Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / Конспект уроків з фізики для учнів І курсів
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Конспект уроків з фізики для учнів І курсів

библиотека
материалов

Розділ 1.КІНЕМАТИКА

Урок №1 Механічний рух та його види. Основна задача механіки та способи її розвязання в кінематиці. Фізичне тіло і матеріальна точка. Система відліку. Траєкторія руху.

Мета уроку: подача нових знань з теми: «Механічний рух та його види. Основна задача механіки та способи її розвязання в кінематиці. Фізичне тіло і матеріальна точка. Система відліку. Траєкторія руху.» (поняття про механічний рух та його види, основну задачу механіки та способи її розв’язання в кінематиці, фізичне тіло і матеріальну точку, система відліку і траєкторії руху та формул, а також їх застосування), умінь та навичок по вивченій темі; навчитись безпечній роботі з фізичними тілами;виховувати самостійність у застосуванні набутих знань, умінь та навичок; виховувати навички самоперевірки та раціонального використання часу, а також акуратність у виконанні контрольної роботи.

Тип уроку: урок-вивчення нового матеріалу.

Обладнання: підручник, слайди, плакати, лінійка, візок,годинник.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Фізичний диктант.

1. Які фізичні величини називають скалярними? Наведіть приклади.

2. Які фізичні величини називають векторними? Наведіть приклади.

3. Сформулюйте правила додавання та віднімання векторів, правило множення вектора на скаляр.

4. Якого правила необхідно дотримуватися, обчислюючи суму або різницю кількох результатів вимірювань? обчислюючи добуток або частку результатів вимірювань?

5. Що являє собою графік лінійної функції? Якими є правила його побудови?

6. Що являє собою графік квадратичної функції?

ІІ. Пояснення нового матеріалу.

Фізика розглядає різноманітні природні явища, з якими ви вже ознайомилися раніше, в основній школі: механічні, теплові, електричні, оптичні. У профільній школі будемо вивчати їх детальніше, враховуючи вже набуті вами знання з фізики і математики. Розпочнемо з розгляду механічного руху як одного з найважливіших для практики і найпростіших для сприйняття фізичних явищ.

Усі тіла навколо нас у будь-який момент часу мають певне розташування у просторі. Якщо з часом положення тіл змінюються, то кажуть, що тіла рухаються.

Механічний рух — це зміна з часом взаємного положення у просторі матеріальних тіл або взаємного положення частин даного тіла. Розділ фізики, в якому пояснюється механічний рух матеріальних тіл, а також взаємодії, які відбуваються при цьому між тілами, називають механікою. Термін «механіка» вперше ввів Арістотель, що в перекладі з грецької означає машина або пристрій.

Види руху: прямолінійний, криволініний і рух по колу.

Щоб вивчити рух тіла, треба дослідити, як змінюється його положення у просторі з часом, тобто вміти визначати його координати у будь-який момент. Так, астрономи, знаючи закони руху небесних тіл, можуть розрахувати з великою точністю, наприклад, появу в певний момент у певній ділянці неба комети.

Основна задача механіки полягає у визначенні положення тіла у будь-який момент часу.

Така задача має єдиний розв'язок тільки за конкретних початкових умов, тобто коли відоме початкове положення (координати) тіла і початкова швидкість його руху. Розв'язок основної задачі механіки математично подається у вигляді певної функції (залежності) координат тіла від часу.

У цьому розділі ми будемо досліджувати тільки просторові (геометричні) характеристики механічного руху тіла, його траєкторію, координати та швидкість, не враховуючи масу тіла та причини, які змінюють стан його руху.

Розділ механіки, в якому вивчають рухи матеріальних тіл без урахування мас цих тіл і сил, що на них діють, називають кінематикою.

Отже, щоб розв'язати основну задачу механіки, насамперед треба з'ясувати, які існують різновиди руху та їх характеристики.

Рух буває поступальний, обертальний і змішаний.

Найчастіше в житті ми спостерігаємо явище, яке називається механічним рухом. Наприклад, автомобіль їде дорогою, у небі пливуть хмари, дитина гойдається, Місяць обертається навколо Землі тощо. В усіх цих випадках відбувається зміна положення одного тіла або його частин відносно інших. Щоб установити це, треба обрати тіло відліку, відносно якого можна фіксувати положення рухомого тіла в будь-який момент часу. Тіло відліку обирається довільно. У наведених прикладах це може бути стовп або дерево біля дороги, будинок, поверхня Землі тощо. Щоб описати рух тіла, треба точно знати його місце перебування в просторі в будь-який момент часу, тобто вміти визначати зміну положення тіла в просторі відносно інших тіл з часом. Як відомо, найпростіше це можна здійснити за допомогою системи координат. Наприклад, зафіксувати «адресу» тіла як певне його положення в просторі, вимірявши відстані або кути в певній системі координат.

Так, у географії положення тіла на земній поверхні задається двома числами на перетині меридіана і паралелі, які називаються географічною довготою і широтою. У математиці «адресу» тіла найчастіше визначають за допомогою координат. Зокрема, у прямокутній (декартовій) системі координат на площині - це відстані х та у (мал. 1.1).

Сhello_html_m22d11d74.jpgистему координат, як правило, зв'язують з тілом відліку. Тоді рухоме тіло характеризується зміною положення тіла в просторі відносно тіла відліку, тобто зміною його координат у часі. Математично це записується так: х = х(і); у = у(і).

Щоб установити таку зміну в будь-який момент часу, з тілом відліку і системою координат необхідно пов'язати засіб вимірювання часу, наприклад годинник. Тоді тіло відліку, систему координат, пов'язану з тілом відліку, і годинник у сукупності називають системою відліку.

Як відомо, реальні фізичні тіла мають форму та об'єм, і тому задати їх положення в просторі не завжди можна однозначно, оскільки різні їх частини матимуть різні координати. Проте це завдання можна спростити, якщо не брати до уваги розміри тіла. Це можна робити лише за певних умов.

Щоб з'ясувати їх, розглянемо рух автомобіля. На значних відстанях, наприклад на шосе між Києвом і Харковом, розмірами автомобіля можна знехтувати, оскільки вони набагато менші за відстань, яку він проходить. Тому немає потреби розглядати особливості руху кожної з точок кузова автомобіля, вони будуть однаковими. У такому випадку його рух достатньо представити як рух однієї будь-якої його точки.

Отже, для спрощення опису руху фізичних тіл у випадках, коли їх роз міра ми за певних умов можна знехтувати, застосовують поняття матеріальної точки. Матеріальна точка - це умовне тіло, яке не має розмірів і визначає положення реального фізичного тіла в просторі координатами цієї точки. При поступальному русі, коли всі точки тіла переміщуються однаково, будь-яке тіло можна вважати матеріальною точкою.

Досить часто, крім рухомих тіл, ми спостерігаємо також і нерухомі, тобто такі, що перебувають у стані спокою. Проте в природі абсолютно нерухомих тіл не існує.

Розглянемо такий приклад. У вагоні на столі стоїть пляшка води (мал. 1.2). Під час руху потяга різні спостерігачі - пасажир у купе і проводжаючий, що перебуває на пероні, оцінять.

Матеріальна точка - це фізична модель, ідеалізація, за допомогою якої представляють реальне звичне тіло, нехтуючи його розмірами. Її геометричний образ - будь-яка точка тіла, яка не має розмірів.

hello_html_6cdb6102.jpg

Отже, стан спокою тіл є відносним, оскільки залежить від обраної системи відліку. Тому в подальшому ми в першу чергу визначатимемося з системою відліку, оскільки від її обрання нерідко залежить складність рівнянь, що описують рух. Як ми переконаємося під час розв'язування задач, правильний вибір системи веде до спрощення рівняння руху.

Розглянемо тепер рухоме тіло, послідовно фіксуючи його положення в певні моменти часу. Якщо сполучити всі точки, в яких послідовно перебувало тіло під час свого руху, то отримаємо уявну лінію, яка називається траєкторією руху. Траєкторія руху може бути видимою (слід від реактивного літака на небосхилі, лінія від олівця чи ручки під час запису в зошиті) і невидимою (політ пташки, рух тенісного м'яча тощо).

За формою траєкторії механічні рухи бувають прямолінійними і криволінійними (мал. 1.3). Траєкторія прямолінійного руху - пряма лінія. Наприклад, падіння кульки з певної висоти або рух візка по похилому жолобу. Під час криволінійного руху тіло переміщується за довільною кривою. Рух планет, політ м'яча, переміщення годинникової стрілки - це приклади криволінійного руху. Часто реальний рух тіл є комбінацією прямолінійного і криволінійного рухів. Так, переміщення автобуса за маршрутом є комбінованим: у ньому є і прямолінійні, й криволінійні ділянки.

hello_html_5b3d1bbb.jpg

V. Закріплення нового матеріалу.

Дайте означення механічного руху.

Наведіть приклади механічних рухів.

Що вивчає механіка?

У чому полягає основна задача механіки?

Що таке тіло відліку?

Що таке система координат? Які системи координат ви знаєте?

Що означає обрати систему відліку?

V. Підсумок уроку.

Домашнє завдання: вивчити конспект.













Урок №2 Рівномірний прямолінійний рух. Шлях і переміщення. Швидкість руху.

Мета уроку: дати учням поняття шляху, переміщення, прямолінійного руху та швидкості. Поглибити розуміння поняття рух, траєкторія;

навчити застосовувати вивчені формули на практиці – розраховувати шлях, переміщення, швидкість;

формувати наглядний зв’язок теорії з реальним життям, цим самим зацікавлюючи учнів до вивчення фізики.

Тип уроку: урок-вивчення нового матеріалу, комбінований урок.

Обладнання: підручник, лінійка, олівець демонстраційні відеоматеріали.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань:

  1. Що вивчає кінематика?

  2. У чому полягає основна задача механіки?

  3. Що таке механічний рух?

  4. Що називають системою відліку? Чим вона відрізняється від тіла відліку?

  5. По дорозі їдуть автомобіль і автобус з однаковою швидкістю. їх спідометри фіксують швидкість hello_html_m64fc3928.gif. Укажіть тіло відліку, відносно якого задана ця швидкість. Відносно якого тіла відліку швидкість автобуса дорівнюватиме нулю?



ІІ. Вивчення нового матеріалу

  1. Шлях і переміщення

З попереднього уроку ви вже знаєте, що таке траєкторія.

