Методическая разработка урока по физике:"Решение задач на применение закона сохранения энергии"

МИНИСТЕРСТВО образования РеСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Октябрьский нефтяной колледж им. С.И. Кувыкина

Методическая разработка учебного занятия по дисциплине физика на тему: «Решение задач на применение законов сохранения энергии»

Номинация: «Методическая разработка учебного занятия по дисциплине «Физика»

Автор: Газиева Оксана Фагимовна

Г. Октябрьский 2015 год

Пояснительная записка

Модернизация профессионального образования происходит под определяющим воздействием институциональных и структурных изменений рынка труда. Рыночные преобразования изменили спрос на рабочую силу, востребовали новые качества человеческого капитала и сформировали новые образовательные потребности населения.

В связи с этим актуальной становится необходимость в качественно иной подготовке квалифицированного специалиста, которая позволит сочетать фундаментальность профессиональных базовых знаний с практико-ориентированным, исследовательским подходом к разрешению конкретных образовательных проблем, всесторонним, гармоничным и свободным развитием личности.

Творческий потенциал уже заложен в студентах в момент поступления в колледж и развивается по мере их взросления и получения среднего профессионального образования; его величина варьирует у разных студентов в зависимости от индивидуальных особенностей и уровня базовой подготовки. Задача развития творческих способностей студентов для преподавателя физики интересна, но трудна, поскольку к педагогу предъявляются повышенные требования:

-понимать познавательные и эмоциональные особенности студентов;

- быть уверенным в себе, обладать широтой интересов;

- обладать высокой мотивацией, хорошей предметной подготовкой, уметь проектировать и реализовывать процесс обучения с учетом межпредметных связей и специальности выбранной студентом.

Основной метод, используемый на данном занятии - развивающее обучение (от простого к сложному). Прежде чем ставить перед студентом творческие задачи, требуется минимум знаний и умений, черновой работы по их накоплению и освоению. Необходимость освоения знаниевой компоненты физики - неизбежный этап, но его нужно провести так, чтобы студент был заинтересован в этой деятельности. Для этого необходимо использовать эмоциональные и социальные рычаги, подчеркивать связь предмета со спецдисциплинами, необходимость и важность изучаемого материала в последующей профессиональной деятельности студентов. Пройти этот этап обучения надо так, чтобы он вызывал ощущение значимости и был окрашен положительными эмоциями

Для стимуляции познавательной потребности у студентов преподавателю необходимо:

- доброжелательное отношение к студентам, положительные эмоции, связанные с изучением физики и осознание необходимости приобретаемых знаний и навыков в дальнейшей профессиональной подготовке;

-создание у студента уверенности в своих силах, сравнение новых успехов с прошлыми достижениями, нельзя сравнивать студентов друг с другом

-диалогическая форма проведения занятий, соблюдение принципа «права на ошибку»;

-оптимальное сочетание фронтальных, групповых, индивидуальных форм работы на занятиях;

-воспитание ответственности каждого студента за развитие совместной учебной деятельности, создание содержательного творческого общения, адекватной самооценки студента и оценки других участников творческого процесса.

Творческое задание, предлагаемое для выполнения как завершающий этап, в первую очередь, позволяет студенту применить знания, полученные на уроках физики при изучении технической механики (Тема: «Сопротивление материалов) и инженерной графики (умение читать простейший чертеж, представлять трехмерное изображение предмета).

Тема: Решение задач на применение законов сохранения энергии

Цели и задачи:

Учебные: Развитие информационной, интеллектуальной и познавательной компетентности

-выработать навыки решения задач на применение законов сохранения энергии;

-показать взаимосвязь данной темы с технической механикой, инженерной графикой и электротехникой и будущей профессиональной деятельностью студентов;

Развивающие: Развитие профессиональной и самообразовательной компетентности

-привитие интереса к физике;

-развитие навыков сотрудничества и работы в подгруппе

-развитие умений частично- поисковой познавательной деятельности

-развитие инициативы, уверенности в своих силах, находчивости, умения преодолевать трудности для достижения намеченной цели

Воспитательные

-воспитание добросовестного отношения к процессу обучения

-развитие мотивации и положительного отношения к знаниям

-воспитание дисциплинированности

Тип занятия – урок- практикум

Метод – развивающее обучение

Формы и приемы работы на занятии: фронтальный опрос, индивидуальная работа, работа в подгруппе, беседа, творческая работа

Межпредметные связи: техническая механика, инженерная графика, электротехника

ТСО: компьютер, проектор, экран, динамики, презентация «Решение задач на применение законов сохранения энергии» (приложение 3).

