Интегрированный урок по физике и информатике в 10-м классе по теме "Решение физических задач методами информатики"

Разделы: Физика, Информатика

Цели урока:

Образовательные:

  • повторить элементы знаний: внутренняя энергия и способы её изменения, формулы для вычисления КПД тепловых двигателей; расчёт КПД опытной установки теплового двигателя; понимание физических основ протекания термодинамических процессов;
  • отработать навыки создания графиков, повторить и систематизировать знания при работе с Мастером диаграмм;
  • повторение и обобщение знаний по теме «Технология обработки числовой информации».

Развивающие:

  • способствовать развитию коммуникативно-технических умений, умений оценивать результаты выполненных действий, применять полученные знания при решении задач различной направленности, развитие алгоритмического мышления, памяти;
  • обучение приемам и способам переноса знаний из одной предметной области в другую.

Воспитательные:

  • способствовать развитию познавательного интереса, логического мышления, внимательности, самостоятельности, ответственности, информационной культуры;
  • содействовать экономическому и экологическому воспитанию учащихся путём рассказа о работе тепловых двигателей.

Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний, умений и навыков, комбинированный, интегрированный (информатика).

Вид урока: урок-практикум, анализ ситуаций, практических работ.

Метод обучения: метод исследовательских заданий.

Форма обучения: коллективная, индивидуальная.

Приёмы обучения: инструктивно-практический, объяснительно побуждающий, частично-поисковый.

Технология: проблемно-исследовательская, элементы игровой технологии.

Структура урока: актуализация опорных знаний, формирование умений и навыков, закрепление приобретённых навыков.

Оборудование: ПК – Pentium IV-3GHz, операционная система Windows XP, лицензионный пакет MS Office, приложение Excel, среда Pascal, конспект или методичка, карточки с заданием, кроссворды по теме, электронная таблица на ПК, презентация, интерактивная доска.

Ход урока

I. Организационный момент (5 мин). Приветствие.

Учитель информатики: Добрый день! У меня растут года, будет мне 17, кем работать мне тогда, чем мне заниматься? Многие из вас по окончании школы поступают в Казанские ВУЗы, где необходимы знания многих научных дисциплин, в том числе физики и информатики, поэтому мы сегодня попробуем объединить ваши знания в этих двух областях науки.

Объявление темы (решение физических задач методами информатики) и задач урока (сформировать умения и навыки создания программ с использованием циклов, вспомнить правила создания графиков в Excel. Ближайшая задача – подготовится к контрольной работе, повторить базовые знания по созданию программ в Pascal).

Учитель физики: Сегодня у нас необычный урок, сегодня на уроке мы будем применять ваши знания из области информатики, для решения физических задач. Урок пройдёт в несколько этапов:

  • «Информационно-измерительная техника и технологии».
  • «Теплофизика».
  • «Электрические и электронные аппараты».
  • «Информационно-технологическая лаборатория».
  • «Инженерная защита окружающей среды».

II. Актуализация опорных знаний (15 мин).

Учитель информатики: Выбирая профессию ребёнок, в первую очередь смотрит на профессию своих родителей. Ваши родители в основном работают на предприятиях нашего города. Одним из таких предприятий является Заинская ГРЭС (Выступление 1-го ученика с презентацией 1 (приложение 5) о Заинской ГРЭС).

Учитель физики: Ребята, решившие пойти работать на ГРЭС, поступают в КГЭУ – Казанский Государственный Энергетический Университет. Слово предоставляем эксперту по этому вопросу (2-й эксперт с презентацией 2 (приложение 6) о КГЭУ).

Учитель информатики: Представьте, что вы находитесь на совещании руководства ТатЭнерго, по кадровому вопросу. Вам надо выяснить уровень подготовки будущих работников Заинской ГРЭС и сделать вывод. Перенесемся в стены Казанского Государственного Энергетического Университета, и представим, что вы являетесь студентами факультета приборостроения по специальности: «Информационно-измерительная техника и технологии». Как вы думаете, что изучают студенты этого факультета? Какие задачи им приходится решать?

«Информационно-измерительная техника и технологии».

К доске вызывается 1 ученик:

1-е задание. Собери программу. (Из готовых операторов на интерактивной доске собираем программу).

Programназвание программы;

Varпеременные и типы;

Begin

Readln (данные);

Тело программы;

Writeln(результат);

End.