За траєкторією руху легко визначити шлях, пройдений тілом: досить виміряти довжину траєкторії між початком і кінцем руху. Шлях - це довжина траєкторії, яку описує тіло або матеріальна точка за певний час. Він позначається латинською літерою hello_html_mf81bf3e.gif. Ця фізична величина є скалярною, оскільки не має визначеного напряму і характеризується лише значенням пройденого шляху.

У Міжнародній системі одиниць (СІ) шлях вимірюють у метрах. На практиці використовують також інші одиниці шляху, кратні і частинні його похідні - кілометр (км), сантиметр (см), міліметр (мм) тощо.

Досить часто, щоб більш повно схарактеризувати рух тіла і знати нове його положення, крім пройденого шляху (довжини траєкторії), важливо вказати ще й напрям, в якому рухалося тіло. Наприклад, щоб дістатися з одного селища в інше, водієві доводиться їхати звивистою дорогою (мал. 1.5). Пройдений шлях - це довжина дороги hello_html_mf81bf3e.gif, якою їхав автомобіль. Разом з тим водій здійснив переміщення з точки hello_html_15c74ec7.gif в точку hello_html_247602ac.gif, яке можна оцінити, сполучивши початкове і кінцеве положення тіла в просторі прямою лінією і вказавши напрям руху.

Отже, напрямлений відрізок прямої, що сполучає початкове положення тіла з кінцевим, називається переміщенням. Переміщення - векторна величина. Воно позначається латинською літерою S. Його значення визначається модулем вектора переміщення hello_html_55cfd3e7.gif або для спрощення запису - літерою hello_html_m215a2290.gif.

Шлях і переміщення за значенням можуть відрізнятися. Щоб переконатися в цьому, розглянемо рух велосипедиста по колу радіуса R = 100 м (мал. 1.6). Нехай велосипедист стартує в точці hello_html_15c74ec7.gif. Проїхавши половину кола, він опиниться в точці hello_html_247602ac.gif. Пройдений ним шлях дорівнюватиме дузі півкола hello_html_1c2ec207.gif; відповідно, модуль переміщення дорівнюватиме hello_html_4e791574.gif. У момент коли велосипедист пройде hello_html_m2ee4d115.gif кола, пройдений шлях дорівнюватиме hello_html_m66b9c038.gif. Модуль здійсненого ним переміщення hello_html_11b57200.gif У момент, коли велосипедист пройде пов­не коло, пройдений шлях дорівнюватиме hello_html_m5ff0d813.gif модуль здійсненого ним переміщення hello_html_m76ab0750.gif

hello_html_7d0b74ed.jpg

Отже, переміщення може дорівнювати нулю навіть тоді, коли тіло рухалося. Це має місце тоді, коли початкове і кінцеве положення тіла збігаються.

Шлях і переміщення збігаються за значенням, якщо тіло рухається прямолінійно лише в одному напрямі.

  1. Прямолінійний рівномірний рух.

Переміщення і рух невід’ємна частина життя. Усе, що ми бaчимo навколо з плином чaсy змінюється. Haйчaстіше в житті спoстepiгаємo змiнy пoлoжeння oднoгo тіла відносно інших - aвтoмoбiль їде по шосе, пес біжить по дорозі, коливається маятник годинника, місяць обертається навколо Землі і т. д.

Коли ви чуєте, що швидкість автомобіля 20 метрів у секунду, то інтуїтивно розумієте зміст цих слів: за 1 с автомобіль пройде 20 м.

Якщо поїзд за 3 години пройшов 270 км і при цьому не гальмував і не розганявся, це означає, що щогодини він проїжджав 90 км. Тобто швидкість його руху становила 90 км за годину.

У цих прикладах ми вважали, що й автомобіль і поїзд рухалися так, що за будь-які рівні проміжки часу вони проходили однакові шляхи. Такий рух називають рівномірним.

Прямолінійним рівномірним рухом називають такий рух, за якого тіло за будь-які рівні проміжки часу робить рівні переміщення.

  1. Швидкість прямолінійного рівномірного руху

Давайте розв’яжемо таку задачу: Нехай відстань 6км турист пройшов за 1 годину, а велосипедист — за 0,5 години. Чим відрізняється рух туриста від руху велосипедиста?

Учні роблять висновок: швидкістю (велосипедист рухається швидше, ніж турист). Варто пам’ятати, що про швидкість тіла не можна судити ні за пройденим шляхом, ні за часом руху. Для того щоб судити про швидкість тіла, треба одночасно знати пройдений шлях і час руху. Швидкістю прямолінійного рівномірного руху називають відношення переміщення до проміжку часу, за який відбулося це переміщення.

hello_html_m5182f683.gif

При розв'язанні ряду завдань необхідно вказувати, у якому напрямку рухається тіло. При короткому записі умови завдання записується модуль швидкості, а на рисунку швидкість зображується стрілкою.

У випадку прямолінійного руху, при якому тіло не змінює напрямок руху на протилежний,— наприклад при прямолінійному рівномірному русі — модуль переміщення hello_html_m215a2290.gif збігається зі шляхом hello_html_mf81bf3e.gif, пройденим тілом, тому при такому русі справедлива також формула:

hello_html_m18c700e.gif

  1. Одиниці швидкості

Одиницею швидкості в СІ є hello_html_499080f5.gif

hello_html_499080f5.gifце швидкість такого рівномірного руху, у ході якого тіло за кожну секунду проходить шлях в 1 м. Швидкість руху можна вимірювати і у hello_html_1916a6e.gif, і в hello_html_m1b75e97b.gif, і в hello_html_m1e421e6.gif.

Наприклад, швидкість літака 250 hello_html_486d3016.gif, швидкість світла у вакуумі 300000 hello_html_m1e421e6.gif, швидкість автомобіля 90 hello_html_m1b75e97b.gif, швидкість пішохода 5 hello_html_m1b75e97b.gif, швидкість равлика 0,6 hello_html_1916a6e.gif. Виразимо швидкість автомобіля в одиницях СІ:

hello_html_30c291bb.gif

Із цього прикладу видно, що числове значення швидкості, заданої в hello_html_m1b75e97b.gif, в 3,6 раза більше від числового значення швидкості, заданої в hello_html_486d3016.gif.

ІІІ. Закріплення знань:

  1. Автомобіль проїхав прямою дорогою 35 км, а потім повернув направо й проїхав ще 15 км. Чому дорівнює пройдений шлях?

  2. Велосипедист проїхав прямою дорогою з одного селища до іншого та повернувся назад. Пройдений велосипедистом шлях дорівнює 32 км. Яка відстань між селищами?

  3. Які з наведених прикладів можна вважати прикладом рівномірного руху: рух ескалатора метро, рух літака на злітній смузі, рух автомобіля на шосе, рух електропоїзда, що рушає від станції?

  4. Людина пройшла 20 км за 5 год. З якою швидкістю вона йшла?

  5. Велогонщик протягом 2 год рухався зі швидкістю 32 км/год. Яку відстань він проїхав?

  6. За який час турист пройде відстань 30 км, якщо буде йти зі швидкістю 5 км/год?

  7. Швидкість автомобіля 54 км/год, а швидкість велосипедиста 5 м/год. У скільки разів швидкість автомобіля більша за швидкість велосипедиста?

ІV. Домашнє завдання

Урок №3 Відносність механічного руху. Закон додавання швидкостей. Графіки руху.

Мета уроку: сформувати знання про відносність руху; ввести закони додавання швидкостей та графіки руху; навчити розв’язувати задачі з даної теми;розвивати наукове мислення дітей;виховувати самостійність та критичність думки.

Обладнання: таблиці, схеми.візок, кулька. 

Тип уроку: Вивчення нового навчального матеріалу.

Хід уроку

І. Підготовка учнів до вивчення нового матеріалу.

Ми часто називаємо одні тіла рухомими, інші нерухомими.

Дерева, різні будівлі, мости, береги річок - нерухомі. Вода в річці, літаки в небі, автомобілі, що їдуть по дорозі - рухомі.

Що дає нам підставу поділяти тіла на рухомі і нерухомі? Чим вони відрізняються один від одного?

Коли ми говоримо про автомобіль, який рухається, то маємо на увазі, що в певний момент часу він був поруч з нами, а в інші моменти відстань між нами і автомобілем змінювалася. Нерухомі тіла протягом всього спостереження не змінюють свого положення відносно спостерігача.

ІІ. Вивчення нового навчального матеріалу.

 Проведемо дослід. Розмістимо вертикальні вішки на столі на деякій відстані одна від одної по одній прямій. Поставимо біля першої з них візок з ниткою і почнемо його тягти. Спочатку він переміститься від першої вішки до другої, потім - до третьої і т. д. Тобто візок змінюватиме своє положення відносно вішок.

Зміну положення тіла в просторі називають механічним рухом.

Якщо певне тіло змінює своє положення в просторі то про нього кажуть, що воно здійснює механічний рух. Коли такої зміни немає, то це тіло вважається нерухомим, тобто перебуває в спокої.

 Механічний рух, як і спокій, відносний.

Одне і те саме тіло може бути нерухомим відносно одного тіла і рухомим відносно іншого. Наприклад, водій автомобіля, який рухається по дорозі, є рухомим відносно спостерігача, що стоїть на узбіччі, і нерухомим свого пасажира.

Отже, Механічний рух - це зміна положення тіла відносно інших тіл.

Тіло відносно якого визначається положення даного тіла,називається тілом відліку.

Досліджуючи механічний рух, тіло відліку можна вибирати довільно, але звичайно його вибирають з міркувань зручності, щоб опис руху мав найпростіший вигляд. Зокрема, можна розглядати кілька різних тіл, з кожним з яких пов'язана своя система прямокутних координат з довільним орієнтуванням осей. Це дає можливість одночасно розглядати положення одного тіла в різних системах координат. Зрозуміло, що в різних системах координат положення того самого тіла може бути зовсім різним.

Наприклад, положення автомобіля на шляху можна визначити, зазначивши, що він перебуває на відстані І1 на північ від населеного пункту А (мал. 4). Водночас можна сказати, що автомобіль перебуває на відстані І2 на схід від пункту В. Це означає, що положення тіла відносне: воно різне відносно різних тіл відліку і пов'язаних з ними систем координат. З відносності положення тіла випливає також відносність будь-якого механічного руху. У чому ж вона полягає?

