Методическая разработка. «Подготовка к ОГЭ. «Сила упругости. Закон Гука»»

Методическая разработка. «Подготовка к ОГЭ. «Сила упругости. Закон Гука»»

По материалам ОГЭ 2014 - 2018 г.

Данные задания позволяют оценить владение учащимися основами знаний о методах научного познания и экспериментальными умениями. Из материалов ГИА/ОГЭ я выбрала разные задания по теме «Сила упругости. Закон Гука» для того, чтобы всесторонне рассмотреть и проанализировать сформированность экспериментальных умений выпускников 9-х классов.

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?

Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.

Быстро и объективно проверять знания учащихся.

Сделать изучение нового материала максимально понятным.

Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Наладить дисциплину на своих уроках.

Получить возможность работать творчески.

=> ПОЛУЧИТЬ СУПЕРСПОСОБНОСТИ УЧИТЕЛЯ <=

Просмотр содержимого документа
«Методическая разработка. «Подготовка к ОГЭ. «Сила упругости. Закон Гука»»»

Автор: Петренко Надежда Федоровна,

учитель физики высшей квалификационной категории.

Образовательная организация: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Городского округа Балашиха

«Средняя общеобразовательная школа № 7 с углубленным изучением отдельных предметов»

Методическая разработка. «Подготовка к ОГЭ. «Сила упругости. Закон Гука»»

По материалам ОГЭ 2014 - 2018 г.

I. Теоретическое задание с выбором ответа на сопоставление результатов исследований, приведенных в виде таблицы или графика (задание №15 в тексте ОГЭ)

проверяет следующие умения учащихся:

Формулировать (различать) цели проведения и выводы описанного опыта по исследованию зависимости удлинения упругой пружины от приложенной к ней силы, знать теоретическую базу (основу) данного явления – закон Гука, устанавливающий прямо пропорциональную зависимость между данными величинами.
В ходе решения задачи проводить анализ результатов экспериментальных исследований, выраженных в виде таблицы (графика), т.е. переводить имеющиеся данные из одной формы описания в другую – по данным таблицы построить и проанализировать график зависимости удлинения Δl упругой пружины от приложенной к ней силы F .
Делать выводы (анализировать, объяснять результаты на основе известных физических явлений – проявление действия силы упругости, законов – закона Гука и границ его выполнения) из описанного в условии задачи результата эксперимента, оценивать соответствие выводов имеющимся экспериментальным данным.

Ученик исследовал зависимость удлинения упругой пружины от приложенной к ней силы и получил следующие данные:

, см	3	5	7	8	10	12
F, Н	1	2	3	4	5	6

Проанализировав полученные значения, он высказал предположения:

А. Закон Гука для данной пружины справедлив для первых трех измерений.

Б. Закон Гука для данной пружины справедлив для последних трех измерений.

Какая(-ие) из высказанных учеником гипотез верна(-ы)?

только А 3) и А, и Б
только Б 4) ни А, ни Б

Ответ: 2

Максимальный балл: 1

Образец возможного решения:

По данным таблицы можно построить график зависимости удлинения Δl упругой пружины от приложенной к ней силы F и оценить характер зависимости между этими величинами для первых трех измерений и последних трех измерений.

При равномерном растяжении пружины – приложенная к пружине сила равна по модулю и противоположна по направлению силе упругости, возникающей при деформации пружины.

Формулировка закона Гука:

Модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела.

Запись формулы закона Гука: , где Δl – удлинение тела (изменение его длины), k -коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью. Единица измерения жесткости k.

Закон Гука хорошо выполняется только при упругих, малых деформациях.

Графиком прямой пропорциональности является прямая, проходящая через начало координат.

Как видно из построенного графика - четкая прямо пропорциональная зависимость между величинами, представленными в таблице по итогам исследования, наблюдается для последних трех измерений – ответ 2.

II. Экспериментальное - лабораторное – задание (задание №22 в тексте ГИА) проверяет:

Умение определять (формулировать) цели проведения данного эксперимента – определение жесткости пружины, экспериментальная проверка закона Гука.
Умение конструировать экспериментальную установку и выбирать порядок проведения эксперимента в зависимости от поставленной цели (очередность действий, необходимость и содержание записей при оформлении работы, вычисления, чертежи, таблицы, графики), соблюдение четкой последовательности действий.
Умение проводить экспериментальную проверку физических законов и следствий (непосредственное владение навыками работы с лабораторным оборудованием), проводить анализ результатов экспериментальных исследований – закона Гука.
Умение проводить прямые измерения и расчет по полученным данным зависимого от них параметра – силы, удлинения пружины и косвенные измерения физической величины – жесткости пружины, уверенно работать с измерительными приборами.
Умение представлять экспериментальные результаты в виде таблицы, графика и делать выводы на основании полученных экспериментальных данных, сравнивать заданные соотношения между ними – зависимость силы упругости, возникающей в пружине, от степени деформации пружины.
Умение оценить границы интервала, внутри которого может оказаться полученный результат, который необходимо признать верным, рассчитанный методом границ с учетом погрешности каждого из приборов (или при хорошей подготовке ученика – определение абсолютной и относительной погрешностей измерений с учетом погрешности каждого из приборов).

