"Влияние внешних факторов на спортивные достижения"

Бинарный урок по теме: «Влияние внешних факторов на спортивные достижения» Учителя физики МКОУ «Введенская СОШ №1 имени Огненного выпуска 1941 года» Медведевой Дарьи Борисовны

Класс: 9 класс Предмет: физика, информатика Тема урока: «Влияние внешних факторов на спортивные достижения» Цель урока: знакомство с внешними физическими факторами и их влиянием на достижения спортсменов в прыжках с трамплина Задачи: Образовательная: Формировать знания о влиянии внешних физических факторов на спортивные достижения прыгунов с трамплина, научить производить расчеты физических параметров с помощью программы Mathcad Развивающая: Стимулировать познавательный интерес обучающихся к изучаемым дисциплинам; Формировать навыки работы со средой программирования Mathcad Воспитательная: Создать условия профессиональной ориентации обучающихся, продолжить патриотическое воспитание учащихся через знакомство с рекордами российских спортсменов Планируемые результаты формирования УУД: Предметные: - знать формулы расчета скорости полета; факторы, влияющие на дальность полёта, уметь производить расчёты с использованием программы Mathcad; Личностные: - формировать чувство гордости за спортивные достижения российских спортсменов; − умение самостоятельно добывать новые для себя физические знания, используя для этого доступные источники информации, проводить простые исследования в области физики; − умение выстраивать конструктивные взаимоотношения в команде по решению общих задач Метапредметные: Познавательные: работать с различными источниками информации; характеризовать и сравнивать объекты; выявлять закономерности, делать обобщения и выводы; Регулятивные самостоятельно определять цель и задачи урока; уметь планировать свои действия в соответствии с поставленной задачей; уметь видеть проблемы в своей деятельности посредством рефлексии своей деятельности в конце урока. Коммуникативные: работать в парах, вести учебный диалог в доброжелательной и открытой форме, проявляя интерес и уважение к собеседникам; слушать речь учителя и одноклассников; формулировать вопросы и отвечать на них; использовать компьютерные технологии для решения информационных и коммуникационных задач. Вид урока: бинарный Тип урока: «Открытия нового знания» Технологии: проблемного обучения, групповой деятельности, развития критического мышления, ИКТ. Форма проведения урока: деловая игра с использованием ИКТ Формы организации урока: групповая, индивидуальная Методы проведения урока: частично-поисковый (эвристический); репродуктивный, объяснительно-иллюстративный; алгоритмизация. Методы организации и осуществления учебно-познавательной деятельности: словесные (фронтальный опрос, беседы); наглядные (иллюстрация, демонстрация); практические (выполнение заданий); Дидактические средства и оборудование: Мультимедийная установка; Персональные компьютеры; Программное обеспечение: Mathcad, MS Office, программа просмотра фильмов. Презентация преподавателя Музыкальное сопровождение Методическая литература: Петров В.А., Гагин Ю.А. Механика спортивных движений. - М.: Физкультура и спорт, 1977. Ремизов Л. П. Максимальная дальность прыжка с трамплина. // Теория и практика физической культуры. 1973, т. 3, с.73-75. Кабардин, О.Ф. Физика: Справочные материалы. – М.: ООО «Издательство Астрель», 2006.- 381 с.:ил. Архангельский, М.М. Курс физики. Механики: Учебное пособие для студентов физ. –мат. фак. пед. ин-тов. – М.: «Просвещение», 2005. – 424 с.:ил. Савельев, И.В. Курс общей физики. В 4 томах. Т.1. Механика-М. КноРус, 2009. - 1856 с. Сивухин Д.В. Общий курс физики. В 5 томах. Т 1.Механика.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 544 с. POLYBOOK MULTIMEDIA: Видеоучебник по Mathcad 14 http://www.polybook.ru/mathcad/ Он-лайн самоучитель по MathCAD 14: www.computerbooks.ru/books/Mathematic/Book.MathCAD12/Menu.html Учебник «Простейшие вычисления с помощью пакета MathCAD» ( формат doc, 517 Кб): bookz.ru/authors/avtor-neizvesten-3/mathcadprost.html Работа в MathCAD. Пискунов В. В.: elib.ispu.ru/library/lessons/pekunov/index.html Условия для проведения урока: правильно оборудованный кабинет- рабочие столы разделены для трех групп, у каждого обучающегося ноутбук с программным обеспечением MathCAD; умение обучающихся работать в программе MathCAD Структура урока :