Вибране тіло буде рухатись по-різному відносно інших тіл: людина, яка їде в потязі, відносно Землі рухається, а відносно вагону потяга перебуває у стані спокою. Літаки, що летять групою, перебувають один відносно одного у стані спокою, відносно Землі рухаються з великою швидкістю, наприклад км 900 год а відносно такої ж групи літаків, що рухаються у зворотному напрямі, вони рухаються зі швидкістю 1800 -км. год

hello_html_6f46d01.jpg

Будь-який механічний рух і, зокрема, стан спокою тіла є відносними. Відповідаючи на запитання, рухається тіло чи перебуває у стані спокою, необхідно вказати, відносно яких тіл розглядається рух цього тіла. Безглуздо і неможливо розглядати якийсь «абсолютний безвідносно до певного тіла відліку.

Щоб описати механічний рух і визначити його параметри - траєкторію, переміщення, пройдений шлях, швидкість тощо, треба насамперед обрати систему відліку і проаналізувати рух тіла або матеріальної точки відносно певного тіла відліку, яке обирається довільно. Тому в природі може існувати безліч систем відліку, і опис руху може одночасно здійснюватися в кожній з них. Наприклад, човен, що пливе річкою, рухається відносно її берегів, відносно теплохода, який пливе поруч, відносно автобуса, що їде мостом, відносно пішоходів, що йдуть берегом, і т. д.

Найчастіше систему відліку пов'язують з тілом, яке в даній ситуації вважається нерухомим: із землею, берегом річки, населеним пунктом, залізничною колією, стовпом на узбіччі дороги тощо. Така система відліку вважається нерухомою.

З іншими тілами, що рухаються в нерухомих системах відліку рівномірно і прямолінійно, пов'язують рухомі системи відліку. Слід пам'ятати, що вдалий вибір системи відліку набагато спрощує розв'язування задачі.

Розглянемо рух будь-якого тіла, наприклад човна, що пливе річкою, в різних системах відліку (мал. 1.22). Нехай човен перетинає річку перпендикулярно до течії. За рухом човна стежать два спостерігачі - один з берега річки (нерухома система відліку ХОУ), другий з плоту, який рухається відносно берега зі швидкістю течії річки (рухома система відліку Х'О'У).

hello_html_e7fb02f.jpg

Перший спостерігач бачитиме переміщення човна вздовж прямої ОА. Другий спостерігач, перебуваючи в рухомій системі відліку, побачить зовсім інше: човен весь час віддалятиметься від нього по прямій, перпендикулярній до течії, і коли човен досягне протилежного берега в точці А', пліт перебуватиме точно навпроти нього в точці А.

Таким чином, відносно рухомої системи відліку човен здійснив переміщення = АА' , відносно нерухомої системи відліку він здійснив переміщення = ОА'. Сама ж рухома система за цей час здійснила переміщення = ОА. Таким чином, додавання переміщень, що відбуваютсяься в різних системах відліку, виконують за правилами додавання векторів.

Закон додавання швидкостей:

Швидкість тіла відносно нерухомої системи відліку дорівнює векторній сумі швидкості тіла відносно рухомої системи відліку та швидкості рухомої системи відносно нерухомої

hello_html_530e7f55.png

Закон виконується для руху тіл зі швидкостями значно меншими за швидкість руху світла (3*108 м/с)

ІІІ. Закріплення матеріалу

Розвязування задач згідно шкільного підручника.

ІV. Домашнього завдання.







Урок №4 Рівноприскорений рух. Прискорення. Швидкість тіла і пройдений шлях під час рівноприскореного прямолінійного руху. Графіки руху.

Мета уроку: формувати поняття: прискорення, рівноприскорений прямолінійний рух; розвивати логічне мислення; виховувати уважність, самостійність.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: кулька, похила площина, годинник.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

  1. Назвіть основну задачу механіки.

  2. Які кінематичні величини нам вже відомі?

  3. Дайте визначення поняттям: координата, шлях, швидкість, переміщення, траєкторія.

  4. Як виглядає розв’язок основної задачі механіки для рівномірного руху?

ІІ. Вивчення нового матеріалу.

Ми розглянули ідеальні випадки руху, яких майже не існує в природі. Отже, який рух найпоширеніший у природі?

Весь рух в природі нерівномірний.

Розглянемо дослід.

hello_html_m3ecb02d8.pnghello_html_7512c4b8.png

Візьмемо кульку, покладемо її на стіл, штовхнемо її пальцем. Через рівні проміжки часу будемо відмічати положення кульки. Спостерігаємо, що кулька за однакові проміжки часу проходить однакову відстань. Можна зробити висновок, що кулька має постійну швидкість.

Покладемо кульку на похилу площину, відпустимо її. Зробимо аналогічні заміри положення кульки через однакові проміжки часу. Спостерігаємо, що кулька походить різні відстані. Висновок: швидкість кулі не постійна.

Рух матеріальної точки, під час якого її швидкість за будь-які однакові проміжки часу збільшується або зменшується на ту саму величину, називається рівнозмінним. Такий рух є найпростішим нерівномірним рухом. На практиці трапляються такі його наближення: гальмування всіх засобісв транспорту, початок їх руху з поступовим збільшенням швидкості, вільне падіння тіл, коли вплив опору повітря незначний, тощо.

Нам необхідно вирішити основне завдання механіки для такого руху. Розглянемо графік рівнозмінного руху.

hello_html_m20a025ef.png

Проведемо рівновіддалені вертикальні лінії. Можна помітити, що вони ділять наш графік на рівні відрізки, такі, що

hello_html_38be0a71.gif,

де деhello_html_m368c1cf1.gif – початкова швидкість тіла, hello_html_55df1895.gif – кінцева швидкість, hello_html_m42f18ba8.gif – час.

Таку величину називають прискоренням.

Одиниці вимірювання прискорення – м/с2 .

Прискорення - це векторна фізична величина, що дорівнює відношенню зміни швидкості до часу, протягом якого ця зміна відбулася.

Виведемо hello_html_md7d48cc.gif з рівняння hello_html_38be0a71.gif, отримаємо формулу для знаходження швидкості прямолінійного рівноприскореного руху:

hello_html_3d9bc764.gif

Якщо відомі час і середня скалярна швидкість, то шлях, пройдений матеріальною точкою за рівнозмінного руху,

Вираз шляху під час прямолінійного рівнозмінного (рівноприскореного) руху у скалярній формі, а отже і розв’язок основної задачі механіки для рівнозмінного руху має такий вигляд.

hello_html_6d313a19.gif

Цей називають рівнянням рівнозмінного прямолінійного руху (кінематичний закон цього руху).

Коли прискорення від’ємне: hello_html_79568c85.gif.

Коли прискорення додатнє: hello_html_3bf8ae11.gif

Для рівномірного руху, коли прискорення немає, тобто hello_html_28699542.gif ця формула переходить у відому вже

hello_html_m136cd5da.gif

З наведених формул та їх певних перетворень можна дістати рівняння прямолінійного рівнозмінного руху такого вигляду:

hello_html_c60d271.gif

Звідси

hello_html_64cc23ac.gif

Якщо прямолінійний рівноприскорений рух тіла починається зі стану спокою (v0 = 0),тоді:

hello_html_m1332b5c4.gif

Якщо швидкість за будь-які однакові проміжки часу збільшується на ту саму величину, то такий рух називається рівноприскореним. Якщо швидкість тіла зменшується згодом на ту саму величину, то рух називають рівносповільненим. У цілому рівнозмінним називають такий рух тіла, за якого прискорення є сталим (a = const).

Для побудови графіка прискорення прямолінійного рівнозмінного руху по осі ординат відкладають прискорення, а по осі абсцис - час. Оскільки під час рівнозмінного руху прискорення не змінюється, то графік прискорення є прямою, паралельною осі часу. На рис. показано графік прискорення прямолінійного рівноприскореного руху I (а = 1 м/с2) і рівносповільненого II (а = - 2 м/с2), рівномірного (а = 0 м/с2).

hello_html_m21b14df3.png

Для розв’язування задач необхідно пам’ятати 4 наведених формули:

hello_html_6d313a19.gif

hello_html_64cc23ac.gif

hello_html_3d9bc764.gif

hello_html_73e2d3e6.gif

ІІІ Закріплення нового матеріалу

Задача1. За рівнянням швидкості руху тіла hello_html_499fa88e.gif визначити:

а) швидкість руху тіла через 10 с після початку руху;

б) коли швидкість руху тіла становитиме hello_html_53387739.gif.

Задача2. Під час удару ковальського молота по заготовці його прискорення в момент гальмування за модулем дорівнювало hello_html_m5a382573.gif. Який час тривав удар, якщо початкова швидкість молота становила hello_html_m6ea6eb7b.gif.

Задача3. Користуючись графіком швидкості, визначити початкову швидкість, швидкість на початку четвертої і в кінці шостої секунди. Обчислити прискорення і написати рівняння залежності hello_html_m607142d2.gif.

ІV. Підведення підсумків. Повідомлення домашнього завдання.

Навести приклади рівноприскореного руху.

Параграф___

Вправи___





Урок №6 Вільне падіння тіл. Прискорення вільного падіння.

Мета уроку: з’ясувати фізичну суть вільного падіння тіл, поглибити знання учнів про рівноприскорений рух;

розвивати мислення та просторову уяву учнів.

Тип уроку: урок-вивчення нового матеріалу.

Обладнання: колба,дротина, пір’їна, металева кулька.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

1. Що таке механічний рух? тіло відліку? система відліку?

2. У чому полягає різниця між переміщенням і пройденим шляхом?

3. Який рух називається рівномірним прямолінійним?

4. Який рух називається рівномірним прямолінійним?

5.Що таке швидкість?

6. Що називається прискоренням?

ІІ. Вивчення нового матеріалу.

Вам добре відомо, що тіла падають на Землю. Під час падіння тіл їхня швидкість збільшується, тобто падіння тіл є прискореним рухом.

Якщо одночасно відпустити підняті над землею металеве і паперове кружальця, то металеве кружальце впаде на землю раніше, ніж паперове. Можна припустити, що час падіння тіл залежить від їхньої маси. Проте це припущення спростується, коли взяти два однакові аркуші паперу; один із них зіжмакати і відпустити їх одночасно з рук. Зіжмаканий аркуш паперу впаде на землю раніше. Різний час падіння пов'язаний не з масою, а з опором повітря.

Правильність цього припущення підтверджується експериментальне. Візьмімо товстостінну скляну трубку й помістімо в неї дробинку, шматочок корка і пір'їнку. Потім швидко перевернімо трубку. Тіла впадуть на дно, але дробинка впаде першою, а пір'їнка — останньою. Якщо з трубки викачати повітря і знову її перевернути, то всі три тіла досягнуть дна одночасно.