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и 3 груза, соберите экспериментальную установку для определения жесткости пружины. Определите жесткость пружины, подвесив к ней три груза. Для определения веса грузов воспользуйтесь динамометром.

В бланке ответов:

сделайте рисунок экспериментальной установки;
запишите формулу для расчета жесткости пружины;
укажите результаты измерения веса грузов и удлинения пружины;
запишите численное значение жесткости пружины.

Характеристика оборудования

При выполнении экспериментального задания используется комплект оборудования №3 в составе:

штатив лабораторный с муфтой и лапкой;
пружина жесткостью Н/м;
3 груза массой по г;
динамометр школьный с пределом измерения 4 Н (погрешность 0,1 Н);
линейка длиной 20 – 30 см с миллиметровыми делениями.

Внимание!!! При замене какого-либо элемента оборудования на аналогичное с другими характеристиками необходимо внести соответствующие изменения в образец выполнения задания.

Образец возможного выполнения

Схема экспериментальной установки

Расчетные формулы

При равновесии системы тел (пружина – грузы) , по IIIзакону Ньютона ; по закону Гука модуль силы упругости равен .

В итоге получаем формулу для расчета жесткости .

Результаты измерения веса грузов и удлинения пружины

- измерение считается верным, если приведено в пределах от 73 мм до 77 мм, погрешность определяется главным образом погрешностью отсчета.

Численное значение жесткости пружины

Внимание!!! (Указание экспертам):

Оценка границ интервала, внутри которого может оказаться результат, полученный учеником, который необходимо признать верным, рассчитывается методом границ с учетом погрешности каждого из приборов (см. Характеристика оборудования).

, то нижняя граница жесткости НГ; верхняя граница жесткости ВГ.

Таким образом, жесткость пружины по итогам измерений и вычислений , значение измеряемой жесткости пружины может лежать в интервале

Содержание критерия

Баллы

Полностью правильное выполнение задания, включающее:

схематичный рисунок экспериментальной установки;
формулу для расчета искомой величины по доступным для измерения величинам (в данном случае - для жесткости пружины через вес грузов и удлинение пружины);
правильно записанные результаты прямых измерений (в данном случае - удлинения пружины и веса грузов);
получено правильное численное значение искомой величины.

Приведены все элементы правильного ответа 1 – 4, но

допущена ошибка при вычислении значения искомой величины;

ИЛИ

допущена ошибка при переводе одной из измеренных величин в СИ, что привело к ошибке при вычислении значения искомой величины;

ИЛИ

допущена ошибка при обозначении единиц измерения искомой величины;

ИЛИ

допущена ошибка в схематическом рисунке экспериментальной установки, или рисунок совсем отсутствует.

Сделан рисунок экспериментальной установки, правильно приведены значения прямых измерений величин, но не записана формула для расчета искомой величины и не получен ответ.

ИЛИ

Правильно приведены значения прямых измерений величин, записана формула для расчета искомой величины, но не получен ответ и не приведен рисунок экспериментальной установки.

ИЛИ

Правильно приведены значения прямых измерений величин, приведен правильный ответ, но отсутствуют рисунок экспериментальной установки и формула для расчета искомой величины.

Записаны только правильные значения прямых измерений.

ИЛИ

Приведено правильное значение только одного из прямых измерений, и представлена правильно записанная формула для расчета искомой величины.

ИЛИ

Приведено правильное значение только одного из прямых измерений, и сделан рисунок экспериментальной установки.

Все случаи выполнения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления 1, 2, 3 или 4 баллов. Разрозненные записи. Отсутствие попыток выполнения задания.

Максимальный балл

Данное экспериментальное – лабораторное задание можно несколько усложнить (расширить):

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и набор грузов, соберите экспериментальную установку и исследуйте зависимость силы упругости от удлинения пружины. Определите жесткость пружины. Для определения веса грузов воспользуйтесь динамометром.

В бланке ответов:

сделайте рисунок экспериментальной установки;
запишите необходимые формулы (закона Гука, веса тела, расчета жесткости пружины);
укажите результаты измерений и вычислений, составьте таблицу измерений;
постройте график зависимости силы упругости от удлинения пружины;
установите закономерность (выполняемость) – прямо пропорциональную зависимость между силой упругости и удлинением пружины (закон Гука);
запишите численное значение жесткости пружины с учетом погрешности измерений.

