V. Розв’язується навчальна проблема.

Нагадується навчальна проблема. Конкретизується її умова. Учитель демонструє зразок діяльності з розв’язку цього типу задач.

VI. Робота з результатом.

Розв’язування задач, в яких застосовуються ознаки фізичної величини У. Виконується лабораторна робота з вимірювання У або розв’язується задача, в якій розглядається один із способів експериментального визначення цієї величини.

Ілюстрацією застосування розглянутого плану діяльності є зміст циклу процесу навчання, в якому формується поняття "густина речовини".

Учні повинні засвоїти відповідну систему істотних ознак даного поняття.

Речовини відрізняються одні від одних властивістю, від якої залежить маса тіл, що складається з даних речовин: різні речовини, займаючи однакові об’єми, мають різну масу. Говорять, що речовини відрізняються їх густиною.

Для того, щоб порівнювати густину речовин, порівнюють відношення маси тіла, що складається з даної речовини, до його об’єму.

Для кожної речовини при одних і тих самих умовах це відношення має одне значення, яке не залежить від того, якої маси або об’єму було взяте тіло для визначення густини даної речовини.

3. Густина речовини - це фізична величина, яка дорівнює відношенню маси тіла, виготовленого з даної речовини, до його об’єму.

Якщо густину позначити буквою , то .

4. У Міжнародній системі одиниць густина речовини вимірюється в .

1 - це густина такої речовини, яка, займаючи об’єм 1 м³, має масу 1 кг.

Учні повинні вміти:

1) навести приклади, що ілюструють властивість, яку характеризує густина речовини;

2) пояснити, чому густина речовини є фізичною величиною;

3) пояснити, чому густина речовини не залежить від маси або об’єму тіла, виготовленого з даної речовини;

4) одержувати одиницю вимірювання густини речовини.

В учнів повинні бути сформовані такі практичні вміння:

1) експериментально визначати густину речовини;

2) розв’язувати задачі таких типів:

а) порівнювати одні з фізичних величин, що входять у визначальну формулу, коли інші відомі;

б) в умові задачі вказані маса і об’єм тіла, треба знайти масу (об’єм) іншого тіла, але виготовленого з тієї самої речовини, якщо відомий його об’єм (маса);

3) користуватися довідковою таблицею густини речовини.

Цикл процесу навчання реалізується протягом чотирьох уроків, на одному з яких виконується лабораторна робота "Вимірювання густини речовини".

І. Повторюється, що учні знають про масу тіла і якими способами можна її виміряти.

Формулюється навчальна проблема: як визначити масу тіла, не використовуючи відомі способи (зважування на важільних терезах і взаємодії даного тіла з тілом відомої маси)?

Пояснюється практичне значення задачі.

ІІ. Виникає питання: від чого залежить маса тіла?

Використовуючи життєвий досвід учнів і результати попередньої лабораторної роботи, під час якої учні повинні були встановити залежність маси тіла від речовини, з якої це тіло складається, приходять до висновків:

1) маса тіл, що виготовлені з однієї речовини, залежить від їх об’єму: чим більший об’єм тіла, тим більша його маса;

2) маса тіла залежить від речовини, з якої складається це тіло; речовини відрізняються одні від одних властивістю, від якої залежить маса тіл, що складаються з даних речовин - різні речовини, займаючи однакові об’єми, мають різну масу.

Указується, що про цю властивість у фізиці говорять: речовини відрізняються їх густиною.

Отже, для того, щоб розв’язати задачу, знаючи, як залежить маса тіла від його об’єму, треба з’ясувати, як залежить маса тіла від густини речовини. А для цього треба вміти вимірювати густину речовини. Це означає, що густина речовини є фізичною величиною, яка характеризує властивість речовин, від якої залежить маса тіла: речовини, займаючи однакові об’єми, мають різну масу.

Пригадують, що потрібно знати про будь-яку фізичну величину: яку властивість вона характеризує; як знайти її значення; в яких одиницях вимірюється; визначення величини.

ІІІ. Завдання. В якому випадку густина речовини більша?

Повторюється, що густина речовини характеризує властивість речовини, від якої залежить маса тіла.

Речовини відрізняються тим, що, займаючи однаковий об’єм, мають різні маси.

Густина має більше значення для тієї речовини, яка, займаючи такий самий

об’єм, що й інша речовина, має більшу масу.

