Рис. 5. Координаты и траектории движения мячика

для двух диапазонов углов бросания

Анализ результатов. Исследование компьютерной модели в электронных таблицах показало:

1)            при одинаковой начальной скорости мячик преодолевает большие расстояния при углах бросания в диапазоне от 20° до 80°;

2)            существует два диапазона значений угла бросания мячика от 32,6° до 36,1° и от 55,8° до 57,4°, при которых обеспечивается попадание в стенку высотой 1 м, находящуюся на расстоянии 30 м, мячиком, брошенным со скоростью 18 м/с;

3)            время, которое понадобится мячику, чтобы преодолеть расстояние до мишени увеличивается с возрастанием угла бросания;

4)            на Луне, чем больше угол броска, тем дальше полетит мяч.

6. Заключительная часть

Итак, сегодня на уроке мы создали компьютерную программу, которая позволяет исследовать физическую модель в нашем случае это тело, брошенное под углом к горизонту. С помощью данной компьютерной модели мы провели небольшой эксперимент. В результате, которого мы выяснили с какой начальной скоростью (v0) и под каким углом (a) необходимо бросить тело (мяч), чтобы оно попало в мишень заданной высоты (h) расположенную на заданном расстоянии (S). 

Все задачи решены:

   проведен анализ формальной модели бросания мячика в стенку, расположенную на известном расстоянии с целью выявления параметров системы, необходимых для достижения поставленной цели, и связей между ними;

   разработана компьютерная интерактивная визуальная модель физического процесса в электронных таблицах Microsoft Excel.

7. Рефлексия. Выставление оценок.

- На уроке я узнал…

- При моделировании удобно использовать программу…

- Данный метод я могу применить…

8. Домашнее задание

Выяснить,  как зависит на Луне дальность полета от угла броска (g=1,63 м/с2).

 

 

 

 

 

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал "Моделирование физических процессов"

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 2 месяца

Ландшафтный дизайнер

Получите профессию

HR-менеджер

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Краткое описание документа:

Конспект урока для 10 класса на тему "Моделирование физических процессов" с выполнением практического задания, а именно моделирование полета мяча после броска под углом к горизонту. Перед учениками ставиться задача: В процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мячика в определенное место площадки. Необходимо задать автомату необходимую скорость и угол бросания мячика для попадания в мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 625 516 материалов в базе

Скачать материал

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 11.04.2020 668
    • DOCX 143.3 кбайт
    • 18 скачиваний
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Гилязева Фания Нурсахиевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Гилязева Фания Нурсахиевна
    Гилязева Фания Нурсахиевна
    • На сайте: 3 года и 3 месяца
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 89143
    • Всего материалов: 269

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

Няня

Няня

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс профессиональной переподготовки

Теория и методика обучения информатике в начальной школе

Учитель информатики в начальной школе

300/600 ч.

от 7900 руб. от 3950 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 94 человека из 34 регионов

Курс повышения квалификации

Особенности подготовки к сдаче ЕГЭ по информатике и ИКТ в условиях реализации ФГОС СОО

36 ч. — 180 ч.

от 1700 руб. от 850 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 107 человек из 40 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Управление сервисами информационных технологий

Менеджер по управлению сервисами ИТ

600 ч.

9840 руб. 5900 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 27 человек из 19 регионов

Мини-курс

Создание контента и заработок в онлайн среде: регулирование, продвижение и монетизация

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 151 человек из 51 региона

Мини-курс

Эффективная работа с Wildberries: от создания личного кабинета до выбора продукта

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 24 человека из 15 регионов

Мини-курс

Эффективное взаимодействие с детьми: стратегии общения и воспитания

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 332 человека из 65 регионов
Сейчас в эфире

Восстановительные и медиативные практики в профилактике кибербуллинга

Перейти к трансляции