Zobrazit na úvodní stránce článků

Na začátek článku

Ikona prakticky

Netradiční laboratorní úlohy z fyziky

Ikona inspiraceIkona hodina
Autor: Jaroslav Koreš
Anotace: Dvě netradiční laboratorní úlohy z fyziky - pochopení principu křižovatky a měření reakční doby.
Podpora výuky jazyka: Čeština
Klíčové kompetence:
  1. Gymnázium » Kompetence k řešení problémů » rozpozná problém, objasní jeho podstatu, rozčlení ho na části
Očekávaný výstup:
  1. gymnaziální vzdělávání » Člověk a příroda » Fyzika » Fyzikální veličiny a jejich měření » měří vybrané fyzikální veličiny vhodnými metodami, zpracuje a vyhodnotí výsledky měření
Mezioborové přesahy a vazby: Nejsou přiřazeny žádné mezioborové přesahy.
Průřezová témata:
  1. Gymnaziální vzdělávání » Osobnostní a sociální výchova » Spolupráce a soutěž
  2. Gymnaziální vzdělávání » Osobnostní a sociální výchova » Poznávání a rozvoj vlastní osobnosti
Organizace řízení učební činnosti: Skupinová
Organizace prostorová: Školní třída, Vycházka do přírodního prostředí
Klíčová slova: měření fyzikální veličiny, fyzika

Součástí výuky fyziky v 1. a 2. ročníku na našem gymnáziu jsou 2 hodiny fyzikálních praktik týdně. Tyto hodiny naplňujeme jak praktickými měřeními, tak i teoretickými úlohami.

Tento rok jsem pro studenty 1. ročníku připravil nové úlohy, kterými jsem chtěl ukázat, že fyzika a fyzikální měření mají smysl a mohou být i zábavné. Podle reakcí studentů se domnívám, že se to alespoň trochu povedlo. K úlohám není potřeba žádné zvláštní vybavení.

1. úloha – pozorování světelné křižovatky

Velká část fyzikálního poznání vyplývá z pozorování jevů kolem nás, hledání souvislostí mezi nimi a ze snahy je popsat. Studenti by měli pochopit, že fyzikální zákony a poučky se neobjevily „z ničeho“, ale že vyplývají z pozorování. Častým argumentem studentů je, že oni „by na to nikdy nepřišli, protože na to nemají hlavu“. Proto, abych jim dokázal, že pozorovat a vyhodnotit jakýkoliv děj mohou i oni, a tak jim trochu zvedl sebevědomí, jsem pro ně připravil tuto úlohu.

Zadání je jednoduché. Na světelné křižovatce zjistit a) jaký je systém křižovatky, b) zda se děj pravidelně opakuje, c) měřit čas průjezdu v jednotlivých směrech, d) existují-li možnosti ovlivnění systému křižovatky.

Pozorování nám zabralo cca 20 minut. Za tu dobu studenti zjistili, jak křižovatka funguje – z pozorování světel odvodili „zákon křižovatky“. Naše křižovatka reagovala na stisk tlačítka pro chodce. Proto byli studenti ze začátku překvapení, že někdy auta nejela, i když „byla na řadě“. I pro mě bylo zajímavé pozorovat, jak jednotliví studenti pracují nebo reagují na mé otázky. Na závěr jsme si společně vysvětlili princip křižovatky. V diskuzi jsem se studentů zeptal, zdali bude křižovatka takto fungovat stále. Vzhledem k tomu, že světla může přepínat policista, mohou reagovat na povely z centrály policie a také mohou reagovat na to, zda je v určitém pruhu auto (snímače v silnici, v tomto případě nebyly), jsme zjistili, že náš popis vyhovuje pouze určitým podmínkám. Pro úplně přesný popis by bylo zapotřebí uvažovat výše uvedené vlivy. Stejně tak je to i s fyzikálními zákony a jejich objevováním a zpřesňováním (zákon zachování energie x zákon zachování mechanické energie, kinematika x speciální relativita).

Největším přínosem takové úlohy je nejen to, že si studenti vyzkouší induktivní metodu poznání, ale hlavně to, že se sami přesvědčí o tom, že jsou schopni pracovat „jako fyzikové“. Úlohu lze operativně realizovat i v rámci různých exkurzí a výletů. Pozorování nových křižovatek je výzvou jak pro žáky, tak i pro učitele. Možná bychom byli překvapeni, jak rychle se žákům podaří systém „vypátrat“.

Ukázka řešení je ve formě powerpointové prezentace uložena na konci článku.

2. úloha – měření reakční doby

I když je možné, že tato úloha je hodně rozšířená, rád bych ji popsal a hlavně rozšířil.

Reakční doba je, zjednodušeně řečeno, čas, který uplyne mezi impulsem a reakcí na něj. Typickým příkladem reakční doby je brzdění automobilu. Doba brzdění se skládá z reakční doby a doby samotného brzdění. Pokud řidič zaregistruje důvod k brzdění, uplyne mezi tímto vjemem a sešlápnutím brzdy právě reakční doba. Z tohoto důvodu musejí řidiči dodržovat bezpečnou vzdálenost (řidičům se doporučuje dodržovat buď vzdálenost mezi auty odpovídající polovině rychlosti automobilu, nebo 3sekundový interval).

Pozn.: a) Celková doba při brzdění je ovlivněna i rychlostí šíření impulzu v brzdném systému. b) Nedodržení bezpečné vzdálenosti mezi automobily je jednou z nejčastějších příčin autohavárií. c) Brzdná dráha závisí samozřejmě i na brzdovém systému automobilu (ABS, stáří...) a na materiálu povrchu vozovky a kol. d) Reakční dobu ovlivňuje mnoho faktorů, hlavně alkohol a ostatní drogy.