Отже, щоб установити, густина якої з даних речовин має більше значення, треба порівняти їх маси, при умові, що вони займають однаковий об’єм. Речовина, яка має більшу масу, має більшу густину.

Завдання. З дослідів відомо: 2 см³ льоду мають масу 1,8 г, 5 см³ води мають масу 5 г. З якої речовини - льоду чи води - тіло буде мати більшу масу при умові, що тіла мають однакові об’єми?

- Що треба порівняти для знаходження відповіді на питання задачі?

- Як знайти масу речовини, що займає одиницю об’єму?

Отже, щоб розв’язати задачу, треба порівняти відношення мас льоду і води до їх об’єму.

Розв’язується задача:

m₁ = 1,8 г

V₁ = 2 см³

m₂ = 5 г

V₂ = 5 см³

Отже, тіло, яке виготовлене з води, має більшу масу, ніж тіло з льоду.

Завдання. Чи може відношення маси тіла, що складається з даної речовини, до його об’єму, визначати густину цієї речовини?

Маса тіла, яке складається з даної речовини, прямо пропорційна його об’єму. Це означає, якщо взяти, наприклад, лід, об’єм якого буде у 5 разів більший, то і маса цього льоду буде у 5 разів більша, а відношення маси до об’єму залишається тим самим.

Таким чином, для кожної речовини, при одних і тих самих умовах, відношення маси до об’єму є величина стала. Це відношення не залежить від того, якої маси або об’єму було обране тіло, що виготовлено з даної речовини.

Маса тіла, а, значить, і густина речовини, з якої виготовлене це тіло, буде більше у тому випадку, коли більше значення має відношення маси до об’єму.

Усе це вказує на те, що відношення визначає густину даної речовини.

Густина речовини - це фізична величина, яка дорівнює відношенню маси тіла, виготовленого з даної речовини, до його об’єму.

Якщо ввести позначення: - густина речовини, то .

Завдання. В яких одиницях у Міжнародній системі одиниць вимірюється густина речовини?

Повторюється, як визначити одиницю вимірювання. Отримують, що .

Встановлюють зв’язок: .

IV. Узагальнюються істотні ознаки поняття "густина речовини". Даються відповіді на питання, які визначають глибину розуміння даного поняття.

V. Розв’язується навчальна проблема.

Нагадується, що треба було знайти відповідь на запитання: як визначити масу тіла, не зважуючи його на терезах і не приводячи його у взаємодію з тілом відомої маси?

Наприклад. Чому дорівнює маса 2 м³ бензину?

Розповідається про існування довідкових таблиць для густини речовин і як ними користуватися.

Учитель демонструє, як розв’язати задачу.

VI. 1. Розв’язуються задачі.

2. Виконується лабораторна робота "Вимірювання густини речовини".

Цей же план діяльності використовується і під час введення інших фізичних величин, які визначаються за допомогою вже відомих учням величин. Але в кожному випадку треба враховувати особливості тих величин, що вивчаються.

Наприклад, поняття "сила струму" визначається відношенням електричного заряду, що перенесений через поперечний переріз провідника за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу.

Водночас, "сила струму" є основною в СІ і для вимірювання цієї фізичної величини використовується вимірювальний прилад "амперметр". Тому перша частина діяльності пов’язана з введенням властивості електричного струму - перенесення через поперечний переріз провідника електричного заряду, показом того, що цією властивістю відрізняються струми. Цей факт позначається терміном "сила струму", який, водночас, позначає фізичну величину. Вводиться одиниця вимірювання сили струму - ампер.

Тільки після цього використовується вказана структура діяльності.

 

99. Узагальнений план діяльності з вивчення видів сил.

Блок структурних елементів " Сила струму " складається з таких тверджень:

1. Електричні струми відрізняються одні від одних тим, що через поперечний переріз провідника за однаковий час переноситься різний електричний заряд. Про це у фізиці говорять, що електричні струми відрізняються "силою струму".

2. Про силу струму можна судити за дією електричного струму. Чим більша дія електричного струму, тим більша сила струму. Тому для вимірювання сили струму, вибору її одиниці можна використовувати будь-яку дію струму.

У Міжнародній системі одиниць сила струму вимірюється в амперах. Одиниця сили струму визначається взаємодією провідників із струмом.

3. Для того, щоб порівнювати сили струмів, порівнюють відношення заряду, який переноситься через поперечний переріз провідника за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу.