Группа: 1М (механики). Специальность: «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования в нефтегазодобывающей отрасли».

Раздаточный материал: задания для индивидуальной работы у доски (2 штуки), задачи для самостоятельного решения, сравнительная таблица типов асинхронных двигателей, таблицы: « Коэффициенты трения скольжения для различных материалов» (приложение 1), « Плотность твердых тел» (приложение 2), задания для работы по подгруппам.

Обеспечение: Электронная презентация занятия: «Решение задач на применение законов сохранения энергии». Электронное учебное пособие «Мультимидийный репетитор. Автор Н. Манько. www. Teach. Ru »

Продолжительность занятия – 70 минут

Этапы занятия

№	Этапы	Деятельность студентов	Деятельность преподавателя	Формы и приемы	Ожидаемый результат Формирование компетентности	Продолжительность
1	Организационный момент	Внимательно слушают.	Рассказывает о плане и целях занятия. Обращает внимание студентов на тот факт, что знания, полученные на занятии, могут пригодиться им в дальнейшей профессиональной деятельности. Настраивает студентов на активную деятельность	Беседа	Студенты настраиваются на активную деятельность	5 минут
2 2.1	Актуализация прежних знаний	Двое студентов выполняют индивидуальные задания. Остальные студенты участвуют в фронтальном опросе	Задает вопросы студентам по материалу, пройденному на предыдущих занятиях, следит за полнотой и правильностью ответов, активизация слушания и восприятия ответов товарищей	Индивидуальная работа. Фронтальный опрос	Студенты повторяют основные понятия и законы сохранения в механике Формирование познавательной самообразовательной информационной компетентности,	10 минут
	Выполнение индивидуальных заданий
2.2	«Найди ошибку» Анализ и рецензирование решенных задач	Анализируют задачи, решенные на доске однокурсниками, ищут ошибки, допущенные при решении	Направляет деятельность студентов на анализ решенных заданий и поиск ошибок, контролирует правильность ответов	Используются элементы эвристической беседы	Развитие внимательности умения слушать Формирование интеллектуальной и социальной компетентности	5 минут
3 3.1	Практикум Образцы решения задач по теме: «Законы сохранения в механике»	Анализируют задачи, отвечают на вопросы	Направляет деятельность студентов на анализ решенных заданий, контролирует правильность ответов	Используются элементы эвристической беседы	Формирование интеллектуальной и социальной компетентности	10 минут
3.2	Самостоятельное решение задач	Самостоятельно решают задачи. Анализируют правильность решения	Контролирует процесс решения задач. Помогает учащимся найти правильное решение задач	Самостоятельная работа	Студенты вырабатывают навыки решения задач. Формирование познавательной, самообразовательной и интеллектуальной компетентности.	15 минут
3.3	Решение задачи повышенной сложности	Работают в подгруппе по 4 человека. Поиск оптимального решения	Контролирует процесс решения	Работа по подгруппам	Студенты понимают, что знания, полученные на уроках физики могут быть применены в их дальнейшей профессиональной деятельности. Формирование интеллектуальной, познавательной и социальной компетентности. Формирование компетентности, которая оказывает содействие саморазвитию	10 минут
3.4	Выполнение творческого задания	Руководствуясь данными таблиц и чертежа придумывают и решают задачу на закон сохранения энергии	Контролирует и направляет деятельность студентов	Работа по подгруппам	Привитие интереса к физике, развитие навыков сотрудничества и работы в подгруппе, развитие умений частично- поисковой познавательной деятельности	10 минут
4	Подведение итогов	Анализируют результаты деятельности на занятии	Подводит итоги, обращая внимание студентов на достижение целей занятия	Беседа	Формируется мотивация и положительное отношение к знаниям	5 минут
5	Домашнее задание	Студентам предлагается придумать задачу, связанную с их будущей профессиональной деятельности, используя сравнительную таблицу типов асинхронных электродвигателей.	Преподаватель делает акцент на то, что с принципом работы электродвигателей студенты познакомятся на 2 курсе, изучая дисциплину «Электротехника». Именно эти электродвигатели наиболее часто используются в нефтяном оборудовании.		Формирование компетентности, которая оказывает содействие саморазвитию к исследовательской деятельности в области физико- технических дисциплин

План занятия

1. Организационный момент. Вступительное слово преподавателя.

