Анализ лабораторной работы по теме ИНЕРТНОСТЬ

Обрывание нити под гирей, Ломание дощечки в бумажных кольцах

Лабораторный опыт 1.

Видеодемонстрация опыта   http://genphys.phys.msu.ru/rus/lecdemo/Mech/index.php

2.1.3. Обрывание нити под гирей

Цель: изучить особое динамическое свойство тела – инертность.

Приборы и оборудование: штатив, две нити, гиря

Ход демонстрации.

Собираем прибор, согласно рисунка 1.

Рис. 1

Разобьем проведение опыта на две фазы.

Первая фаза опыта.

К штативу на нити подвешивают гирю. Снизу к гире привязывают точно такую же нить. Демонстратор, взявшись за нижнюю нить, резко дергает её вниз. Нижняя нить обрывается. ... Рис.1.1

   или  

Рис. 1.1

Вторая фаза опыта

Демонстратор медленно тянет за нижнюю нить. При таком
воздействии обрывается верхняя нить. Рис 1.2

    или

Рис 1.2

Результат опыта

Если дёрнуть нижнюю нить резко, тяжёлая гиря, обладающая большой инертностью, не успевает набрать хоть какую-то скорость (сохраняя скорость, равную нулю) и остаётся на месте. Нижняя же нить успевает деформироваться и порваться. Если же потянуть нижнюю нить медленно, её деформация происходит также медленно, гиря за это время успевает сместится немного вниз, а верхняя нить легко разрывается.

Вывод – в зависимости от характера внешнего воздействия
обрывается либо верхняя, либо нижняя нить.

Объяснение эксперимента.
Прочность нитей такова, что они, безусловно, выдерживают силу
равную силе тяжести гири и рвутся при дополнительном воздействии.
Иными словами прочность нити равна

 

где m -масса гири,

F_ВН - внешняя сила. Если внешнее воздействие F_ВН будет превышать прочность нити Т, нить оборвется.

В первом случае, при резком воздействии, внешняя сила приложена только к нижней нити, поскольку гиря при таком воздействии сохраняет состояние покоя и это внешнее воздействие не предается к верхней нити (см. рис. 1. 1)
Второй закон Ньютона в импульсной форме имеет вид:

При кратковременном воздействии (∆t пренебрежимо мало) импульс силы также пренебрежимо мал, а, следовательно, пренебрежимо мало изменение импульса массивной гири. Она остается в неподвижности. Внешняя сила будет в этом случае приложена только к нижней нити. Результат - нижняя нить рвется.
Внешняя сила в этом случае больше прочности нити Т, и, тем не менее, верхняя нить не разрывается, поскольку на неё действует только сила тяжести mg.
Если медленно тянуть за нижнюю нить (см. рис. 1.2), данная сила длительное время воздействует на гирю. Гиря изменяет своё механическое состояние, а именно, приобретает импульс и начинает смещаться вниз, дополнительно натягивая нить. Натяжение верхней нити увеличивается. Достигнув предела прочности нити Т – верхняя нить обрывается.

Вывод – в зависимости от характера внешнего воздействия обрывается либо верхняя, либо нижняя нить.

 Объясняется это инертностью тела

Данный опыт (демонстрация = наглядность) наглядно показывает и объясняет понятие массы и инертности, а также согласовывается с формулировкой второго закона Ньютона в импульсной форме.

Лабораторный опыт 2.

Видеодемонстрация опыта

2.1.2. Ломание дощечки в бумажных кольцах

Цель: знакомство с новым физическим явлением - инерцией

Объяснение этого опыта то же, что и предыдущего: удар настолько краток, что не только бумажные кольца, но даже и концы ударяемой палки не успевают получить никакого перемещения; движется только та часть палки, которая непосредственно подвергалась удару, и палка переламывается. Секрет успеха, следовательно, в том, чтобы удар был быстр, отрывист. Удар медленный, вялый не переломит палки, а разорвет бумажные кольца.

В этих двух опытах было общее физическое явление – свойство тела: инерция тел.

НАГЛЯДНОСТЬ - ЗОЛОТОЕ ПРАВИЛО ДИДАКТИКИ

1.     Цели постановки демонстрации.

НАГЛЯДНОСТЬ характеристика научных знаний, связанная с возможностью представления изучаемых объектов и явлений в образной, чувственно воспринимаемой форме.

В данной лабораторной работе слова «демонстрация» и «опыт» - синонимы.

Опыт – воспроизведение какого-либо явления или наблюдение нового явления в определенных условиях с целью изучения, исследования; то же, что эксперимент.

Демонстрация — это показ учителем физических явлений и связей между ними; она предназначена для одновременного восприятия учащимися всего класса.

Демонстрационные опыты способствуют созданию физических представлений и формированию физических понятий; они конкретизируют, делают более понятными и убедительными рассуждения учителя при изложении нового материала, возбуждают и поддерживают у школьников интерес к предмету.