Вопросы для учащихся:
1. Какие процессы мы называли циклическими? (Процессы, в которых ряд действий повторяются многократно по одним и тем же математическим зависимостям, называются циклическими).

2. Какие действия необходимы при организации циклов?

(При организации циклов необходимо:

  • определить параметр цикла и его начальное значение;
  • изменять значение параметра цикла на каждом шаге цикла;
  • проверка на выход из цикла).

3. Какие виды циклов вы знаете? (Цикл с параметром и цикл по условию).

4. Записать цикл с параметром.

FOR

i: = А

TO

В

DO

P

(для)

 

(до)

 

(выполнять)

 

где i– параметр цикла;

А, В – его начальное и конечное значение;

P– простой оператор, если составной, то используем операторные скобки BeginPend;

I, А, В – переменные или константы целого типа.

Шаг изменения i– равен 1.

Если K<N, т.е. имеем дело с циклом с отрицательным шагом: (-1).

FOR i: =В DOWNTO А DO P

5. Записать цикл по условию.

WHILE<условие> DOP;

где P – простой оператор, если составной, то используем операторные скобки BeginPend;

По этому оператору проверяется <условие> и, если оно выполняется, то выполняется – P, после чего опять проверяется <условие> и т. д.

Итак, P– выполняется до тех пор, пока выполняется <условие>.

Если условие ни разу не выполнилось, P– игнорируется, управление передается следующему оператору.

2-е задание. По готовой таблице построить график

х

y

z

-10

-1000

100

-9

-729

81

-8

-512

64

-7

-343

49

-6

-216

36

-5

-125

25

-4

-64

16

-3

-27

9

-2

-8

4

-1

-1

1

0

0

0

1

1

1

2

8

4

3

27

9

4

64

16

5

125

25

6

216

36

7

343

49

8

512

64

9

729

81

10

1000

100

III. Подготовка к восприятию самостоятельных заданий (15 мин).

Учитель физики: Молодцы! Вы показали хорошие знания по информатике, а теперь заглянем в аудиторию, где занимаются студенты, обучающиеся на отделении «Теплофизика». (Демонстрация интерактивного опыта).

Учитель физики: Мы рассмотрели простой опыт, попробуйте его объяснить (в пробирку наливаем немного воды, затем плотно ее закроем и нагреем до кипения).

  • Объясните, пожалуйста, что же произошло? (Энергия топлива перешла в процессе нагревания во внутреннюю энергию пара, а затем пар, расширяясь, совершил работу – поднял и выбросил вверх пробку).
  • Что называется внутренней энергией тела? (Энергия движения и взаимодействия частиц).
  • Назовите способы изменения внутренней энергии. (Теплопередача и совершение работы).
  • Что явилось рабочим телом в рассмотренном нами опыте? Что заставило вылететь пробку? (Рабочее тело – пар, он расширившись, совершил работу).
  • На что похоже данное устройство? (Похоже на тепловой двигатель).
  • Что называют тепловым двигателем? (Устройство, совершающее работу за счёт использования внутренней энергии топлива).
  • Какие виды тепловых двигателей вы знаете? (Паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, газовая и паровая турбины, реактивный двигатель).

Мы убедились в значимости физических знаний в вашей будущей профессии. Закрепим полученные навыки при решении различных физических задач. Выберем эксперта, который будет отвечать на наши вопросы. (К доске вызывается ученик).

Задача 1. Определить КПД идеальной тепловой машины, если температура нагревателя 1270С, а температура холодильника 170С. Посмотреть зависимость КПД от температуры холодильника.

a) Решим задачу используя физическую формулу.

Дано:

Тнагр = 400 К

Тхолод = 300 К

Найти: КПД – ?

Решение:

КПД= 

Учитель информатики: Как вы думаете, как будет зависеть КПД от температуры холодильника? Давайте это проверим.

в) Решим эту задачу, используя информационные технологии: Самое выгодное – использовать программу Excel.

Тнагревателя

Тхолодильника

КПД, %

400

300

25

400

301

24,75

400

302

24,5

400

303

24,25

400

304

24

c) А теперь давайте напишем Программу ProgramKPD;

VarTn,Tx: integer; KPD:real;

Begin

Writeln (‘введи температуру нагревателя’);

Readln (Tn);

For Tx:= 300 to 304 do

Begin

KPD:=(Tn-Tx)/Tn*100;

Writeln (‘Tx=’,Tx, ‘KPD=’,KPD);

End;

End.