1. Организационный этап

2. Постановка целей и задач урока, мотивация учебной деятельности-

3. Актуализация знаний

4. Этап Первичное усвоение новых знаний и первичная проверка понимания

   1. Решение общей задачи

   2. Работа в группах

   3. Защита проектов обучающихся

5. Первичное закрепление

6. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

7. Подведение итогов, рефлексия

ХОД УРОКА:

1. Этап Организационный

Приветствие обучающихся, настрой на урок

Учитель: Здравствуйте, ребята!

Давайте улыбнемся друг другу. Пусть сегодняшний урок принесет нам всем радость общения. Сегодня на уроке, ребята, вас ожидает много интересных заданий, новых открытий, а помощниками вам будут: внимание, находчивость и смекалка.

Или Прозвенел звонок весёлый.

Мы начать урок готовы.

Будем слушать, рассуждать

И друг другу помогать!

2 этап Постановка целей и задач урока.

Мотивация учебной деятельности обучающихся.

Учитель: Ребята, сегодня у нас с вами необычный урок, он сочетает в себе 2 разных предмета: физику и информатику. А что же связывает их между собой и о чём пойдет речь на нашем бинарном уроке, вы узнаете, посмотрев небольшой видеофрагмент.

Просмотр видеофрагмента о достижениях спортсменов (видео «Прыжок с трамплина», 3 мин.).

Он на лыжах, но как птица,

Может в небе появиться.

Оттолкнётся и вперёд

Отправляется в полёт.

Высказывания обучающихся, формулировка темы и цели урока.

Учитель: Совершенно верно. Сегодня на уроке речь пойдет о спортсменах- прыгунах с трамплина и цель нашего занятия, выяснить какое влияние на спортивные достижения оказывают внешние физические факторы.

(На слайде появляется тема урока) : «Влияние внешних факторов на спортивные достижения»(слайд 1)

Как известно, основной целью профессионального становления спортсмена является его участие в мировых соревнованиях, в частности в Олимпийских играх. Подготовка к состязаниям данного уровня должна проходить довольно серьёзно. Помимо тренировок, для достижения наилучшего результата, спортсмену необходимо учитывать множество внешних факторов, принимать во внимание физические законы.

"Достижения лыжников-прыгунов на состязаниях любого ранга, будь то всесоюзные или международные соревнования, первенства мира или олимпийские игры, предопределены всей историей прыжков на лыжах - творческим трудом ученых, тренеров, самих спортсменов. Неоднократное низвержение "законодателей стиля", устоявшихся взглядов на "каноны" техники всегда знаменовало собой "новый" этап, который тут же становился "пройденным", в развитии спорта. ... Постоянное усовершенствование спортивной техники, модернизация спортивных сооружений (профилей трамплинов) - вот основные условия высоких достижений в прыжках на лыжах." (Грозин Е. А., "Прыжки с трамплина") (слайд 2)

3 этап Актуализация знания

Как вы думаете, ребята, почему одни спортсмены устанавливают рекорды, добиваются высоких достижений, становятся олимпийскими чемпионами и чемпионами мира, а другие нет? От чего это зависит? Можно ли рассчитать и задать определенную траекторию полёта, учитывая известные вам законы механики?

(Предположения учащихся- факторы, влияющие на дальность полёта)

4 Этап Первичное усвоение новых знаний и первичная проверка понимания

4.1. Решение общей задачи

Учитель: для того, чтобы оказать спортсмену квалифицированную помощь в данной области, существуют специально обученные люди. Давайте и мы с вами попробуем свои силы. Представьте, что вы находитесь в тренерской команде спортсмена мирового уровня (многократный призер этапов Кубка мира Дмитрий Васильев), который готовиться к зимним олимпийским играм в Сочи. Этот спортсмен занимается таким видом спорта, как прыжки с трамплина (слайд 3).