Отже, всі тіла в безповітряному просторі (у вакуумі) падають з однаковим прискоренням.

Падіння тіл у безповітряному просторі називають вільним падінням.

Вільне падіння е рівноприскореним рухом, прискорення вільного падіння однакове для всіх тіл.

Прискорення вільного падіння позначається літерою g і воно ≈ 9,81 м/сhello_html_m3172e248.gif.

Тіло, кинуте вертикально вгору, рухається рівносповільнено з прискоренням g, його швидкість зменшується.

Вільне падіння тіл вивчав італійський учений Галілео Галілей наприкінці XVI ст.

hello_html_7c80a4bd.jpg

Якщо падаючому тілу надати початкову швидкість, напрямлену вниз, то формули кінематичних величин у проекціях на вісь, напрямлену вниз, мають вигляд:



hello_html_m1c533260.gif, hello_html_m6637a800.gif

υx= υ0x + axt

Sx = υhello_html_m221db12.gifxt + hello_html_m78c2beb2.gif

Sx= hello_html_m2ff854bf.gif

hello_html_6d6e032a.gif

υ = υhello_html_m221db12.gif + gt

h = υhello_html_m221db12.gift + hello_html_m13b9f2eb.gif

h = hello_html_4bb9bffc.gif


Для вільного падіння з висоти h без початкової швидкості, коли координатна вісь напрямлена вниз, формули мають вигляд:

υ = gt; h = hello_html_m13b9f2eb.gif; h = hello_html_3d6d012e.gif

Задача№1.

Вільно падаюче без початкової швидкості тіло, через деякий час після початку падіння знаходилося на висоті h1=1100м, а через час Δt=10c знаходилося на висоті h2=120м над поверхнею землі. З якої висоти h впало тіло?

Задача №2.

Вільно падаюче з початковою швидкістю тіло , в кінцеву секунду падіння пройшовши 2/3 свого шляху. Знайти шлях пройдений тілом.







ІІІ. Закріплення нового матеріалу.

1..Що називають вільним падінням?

Задача

На деякій ділянці шляху швидкість тіла, що вільно падає, збільшилась від 7 м/с до 21 м/с. Знайти час, протягом якого відбулась зміна швидкості, і шлях, пройдений тілом за цей час.


ІV. Підсумок уроку.

Домашнє завдання:

Параграф___

Вправи___

Розвязати задачу:З даху дому падають одна за другою дві краплі, через час t2=2c, після падіння другої краплини відстань між краплинами становить 25м.На скільки раніше перша краплина відірвалась від даху.





Урок №7 Розв’язування задач на визначення прискорення під час рівноприскореного руху.

Мета уроку: закріпити теоретичні знання шляхом використання їх для розв’язування задач;

навчитись застосовувати здобуті знання з теми, для розв’язування задач;

виховувати самостійність у застосуванні набутих знань, умінь та навичок, виховувати навички самоперевірки та раціонального використання часу

Тип уроку: закріплення набутих знань.

Обладнання: таблиці, збірники задач, карточки із завданнями.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Питання до класу:

1. Який рух називається рівноприскореним?

2. Що називається прискоренням?

3. За якою формулою можна визначити миттєву швидкість

ІІ. Формування практичних вмінь та навичок.

Задача1. За рівнянням швидкості руху тіла hello_html_499fa88e.gif визначити: а) швидкість руху тіла через 10 с після початку руху; б) коли швидкість руху тіла становитиме hello_html_53387739.gif.

Задача2. Під час удару ковальського молота по заготовці його прискорення в момент гальмування за модулем дорівнювало hello_html_m5a382573.gif. Який час тривав удар, якщо початкова швидкість молота становила hello_html_m6ea6eb7b.gif.

Задача3. Користуючись графіком швидкості, визначити початкову швидкість, швидкість на початку четвертої і в кінці шостої секунди. Обчислити прискорення і написати рівняння залежності hello_html_m607142d2.gif.

Задача 4. Автомобіль проїжджає повз спостерігача, рухаючись зі швидкістю hello_html_6a707547.gif. В цей момент водій натискає на гальмо, і автомобіль починає рухатись з прискоренням, модуль якого дорівнює hello_html_m2cc55b42.gif. Який час мине, поки автомобіль зупиниться?

ІІІ. Закріплення нового матеріалу.

ІV. Підсумок уроку.

Домашнє завдання:

Параграф___

Вправи___



Урок №8 Рівномірний рух тіла по колу. Період і частота обертання. Кутова швидкість.

Мета уроку: формування знань про рух по колу та його характеристики;

розвивати вміння розв’язувати задачі по даній темі;

виховувати бажання самостійно працювати.

Тип уроку: комбінований.

Обладнання: фото для демонстрації напрямку швидкості під час руху по колу (слайд-шоу), програвач дисків або вентилятор, що працюють на різних частотах обертання, диск..

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Перевірка домашнього завдання

III. Повідомлення теми, мети й завдань уроку

План вивчення теми

1. Поняття рівномірного руху по колу. Лінійна й кутова швид­кість.

2. Період обертання та обертова частота.

3. Доцентрове прискорення.

IV. Мотивація навчальної діяльності

До цього часу ми розглядали прямолінійний рух. Хоча в при­роді і техніці часто зустрічається більш складний рух — криволі­нійний (рух по кривих лініях). Криву лінію завжди можна подати як сукупність дуг кіл різних радіусів (рис. 1). Тому, вивчивши рух матеріальної точки по колу, ми можемо в подальшому за необхідності вивчати і будь-які інші криволінійні рухи. Крім того, з різних криволінійних рухів у техніці значно розповсюджений обертальний рух машин і механізмів. Наприклад, обертаються шестерінки машин і верстатів, деталей, що обробляють на токарних верстатах тощо. Будь-яка точка цих деталей (крім центра) рухається по колу. Ці особливості і зумовлюють обов'язковість вивчення руху по колу.

hello_html_169774da.png

V. Вивчення нового матеріалу, його сприймання й осмислення ;

1. Поняття рівномірного руху по колу. Лінійна й кутова швидкість

Під час прямолінійного руху траєкторія руху — пряма лінія, а напрям вектора швидкості завжди збігається з напрямом пере­міщення.

Що можна сказати про напрям переміщення та швидкості при криволінійному русі? Які ще характеристики його описують?

У шкільному курсі ми вивчаємо найпростіший вид криволі­нійного руху — рівномірний рух по колу.

Рівномірний рух матеріальної точки по колу — це рух, за якого тіло за будь-які рівні проміжки часу здійснює однакові перемі­щення, тобто проходить дуги рівної довжини.

Наприклад, тіло рухається з точки А в точку В по криволіній­ній траєкторії (рис. 2). При цьому пройдений шлях — це довжина дуги АВ, а модуль переміщення — це довжина хорди АВ (власне переміщення спрямовано вздовж цієї хорди).

hello_html_50f25a76.png

Вектор швидкості руху тіла напрямлений уздовж хорди, тобто вздовж вектора переміщення. Якщо зробити лінійні ділянки більш короткими, то вектор швидкості на кожній із них все одно буде напрямлений уздовж хорди. Продовжуючи зменшувати довжину прямолінійних ділянок, ми наближаємо ламану лінію до плавної кривої. Вектор швидкості на кожній із них, як і раніше, напрям­лений уздовж хорди по дотичній до кривої в даній точці (рис. 3). Цю швидкість називають лінійною (або миттєвою) швидкістю.

hello_html_m4e30e2a6.png

Лінійна, або миттєва, швидкість — це швидкість, з якою тіло рухається по колу.

Модуль лінійної швидкості можна визначити відношенням довжини дуги до часу, за який ця дуга пройдена.

Лінійна швидкість у кожній точці криволінійної траєкторії напрямлена по дотичній до траєкторії. У цьому нескладно пере­конатися, розглянувши демонстрації.

Демонстрація 1 (слайд-шоу, малюнки, фото тощо).

hello_html_25bce93b.png

Робота на точилі (рис. 4): розжарені частинки, відриваючись, летять по дотичній до кола, по якій деталь торкається до точильного круга. Буксування колеса автомобіля (рис. 5): дрібні частинки землі, камінці, бризки води руха­ються по дотичній.

Фhello_html_528ac29c.pngеєрверк-шоу (рис. 6): розжарені частинки відриваються і рухаються по дотичній до кола. Ця демонстрація може бути показана і наживо за допомогою бенгальського вогню.

Запитання до класу

Що спільного і чим відрізняються лінійна швидкість під час руху по прямій і по колу? (Модуль лінійної швидкості обчислю­ється як відношення модуля переміщення до часу для обох видів руху, але, на відміну від прямолінійного руху, де вектор швид­кості залишається незмінним протягом всього руху, під час руху по колу вектор лінійної швидкості весь час змінює свій напрям, при цьому залишаючись перпендикулярним до радіуса кола.)

Рух по колу характеризується ще й за допомогою кутової швидкості.

Кутова швидкість рівномірного руху по колу — це швидкість, модуль якої дорівнює куту повороту радіуса, який сполучає ма­теріальну точку з центром кола, до часу цього повороту (рис. 8).

Кутова швидкість позначається символом ю; вимірюється в СІ в радіанах на секунду (рад/с).

1 рад/с — це кутова швидкість, за якої за кожну секунду радіус, який сполучає матеріальну точку з центром кола, повер­тається на кут 1 радіан:hello_html_m55208488.gif

де φ — кут повороту радіуса.

hello_html_m38b03003.png

2. Період обертання та обертова частота

Рівномірний рух по колу є рухом періодичним, тобто таким, за якого всі положення тіла через рівні інтервали часу повторюють­ся. Як періодичний рух він характеризується періодом обертання і обертовою частотою.

Період обертання — це відношення часу руху до числа обертань, зроблених за цей час:hello_html_35e87da1.gif

Фізичний зміст періоду обертання: період — це час, за який тіло здійснює один повний оберт. Під час рівномірного руху по колу період — стала величина.

Період — величина скалярна, в СІ вимірюється в секундах (с).

Обертова частота — це відношення числа обертань до часу, за який вони здійснені:

hello_html_m579ff9da.gif

Фізичний зміст обертової частоти: частота обертань дорівнює числу обертань за одиницю часу.

Частота — скалярна величина, в СІ вимірюється в 1/с (с1).

