Pexeso – tuhost pružiny

Časová dotace:

             1 vyučovací hodina (35 minut)

             laboratorní měření žáků – 20 min

            práce s tabulkami a vzorci – 10 min

            nalezení odpovídajících si pružin – 5 minut

Pomůcky:

počítač (notebook, tablet…), sdílené úložiště (ke kterému mají přístup žáci i pedagog), online nasdílený tabulkový editor, soustava pro měření tuhosti pružiny (závaží, pružina, pravítko, stojan)

Vzdělávací cíle:

• aktivně pracuje v tabulkových editorech, vytváří v nich vzorce, pracuje s odkazem v tabulkovém editoru;
• zpracovává a sdílí data pomocí sdílených dokumentů.

Přínos využití digitálních technologií:

Pomocí digitálních technologií žáci vytváří sdílený datový soubor, se kterým následně pracují a využívají závěry z něj pro své studium. Vytváří v něm vzorce pro výpočet fyzikálních veličin a pro převody fyzikálních jednotek.

Teoretický předpoklad:

Tuhost udává míru změny délky vzhledem k velikosti vnější (deformační) síly.

Pro výpočet tuhosti pružiny (k) potřebujeme znát délku pružiny před deformací (l₀), velikost deformační síly (F) a délku pružiny při působení deformační síly (l₁).

                                      k = F/(l₁ - l₀)

Metodická poznámka:

Je nutné dát pozor na jednotky, se kterými žáci pracují. Veškeré jednotky délky je pro výpočet nutné udávat v metrech, hmotnosti v kilogramech a síly v N. Pro lepší odhalení chyb žáků je vhodnější, aby si žáci vše nejprve psali v rámci jednotek, ve kterých měří, a následně je převedli (žáci naměřili délku pružiny 10 cm, nejprve zapíší tento údaj a následně převedou na metry).

Popis vzdělávací aktivity:  

Jednotlivé skupiny obdrží sadu pro laboratorní měření, která bude obsahovat pružinu, sadu závaží, pravítko, stojan.

Pružiny v sadách volte tak, aby ve třídě bylo možné najít vždy odpovídající si dvojice pružin se stejnou tuhostí.

Cílem aktivity je, aby žáci z pokusu a výpočtu určili tuhost pružiny a našli ve třídě skupinu, jejíž pružina má stejnou tuhost.

Instrukce pro žáky:

Rozdělte se do skupin. Každá obdrží sadu na měření, ve které je pružina, metr, sada závaží, stojan. Sestavte nejprve měřicí aparaturu (sestavte stojan a zavěste na něj pružinu. Změřte její délku a hodnotu zapište do tabulky jako hodnotu l₀. Na pružinu zavěste závaží (pokus proveďte pro dvě různé hodnoty hmotnosti závaží), hmotnost zapište a určete sílu, jakou je pružina deformována (F = m × g). Z naměřených hodnot pomocí vzorců v online sdíleném tabulkovém editoru určete tuhost pružiny k.

Průběh žákovského měření:

První údaj, který žáci musí určit, je délka pružiny v klidovém stavu. Zavěsí pružinu na stojan a změří její délku bez působení deformační síly. V danou chvíli však žáci mají hodnotu, kterou sice zapíší do sdílené tabulky, ale je nutné ji převést.

Pro ilustraci – žáci naměřili hodnotu 10 cm. Pro další fyzikální výpočty však potřebují daný údaj v metrech. Žáci převod nebudou realizovat v hlavě nebo na papíře, ale v buňce tabulky vytvoří vzorec pro převod.

Následně žáci na pružinu zavěsí závaží a do tabulky zapíší délku pružiny se závažím a hmotnost závaží. I u těchto hodnot je nutné zapsat nejprve naměřenou hodnotu v centimetrech, gramech a převést ji pomocí funkcí do základních jednotek metrů a kilogramů.

Žáci dále vytvoří vzorec pro výpočet tuhosti (nezadají pouze hodnotu, ale vytvoří vzorec).

Na závěr jednotlivé skupiny vloží do výsledné tabulky opět nikoliv pevně dané číslo, ale odkaz na hodnotu, která odpovídá tuhosti jejich pružiny.

Následně žáci vyhodnotí výslednou tabulku a vytvoří dvojice skupin, které mají pružiny o stejné tuhosti.

Práce s chybou žáka

 Práce s chybou žáka bývá pro práci pedagoga značně komplikovaná, jelikož žáci se mohou dopustit v rámci řešení úlohy řady chyb. Především řady různých chyb, což je pro pedagoga velká výzva, jelikož musí být schopen na tyto chyby pohotově reagovat a řádně je pedagogicky a didakticky opravovat. V tabulce níže jsou uvedeny nejčastější chyby, kterých se žáci při této aktivitě dopouští, a možné opravy, či spíše ukázání správné cesty k výsledku, popřípadě ukázání, jak by si měl žák chybu odhalit a přijít na důvod, proč je daná hodnota z fyzikálního pohledu špatná.

Zkušenosti s použitím materiálu:

Aktivita byla realizována v rámci výuky. Výhodou bylo, že jsem měl při realizaci při ruce více pružin o různých tuhostech a mohl jsem na nich ukázat případné žákovské chyby – viz tabulka s chybami.