V úvodu praktik jsou studenti seznámeni s pojmy chyba měření, odchylka nebo metoda měření.

Vzhledem k tomu, že reakční doba je velmi malá, musíme vymyslet takovou metodu, kterou zjistíme i velmi malý čas. Při diskuzi se studenty narazíme na to, že pouhým měřením času (např. stisknutí stopek) do měření vnášíme chybu způsobenou právě reakční dobou. Proto musíme využít nepřímou metodu (budeme měřit jinou fyz. veličinu než čas) – měření délky. Využijeme pravítko, u kterého má měřený student připravenou ruku. Zjišťujeme, jakou vzdálenost pravítko překoná za časový interval mezi tím, kdy je puštěno a kdy jej proměřovaný student zachytil. Pravítko se pohybuje volným pádem. Ze změřené délky pohybu pravítka a hodnoty tíhového zrychlení si každý student spočítá vlastní reakční dobu. Měření opakujeme 10krát. Pak lze vypočítat průměrnou odchylku i relativní odchylku.

Měření je samozřejmě nepřesné – oproti reakční době, např. při brzdění auta, se na pravítko soustředíme. Proto jsme se rozhodli zjistit, který impuls nejvíce ovlivňuje reakční dobu – zvuk, hmat či zrak. Při první sérii měření studenti soustředěně pozorovali pohyb pravítka. V další sérii zavřeli oči a reagovali na hlasový pokyn. Potom studenti se zavřenýma očima reagovali na dotek. V poslední sérii se opakovalo první měření, ale student pouštějící pravítko se snažil nejrůznějšími podněty ovlivnit pozornost chytajícího studenta. Každé měření jsme opakovali 10krát. I když se v tomto případě dal těžko udržet relativní klid, studenti se bavili dobře. Na závěr vzájemně porovnali své výsledky. Zajímavé je porovnání výsledků aktivně sportujících žáků (např. brankářů) se zbytkem třídy.

I pojem odchylka se ukázal být důležitý – protože jednotlivé hodnoty byly různé, studenti počítali odchylky. Na tomto případě se dá jasně vysvětlit, jaký je rozdíl mezi relativní a absolutní odchylkou – i když nám vyšla absolutní odchylka 0,2 s (což je velmi malé číslo), v našem měření to znamená, že relativní odchylka byla 25 %, což je opravdu dost nepřesné. I když je počítání odchylek podle studentů zbytečností, na tomto případě jasně vidí, že má smysl.

Velkou výhodou fyziky je, že popisuje svět kolem nás, ke každému tématu lze najít praktický příklad. Laboratorní úlohy umožňují prakticky vyzkoušet a dokázat, že to, co se studenti učí, opravdu platí. Někdy jsou zapotřebí specifické a nákladné přístroje, jindy si vystačíme pouze s běžně dostupnými předměty. Vhodná volba úloh ukáže alespoň některým studentům, že fyzika je logický předmět, který má široké spektrum aplikací v reálném životě, a že k řešení fyzikálních problémů nám často stačí jen přemýšlet. A to jsem chtěl těmito úlohami ukázat.

Přílohy:
Anotované odkazy:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné anotované odkazy.
Přiřazené DUM:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné DUM.
Přiřazené aktivity:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné aktivity.
 
INFO
Publikován: 25. 01. 2011
Zobrazeno: 6905krát
Hodnocení příspěvku
Hodnocení týmu RVP:
Hodnocení článku : 3.16665

Hodnocení uživatelů:
Hodnocení článku : 5
Hodnotit články mohou pouze registrovaní uživatelé.

1 uživatel Hodnocení článku : 5
zatím nikdo Hodnocení článku : 4
zatím nikdo Hodnocení článku : 3
zatím nikdo Hodnocení článku : 2
zatím nikdo Hodnocení článku : 1
Jak citovat tento materiál
KOREŠ, Jaroslav. Netradiční laboratorní úlohy z fyziky. Metodický portál: Články [online]. 25. 01. 2011, [cit. 2019-07-18]. Dostupný z WWW: <https://clanky.rvp.cz/clanek/c/GJA/10037/NETRADICNI-LABORATORNI-ULOHY-Z-FYZIKY.html>. ISSN 1802-4785.
Licence Licence Creative Commons

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons.


Komentáře
1.Autor: Recenzent1Vloženo: 25. 01. 2011 15:56
Považuji příspěvek za velmi dobré propojení žákovských fyzikálních vědomostí s praktickým životem.
2.Autor: Recenzent2Vloženo: 25. 01. 2011 15:56
Netradiční úlohy z fyziky odvádějí studenty z laboratoře. Obě lze realizovat mimo budovu školy. Jejich zařazením lze doplnit a zpestřit výlet nebo exkurzi. Pozorování světelné křižovatky a rozklíčování děje, který zde probíhá studenty zaujme. Vždyť naprostá většina z nich je každý den účastníkem silničního provozu. A s bezpečností dopravy úzce souvisí i reakční doba, kterou se od sebe navzájem lišíme. Je velmi užitečné vyzkoušet na vlastní kůži, na čem tato doba závisí a jak lze reakční dobu ovlivnit. Výhodou obou úloh je, že jsou časově nenáročné a lze realizovat s běžnými pomůckami.
Vložit komentář:

Pro vložení komentáře je nutné se přihlásit.