Демонстрація 2. Обертання диска програвача або лопатей вентилятора з різною частотою.

Завдання класу

1. Наведіть приклади пристроїв, де використовується обертання частин із різною частотою.

2. До яких наслідків це приводить у кожному з наведених при­кладів?

3. Доцентрове прискорення

Ще одна важлива характеристика рівномірного руху по колу — доцентрове прискорення.

Доцентрове прискорення як фізична величина

1. Доцентрове прискорення характеризує швидкість зміни ліній­ної швидкості тільки за напрямком.

2. Доцентрове прискорення — це векторна фізична величина, яка в кожній точці кола напрямлена вздовж радіуса до цен­тра кола і чисельно дорівнює відношенню квадрата лінійної швидкості та радіуса кола (рис. 9).

Для рівномірного руху по колу модуль доцентрового приско­рення — стала величина.

hello_html_m3dc64380.png

3. hello_html_47f173cd.gif

4.hello_html_511134d7.gif

5. Визначається шляхом непрямих вимірювань.

VI. Застосування набутих знань

Розв'язування задач (усно)

Вентилятор здійснює один оберт за 0,5 с. З якою частотою він обертається? (2 с~1)

2. Частота обертання компакт-диска у CD- приводі 100 с_1. Ви­значити період обертання диску. (0,01 с.)

VII. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання

Домашнє завдання

1. Вивчити теоретичний матеріал за підручником.

2. Розв'язати задачі.

1) Кулер мікропроцесора комп'ютера обертається з частотою 3000 об/хв. З яким періодом він обертається?

2) Лінійна швидкість точок робочої поверхні шліфувального круга діаметром 300 мм не повинна перевищувати 35 м/с. Чи можна його насадити на вал, що обертається з часто­тою 1400 об/хв?

3) Секундна стрілка вдвічі коротша за годинну. У якої з цих стрілок лінійна швидкість руху кінця стрілки більша? У скільки разів

Урок №9 Контрольна робота з теми “Кінематика”.

Мета уроку: Виявити рівень засвоєння учнями пройденого матеріалу. Формувати навики і вміння використовувати набуті знання на практиці.

Тип уроку: Урок контролю знань

Обладнання: завдання для контрольної роботи.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

Вітаюсь з учнями перевіряю готовність учнів та класу до уроку. Відмічаю відсутніх.

ІІ. Постановка мети.

Після перевірки відсутніх я попереджую дітей про те, що вони пишуть контрольну роботу. Кажу, щоб вони заховали всі підручники і зошити в портфелі і налаштувались на серйозну роботу над контрольною роботою.

Роздаю дітям картки з варіантами завдань. Завдання розподілені на два варіанти, кожен варіант містить три рівні .

ІІІ. Варіанти завдань.

Початковий рівень (3 бали)

Завдання 1-3 містять по п’ять варіантів відповідей, серед яких тільки одна правильна. Виберіть одну пральну ,на вашу думку, відповідь. Кожне завдання оцінюється в 1 бал.

Варіант 1

1.Як називається об’єкт відносно якого розглядають рух інших об’єктів?

А) тверде тіло

Б) початок координат

В)тіло відліку

Г) тіло малих розмірів

Д) матеріальна точка

2. Дайте характеристику руху м’яча кинутого під кутом до горизонту .

А) рівномірний

Б) криволінійний рівномірний

В) прямолінійний рівномірний

Г) прямолінійний рівноприскорений

Д) криволінійний рівноприскорений

3.Яке з рівнянь описує рівноприскорений рух ?

А)hello_html_m4eb9c45b.gif

Б) hello_html_3d03fb3d.gif

В) hello_html_m2a1896d8.gif

Г) hello_html_m4005c573.gif

Д) hello_html_m7d70be83.gif

Середній рівень (3 бали)

Завдання 4-6 містять по п’ять варіантів відповідей, серед яких тільки одна правильна. Виберіть одну пральну ,на вашу думку, відповідь. Кожне завдання оцінюється в 1 бал.

4. Рух тіла задано рівнянням hello_html_m66d4f8bd.gif . Визначте числове значення початкової швидкості.

А) -4 Б) -2 В) 2 Г) 3 Д) 4

5. За графіком залежності проекції швидкості руху тіла від часу визначте прискорення руху тіла.

Полотно 105

А) 1м/с²; Б) 2м/с²; В) 4м/с²; Г) 5м/с² Д) 6hello_html_m7ce877d5.gif

6. Камінь падає в ущелину протягом 6 с. Яку глибину має ущелина, якщо початкова швидкість дорівнює 20 м/с?

А) 12м Б) 120м В) 180м Г) 200м Д) 300м

Достатній рівень ( 3 бали)

У завданнях 7-8 до кожного рядка, позначеного буквою, доберіть твердження, позначене цифрою. Виберіть одну пральну ,на вашу думку, відповідь. Кожне завдання оцінюється в 1,5 б.

7.Установіть відповідність між фізичним поняттям і математичним виразом.

А) переміщення при рівноприскореному русі

1. hello_html_m4072721.gif

Б) швидкість рівномірного руху 2. hello_html_m27bd7c27.gif

В) миттєва швидкість при рівноприскореному русі 3. hello_html_20cb80c.gif

Г) координата при рівноприскореному русі 4. hello_html_50ef74a9.gif

5. hello_html_5de6ade7.gif

8.Установіть відповідність між фізичною величиною та її одиницею.

А) лінійна швидкість 1. hello_html_486d3016.gif

Б) кутова швидкість 2. с

В) прискорення 3. hello_html_479fa6cb.gif

Г) період обертання 4. Гц

5. hello_html_42fc4671.gif

Високий рівень ( 3 бали)

У завданні 9 розв’яжіть задачу.Завдання оцінюється в 3 б.

9. З висоти 100 м без початкової швидкості падає тіло. Знайдіть шлях за останню секунду падіння.


















Варіант 2

1.Як називається об’єкт , розмірами якого в умовах даної задачі можна знехтувати?

А) тверде тіло

Б) початок координат

В)тіло відліку

Г) тіло малих розмірів

Д) матеріальна точка

2. Дайте характеристику руху м’яча , вільно падаючого з вікна.

А) рівномірний

Б) криволінійний рівномірний

В) прямолінійний рівномірний

Г) прямолінійний рівноприскорений

Д) криволінійний рівноприскорений

3.Яке з рівнянь описує рівномірний рух ?

А)hello_html_m4eb9c45b.gif

Б) hello_html_3d03fb3d.gif

В) hello_html_m2a1896d8.gif

Г) hello_html_m4005c573.gif

Д) hello_html_m7d70be83.gif

Середній рівень (3 бали)

Завдання 4-6 містять по п’ять варіантів відповідей, серед яких тільки одна правильна. Виберіть одну пральну ,на вашу думку, відповідь. Кожне завдання оцінюється в 1 бал.

4. Рух тіла задано рівнянням hello_html_m66d4f8bd.gif . Визначте числове значення прискорення.

А) -4 Б) -2 В) 2 Г) 3 Д) 4

5. За графіком залежності проекції швидкості руху тіла від часу визначте прискорення руху тіла.

hello_html_m106d1e4e.pngПрямая соединительная линия 104Прямая соединительная линия 103Прямая соединительная линия 102Прямая соединительная линия 101Прямая соединительная линия 100Прямая соединительная линия 99Прямая соединительная линия 98Прямая соединительная линия 97Прямая соединительная линия 96Прямая соединительная линия 95Прямая соединительная линия 94Прямая соединительная линия 93Прямая соединительная линия 92Прямая соединительная линия 91Прямая соединительная линия 90Прямая соединительная линия 89Прямая соединительная линия 88Прямая соединительная линия 87

А) 1м/с²; Б) 2м/с²; В) 4м/с²; Г) 5м/с² Д) 6м/hello_html_m39881bc3.gif

6. Камінь падає в ущелину протягом 6 с. Яку глибину має ущелина, якщо початкова швидкість дорівнює 0 м/с?

А) 12м Б) 120м В) 180м Г) 200м Д) 300м

7.Установіть відповідність між фізичним поняттям і математичним виразом.

А) лінійна швидкість 1. hello_html_20cb80c.gif

Б) кутова швидкість 2. ωR

В) прискорення 3. hello_html_4a1952c1.gif

Г) доцентрове прискорення 4. 2π

5. hello_html_m6e2e3a68.gif

8.Установіть відповідність між фізичною величиною та її одиницею.

А) частота обертання 1. м

Б) миттєва швидкість 2. с

В) шлях 3.hello_html_m1e9913a5.gif

Г) прискорення вільного падіння 4. Гц

5. hello_html_42fc4671.gif

Високий рівень ( 3 бали)

У завданні 9 розв’яжіть задачу. Завдання оцінюється в 3 б.

9. З висоти 100 м без початкової швидкості падає тіло. Знайдіть середню швидкість на другій половині шляху.

V. Домашнє завдання : Повторити за 8 клас про магнітне поле.



Розділ 2. ДИНАМІКА

Урок №10 Механічна взаємодія тіл. Сила. Види сил у механіці.

Мета уроку: сформувати у учнів поняття сили як кількісної характеристики взаємодії тіл, як причини зміни швидкості тіла, тобто причини виникнення прискорення тіл; особливостей взаємодії тіл; розвивати навички учнів у аналізі спостережуваних дослідів та явищ природи;виховувати спостережливість, наполегливість у здобутті знань.

Обладнання: сталевий, алюмінієвий візки, відцентрова машина з циліндрами, поміщеними на стержень, масивна гиря з пристроями для підвісу, таблиця “Інертність. Маса тіла”.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Фронтальне опитування:

1. Прискорення. Дати означення.

2. За яких умов тіло може рухатися прямолінійно і рівномірно?

3. У чому полягає явище інерції?

ІІ. Сприйняття нового матеріалу.

Пошукова бесіда

Футболіст б’є по м’ячу, м’яч злітає вгору. Випущена з долоні кулька вільно падає на підлогу. Що є причиною зміни швидкості м’яча, кульки? Удар ноги футболіста, сила тяжіння Землі спричиняє цю зміну швидкості. Причина прискорення руху тіла є дія на нього інших тіл.


Дослід 1

Два візки – сталевий та алюмінієвий – примусимо зіткнутися. Після зіткнення вони набудуть певних прискорень і. Якщо дослід проробити декілька раз, то можна встановити, що:

Для двох даних тіл, що взаємодіють, відношення модулів їх прискорень hello_html_m53d4ecad.gifзавжди однакове. При цьому не важливо, які були швидкості візків під час зіткнення.