2. Актуализация прежних знаний

   1. Фронтальный опрос

   2. Анализ и рецензирование решенных задач

3. Практикум

   1. Образцы решения задач

   2. Самостоятельное решение задач

   3. Решение задачи повышенной сложности

   4. Выполнение творческого задания

4. Подведение итогов

5. Домашнее задание

Ход занятия

1. Организационный момент. Вступительное слово преподавателя.

2. Актуализация прежних знаний.

К доске приглашаются 2 студентов, которые получают индивидуальные задания. После выполнения заданий студенты получают дополнительные баллы

1 студент

Решите задачу и допустите ошибку в вычислениях

На пружине подвешен груз массой 300г, под действием которой она удлинилась на 2 см. Определите запас энергии деформированной пружины. (Ответ: 0,03Дж)

2 студент

Решите задачу и допустите ошибку в переводе единиц измерения физических величин в систему «СИ»

Автомобиль поднимается в гору со скоростью 36 км/ч. Какую силу тяги развивает мотор, если мощность постоянна и равна 50кВт. (Ответ: 5000Н)

Пока студенты выполняют индивидуальные задания у доски, учитель проводит опрос по материалу, изученному на предыдущих занятиях

1. Фронтальный опрос:

1. Дайте определение кинетической энергии тела?

2. В каких единицах измеряется энергия?

3. Если равнодействующая сил, приложенных к телу, отлична от нуля, как изменяется кинетическая энергия ?

4. Что называется потенциальной энергией?

5. Как определяется работа силы? В каких единицах измеряется работа?

6. Почему накидные лестницы облегчают усилия при подъеме?

7. Как определяется энергия упруго деформированного тела?

8. В каких случаях потенциальную энергию можно считать положительной, отрицательной, равной нулю?

9. Почему при подъеме в гору шофер включает первую скорость?

10. Как скорость автомобиля зависит от мощности двигателя, если силу сопротивления движению считать постоянной?

11. В каких единицах измеряется мощность?

12. Что называется мощностью?

13. Что называется коэффициентом полезного действия?

14. Сформулируйте закон сохранения энергии.

15. Представлен один из проектов «вечного двигателя». Почему эта машина не будет работать?

1. «Найди ошибку»

После опроса производится анализ задач, решенных студентами у доски. Задачи содержат ошибки.

1. Практикум

   1. Образцы решения задач

При рассмотрении примеров решения задач по теме: «законы сохранения в механике» используется электронное учебное пособие «Мультимидийный репетитор». Рассматриваем задачи №212, 214, 235

Пример №1 (задача№212)

Подъемный кран за время равное 7 часам поднимает 3000т строительных материалов на высоту 10м. Какова мощность двигателя крана, если коэффициент полезного действия равен 0,6

Дополнительные вопросы

1. Как изменится КПД подъемного крана, если строительные материалы поднимать на меньшую высоту (ответ: не изменится)

2. Как вы думаете, где в вашей будущей специальности вы можете встретиться с подъемными кранами? (Например, при установке нефтяной вышки и сооружении буровых установок, используются подъемные краны. Ремонтом подъемных кранов и расчетам максимальной нагрузки крана занимаются механики)

Пример №2 (задача№214)

Транспортер поднимает песок массой 200 кг за 1с. Длина ленточного транспортера равна 3м, угол наклона ленты к горизонту равен 30⁰. КПД транспортера 0,85. Найти мощность развиваемую электродвигателем.

Дополнительные вопросы

1. Как изменится КПД транспортера, если изменить угол наклона ленточного конвейера к горизонту (ответ: не изменится)

2. Как вы думаете, где в вашей будущей специальности вы можете встретиться с ленточными транспортерами? (Например, при бурении нефтяных скважин, грунт, который поднимают из скважины, загружают в грузовики с помощью ленточных транспортеров)

Пример №3 (задача№235)

Какую работу нужно совершить, чтобы поднять грунт на поверхность земли при рытье колодца, имеющего глубину 10 м и поперечное сечение 2м². Средняя плотность грунта 2*10³кг/м³. Считать, что вынимаемый грунт рассыпается тонким слоем по поверхности земли.

Дополнительные вопросы

1. Как изменится работа, которую необходимо совершить при рытье колодца, если плотность грунта увеличится? (ответ: увеличится)

2. Как вы думаете, где в вашей будущей специальности вы можете встретиться с необходимостью подъема грунта? (Например, при бурении нефтяных скважин, грунт, который поднимают на поверхность)

1. Самостоятельное решение задач

Студенты получают задачи для самостоятельного решения.

