Работа Чимбулатского карьера
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока объяснить физический смысл работы, мощности, энергии, давления и КПД на примере технологических этапов Чимбулатского карьера, а также решить не менее 3 расчётных и качественных заданий рабочего листа с обоснованием ответа.
- Сформировать умение определять условия совершения механической работы и применять формулы $A=Fs$, $N=\frac{A}{t}$, $p=\frac{F}{S}$ и $\eta=\frac{A_{пол}}{A_{затр}}\cdot100\%$.
- Развивать умение извлекать физическую информацию из производственного описания, выбирать существенные величины, анализировать утверждения и находить ошибочные.
- Формировать представление о связи физики с профессиями в горнодобывающей промышленности, безопасностью производства и рекультивацией земель.
- Организовать самооценку: каждый ученик определяет, какие понятия рабочего листа он может объяснить и применять самостоятельно.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к применению физических знаний в работе реального промышленного предприятия.
- Осознают значение точных расчётов для производительности, энергосбережения и безопасности труда.
- Понимают необходимость ответственного отношения к природе при добыче полезных ископаемых и рекультивации земель.
- Проявляют готовность к выбору задания и самостоятельной проверке результата.
- Уважительно аргументируют собственное мнение и учитывают ответы одноклассников.
Метапредметные
- Извлекают из текста рабочего листа данные о силе, пути, времени, энергии и площади опоры.
- Сравнивают производительность и мощность карьерных машин по заданным данным.
- Строят краткую модель производственной ситуации: известные величины, формула, вычисление, единица измерения, вывод.
- Работают в паре с рабочим листом, распределяют задания и представляют общий результат.
- Осуществляют самопроверку по эталону и корректируют ошибочные рассуждения.
Предметные
- Знать условия совершения механической работы и единицу работы в СИ — джоуль.
- Знать физический смысл мощности, её единицу в СИ — ватт, и связь мощности со временем выполнения работы.
- Уметь вычислять работу при постоянной силе, мощность, давление и КПД по соответствующим формулам.
- Уметь объяснять преобразования энергии при работе экскаватора, самосвала и дробилки.
- Уметь анализировать физические утверждения о технологических этапах добычи и переработки известняка.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную учебную задачу: научиться видеть физические величины в производственной ситуации.
- Осознают практический смысл изучения работы, мощности и энергии для будущей профессии.
- Оценивают собственную готовность применять формулы в новом контексте.
- Проявляют ответственное отношение к обсуждению экологических последствий добычи.
- Сохраняют учебную мотивацию при выполнении заданий разного уровня.
Регулятивные УУД
- Совместно формулируют цель работы с рабочим листом.
- Планируют решение расчётной задачи по алгоритму: данные — формула — вычисление — ответ.
- Контролируют единицы измерения и соответствие ответа условию.
- Сверяют решение с эталоном, находят и исправляют ошибку.
- Оценивают степень освоения понятий в конце урока.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки механической работы, мощности, энергии, давления и КПД.
- Классифицируют величины на необходимые и лишние для описания процесса.
- Устанавливают причинно-следственные связи между силой, перемещением, временем и результатом работы.
- Преобразуют текст производственной задачи в физическую модель.
- Используют формулы и логические рассуждения для проверки утверждений.
Коммуникативные УУД
- Формулируют ответ полным предложением и подтверждают его физическим законом.
- Распределяют роли в паре при работе с рабочим листом.
- Задают уточняющие вопросы о выборе формулы и единиц измерения.
- Представляют решение группы и отвечают на вопросы класса.
- Корректно обсуждают разные варианты ответа и аргументированно выбирают верный.
Подготовка учителя к уроку
- Распечатать рабочий лист «Работа Чимбулатского карьера» по одному экземпляру на каждого ученика и подготовить 4 дополнительных экземпляра для групповой работы.
- Подготовить карточки трёх уровней: базовые задания на выбор утверждений, расчётные задания и комплексную проверку утверждений.
- Вывести на доску или экран схему технологического цикла: добыча известняка — вывоз горной массы — дробление и сортировка — складирование — рекультивация.
- Заранее записать на доске формулы $A=Fs$, $N=\frac{A}{t}$, $p=\frac{F}{S}$ и $\eta=\frac{A_{пол}}{A_{затр}}\cdot100\%$.
- Подготовить стикеры трёх цветов для приёма «Светофор»: зелёный — понял, жёлтый — нужна подсказка, красный — требуется разбор.
- Подготовить таблицу-эталон для самопроверки заданий 1, 4, 5, 6, 9, 13 и 14 рабочего листа.
- Подготовить таймер на 3 минуты и маркеры для фиксации ответов групп на доске.
- Организовать рабочие места для пар или групп по 3–4 человека; обеспечить каждому ученику ручку и калькулятор при необходимости.