Постановка цели

Преподаватель: ваша цель - рассчитать максимальную дальность полёта при прыжке с учётом известных вам законов механики (слайд 4)Это очень важная работа, т.к. анализ ваших расчётов будет учтён в тренировках, а значит, окажет влияние на спортивные достижения спортсмена, в тренерской команде которого вы находитесь, т.е. вы можете ему помочь завоевать олимпийскую награду.

Определение основных задач (слайд 4)

Для достижения поставленной цели давайте поставим перед собой основные задачи, последовательное решение которых приведёт нас к достижению главной цели. Итак, для этого Вам необходимо:

1. Определить основные физические законы, влияющие на дальность полёта, и подборку основных формул.

2. Используя полученные формулы, сформировать программу в среде программирования Mathcad.

3. Провести отладку полученной программы: проверить её работоспособность при простейших начальных условиях. Если программа работает верно, то задать начальные условия соответствующие реальной физической ситуации.

4. На основании полученной программы вывести результат решения на график, демонстрирующий траекторию полёта спортсмена при заданных внешних условиях (ход решения общей задачи в приложении 1)

5. Сравнить свои результаты с эталоном (слайд 5)

4.2. Работа в исследовательских группах

А сейчас вам необходимо поработать в группах по следующим направлениям: Каждая группа изучает влияние внешних условий на изменение сил действующих на спортсмена в момент полёта.

Первая группа изучает влияние начальной скорости.

Вторая группа изучает влияние угла наклона при отрыве от трамплина. Третья группа изучает влияние факторов, включающих физиологические особенности спортсмена (его масса и размеры тела). (слайд 6)

(примерные результаты работы обучающихся в группах в приложении 2)

Для этого Вам необходимо….. (слайд 7) См. Инструкционные карты

1. В начальных условиях, составленной программы изменить изучаемый параметр. В результате должны поменяться и все результаты решения, в том числе и график траектории полёта.

2. Рядом с графиком необходимо указать значения основных изменяющихся величин.

3. Провести анимирование, включающее полёт выбранного объекта, изменение действующих на него сил, численное изменение основных параметров.

4. Анимацию сохранить в виде видеоролика.

5. Повторить пункты 2-4 с другими значениями изучаемых параметров. Расчёты необходимо провести 3 раза.

Все полученные результаты необходимо занести в тетрадь. Доказательством ваших доводов по поводу влияния внешних условий на изменение изучаемых физических параметров должно быть создание нескольких видеороликов, созданных посредством среды программирования Mathcad. Эти видеоролики должны отражать процесс изменения основных выбранных параметров под действием изменения основных начальных условий. Видеоролики должны содержать демонстрацию не только качественного изменения параметров, но и количественного.

Качественное изменение параметров должно быть отражено в изменении длины векторов, соответствующих скорости, ускорению или силам.

Количественное изменение должно быть отражено в непосредственной демонстрации меняющихся численных значений изучаемых параметров.

Самостоятельная работа в группах над проектами (в течение 20 мин.)(в это время включается аудиозапись, для ритма работы в группах)

1. Защита проектов обучающихся

Далее, каждая группа демонстрирует полученные результаты остальным одноклассникам и мы совместно обсуждаем их.

(видеоролики 1группы по изменению начальной скорости -«3 метра в секунду», «5 метров в секунду», «7 метров в секунду»;

видеоролики 2 группы по изменению угла наклона при отрыве от трамплина – «угол 22.5 градусов», «угол 35 градусов», «угол 45 градусов»;

видеоролики 3 группы по изменению размеров тела – «r=2», «r=3», «r=3,5»). (см. приложение папка Видеоролики)

Анализ решения каждой группы заносится в рабочую тетрадь.

Ну и наконец, собрав воедино всю информацию, полученную по окончанию решения, делаем основной вывод с помощью вопросов преподавателя:

1. Какие силы важно учитывать при расчетах дальности полета спортсмена?

