Метод ключевых ситуаций на уроке физики в 7-м классе

Разделы: Физика


Рассмотрены примеры использования на уроках физики метода ключевых ситуаций. В рамках каждой ключевой ситуации развивается тема на основе одной задачи в трех уровнях сложности. Предлагается также пример методики решения данных задач на уроке.

1. Ключевые ситуации

  1. давление твердых тел,
  2. сообщающиеся сосуды.

2. Задачи

Задача №1Давление твердых тел.

1) Первый уровень

Вам даны три одинаковых бруска, изготовленных из одного материала.

а)   Сравните давления и силы давления, оказываемые на поверхность  брусками? Обоснуйте свой ответ.

в)  Рассчитайте давление в каждом из этих случаев, если размеры брусков 5 см 10 см 20 см, а масса 2 кг.

2)   Второй  уровень.

а)  Используя данные предыдущей задачи, устно рассчитайте, какое давление оказывают на стол бруски, если расположить их так, как показано на рисунке.

б)  Какое еще давление можно создать данными брусками, располагая их различными способами?

3) Третий уровень.

а) Если бруски на рисунках 1 и 3 предыдущей задачи оказывают одинаковое давление на стол. Что можно сказать о материалах, из которых они изготовлены?

б)  Какова масса сплошного медного куба, если он оказывает на стол давление 8 кПа?

Задача №2. Сообщающиеся сосуды.

1) Первый уровень

Будет ли переливаться вода из одного сосуда в другой, если открыть кран?

2)   Второй уровень.

В правом сосуде - вода, в левом - масло.

Будет ли переливаться жидкость, если открыть кран? Нарисовать картину распределения жидкостей.  На сколько уровень масла будет расположен выше уровня воды, если высота столба масла 10 см?

3)  Третий уровень.

Какой слой керосина надо долить в сосуд с водой в предыдущей задаче, чтобы уровень воды в сосудах стал одинаковым?

3. Методика решения задач на уроке

Задача №1.

После введения понятия давления и формулы   обсудить в вопрос о зависимости давления от силы и от площади и, как следствие, о способах увеличения и уменьшения давления.

1)  В качестве иллюстрации рассмотреть задачу №1. Ответ к задаче предполагает следующую логическую цепочку:

→ сравним силы давления и площади: Fдавл. = P → Fдавл. одинаковы; S1 > S2> S3 → так как при одинаковых силах чем площадь больше, тем давление меньше, делаем вывод, что p1 < p2 < p3 . Обратить внимание на то, что сравнивать надо обе величины: силы давления и площади. Полученные выводы подтверждаются решением расчетной задачи.

2)  Какие силы давления и давления можно создать, располагая бруски по-разному? Расположить (или зарисовать) бруски так,  как показано в части 2.

: Fдавл. = P ,на Рис.2 сила давления увеличилась в 3 раза и площадь увеличилась в 3 раза → давление не изменилось → p = 1000 Па. На Рис.3 площадь не изменилась, а сила давления увеличилась в три раза → p = 3000 Па.

В данной задаче не надо производить сложные числовые расчеты, а основное внимание обратить на понимание характера данной зависимости и умение строить цепочку рассуждений.

Вопрос б) целесообразно предложить в качестве домашнего задания.

3)  Обратить внимание на результат сравнения 1-го и 3-го брусков.

  • За счет чего увеличилось давление? Fдавл.
  • За счет чего увеличилась Fдавл.? m
  • За счет чего увеличилась m? V
  • За счет чего увеличилV?  h.
  • Предположение -  p ~ h.

Аналитически выводим формулу . Обращаем внимание на то, что пользоваться этой формулой можно для тел, объем которых вычисляется по формуле  V = Sоснh (прямоугольные параллелепипеды, цилиндры).

4) Далее рассматриваем вопросы третьей части. С учетом полученной формулы для давления решение  не представляет затруднений. Для закрепления решаем предложенную задачу.

При решении данных задач отрабатываются следующие ключевые моменты темы:

  • от чего зависит давление → способы увеличения и уменьшения давления,
  • понятие давления и силы давления,
  • формула  и возможность ее применения для твердых тел.

В ходе рассуждений и решения задач многократно используется формула для вычисления давления, что способствует запоминанию формулы и выработке навыка ее использования.

Задача №2

Основными в данной теме являются следующие моменты:

1) понимание того, что давление жидкости в сообщающихся сосудах на одном уровне одинаково (не зависит от формы, площади поперечного сечения  сосуда, массы жидкости и т.п.), что является следствием формул Fдавл. = pS  и  и закона Паскаля;

2)  однородная жидкость устанавливается на одном уровне, разные жидкости – на разном, при этом во сколько раз плотность больше, во столько же раз высота столба жидкости меньше.

  1. В сообщающиеся сосуды одинакового диаметра, соединенные резиновой трубкой, на которую устанавливаем кран, наливаем воду до разного уровня. Кран перекрыт. Вопрос: что будет происходить, если кран открыть? Проверяем на опыте.
  2. Вопрос: если сосуды разного диаметра? Формы? Если вместо воды налить масло? Другую жидкость? Демонстрируем с маслом, с сосудами разной формы и объема. Вывод: однородная жидкость устанавливается в сообщающихся сосудах на одном уровне.
  3. Вопрос: если в одно колено сообщающегося сосуда налить воду, а в другое – масло? Вывод: чем больше плотность, тем меньше высота столба жидкости. Проверяем опытным путем.
  4. Можно ли установить количественную зависимость между высотой столба жидкости и ее плотностью? Выводим формулу  (1)
  5. Решаем задачу второго уровня. Получаем следующую картину распределения жидкостей.
    Причем высоты столбов жидкостей соответствуют формуле (1).

В сильном классе можно предложить вопрос к задаче второго уровня: будет ли переливаться жидкость, если в правом сосуде  - масло, в левом  - вода?

Рассмотреть различные варианты и продемонстрировать вариант с переливанием масла в левый сосуд. В классе с любым уровнем подготовки можно предложить данную задачу в качестве домашнего эксперимента, а потом обсудить результат на уроке.

6.07.2018