1. Для установки бурового оборудования в землю вбивают сваи, используя молот массой 0,5 т. Скорость молота при ударе 30м/с. Определите среднюю силу сопротивления грунта, если за один удар свая входит в землю на глубину 15см.

2. Достаточна ли мощность электродвигателя токарного станка 1А62 (7,8 кВт) для обработки детали со скоростью резания 5 м/с, если сопротивление металла резанию составляет 600 Н? КПД станка 0,75.

3. При установке нефтяной вышки подъемный кран поднимает металлические балки со скоростью 0,05м/с. Какой максимальный груз может поднять этот кран, если мощность мотора 1,5кВт.

Анализ самостоятельного решения задач.
С помощью компьютера на экране отображается правильное решение задач самостоятельной работы. Студенты анализируют, комментируют, проверяют правильность самостоятельного решения.

Задача 1

Дано: m=0,5т=500кг;

υ=30м/с;

h=15см=0,15м

Найти : F-?

Решение: Согласно закону сохранения энергии Е_к=А. Тогда _. Отсюда _=1500кН

Ответ: F=1500кН

Задача 2

Дано: Ν_д=7,8кВт=7800Вт;

υ=5м/с;

F=600Н;

ŋ=0,75

Найти : Ν_д-?

Решение: Мощность, необходимая для резки металла Ν=υF; Тогда мощность двигателя Ν_д= _=4000Вт. Мощность двигателя достаточна.

Ответ: Ν_д=4000Вт

Задача 3

Дано: Ν=1,5кВт=1500Вт; υ=0,05м/с;

Найти : m-?

Решение: Ν=Fυ; F=mg; Отсюда m=_ =3000кг.

Ответ: m=3000кг.

1. Решение задачи повышенной сложности

Студентам предлагается решить задачу, тема которой связана с их будущей специальностью. Студенты работают по подгруппам (4 человека).

Задача

Мастер механиков, занимающихся ремонтом нефтяного оборудования, должен производить профилактический осмотр и ремонт оборудования каждые 10 дней. В связи с этим, на время осмотра прекращаются работы по бурению. Скважину, какой глубины успеет пробурить бригада бурильщиков за это время, если известно, что плотность грунта 3*10³ кг/м³, диаметр скважины 1м, мощность двигателя 15кВт. КПД двигателя 0,87, КПД работы бригады 0,3.

На решение задачи студентам дается 5 минут. После этого приводим правильное решение и производим анализ.

Дано: t=10 дней=10*24*3600с=864000с;

ρ=3*10³ кг/м³;

d=1м ;

N=15кВт=15*10³Вт;

ŋ₁= 0,87;

ŋ₂= 0,3;

Найти: H-?

Решение: Согласно закону сохранения энергии _=_;

Так как _ , то _= _ или _= _

Отсюда, H=_=_=541м

Ответ: 541 метр

На решение задачи студентам дается 5 минут. После этого приводим правильное решение и производим анализ.

1. «Придумай задачу»

Каждая подгруппа(2 человека) получает листок с чертежом и данными

Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии. Студентам предлагаются справочные таблицы: «Коэффициенты трения различных поверхностей» (Приложение 1), «Плотности твердых тел» (Приложение 2).

Раздаточный материал:

Подгруппа 1	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 2	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 3	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 4	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 5	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 6	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 7	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 8	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 9	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 10	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 11	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 12	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.
Подгруппа 13	Ознакомившись с данными чертежа придумайте и решите задачу, используя закон сохранения энергии и руководствуясь справочными данными.

1. Подведение итогов.

2. Домашнее задание. Студентам предлагается придумать задачу, связанную с их будущей профессиональной деятельности, используя сравнительную таблицу типов асинхронных электродвигателей. Преподаватель делает акцент на то, что с принципом работы электродвигателей студенты познакомятся на 2 курсе, изучая дисциплину «Электротехника». Именно эти электродвигатели наиболее часто используются в нефтяном оборудовании.