2. Какие основные физические параметры влияют на дальность полёта спортсмена при прыжке с трамплина?

3. Какое влияние оказывает на дальность полёта и на изменение внешних сил, действующих на спортсмена, увеличение или уменьшение начальной скорости при отрыве от трамплина?

4. Какое влияние оказывает на дальность полёта и на изменение внешних сил, действующих на спортсмена, увеличение или уменьшение угла наклона при отрыве от трамплина?

5. Какое влияние оказывает на дальность полёта и на изменение внешних сил, действующих на спортсмена, увеличение или уменьшение массы и размеров тела спортсмена?

1. этап Первичное закрепление

Согласие или опровержение суждений по теме урока

(ДА-НЕТки, или ВОЛНА, или «Крестики-нолики»)

1. этап Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

2. этап Подведение итогов, рефлексия (слайды 8-20)

Подведение итога урока УЧАЩИМИСЯ

Таким образом, мы можем наглядно убедиться, что учёт внешних факторов для достижения каких либо спортивных результатов очень важен. Необходимо не только учитывать законы физики, но и применять их в свою пользу. Например, в прыжках с трамплина очень важна начальная скорость при отрыве от трамплина. Она должна быть достаточно высокой, чтобы достигнуть наилучшую дальность полёта, но и при этом достаточно оптимальной, чтобы сила сопротивления среды находилась в допустимых границах, т.к. сила сопротивления находится в прямой зависимости от скорости полёта (при небольших скоростях эта зависимость линейная, а при высоких – квадратичная).

Также очень важно, под каким углом спортсмен отрывается от трамплина. Он не должен быть слишком высоким, т.к. с увеличением угла полёта при отрыве увеличивается высота подъёма, а значит часть кинетической энергии, приобретённой при разгоне, переходит в потенциальную, связанную с высотой, а нам необходимо учитывать не высоту, а дальность полёта.

Дело в том, что в момент прыжка, спортсмен должен «лечь» на «воздушную подушку», он должен лететь под определённым углом, чтобы обеспечить оптимальное обтекание воздухом, если угол отрыва от трамплина будет слишком большим, слишком много энергии потратиться на подъём, что конечно вредит достижению дальности полёта. Если угол отрыва будет слишком мал, и спортсмен будет лететь практически горизонтально, то он не сможет «лечь» на воздушную подушку, воздушный поток будет служить сопротивлением спортсмену, а не подспорьем в качестве «воздушной подушки». Т.е. аэродинамика очень важна.

Ну и наконец, важны размеры спортсмена. Эта ситуация подобна ситуации с начальной скоростью. Увеличение размеров, а значит и массы, приводит к увеличению дальности полёта, но до определённых приделов, так как при этом увеличиваются также силы сопротивления.

Таким образом, техника прыжка с трамплина, опирается на научный опыт.

А сейчас я предлагаю вам проанализировать свою работу, включив в свое высказывание одно из слов олимпийского кольца.

Мне очень понравился сегодняшний урок. Надеюсь, что кто-нибудь из вас заинтересовался данной работой, и в дальнейшем вы будете заниматься научными разработками в области спорта на основе современных технологий, и ваши расчёты станут великолепным подспорьем российским спортсменам на пути к завоеванию наград на Олимпийских играх.

Приложение 1

Ход решения общей задачи

1. При полёте спортсмена, на него оказывают влияние 3 основные силы:

1. Сила тяжести

,

где m – масса тела спортсмена;

g=9.8 м/с² – ускорение свободного падения.

1. Так как полёт происходит в определённой среде, то на тело спортсмена оказывает влияние сила Архимеда

,

где - плотность следы в которой происходит полёт;

V – воздушный объём, вытесненный спортсменом при полёте.

1. Сила сопротивления

,

где - коэффициент трения (зависит от свойств среды, в которой происходит полет);

- скорость полёта спортсмена.

1. Зная основные силы, оказывающие влияние на полёт спортсмена, начинаем формировать программу

Задаём начальные параметры

В общем случае, коэффициент трения зависит от размеров летящего объекта и от коэффициента вязкости среды, в которой происходит полёт. Таким образом, коэффициент трения определяется следующим соотношением

µ=6*π*η*r,

где η – коэффициент динамической вязкости;

r – размеры летящего объекта.