Характеристика оборудования

При выполнении экспериментального задания используется комплект оборудования №3 в составе:

штатив лабораторный с муфтой и лапкой;
пружина жесткостью Н/м;
3 (4) груза массой по г;
динамометр школьный с пределом измерения 4 Н (погрешность 0,1 Н);
линейка длиной 20 – 30 см с миллиметровыми делениями.

Образец возможного выполнения

Схема экспериментальной установки

Расчетные формулы

В итоге получаем формулу для расчета жесткости .

Среднее значение жесткости пружины можно определить по формуле .

Результаты измерения веса грузов и удлинения пружины (составление таблицы)

N	m, кг	P, Н	Δl, м	k, ,	k_ср,
1	0,102	1	0,025	40	40
2	0,204	2	0,5	40
3	0,306	3	0,75	40
4	0,408	4	0,1	40

- измерение считается верным, если приведено в пределах от 23 мм до 27 мм, погрешность определяется главным образом погрешностью отсчета.

4. График зависимости силы упругости от удлинения пружины

Среднее значение жесткости пружины можно так же найти, используя данный график, выбрав произвольную точку на графике и определив значения силы и удлинения.

5. Установление закономерности связи между силой упругости и удлинением пружины

Формулировка закона Гука:

Модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела.

Запись формулы закона Гука: , где Δl – удлинение тела (изменение его длины), k -коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью.

Единица измерения жесткости k.

Закон Гука хорошо выполняется только при упругих, малых деформациях.

Построенный по результатам измерений график демонстрирует прямо пропорциональную зависимость между силой упругости, возникающей в пружине при деформации (растяжении), и удлинением пружины.

Графиком прямой пропорциональности является прямая, проходящая через начало координат.

Таким образом, наблюдается закономерность между изменением величины силы упругости, возникающей в пружине при деформации, и удлинением пружины.

Значит, подтверждается закон Гука для упругой, малой деформации

6. Численное значение жесткости пружины (пример расчета)

Внимание!!! (Указание экспертам):

, то нижняя граница жесткости НГ; верхняя граница жесткости ВГ.

Погрешность измерений (Внимание!!! (Указание экспертам)): при хорошей математической подготовке учащихся и их знакомством с системой расчета погрешности) можно рассмотреть еще один вариант ее оценки):

Если учесть , то относительная погрешность вычисляется следующим образом:

, где ;

;

Абсолютная погрешность измерения жесткости пружины

; .

Таким образом, жесткость пружины равна

Содержание критерия

Баллы

Полностью правильное выполнение задания, включающее:

1) схематичный рисунок экспериментальной установки;

2) формулу для расчета искомой величины по доступным для измерения величинам (в данном случае - для жесткости пружины через вес грузов и удлинение пружины);

правильно записанные результаты прямых измерений (в данном случае - удлинения пружины и веса грузов);
установлена закономерность (выполняемость) – прямо пропорциональная зависимость между силой упругости и удлинением пружины (закон Гука), построен график данной зависимости;
получено правильное численное значение искомой величины с учетом погрешности измерений или применения метода границ с учетом погрешностей каждого из приборов.

Приведены все элементы правильного ответа 1 – 5, но

допущена ошибка при вычислении значения искомой величины;

ИЛИ

допущена ошибка при переводе одной из измеренных величин в СИ, что привело к ошибке при вычислении значения искомой величины;

ИЛИ

допущена ошибка при обозначении единиц измерения искомой величины;

ИЛИ

допущена ошибка в схематическом рисунке экспериментальной установки, или рисунок совсем отсутствует.

ИЛИ

Правильно приведены значения прямых измерений величин, приведен правильный ответ, но отсутствуют график зависимости между измеряемыми величинами и формула для расчета искомой величины.

ИЛИ

Правильно приведены значения прямых измерений величин, приведен правильный ответ, но отсутствует вывод об установленной экспериментально закономерности (в данном случае - закон Гука).

ИЛИ

Правильно приведены значения прямых измерений величин, приведен правильный ответ, но отсутствует оценка погрешности измерений и формула для расчета искомой величины.

Записаны только правильные значения прямых измерений.

ИЛИ

Записаны только правильные значения прямых измерений, составлена таблица данных и построен график.

Все случаи выполнения, которые не соответствуют критериям выставления 1, 2, 3 или 4 баллов. Разрозненные записи. Отсутствие попыток выполнения задания.

Максимальный балл

Источники информации и используемая литература

ГИА, ОГЭ – 2011 - 2018: Экзамен в новой форме: Физика: 9-й кл. Тренировочные материалы экзаменационных работ для проведения государственной итоговой аттестации в новой форме / авт.- сост. Е.Е. Камзеева, М.Ю. Демидова. – М.: АСТ: Астрель; Владимир: ВКТ, 2011 - 2018. – ФИПИ.
www. fipi.ru
Демонстрационные варианты ЕГЭ и ГИА: http://www.edu.ru/moodle/