4. Сила струму - це фізична величина, яка дорівнює відношенню заряду, що переноситься через поперечний переріз провідника за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу.

Якщо позначити силу струму буквою І, то .

5. Прилад для вимірювання сили струму - амперметр.

Схематично логіку введення поняття "сила струму" можна подати у такому

вигляді:

І. Повторюється, що учням відомо про електричний струм.

Якщо під час проходження електричного струму по провіднику через поперечний переріз провідника носії струму переносять електричний заряд, то виникає питання: як визначити, яка кількість заряджених частинок - носіїв струму - проходить через поперечний переріз провідника за певний проміжок часу?

ІІ. Демонструється дослід. Складається дві однакові електричні схеми: послідовно з’єднані випрямляч, частина нікелінової (або іншої) спіралі, вольтаметр (посудина з розчином мідного купоросу, в якому розміщені два вугільних електроди).

Струм у колах набагато відрізняється за силою струму. Наприклад, в одному колі І = 1 А, у другому І = 10 А.

Спостерігаючи за нагріванням спіралі й кількістю міді, що відкладається на вугільних електродах, приходять до висновків, які відображені у перших двох твердженнях блоку структурних елементів.

ІІІ. Розв’язуючи пізнавальні завдання, які відповідають узагальненому плану діяльності, вводять останні ознаки поняття "сила струму".

IV. Узагальнюється зміст поняття.

V. Розв’язується навчальна проблема.

VI. Розв’язуються практичні задачі і вивчається вимірювальний прилад за схемою, що була розглянута раніше і відповідає прямим вимірюванням фізичних величин (вивчається прилад, демонструються правила користування ним, виконується фронтальний дослід, виконується лабораторна робота).

Введення поняття " напруга " також має особливості у змісті перших двох етапів структури циклу процесу навчання.

Навчальна проблема вимагає вибору об’єкта, який відповідає певним умовам.

Це пов’язано з тим, що учням не відомий факт, який полягає в тому, що електричний струм виконує роботу, і тому не можна формулювати навчальну проблему, в якій треба визначити роботу струму .

Після формулювання проблеми спочатку треба довести, що електричний струм виконує роботу і струми відрізняються цією властивістю одні від одних. Це є підставою для введення поняття про "напругу".

Блок структурних елементів "Напруга" складається з таких тверджень:

1. Електричні поля відрізняються одні від одних тим, що для перенесення однакового електричного заряду між двома точками електричного поля вони виконують або можуть виконати різну роботу. Про це у фізиці говорять, що електричні поля відрізняються напругою, яка створюється між двома точками електричного кола.

2. Для того, щоб порівнювати напруги між двома точками електричного кола, порівнюють відношення робіт, що виконуються щодо перенесення заряду, до цього заряду.

Якщо позначити напругу буквою U, то .

3. У Міжнародній системі одиниць напруга вимірю-ється у вольтах.

4. Приладом для вимірювання напруги є вольтметр.

Схематично логіку введення поняття "напруга" можна подати у такому вигляді:

І. Демонструється дослід. До батарейки від кишенькового ліхтарика по черзі під’єднують електричні лампи однакового розміру, але розраховані на різні напруги. Спостерігають, що вони світяться по-різному.

Виникає питання: як узнати, яку з цих ламп, однакових за зовнішнім виглядом, треба підібрати, не під’єднуючи їх до джерела струму?

ІІ. Демонструється дослід. До джерела струму за допомогою провідників під’єднують частину спіралі з великим питомим опором.

Після обговорення приходять до висновків: нагрівання провідника - збільшення його внутрішньої енергії - не відбувається шляхом теплопередачі, тобто залишається один шлях - електричний струм виконує роботу. Роботою електричного струму називають роботу електричного поля, під дією якого відбувається упорядкований рух заряджених частинок у провіднику.

Демонструється дослід. Складають два однакових електричних кола, кожне з яких складається: з джерела струму, амперметра, електролампи. Електролампи розраховані на різні потужності. Спостерігають, що при однаковій силі струму лампи світяться по-різному. Отже, струми відрізняються одні від одних тим, що при однаковій силі струму, тобто для перенесення однакового електричного заряду, виконують різну роботу. Про це у фізиці говорять, що струми відрізняються напругою. Щоб розв’язати задачу, треба знати, на яку напругу розрахована лампа, тобто напругу треба розглядати як фізичну величину

Останні етапи визначаються узагальненим планом діяльності, а останній етап аналогічний тому, що у структурі з вивчення "сили струму".