ПП	Тип электродвигателя	Мощн.,кВт	Частота вращ., об/мин	Напр., В	КПД, %	cos f, o.e.	IP
1	4АМН 180 М2	45.0	2940	220/380	91.5	0.89	IP23
2	4АМН 180 S2	37.0	2940	220/380	91.0	0.87	IP23
3	4АМН 180 М4	37.0	1470	220/380	90.5	0.86	IP23
4	4АМН 180 S4	30.0	1470	220/380	90.0	0.83	IP23
5	4АМН 180 М6	22.0	970	220/380	88.5	0.84	IP23
6	4АМН 180 S6	18.5	970	220/380	87.0	0.83	IP23
7	4АМН 180 М8	18.5	735	220/380	88.5	0.8	IP23
8	4АМН 180 S8	15.0	735	220/380	87.0	0.74	IP23

Приложение 1.

Коэффициенты трения скольжения для различных материалов

Трущиеся поверхности	Коэффициент трения
Бронза по бронзе	0,2
Бронза по стали	0,18
Дерево сухое по дереву	0,25 — 0,5
Деревянные полозья по снегу и льду	0,035
то же, но полозья обиты железом	0,02
Дуб по дубу вдоль волокон	0,48
то же поперек волокон одного тела и вдоль волокон другого
	0,34
Канат пеньковый мокрый по дубу	0,33
Канат пеньковый сухой по дубу	0,53
Кожаный ремень влажный по металлу	0,36
Кожаный ремень влажный по дубу	0,27 — 0,38
Кожаный ремень сухой по металлу	0,56
Колесо со стальным бандажом по стальному рельсу
	0,16
Лед по льду	0,028
Медь по чугуну	0,27
Металл влажный по дубу	0,24-0,26
Металл сухой по дубу	0,5-0,6
Подшипник скольжения при смазке	0,02-0,08
Резина (шины) по твердому грунту	0,4-0,6
Резина (шины) по чугуну	0,83
Смазанный жиром кожаный ремень по металлу	0,23
Сталь (или чугун) по феродо* и райбесту*	0,25-0,45
Сталь по железу	0,19
Сталь по льду (коньки)	0,02-0,03
Сталь по стали	0,18
Сталь по чугуну	0,16
Фторопласт по нержавеющей стали	0,064-0,080
Фторопласт-4 по фторопласту	0,052-0,086
Чугун по бронзе	0,21
Чугун по чугуну	0,16
Примечание. Звездочкой отмечены материалы, применяемые в тормозных и фрикционных устройствах.

Приложение 2. Плотность твердых тел

Вещество	Плотность [кг.м-3]
Асфальт	1300
Асбест	2 100-2 800
Бакелит	1300
Бетон	2 300-2 400
Бронза	7 800-8 800
Целлулоид	1400
Кирпич	1 800-2 400
Олово	7310
Сахар	1600
Базальт	2900
Бриллиант	3500
Древесина (Балу)	100-300
Дерево (дуб)	630-720
Вуд (зола)	560-640
Пород (ель)	480-560
Древесина (красное дерево)	700
Дуральный	2800
Графита (графит)	2100
Каучук	960-1 300
Алюминий	2700
Магний	1740
Камень (гранит)	2600
Каолин	2200
Керамика	2 000-3 000
Клей	1270
Пробка	150-200
Кость	1 700-2 000
Кварц	2600
Кремний	2330
Мел	1 800-2 600
Кожа	850-1 000
Лед	916,8
Медь	8960
Латунь	8 400-8 750
Мрамор	2 600-2 900
Никель	8900
Нейлон, полиамид	1100
Сталь	7850
Вести	11340
Припой	8 170-11 340
Бумага	700-1 100
Парафин	870-930
Песчаник	1 900-2 700
Платина	21450
Плексиглас	1180
Китай	2 100-2 400
ПВХ	1 200-1 500
Торф	330-410
Гнейс	2 400-2 700
Стекло	2 400-2 800
Серебро	10500
Кулинарные соли	2160
Серый чугун	7250
Тефлон	2 100-2 300
Титан	4540
Углерод	2250
Известняк	2 000-2 900
Воск	950-980
Сплав Вуда	9700
Вольфрам	19300
Страна	5515
Цинк	7140
Золото	19320
Железо	7870
Гранит

Литература.

1. Настольная книга учителя физики 7-11 классы/ Н. К. Ханнанов. – М. : Эксмо,2008. -656с.

2. Селевко Г.К. Современные образовательные технологии. М., 1998.

3. Дьяченко В.К. Организационная структура учебного процесса и ее развитие. М., 1989.

4. Лернер И.Я. Дидактические основы методов обучения. М., 1981.

5. Зимняя И.А. Ключевые компетенции как результативно-целевая основа компетентностного подхода в образовании. М., 2004.

6