Молодцы! Все успешно справились с данными задачами. А сейчас мы с вами заглянем на кафедру, где студенты обучаются по специальности «Связь с общественностью».

Физкультминутка: проводит студент специальности «Связь с общественностью», на доске тренажер для глаз.

Учитель физики: студенты специальности «Электрические и электронные аппараты», изучают всё, что связано с электричеством.

Задача 2. Построить график зависимости силы взаимодействия двух точеных зарядов q1=1·10-9 Kл и q2=2·10-9 Kл от расстояния r между ними в интервале от r1 = 2 см до 10 см через каждые 2 см. Среда воздух.

Дано:

q1=1·10-9 Kл

q2=2·10-9Kл

r1=2 см

r2=10 см

е=1

Fk= Fk (r) – ?

Решение:

Запишем формулу, выражающую зависимость силы Кулона Fk от расстояния r между зарядами, т.е. закон Кулона

Значит

Посмотрим зависимость силы от расстояния, решив задачу в Excel.

Заполним таблицу.

r, м

F, Н

0,02

4,5E-05

0,04

1,1E-05

0,06

5,0E-06

0,08

2,8E-06

0,1

1,8E-06

Учитель информатики: давайте посмотрим, как студенты этой специальности могут программировать, напишем программу.

Паскаль

ProgramKPD;

Var q1,q2,e,e0,R,F: real;

Begin

q1:=1e-9; q2:=2e-9; e:=1; e0:=8.85* exp(-12*ln(10));

R:=0.02;

While r<=0.1 do begin

F:= (q1*q2)/(4*3.14*e0*e*SQR(R ));

Writeln(‘R=’,R, ‘ F=’,F);

R:=R+0.02;

End;

End.

«Информационно-технологическая лаборатория».

Задание 3. Тест на компьютере (10 мин) Для тех, кто справился с заданием, предлагаем занимательное задание «Разгадай ребус» (приложение 2).

IV. Выполнение индивидуальной практической работы на ПК (25 мин) 2-й урок.

Учитель информатики: Сейчас вы попадёте в «Информационно-технологическую лабораторию», вам необходимо выполнить индивидуальную практическую работу по вариантам, первый справившийся с работой, будет являться ведущим специалистом и поможет преподавателям в проверке остальных работ. (Приложение 1).

Учитель физики: Давайте заглянем на кафедру: «Инженерная защита окружающей среды». Как вы думаете, чем занимаются студенты на данном факультете?

Учащимся предлагается выполнить следующее задание.

V. Общее конкурсное задание «Юный экономист» (15 мин).

Решите задачу двумя способами: физическим и в Excel. (Приложение 3).

  • Какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива (мазута и газа) за сутки на Заинской ГРЭС, если известно, что работает шесть блоков. Расход топлива в среднем на один блок 40 тонн в час.
  • Какое количество цистерн необходимо в сутки, для работы тепловых турбин, если известно, что вместимость одной цистерны, поставляющей топливо на станцию, составляет примерно 60 тонн.
  • Какое топливо лучше выбрать для работы станции, чтобы получить выгоду и экономию финансов?

Цена:

1 тонны мазута

– 1800 рублей,

 

1 тонны газа

– 3700 рублей.

VI. Подведение итогов (5 мин).

Учитель информатики: Мы повторили базовые знания по темам: «Создание диаграмм», решение задач с использованием циклов, вспомнили закон Кулона, и нашли КПД. Теперь для вас не составит труда построить график и найти значение функции из любой предметной области: физики, химии и т.д. Возвращаясь к вопросу, заданному в начале урока, можем ответить: уровень подготовки будущих работников Заинской ГРЭС высокий, мы уверенны – будущее компании в надёжных руках. Подведение итогов урока: ученикам, показавшим хорошие знания материала и активно работающим на уроке, вручается сертификат. (Приложение 4).

VII. Домашнее задание: подготовится к контрольной работе по теме: «Создание программ с использованием циклов».

Задача: Струя пара выходит из сопла турбины со скоростью 500 м/с, затем, ударяясь о лопатки колеса турбины и отражаясь от них, изменяет свое направление. При этом возникает сила реакции, она действует на лопатки колеса и приводит его во вращение с линейной скоростью 180 м/с. Чему равна кинетическая энергия пара, затраченная на вращение турбины, если масса пара 1000 кг?