- На отдельном листе подготовить контрольные вопросы: «Когда совершается механическая работа?», «Что показывает мощность?», «Почему широкие шины уменьшают давление?».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и связать тему урока с реальной работой карьера.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране схему: «Добыча известняка — вывоз — дробление — сортировка — рекультивация. Сегодня мы будем рассматривать карьер не только как предприятие, но и как большую физическую систему. Проверьте, что на парте есть рабочий лист, тетрадь и ручка». | Проверяют готовность, записывают дату и тему урока: «Работа Чимбулатского карьера». Роли в паре распределяют как «читающий» и «проверяющий». По готовности показывают большой палец. |
3 мин | Учитель применяет приём «Крючок»: «Представьте, что самосвал перевозит 2 т известняка на 500 м, а экскаватор поднимает груз. Что физик сможет узнать об этих действиях? Только массу? Или ещё работу, мощность, энергию и давление? Запишите на полях рабочего листа одну величину, которую, по вашему мнению, можно измерить при работе карьера». | Индивидуально записывают предполагаемую величину, затем обсуждают её в паре. Формулируют ответы: «Можно измерить работу, мощность, энергию, силу, путь и время». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что каждый технологический этап можно описать физическими величинами. Теперь выясним, какие знания о работе и мощности уже помогут нам разобраться с рабочим листом».
Этап 2. Актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: восстановить определения и формулы, необходимые для решения заданий рабочего листа.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт задание 1 и обращается к классу: «Прочитайте четыре утверждения о механической работе. Не угадывайте по ключевому слову: проверьте, есть ли сила и вызывает ли она перемещение тела. Подчеркните верный вариант и объясните выбор соседу». | Отмечают утверждение «Работа совершается, если сила вызывает перемещение тела». В паре формулируют условие: «Должны действовать сила и происходить перемещение тела». Представляют ответ классу. |
3 мин | Учитель записывает на доске: «Механическая работа при постоянной силе: $A=Fs$. Мощность: $N=\frac{A}{t}$. Спросите себя: какая величина показывает скорость выполнения работы? Какая единица измерения мощности?». Учитель просит выполнить задания 2 и 4 рабочего листа. | Выбирают в задании 2 утверждения «Мощность показывает, как быстро совершается работа» и «Единица мощности в СИ — ватт». В задании 4 выделяют температуру как лишнюю величину для описания механической работы и мощности. Объясняют выбор. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Механическая работа совершается, если сила вызывает перемещение тела. $A=Fs$. Мощность показывает, как быстро совершается работа. $N=\frac{A}{t}$. Единица работы — джоуль, единица мощности — ватт».
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили, что работа связана с силой и перемещением, а мощность — с работой и временем. Но рабочий лист содержит и такие понятия, как энергия, давление и КПД. Определим, какую проблему нам предстоит решить».
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную задачу через анализ производственной ситуации.
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране утверждения из заданий 8 и 10: «Механическая энергия машины полностью исчезает без превращений»; «При дроблении известняка механическая энергия частично переходит во внутреннюю энергию и звук». Учитель спрашивает: «Могут ли оба утверждения быть верными? Что происходит с энергией на самом деле?». | Читают утверждения, голосуют карточками и объясняют: «Энергия не исчезает, а переходит из одного вида в другой; при трении часть энергии превращается во внутреннюю энергию, при работе дробилки возникает звук». |
2 мин | Учитель организует приём «Снежный ком»: «Сначала каждый запишите, чему нужно научиться, затем объединитесь в пары и выберите одну общую формулировку цели. В цели обязательно назовите расчёт или объяснение». Учитель фиксирует варианты на доске. | Индивидуально формулируют цель, затем обсуждают её в парах. Предлагают: «Научиться применять формулы работы, мощности, давления и КПД к работе карьерных машин и объяснять преобразования энергии». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Цель определена: мы не просто заполним рабочий лист, а проверим, как физические законы описывают реальные операции карьера. Начнём с понятий, которые объясняют движение и энергию машин».