Дослід 2

ППрямая соединительная линия 5272римусимо стержень, на кінцях якого розміщені два циліндри – сталевий та алюмінієвий – обертатися (мал. 1). Якщо їх попередньо зв’язати ниткою, то вони, ковзаючи, зупиняться на певній відстані від осі обертання і будуть рухатись по радіусах r1 i r2.

Знайдемо відношення hello_html_4b7b1d38.gifіhello_html_86de3ec.gif.

hello_html_m654ce91d.gifГруппа 5266

Взаємодія відбулася через нитку. З рівності випливає, що відношення модулів прискорень знову ж таки залишаються сталими незалежно від довжини нитки.

Методичні зауваження:

Формуючи поняття сили, добиваємося матеріалістичного розуміння цього поняття. Учні повинні зрозуміти, що силу не можна розглядати окремо від взаємодіючих тіл, що ніякої безпричинної миттєвої зміни швидкості руху тіл не буває. Тіло змінює швидкість тільки під дією інших тіл протягом певного часу.

Слід зазначити, що закон інерції є окремим випадком ІІ-го закону Ньютона. Справді, нехай рівнодійна всіх сил, що діють на тіло, дорівнює нулю, тоді ліва частина рівності hello_html_m4e478695.gif дорівнює нулю. Оскількиhello_html_m592fd546.gif, то нулю дорівнює прискорення. Звідси hello_html_m571dcdf5.gif, що є математичним виразом закону інерції. Звертаємо увагу на те, що в першому і другому законах Ньютона йдеться про сили, які діють на дане тіло, але не відображено ролі другого тіла, збоку якого діє сила, а також на те, що математичний запис другого закону Ньютона:

hello_html_m4e478695.gif

(1)

слід вважати формулою для обчислення сили.

Щоб учні усвідомили закони динаміки, треба навчити їх кількісно характеризувати взаємодію тіл.

На цьому уроці слід ввести поняття сили та ознайомити учнів з такими способами її вимірювання, щоб можна було визначити цю величину залежно від інших величин.

Розглядаючи дослід на взаємодію підвішених на нитках кульок з різними масами або візків, між якими затиснута пружина, можна переконати учнів, що:

а) у взаємодії бере участь кожне з тіл;

б) прискорення набуває кожне із взаємодіючих тіл;

в) в результаті взаємодії двох тіл співвідношення між їхніми прискореннями і масами таке:

hello_html_12dfd454.gif

(2)

В курсі фізики 7-го класу сила визначалася як причина зміни швидкості тіла, а тепер можна сказати, що сила це величина, яка характеризує спричинюване нею прискорення.

Звертаємо увагу учнів на те, що з тілом може взаємодіяти кілька тіл. При цьому на нього буде діяти не одна сила, а кілька сил.

Звертаємо увагу учнів на те, що тіла взаємодіють, коли безпосередньо дотикаються одне до одного або коли на них впливає поле (гравітаційне, електромагнітне). Демонструємо падіння кульки після перепалювання нитки, на якій вона висіла, або зміну напрямку руху сталевої кульки на поверхні стола під дією сильного магніту.

Зауважуємо, що силу можна вимірювати без динамометра за взаємодією двох тіл.

У механіці розглядають три види сил залежно від їх природи: сили тяжіння, сили тертя, сили пружності. Сили всіх трьох видів називаються по різному (залежно від прояву), наприклад: сила тяги; сила реакції опори; сила тиску; архімедова сила.

ІІІ. Закріплення нового матеріалу.

Фронтальне опитування:

1. Що розуміють під силою?

2. За якою ознакою робимо висновок, що до тіла прикладену силу?

3. Як рухається тіло, коли геометрична сума сил, прикладених до нього, дорівнює нулю?

4. Якими ознаками характеризується сила?

5. Як вимірюється сила?

6. Які сили вивчаються в механіці?

7. Чи завжди сила надає тілу прискорення?

IV. Підведення підсумків. Повідомлення домашнього завдання.

Вивчити §_____________________





Урок №11 Вимірювання сил. Додавання сил. Лабораторна робота № 2. Вимірювання сил.

Мета уроку: дати уявлення про зміст поняття сили; ознайомити учнів з видами сил у механіці.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І.Вивчення нового матеріалу

1. Сили в механіці

Прискорення будь-якого тіла завжди зумовлюється дією на нього іншого тіла — того, з яким воно взаємодіє, тобто причиною прискорення є взаємодія тіл.

Фізичну величину, за допомогою якої кількісно описують взаємодію тіл, називають силою.

Отже, сила — це міра взаємодії тіл.

Усі механічні явища можна пояснити дією трьох видів сил: сил пружності, сил тяжіння і сил тертя.

Сила пружності — це сила, що виникає в процесі деформації тіла, тобто внаслідок зміни його форми або розмірів.

Силу, з якою Земля притягує тіло, називають силою тяжіння. Сила тяжіння є окремим випадком сил всесвітнього тяжіння.

Сили тертя ковзання діють між стичними тілами, що рухаються відносно одне одного.

Кожна сила характеризується: числовим значенням (модулем); напрямком; точкою прикладання.

На кресленнях сили, як і інші векторні величини, позначають стрілками. Початок стрілки збігається з точкою прикладання сили, напрямок стрілки вказує напрямок сили, а довжина стрілки пропорційна модулю сили.

2. Сила пружності. Вимірювання сил

Знайомство із силами доцільно розпочати із сили пружності, оскільки ця сила найбільш зручна для вимірювання сил.

Сила пружності виникає в разі деформації тіла, тобто в процесі зміни його форми й розмірів.

Причиною виникнення сил пружності є взаємодія молекул тіла. На малих відстанях молекули відштовхуються, а на великих — притягуються. У недеформованому тілі молекули перебувають саме на такій відстані, на якій сили притягання і відштовхування компенсуються. Коли ми розтягуємо або стискаємо тіло, відстані між молекулами змінюються, тому починають переважати або сили притягання, або сили відштовхування. У результаті й виникає сила пружності, що завжди спрямована так, щоб зменшити

величину деформації тіла.

Зі збільшенням сили, прикладеної до тіла, ступінь його деформації також збільшується, тому величина деформації може служити мірою сили.

Кількісне співвідношення між силою пружності й подовженням пружини вперше було виявлено в результаті досліду англійським фізиком Робертом Гуком. Позначимо подовження пружини

x = ll , де l — довжина розтягнутої пружини, а l — довжина недеформованої пружини. Підвішуючи до пружини різну кількість однакових важків, Гук установив на досліді, що модуль сили пружності F прямо пропорційний подовженню пружини x:

F= kx .

Коефіцієнт пропорційності k називають жорсткістю пружини.

Як бачимо з наведеної формули, одиницею жорсткості в СІ є 1 Н/м.

Отже, з величини деформації тіла можна судити про величину сили пружності. Прилад для вимірювання сил називається динамометром. Для градуювання (нанесення шкали) пружинного динамометра використовується закон Гука.

За допомогою динамометра можна порівнювати сили за модулем, а також визначати напрямок дії сили.

3. Додавання сил

Тіло може взаємодіяти не з одним, а з кількома тілами, отже, на нього діють кілька сил. Як показують досліди, у цьому випадку сили не заважають одна одній: результат дії кожної з них не залежить від результату дії інших. З цієї причини сили, прикладені до тіла, можна замінити однією силою, яку називають рівнодійною цих сил.

Визначення рівнодійної кількох сил називають додаваннямцих сил. Оскільки сили є векторними величинами, їх складають за правилом додавання векторів. Розглянемо спочатку додавання двох сил, що діють уздовж однієї прямої.

Якщо дві сили спрямовані однаково, їх рівнодійна спрямована так само, а модуль рівнодійної дорівнює сумі модулів сил-доданків.

Полотно 124

Якщо дві не однакові за модулем сили спрямовані протилежно, їх рівнодійна спрямована як більша з цих сил, а модуль рівнодійної дорівнює різниці модулів сил-доданків.

Полотно 117

Якщо рівнодійна всіх сил, що діють на тіло, дорівнює нулю, говорять, що ці сили зрівноважують (компенсують) одна одну. Зрівноважувати одна одну можуть також сили, що діють на тіло, яке рухається. У такому випадку швидкість цього тіла залишається незмінною (за модулем і напрямком).

Якщо сили спрямовані під кутом одна до одної, то їх рівнодійну обчислююють, використовуючи додавання векторів за «правилом паралелограма».

ІІ.Запитання до учнів під час викладу нового матеріалу

1. Що є мірою взаємодії тіл?

2. Наведіть приклади дії сил у механіці.

3. Коли виникає сила пружності?

4. Які існують види деформації?

5. Чому виникає сила пружності та як вона спрямована?

ІІІ.Закріплення вивченого матеріалу

1. Учимося розв’язувати задачі

1. Під дією деякої сили пружина жорсткістю 1,5 кН/м укоротилася на 5 см. Яка сила деформувала її? Якою є сила пружності? Побудуйте графік залежності модуля сили пружності від подовження пружини.

2. Розтягуючи гумку силою 45 Н, хлопчик подовжив її на 9 см. Яке подовження він отримав би, приклавши силу 112,5 Н?

3. Двоє хлопчиків везуть санчата. Один штовхає їх ззаду із силою 20 Н, а другий тягне їх за мотузку із силою 30 Н. Зобразіть графічно сили, що діють, уважаючи, що вони спрямовані горизонтально.

2. Контрольні запитання

1. Які тіла взаємодіють під час падіння каменю, руху супутника, автомобіля, вітрильного човна?

2. Наведіть приклади, які демонструють, що швидкість тіла змінюється внаслідок дії на нього іншого тіла.

3. Наведіть приклади дії на тіло кількох сил.

4. Чи може рівнодійна двох сил 4 і 5 Н, що діють на тіло вздовж однієї прямої, дорівнювати 2 Н? 3 Н? 8 Н? 10 Н?

Про що ми дізналися на уроці

А)Сила — це міра взаємодії тіл.

Б)Усі механічні явища можна пояснити дією трьох видів сил: сили пружності, сили тяжіння і сили тертя.

В)Сила пружності виникає в разі деформації тіла, тобто внаслідок зміни його форми й розмірів.

Г) Закон Гука:модуль сили пружності F прямо пропорційний подовженню пружини x :F =kx .

