14 февраля 2016г.
В современном динамично развивающемся информационном обществе нужны, действительно, не столько знания, сколько умения добывать их и умение самостоятельно добытые знания применять во всевозможных ситуациях.
Кружковая работа – это совместная деятельность учителя и учащихся, направленная на поиск решения возникшей проблемы, проблемной ситуации.
Программа физического кружка решает проблему популяризации физико-математических знаний, углубить знания по отдельным разделам физики, привить практические навыки и умения к научно- исследовательской и творческой деятельности.
Кружковая деятельность способствует формированию физически грамотных учащихся, подготовки их к реальным условиям жизнедеятельности, выводит процесс обучения и воспитания из стен школы в окружающий мир.
Вот пример одного из научно-исследовательского проекта по физике в рамках работы физического кружка для учащихся 10-ого класса «Определение силы мышц ног человека».
Цель: рассчитать среднюю силу развиваемой мышцами ног во время прыжка в высоту с места для
учащихся 5-11 классов школы №167.
Задачи:
1. Развить умение отбирать, анализировать и систематизировать материал;
2. Совершенствовать навыки работы с разнообразными источниками информации;
3. Проводить анализ и планирование эксперимента;
4. Проведение измерений согласно инструкциям;
5. Используя формулы механики и знание второго закона Ньютона, рассчитать силу мышц, развиваемую ногами.
6. Провести вывод и рефлексию. Анализ и планирование эксперимента
При выполнении прыжка человек вначале приседает и его центр тяжести опускается на некоторое расстояние. В момент прыжка мышцы ног сообщают ускорение a1 , при этом они работают до того момента, пока человек не оторвется от пола. Затем тело человека под действием силы тяжести движется равнозамедленно с ускорением a2 = -g . Когда центр тяжести тела поднимется на максимальную высоту, скорость движения становится равной нулю.
Анализ показал, что необходимо измерить два расстояния:
- расстояние h1 , на котором тело человека движется с ускорением a1 ;
- расстояние h2 , на котором тело человека движется с ускорение a2 = -g .
Расстояние h1 определяется по разности координат центра тяжести в момент отрыва от пола y0 и в начале прыжка y1 .
Расстояние h2 равно разности координат центра тяжести в верхней точке траектории y2 и в начале прыжка y1 .
Проведение измерений
Хотя примерное расположение центра тяжести человеческого тела известно, измерение его координат во время прыжка затруднено. Поэтому используется следующий способ. Прыжок выполняется около стены.
1. Присев перед прыжком, учащийся делает на стене отметку мелом, который он держит на вытянутой вверх руке.
2. В момент достижения верхней точки прыжка делается вторая метка.
3. После приземления учащийся, встав на цыпочки, делает еще одну отметку.
Так как расстояние от кусочка мела до центра тяжести тела всегда остается приблизительно постоянным, то координаты сделанных на стене отметок отличаются от координат цента тяжести на одну и ту же величину, что эквивалентно переносу начала системы координат. При этом расстояния между отметками будут равны соответствующим расстояниям между положениями центра тяжести. Эти расстояния измеряются с помощью длинной линейки.
Скорость u0 одновременно является конечной для этапа равноускоренного движения с ускорением a1 .
Поэтому можно записать:
или, если учитывать выражение для u0 , а также то, что начальная скорость на данном участке u1 = 0 ,
Движение на первом участке происходит под действием двух сил: сил мышц Fм и силы тяжести Fт , направленных
в
противоположные стороны. Равнодействующая
сила
равна
из разности. Ее направление совпадает с направлением ускорения. Второй закон Ньютона в данном случае имеет вид:
Fм - Fт = ma1 Fм - mg = ma1
Отсюда для силы мышц получим следующую формулу:
Fм = mg + ma1
,
или, учитывая выражение для a1 , получим:
Для экспериментального подтверждения данной формулы, мы решили проверить соотношение силы мышц ног для учащихся 5-11классов.
В Табл.1 приведены результаты средних значений показателя для силы мышц ног. Представители класса, которые принимали участие - 30 человек.
Таблица 1
|
Класс
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
|
Средний показатель роста, м
|
1,40
|
1,48
|
1,55
|
1,60
|
1,66
|
1,73
|
1,77
|
|
Средний показатель веса,
кг
|
35
|
39
|
44
|
48
|
55
|
61
|
66
|
|
Средняя Fм , Н
|
343,35
|
420,85
|
539,55
|
612,14
|
728,40
|
837,77
|
938,8
|
Для наглядного представления статистических данных, была построена диаграмма, которая показывает явное увеличение силы мышц ног учащихся.
Кроме того,
эксперимент показал,
что среди учащихся
есть
и физически неразвитые,
соответственно Fм у них ниже среднего. В целом, порядка 38% учащихся только активно занимаются спортом, физически активны.
Пояснения к проведению измерений
Для нахождения траектории: h1 и h2 необходимо знать координаты центра масс (ЦМ) человека в разных точках - в начале прыжка, когда человек приседает y0 ; - в момент отрыва от пола (когда человек как бы на мгновение встает на цыпочки) y1 ;- в самой верхней точке траектории y2 .
Измерить координаты ЦМ во время прыжка практически невозможно. Поэтому измеряют координаты точки (кусочки мела в вытянутой руке), находящейся во время прыжка на одном и том же расстоянии b от ЦМ, то есть y0 + b,y1 + b, y2 + b.
Так как расстояние от кусочка мела до центра масс остается постоянным, то, на сколько смещается
центр масс, на столько же смещается и кусочек мела, а расстояния между отметками на стене будут равны искомым расстояниям h1 и h2 .
(y1 + b)- (y0 + b) = y1 - y0 = h1
(y2 + b)- (y1 + b) = y2
- y1 = h2
Вывод
1.
Выполняя научно-исследовательскую работу, мы вспомнили формулы кинематики и динамики;
2. Применяя необходимые формулы, произвели их анализ и рассчитали, как определяется сила мышц ног человека;
3. Сила мышц ног человека прямо пропорциональна массе человека, т.е. чем больше масса человека, тем больше сила мышц;
4. Сила мышц ног человека также зависит от того как высоко прыгает человек;
5.
Для экспериментального подтверждения формулы, мы решили проверить соотношение силы мышц ног для учащихся 5-11классов. С возрастом сила мышц ног у учащихся увеличивается, кроме того, выделяются физически развитые учащиеся с повышением среднего показателя силы мышц. Но таких учеников немного, примерно 38%.
Список литературы
1.
Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 496 с.
2.
Мэрион Джю Б. Общая физика с биологическими примерами.- М.: Высшая школа, 1996.- 623 с.
3.
Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики: Пособие для учителей.
- М.: Просвещение, 2004. – 128 с.
4.
Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физики: Учеб. Для мед. Спец. Вузов. – 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа. 1999. – 616 с.
5.
Роджерс Э. Физика для любознательных: в 3-х т. М.: Мир, 2001 – Т.3. – 664 с.