Этап 4. Открытие нового знания по рабочему листу (9 мин)
Цель этапа: самостоятельно вывести связи между физическими величинами и этапами работы карьера.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель делит класс на группы по 3–4 человека и раздаёт задания 3, 7, 11 и 15 с кроссвордами: «Каждая группа получает один блок понятий. Ваша задача — восстановить определения по рабочему листу. Не просто вписывайте слова, а объясняйте, где это понятие проявляется в карьере. Например, путь — это длина траектории движения самосвала». | Решают кроссворд своей группы. Восстанавливают понятия: путь, мощность, сила, джоуль, работа, энергия, сила тяжести, ватт, скорость, количество теплоты, потенциальная и кинетическая энергия, КПД, дробилка, производительность, сопротивление, масса. |
3 мин | Учитель просит представителей групп по очереди назвать два понятия и связывает их с технологическими этапами: «Какая величина нужна, чтобы описать движение самосвала? Что характеризует работу дробилки за единицу времени? Какая энергия связана с поднятым ковшом?». На доске строит кластер «Работа карьера — физические величины». | Представители групп сообщают ответы: «Скорость и путь описывают движение», «мощность характеризует быстроту выполнения работы», «поднятый ковш обладает потенциальной энергией». Остальные дополняют кластер. |
2 мин | Учитель раздаёт задание 8: «Выберите лишнее утверждение и объясните, почему оно противоречит закону сохранения энергии. Затем определите две цепочки преобразований: топливо — двигатель — движение и электрическая энергия — двигатель — движение». | Выбирают утверждение «Механическая энергия машины полностью исчезает без превращений». Записывают: «Химическая энергия топлива превращается в механическую» и «Электрическая энергия двигателя превращается в механическую; часть механической энергии переходит во внутреннюю энергию и звук». |
Запись в тетрадях
Ученики записывают схему: «Энергия не исчезает, а преобразуется. При работе машины часть механической энергии может переходить во внутреннюю энергию из-за трения и в звук. Потенциальная энергия поднятого груза связана с его положением, кинетическая энергия — с движением».
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы связали понятия рабочего листа с реальными процессами: движением, подъёмом, дроблением и передачей энергии. Теперь проверим эти связи расчётом и научимся видеть физическую ошибку в готовом утверждении».
Этап 5. Первичное закрепление: расчётные задачи (9 мин)
Цель этапа: применить формулы работы, мощности, давления и КПД к данным рабочего листа.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель обращается к заданию 6: «Экскаватор поднял груз массой 200 кг на высоту 3 м. Примите $g=10$ Н/кг. Не перепутайте работу силы тяжести с произведением массы и высоты: сначала найдите силу тяжести. Запишите решение по алгоритму». | Записывают: $F_{тяж}=mg=200\cdot10=2000$ Н; $A=F_{тяж}h=2000\cdot3=6000$ Дж. Отмечают, что при подъёме работа силы тяжести направлена противоположно перемещению, а по модулю равна 6000 Дж. |
3 мин | Учитель предлагает задание 9: «Самосвал совершил работу 120000 Дж за 60 с, экскаватор — такую же работу за 40 с. Какая машина развивала большую мощность? Сначала оцените ответ словами, затем вычислите». | Вычисляют: $N_{с}=\frac{120000}{60}=2000$ Вт; $N_{э}=\frac{120000}{40}=3000$ Вт. Выбирают экскаватор и объясняют: «При одинаковой работе он затратил меньше времени». |
3 мин | Учитель предлагает задания 5 и 13: «Объясните, почему у самосвала широкие шины. Затем вычислите КПД дробилки, если полученная энергия равна 500 кДж, а полезная — 350 кДж. Следите за единицами и процентами». | В задании 5 выбирают ответ «Площадь опоры увеличивается, поэтому давление уменьшается». В задании 13 вычисляют: $\eta=\frac{350}{500}\cdot100\%=70\%$. Выбирают ответ «70%». |
Эталон решения
Задание 6: $F_{тяж}=mg=200\cdot10=2000$ Н; $A=F_{тяж}h=2000\cdot3=6000$ Дж. Задание 9: $N_{с}=120000/60=2000$ Вт, $N_{э}=120000/40=3000$ Вт; большую мощность развивал экскаватор. Задание 13: $\eta=350/500\cdot100\%=70\%$. В задании 5 используется формула $p=F/S$: при той же силе увеличение площади опоры уменьшает давление.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Расчёт показывает не только число, но и смысл процесса: меньший промежуток времени при той же работе означает большую мощность, а увеличение площади опоры уменьшает давление. Теперь каждый проверит себя без подсказки».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное умение применять знания к комплексной ситуации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель предлагает индивидуально выполнить задание 14: «Самосвал перевёз 2 т известняка на расстояние 500 м за 100 с. Сила сопротивления движению равна 400 Н. Проверьте четыре утверждения. Для каждого напишите “верно” или “неверно” и короткое обоснование формулой». Учитель напоминает: при равномерном движении сила тяги по модулю равна силе сопротивления. | Решают: $A=Fs=400\cdot500=200000$ Дж — утверждение 1 верно; $N=A/t=200000/100=2000$ Вт — утверждение 2 верно; утверждение 3 верно; при увеличении времени до 200 с мощность уменьшится до 1000 Вт, поэтому утверждение 4 неверно. |
3 мин | Учитель выводит эталон на экран и организует самопроверку: «Поставьте плюс за каждый верный вывод и отдельно отметьте ошибку в рассуждении. Если ошибка есть, не стирайте первоначальный ответ: рядом запишите исправление. Покажите цветную карточку». | Сверяют четыре утверждения с эталоном, исправляют ошибки. Поднимают зелёную карточку при самостоятельном понимании, жёлтую — если нужна подсказка, красную — если требуется повторное объяснение. Формулируют причину ошибки. |