Д) Якщо дві сили спрямовані однаково, їх рівнодійна спрямована так само, а модуль рівнодійної дорівнює сумі модулів силдоданків.

Є)Якщо дві не однакові за модулем сили спрямовані протилежно, їх рівнодійна спрямована як більша з цих сил, а модуль рів-нодійної дорівнює різниці модулів сил-доданків.

Якщо сили спрямовані під кутом одна до одної, то їх рівнодій-ну визначають, використовуючи додавання векторів за «правилом паралелограма».

IV. Підведення підсумків. Повідомлення домашнього завдання.



Урок №12 Закони динаміки. Перший закон Ньютона. Інерція та інертність.

Мета уроку: розібрати з учнями чим займається розділ динаміки. Пояснити у чому полягає перший закон Ньютона. Вияснити з учнями, що таке інертність та інерціальна система відліку;розвити уміння вільно оперувати поняттями даної теми і застосувати знання при роз’язуванні задач; виховати в дитини бажання досліджувати навколишнє середовище.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Обладнання: кулька, похила площина, пісок, скляна пластинка та сукно.

Хід уроку

Актуалізація опорних знань.

Питання до класу:

Який рух називають прямолінійним?

Що називають прискоренням?

Повідомлення нової теми.

Вивчаючи кінематику, ми з’ясували, як рухається тіло, але не ставили за мету відповісти на питання, чому воно рухається з постійною швидкістю або з постійним прискоренням. На питання про те, чому тіло змінює характер свого руху або, навпаки, чому та за яких умов характер руху тіла буде незмінним. Саме цим питанням займається динаміка.

Динаміка – це розділ механіки, в основу якого лежить кількісний опис взаємодії тіл, яка вивчає характер його руху.

Основна задача динаміки – вивчити можливості взаємодії тіл, з’ясувати закони,якими підпорядковуються рух і взаємодія тіл, і на основі цих законів уміти визначити положення тіла у будь-який момент часу.

В основі динаміки лежить три закони Ньютона, які він сформулював наприкінцімXVII ст., узагальнюючи результати спостережень і дослідів.

Вивчення динаміки почнемо зі з’ясування умов, за яких швидкість руху тіла залишається незмінною. Із кінематики ви знаєте, що швидкість тіла є постійною в разі його рівномірного прямолінійного руху, оскільки під час такого руху, не змінюється ані модуль, ані напрямок швидкості. Швидкість руху незмінна (дорівнює 0), і у випадки, коли

Тіло перебуває у спокої. Для описування будь-якого руху необхідно обрати систему відліку СВ. Скористаємось найбільш зручною для вас СВ – пов’язаною з точкою на поверхні Землі.

Отже, з’ясуємо, за яких умов тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває у стані спокою відносно Землі.

Для прикладу, через нетривалий час після розкриття парашута встановлюється (стає рівномірним) і рух парашутиста (без урахування поривів повітря).

Чисельні досліди показують, що тіло рухається рівномірно прямолінійно, якщо дії на нього інших тіл скомпенсовані.

А як рухатиметься тіло, якщо на нього не діють інші тіла? По відповідь на це питання звернемося до історії фізики.



Який рух називають рухом тіла за інерцією.

Близько 2500 років тому давньогрецький філософ Арістотель, міркуючи про причину руху тіл, зробив розумний з погляду здоров’я висновок: «Усе, що рухається, має рух завдяки чомусь. Тіло яке рухається, зупиняється, якщо тіло, що його штовхає, причиняє свою дію». Справді, щоб віз рухався по дорозі, яка не має нахилу, необхідно щоб його тягнув кінь. Якщо прибрати дію коня, віз зупиниться. На тіло, на яке не діють інші тіла та поля, називають вільним (ізольованим), а рух вільного тіла називають рухом за інерцією, тому закон, установлений Галілеєм, називають законом інерції: якщо на тіло не діють інші тіла, воно зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху.

Так, рухами за інерцією можна вважати практично рівномірні рухи: шайби по льоду після удару ключкою, кулі на доріжці під час гри в боулінг і т. д.

Перший закон Ньютона.

Припустимо кулька скочується з похилої площини в пісок. Вона зупиниться дуже швидко (мал..1). Якщо замінити пісок шматками сукна і повторити дослід, то кулька прокотиться більший шлях горизонтальною поверхнею. Якщо замінити сукно листком скла, то кулька прокотиться ним ще довшу відстань і зупиниться під дією сили тертя. Внаслідок сили тертя кулька проходить до зупинки дедалі більшу відстань.

Якщо припустити, що тертя зникло зовсім, то вочевидь, кулька зберігала б свою швидкість незмінною,тобто рухалася б рівномірно і прямолінійно, поки на неї не подіяли б інші тіла і не змінили б її швидкість.

Мал.1

hello_html_m51c6cacf.png

Такого висновку вперше дійшов Галілео Галілей. Він, проводячи спостереження за рухом тіл, стверджував, що коли на певне тіло не діють інші тіла, то воно перебуває у стані спокою або рухається прямолінійно і рівномірно.

У природі немає ізольованих тіл. Із курсу фізики 7 класу ви знаєте, що тіла взаємодіють між собою і взаємодії їхня швидкість змінюється, тобто тіла набувають прискорень.

Характеристикою взаємодії, її є мірою є сила.

Незважаючи на те, що тіла взаємодіють з іншими тілами, вони можуть перебувати у стані спокою,а можуть рухатися рівномірно й прямолінійно. Наприклад, якщо на підставці лежить книжка, то вона взаємодіє із Землею,з боку землі на неї діє сила тяжіння (Fт), спрямована вертикально вниз. Крім цього, книжка взаємодіє з підставкою,і з боку підставки на неї діє сила, спрямована вертикально вгору (hello_html_m57700612.gif).

Відтак, книжка перебуває у стані спокою.

Якщо забрати підставку, то книжка взаємодіятиме тільки із Землею і внаслідок дії на неї сили тяжіння почне падати вниз із прискоренням..

ОСтрелка вправо 230тже, коли книжка перебуває у стані спокою, дії Землі та підставки компенсували, прискоренням. Звідси можна зробити висновок, що тіло зберігає стан спокою (відносно Землі), якщо дії на нього інших тіл компенсовані (а=0 R=0).

Уявімо собі, що повз книжку, яка лежить на столі, прямолінійно й рівномірно рухається людина. Відносно системи відліку, пов’язаної з людиною, книжка рухається з людиною, книжка рухатиметься з постійною швидкістю, прямолінійно й рівномірно. Отже, якщо дії інших тіл на певне тіло компенсується, то це тіло може або перебуває у стані спокою, або рухається рівномірно й прямолінійно.

Тепер ми впритул підійшли до формулювання першого закону Ньютона. Учений узагальнив висновки Галілео Галілея та власні спостереження і ввів цей закон у систему відкритих ним законів механіки.

Існують такі системи відліку, відносно яких ізольовані тіла, дії на інших тіл компенсуються, рухаються прямолінійно й рівномірно або перебувають у стані спокою.

Які системи відліку називають інерціальними.

З курсу фізики 8-го класу ви знаєте, що явище збереження тілом стану спокою або рівномірного прямолінійного руху за умови, що нього не діють інші тіла та поля або їхні дії скомпенсовані, називають явищем інерції.

СВ, відповідно до якої спостерігається явище інерції, називають інерціальною системою відліку; СВ, відносно якої явище інерції не спостерігається, - неінерціальною системою відліку.

Інерціальна система відліку – це такі системи відліку, відносно яких тіло зберігає швидкість свого руху постійною, якщо на нього не діють інші тіла та поля або якщо їхні дії скомпенсовані.

Зазвичай як інерціальну використовують СВ, жорстко пов’язуючи з точкою на поверхні Землі. Одна це не єдина інерціальна СВ - їх нескінченно багато. Будь-яка СВ, що рухається відносно Землі рівномірно прямолінійно, є інерціальною. Справді, якщо тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху відносно Землі, то відносно СВ, яка рухається відносно Землі з постійною швидкістю тіла теж буде постійною, хоча й іншою.

Перший закон Ньютона доводить існування інерціальних систем відліку. Саме для таких систем відліку справджуються всі закони Ньютона.

Узагальнення та систематизація.

Давайте розглянемо для прикладу.

Пояснити, дії яких тіл компенсуються в таких випадках:

А) підводний човен перебуває у стані спокою товщі води4

Б) підводний човен лежить на твердому дні;

Підведення підсумків. Повідомлення домашнього завдання.

Питання до класу:

Сформулюйте I закон Ньютона

Яку систему відліку називають інерціальною?

Що називають інерцією?

Домашнє завдання:

П:______________________

______________________


Урок №13 Другий закон Ньютона.

Мета уроку: формування понять інертності й маси як міри інертності тіла; усвідомлення учнями змісту другого закону динаміки Ньютона;

розвивати логічне мислення, індивідуальні можливості кожного;

виховувати бажання до самостійної праці.

Тип уроку: комбінований.

Обладнання: візок, нерухомий блок, мотузка, посудина з краном крапельницею, набір тіл різної маси, папір.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Перевірка домашнього завдання .

Самостійна робота

Варіант 1

1.Дати означення інерції.

2. Сформулювати закон інерції.

3.Чи всі точки тіла яке рухається за інерцією мають однокову швидкість?

Варіант 2

1.Дати означення інерціальних систем відліку.

2.Сформулювати перший закон Ньютона.

3.До матеріальної точки прикладені дві сили. За якої умови точка буде рухатись рівномірно прямолінійно?



III. Повідомлення теми, мети й завдань уроку

План вивчення теми

1. Інертність. Маса як міра інертності.

2. Другий закон Ньютона.

IV. Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу

1. Інертність. Маса як міра інертності

Демонстрація 1. Візок із краном-крапельницею поставити на горизонтальну поверхню і прив'язати до нього один кінець мотузки. До другого кінця, перекинутого через блок, підвіси­ти вантаж (див. рисунок). Відпустивши візок, можна помітити, що він прихо­дить у рух й поступово збільшує швид­кість. Вивчення розташування крапель на папері (s1: s2: s3 ...=1:3:5...) свідчить про те, що візок рухався прискорено.

hello_html_417e1023.png

Дійсно, швидкість руху автомобілів і потягів, що рушають з місця, збільшується поступово. Поступово зростає швидкість ракети, яка стартує у космічний простір, лижника, який мчить з гори. Але так само поступово зменшують швидкість тіла і під час гальмування: не може миттєво зупинитися автомобіль на перехресті, потяг біля симофору, спортсмен на фініші.