Сначала решим задачу в простейшем приближении. В качестве летящего объекта рассмотрим шарик, радиусом r. При окончательном формировании программы заменим введённые простейшие значения на реальные

Примем

1. η=0.01;

2. плотность среды ρ₁=1400 кг/м³;

3. плотность летящего объекта ρ₂=2800 кг/м³;

4. угол, под которым спортсмен отрывается от трамплина α=π/6;

5. масса летящего тела m= ρ₂*V

6. так как первоначально рассматриваем полёт шарика, то задаём его объём, зная радиус, по формуле V=(4*π*r³)/3;

7. начальная скорость при отрыве от трамплина V0=3 м/с.

Записываем формулы основных сил действующих на летящий объект

Выдержка из программы:

Моделируем процесс полёта

Так как мы будем использовать анимирование, то сразу отсчет времени возлагаем на программу, т.е.

Задаём скорости

Выдержка из программы:

Здесь V1(T1) – вертикальная составляющая полной скорости полёта;

V2(T1) – горизонтальная составляющая полной скорости полёта;

F_r – результатирующая всех сил, действующих на летящий объект;

а – ускорение, приобретаемое телом при полёте;

dt=0.01 с – промежуток времени, через который программа будет отражать результаты измерения, т.е. шаг расчетов.

На данном участке программы в момент отсчёта времени ускорение нулевое, а скорость равна начальной скорости, заданной ранее. В остальные промежутки времени скорость меняется согласно основным формулам механики

V=V+a*dt.

Для того, чтобы изобразить траекторию полёта, необходимо задать координаты. Мы рассматриваем задачу в простейшем приближении, т.е. плоский случай. Найдём координаты X и Y

Выдержка из программы: (падение. XMCD)

Данный участок программы отражает то, что в начальный момент времени тело было поднято на высоту 0.3 м (рассматриваем простейший случай). В дальнейшем координаты меняются по основным физическим соотношениям

у= у+V*dt+a*t²/2

Таким образом, программа считает скорости и координаты в определённый момент времени, потом делает шаг в размере 0.01 о опять считает эти величины.

Находи силу сопротивления, которая зависит от полной скорости. Поэтому первоначально необходимо посчитать эту скорость, а через неё выразить силу сопротивления среды, в которой происходит полёт.

Выдержка из программы: (падение. xmcd)

Полученные результаты необходимо отразить на графике.

Если проанимировать данный график, то мы увидим синюю точку летящую по красной траектории.

Далее на графике необходимо изобразить вектора основных сил, действующих на спортсмена в момент полёта. Именно за изменением силы тяжести, Архимедовой силы и силы сопротивления среды ученикам необходимо наблюдать.

Для этого ученики создают дополнительную мини-программу для построения вектора. Эта программа должна быть записана в отдельном документе расширения среды программирования Mathcad. Она должна иметь следующий вид (vector. xmcd)

Представленная выше мини-программа может быть написана, как часть основной программы. Но для удобства мы располагаем её в другом документе, того же расширения, что и основная программа, и делаем ссылку на неё, расположив эту ссылку в самом начале основной программы.

(при открытии программы «падение.xmcd» необходимо поменять имя ссылки на добавочную программу vector. xmcd, указав новое место расположения этой программы)

Приложение 2

Примерные результаты, которые должны получить обучающиеся, работая в группах

Измерение размеров тела

Как видно из графиков, с увеличением размеров тела, а значит и с увеличением его массы дальность полёта рассмотренного тела увеличением.

Но при этом увеличением и значения сил, действующих на тело.

Изменение угла полёта

Анализ графиков показал, что с увеличением угла полёта дальность полёта уменьшается. При этом значение сил, действующих на тело, не изменяются.

Изменение начальной скорости

Анализ графиков показал, что увеличение начальной скорости ведёт к увеличению дальности полёта, но при этом увеличивается и сила сопротивления среды.

Приложение 1

Приложение 2

6