Эталон решения
При равномерном движении $F_{тяги}=F_{сопр}=400$ Н. Работа: $A=Fs=400\cdot500=200000$ Дж. Мощность: $N=A/t=200000/100=2000$ Вт. При времени 200 с: $N=200000/200=1000$ Вт, поэтому мощность станет меньше в два раза.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы проверили комплексную ситуацию и увидели, что одна ошибка в выборе времени или силы меняет весь результат. Осталось связать расчёты с экологическим смыслом работы карьера и оценить собственное продвижение».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: обобщить изученное, выявить затруднения и определить дальнейшую индивидуальную работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает задание 10: «Определите истинность четырёх утверждений об экологии и физике. Помните: широкие шины уменьшают давление, а при дроблении энергия преобразуется. Обсудите только те пункты, в которых мнения в паре различаются». | Отмечают: 1 — истинно; 2 — ложно, так как при одинаковой силе увеличение площади уменьшает давление; 3 — истинно; 4 — ложно, потому что планирование связано с расчётом энергозатрат. Обосновывают спорные ответы. |
2 мин | Учитель проводит «Одноминутную бумагу»: «Запишите три короткие фразы: “Сегодня я понял…”, “Теперь я умею…”, “Мне нужно повторить…”. Затем ответьте на контрольный вопрос: почему экскаватор, выполнивший ту же работу за меньшее время, развивает большую мощность?». | Заполняют лист самооценки, отвечают: «Потому что мощность равна отношению работы ко времени, а при меньшем времени отношение больше». Сдают лист учителю или прикрепляют на доску. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: «Выберите уровень с учётом своей самооценки. На следующем уроке мы используем эти решения для обсуждения эффективности машин и полного производственного цикла». | Записывают выбранный уровень домашнего задания и контрольный вопрос для самопроверки. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы описали работу Чимбулатского карьера языком физики: через работу, мощность, энергию, давление и КПД. Вы научились не только выбирать ответ, но и подтверждать его расчётом или физическим объяснением».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены не менее 90% заданий рабочего листа, полностью решены задания 6, 9, 13 и 14, формулы записаны корректно, единицы измерения указаны, ответы обоснованы.
- «4» — верно выполнены не менее 70% заданий, расчётные задачи решены с не более чем одной арифметической или оформительской ошибкой, смысл мощности и давления объяснён правильно.
- «3» — верно выполнены не менее 50% заданий, правильно определены условия механической работы и направление основных преобразований энергии, но допущены ошибки в одном или двух расчётах.
- Ниже отметки «3» — выполнено менее половины заданий или отсутствует объяснение физических величин; ученик получает возможность исправить работу по алгоритму самопроверки.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о связи работы карьера с физическими величинами? | Выявление осознания практического смысла темы и связи с производством. |
Какую формулу вы сегодня применили увереннее всего? | Определение освоенных способов действия и степени готовности к переносу знаний. |
На каком шаге решения задания 14 возникло затруднение? | Выявление точки затруднения в выборе силы, пути, времени или формулы. |
Почему при той же работе увеличение времени уменьшает мощность? | Проверка понимания физического смысла формулы мощности, а не механического запоминания. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы увидели, что карьер — это большая система, в которой физические законы проявляются на каждом этапе: при движении самосвала, подъёме ковша, дроблении известняка и рекультивации. Главная типичная ошибка — подставить числа в формулу, не определив, какая сила и какое перемещение участвуют в работе. Проверяйте также единицы измерения и физический смысл результата. На следующем уроке мы продолжим анализировать эффективность машин и полный цикл производства».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить определения работы, мощности, энергии, давления и КПД. Решить 3 задания по образцу рабочего листа: одно на выбор верного физического утверждения, одно на вычисление работы $A=Fs$, одно на вычисление мощности $N=A/t$. | Закрепляет основные определения и алгоритм решения; при проверке обратить внимание на выбор формулы, единицы измерения и наличие вывода. |
Средний (повышающий) | Решить 4 задания по материалу урока: на давление широких шин, работу при подъёме груза, сравнение мощности двух машин и КПД дробилки. В каждом решении записать «дано», формулу, вычисление и ответ. | Формирует умение переносить знания на разные этапы работы карьера; проверить правильность преобразования единиц и процентного результата. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить собственную физическую задачу о самосвале, экскаваторе или дробилке, используя не менее трёх величин рабочего листа, решить её и добавить один вопрос о преобразовании энергии или экологическом эффекте рекультивации. | Развивает умение создавать модель производственной ситуации и аргументировать связь физики с безопасностью, эффективностью и охраной окружающей среды. |