Поняття електричного опору також можна було б ввести з метою розв’язку навчальної проблеми: Як визначити силу струму, не використовуючи амперметр? Тобто повністю застосувати узагальнений план діяльності. Але вираз являє собою зміст іншого компонента шкільного курсу фізики - фізичного закону, для якого існує власна логіка введення, що визначає зовсім інший план діяльності. Тому зміст циклу процесу навчання має особливості.

І. Демонструється дослід. Електричне коло складається з джерела струму, амперметра, провідника, до якого під’єднаний вольтметр. Замість одного провідника по черзі вмикають інші провідники і демонструють, що при однаковому значенні напруги на кінцях провідників сила струму в них різна.

Виникає питання: який провідник треба взяти, щоб при напрузі на його кінцях 2 В по ньому проходив струм силою 1 А?

ІІ. Повертаючись до дослідів, що були показані, аналізуючи їх, приходять до висновку, що провідники впливають на проходження по ним електричного струму. Про це говорять, що вони мають електричний опір, або просто опір. З дослідів випливає, що різні провідники мають різний опір і для того, щоб відповісти на запитання, треба знати, як пов’язані між собою опір, сила струму і напруга на кінцях даного провідника. Тобто опір треба розглядати як фізичну величину, яка характеризує властивість провідників впливати на проходження по ним електричного струму, обмежуючи силу струму.

ІІІ. Демонструється дослід. Змінюючи напругу на кінцях одного і того ж провідника, вимірюючи силу струму, приходять до висновку, що для даного провідника відношення є величина стала. Це відношення характеризує властивість провідника, тому що: 1) воно не залежить від напруги і сили струму; 2) для даного провідника воно має конкретне значення, для різних провідників - числове значення різне; 3) при U = const різним відповідає різна І.

Дається визначення опору. Вводиться одиниця вимірювання. Після цього діяльність продовжується за загальною схемою.

Конкретизувати узагальнений план діяльності можна і для групи однорідних фізичних величин, наприклад, для введення понять ²Сила. Види сил.² (сили тяжіння, пружності, тертя, сили Архімеда, сили Ампера, сили Лоренца).

Узагальнений план діяльності під час вивчення виду сили:

І. Навчальна проблема.

Повторюється, що учні знають про силу. Наводяться приклади взаємодії тіл, які вказують, що швидкість одного з тіл змінюється, або, незважаючи на дію відомої сили, тіло знаходиться у стані спокою. Це вказує на існування деякої невідомої сили.

Виникає питання: Як описати і графічно зобразити цю силу?

ІІ. Планування наступної діяльності

Пригадують, що треба знати про будь-яку силу (природу, точку прикладання, її напрям, як знайти значення сили), тим самим визначається що треба з’ясувати.

ІІІ. Виконання плану

Завдання. Яка природа сили, що вивчається?

Пояснюється вид взаємодії або її механізм і дається визначення виду сил, видовою ознакою якого є вказівка на вид взаємодії.

Завдання. До чого прикладена і куди напрямлена сила?

Виділяють тіло (його частини), зміна швидкості або рівновага якого розглядається, що і визначає точку прикладання сили.

Напрямок сили визначають за однією з таких ознак: характером зміни швидкості; за напрямом сили, що зрівноважує дану силу.

Завдання. Як знайти значення сили?

Можливі такі способи розв’язування цього завдання:

1. Експериментально встановлюється, що для даної взаємодії відношення значення сили, що вивчається, до пов’язаної з нею вже відомою величиною є величина стала. Дається назва величини, яка дорівнює цьому відношенню. З цього відношення отримують формулу для знаходження модуля сили (Наприклад, ).

2. Експериментально встановлюється, що модулі відомої і невідомої сил рівні. Визначають відому силу через інші величини. Отримують формулу для обчислення значення сили, що вивчається (Наприклад, сила Архімеда дорівнює вазі рідини, в об’ємі зануреної в неї частини тіла).

3. Експериментально встановлюється зв’язок даної сили з іншими величинами (Наприклад, сила Ампера).

4. Формулу для визначення значення сили отримують шляхом математичних викладок (Наприклад, сила Лоренца).