Демонстрація і повсякденний досвід свідчать про те, що у всіх тіл є спільна властивість: їхня швидкість у процесі взаємодії змінюється поступово, а для того щоб її змінити, потрібен деякий час. Ця властивість отримала назву інертності (від латин. inertia — бездіяльність).

Інертність — властивість тіл, яка виявляється в тому, що швидкість тіл залишається постійною до того моменту, доки на них не подіють інші тіла.

Швидкість тіл, що взаємодіють, не може змінитися миттєво, вона змінюється поступово.

Усі тіла інертні, але інертність у них різна. Наприклад, у разі взаємного відштовхування двох ковзанярів — дорослої людини і хлопчика — перший набуває меншого прискорення, ніж дру­гий, що свідчить про те, що інертність дорослої людини більша, ніж хлопчика.

Для характеристики інертності тіл увели окрему величину — масу.

Чим більша маса тіла, тим більшу силу треба прикласти до нього, щоб надати більшого прискорення.

Масу тіла позначають символом т. Одиниця маси в СІ — кі­лограм (кг).

1 кг — це маса еталонного циліндра, виготовленого зі сплаву іридію та платини.

Якщо є два тіла масамиhello_html_3b6a3556.gif і т2, то під час їх поєднання, як свід­чить досвід, маса утвореної системи дорівнюватиме сумі цих мас:

т = т1 + т2.

Якщо система утворена із N тіл з масами т1 , т2, т3, ... mN , то її маса дорівнює сумі мас цих тіл: т =hello_html_3b6a3556.gif + т2 + т3 + ... + mN .

Ця властивість маси називається адитивністю (від латин. aditivus — отриманий шляхом додавання).

2. Другий закон Ньютона

Демонстрація 2. 1) Є аналогічною демонстрації 1. Але на візок-крапельницю додатково встановити три вантажі, що за масою дорівнюють вантажу, підвішеному до кінця мотузки, і за розташуванням крапель знову переконатися, що рух є рівноприскореним. 2) Повернути візок у початкове положення і підвісити до вантажу на блоці додатко­вий вантаж. Повторивши дослід, мож­на помітити, що в цьому випадку розташування крапель підпорядковується тому ж закону, але краплі падали вдві­чі рідше. Тобто в разі збільшення сили в 2 рази прискорення системи збільшу­ється в 2 рази.

3) Залишивши кількість підвішених важків тією самою, покладемо на візок ще два важки. При цьому можна помітити, що прискорення стало меншим. Порівнюючи результати дослідів, можна зробити такий висновок: прискорення руху системи тіл прямо пропорційне силі, що діє на тіло, і обернено пропорційно масі цих тіл.

Виконані досліди допомогли зрозуміти взаємозв'язок прискорення, сили і маси, що є справедливим не тільки для візка. Замість нього можна взяти будь-яке інше тіло — залежність між прискоренням, силою і масою завжди буде тією самою. Це спів відношення і виражає другий закон Ньютона.

Другий закон Ньютона: прискорення, якого набуває тіло внаслідок взаємодії з іншим тілом, прямо пропорційне силі, що діє на нього, і обернено пропорційне його масі:hello_html_m5de48dab.gif

Другий закон Ньютона виконується тільки в інерціальних системах відліку, бо тільки в них прискорення тіла обумовлено дією на це тіло інших тіл.

V. Закріплення нового матеріалу

Розв'язування задач (усно)

1. Чи є правильним таке формулювання другого закону Нью­тона: «Під дією системи сил матеріальна точка завжди рухається в бік сумарної сили»?

2. Відомі маса тіла і прикладена до нього сила. Чи достатньо цього, щоб передбачити рух цього тіла?

3. Чому порожній автобус на вибоїнах підкидає значно сильніше, ніж тоді, коли в салоні є пасажири? (Порожній автобус має малу масу, тому на вибоїнах зазнає більшого прискорення.)

4. Обчисліть силу, яка надає тілу масою 5 кг прискорення 4 м/с2. (F = 20 Н)

5. Визначте масу м'яча, якщо після удару силою 500 Н він набув прискорення 500 м / с2. (т = 1 кг)

6. Обчисліть прискорення, якого набуває тіло масою 1 т під дією сили 500 Н. (а = 0,5м/с2).

Розв’язування задач(письмово)

1. Знайдіть проекцію сили, що діє на тіло масою 500 кг, за якої тіло рухається прямолінійно, а його координата змінюється за законом х = 20-10t + t2.

VІ. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання

Домашнє завдання

1. Вивчити теоретичний матеріал за підручником.

2. Розв'язати задачі.

1) Водій автомобіля почав гальмувати, коли до заправочної станції залишалося 200 м. Яка має бути сила опору рухо­ві, щоб автомобіль масою 1000 кг зупинився біля станції, якщо його початкова швидкість 20 м/с?

2) Під дією сили 150 Н тіло рухається прямолінійно так, що його координата змінюється за законом х = 100 + 5і+0,5£2. Знайдіть масу тіла.

3. Виконати творче завдання.

Описати другий закон Ньютона за узагальненим планом ха­рактеристики фізичного закону.



Урок №14 Третій закон Ньютона.

Мета уроку: продовжувати формувати уявлення про взаємодію тіл та її наслідки. Дати учням знання про третій закон Ньютона та його зв'язок з першими двома законами Ньютона. Навчати учнів застосовувати цей закон;розвивати вміння узагальнювати, аналітично мислити, індивідуальні здібності учнів;формувати навички самостійної роботи, увагу, активність, науковий світогляд учнів.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: комп'ютер, мультимедійний проектор або інтерактивна дошка,динамометри.

Демонстрації: відеозапитання для повторення перших двох законів Ньютона. Досліди ( реальні та віртуальні), що підтверджують третій закон Ньютона: дія дорівнює протидії. Візки з гирями та нитки.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Перевірка знань, умінь учнів.








Фізичний диктант

І варіант

ІІ варіант

1.Маса це…

1.Рівнодійна сила – це…

2.Чи є система відліку інерціальною? [відеозапитання]

hello_html_275cb69d.jpg

2.Чи є система відліку інерціальною? [відеозапитання]

hello_html_m7337f48.jpg

3hello_html_m4e3679ca.gif.



3hello_html_3e82e948.gif.

4Группа 158.

40Н m=5 кг

a - ?

30Н

4Группа 162.

a= 2м/с2

m-?


5.Напрям рівнодійної сили - ?

hello_html_7f139f61.png[відеозапитання]


5.Напрям рівнодійної сили - ?

hello_html_mf11280d.jpg[відеозапитання]

6. 2г = …

50 кН = …

6. 4,8 т = …

45 мН = …

ІІІ. Актуалізація знань учнів

Чи може дія одного тіла на інше бути однобічною?

Яка мінімальна кількість тіл потрібна для взаємодії?

Як ви гадаєте, що можна сказати про дію і протидію?

IV. Вивчення нового матеріалу

Другий закон Ньютона встановлює залежність прискорення одного з тіл, що взаємодіють, від його маси та сили, яка діє на нього. Однак у результаті взаємодії кожне тіло отримує прискорення, а отже, на кожне з тіл, що взаємодіють, діє сила. Досліди показують, що в усіх видах взаємодій прискорення тіл, які взаємодіють, обернено пропорційні масам цих тіл:
hello_html_m1e0ae379.gif

З цього співвідношення з урахуванням того, що прискорення, яких набувають тіла в процесі взаємодії, спрямовані в протилежних напрямках, можна записати:

hello_html_975fffa.gif

Відповідно до другого закону Ньютона,hello_html_m1f99e87c.gif і hello_html_207e0bc1.gif , деhello_html_m3f2a646d.gifсила, що діє на перше тіло, аhello_html_751089b8.gif— на друге.

Тому hello_html_3d504331.gif = −hello_html_25191f60.gif. Ця рівність виражає третій закон Ньютона:

Тіла взаємодіють одне з одним із силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямком.

Третій закон Ньютона стверджує, що сили завжди «виникають» парами. Ці сили іноді називають силами дії та протидії. При цьому байдуже, яку з двох сил назвати силою дії, а яку — силою протидії.

Властивості сил, із якими тіла взаємодіють.

Сили, з якими взаємодіють два тіла:

а) мають ту саму фізичну природу, оскільки зумовлені тією самою взаємодією;

б) однакові за модулем і спрямовані вздовж однієї прямої протилежно одна одній;

в) прикладені до різних тіл і тому не можуть компенсувати одна одну.

Приклади прояву третього закону Ньютона.

Третій закон Ньютона показує, що дія одного тіла на інше має взаємний характер. Однак часто ми бачимо (або відчуваємо) дію, що чиниться лише на одне з двох тіл, які взаємодіють, у той час як дія на інше тіло залишається непоміченою.

Відповідно до третього закону Ньютона, камінь притягує Землю з такою ж силою, з якою Земля притягує камінь. Тому, коли камінь падає, він і Земля — обидва — рухаються з прискореннями назустріч одне одному. Однак прискорення Землі в стільки ж разів менше за прискорення каменя, у скільки разів маса Землі більша від маси каменя. Тому ми й «помічаємо» часто лише одну силу взаємодії із двох — силу, що діє на камінь з боку Землі. А така сама за модулем сила, що діє на Землю з боку каменя, залишається непоміченою.

На завершення уроку можна розглянути ще кілька прикладів.

1. Явище віддачі. Сила, що діє на снаряд з боку гармати, дорівнює за модулем силі, що діє на гармату з боку снаряда в момент пострілу. В автоматичній стрілецькій зброї явище віддачі використовується для перезаряджання зброї.

2. Реактивний рух. Викидаючи з величезною швидкістю продукти згоряння палива назад, ракета діє на них із величезною силою. Із такою ж за модулем, але спрямованою вперед силою продукти згоряння діють на ракету.

3. Взаємодія Землі й Сонця, Місяця й Землі, рух планет та інших небесних тіл.

4. Рух транспортних засобів.

hello_html_6e8da7a2.jpg

Третій закон Ньютона

Два тіла взаємодіють між собою з силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямом. hello_html_22d4d388.gif

«Дія» і «протидія» - це сили, що прикладено до різних тіл.

«Дія» і «протидія» - це сили, що мають однакову фізичну природу.

Vhello_html_1d9940b5.gif. Закріплення нового матеріалу

[Пропонується учням вказати сили, що діють на брусок, а також назвати відповідні «протидії». Учні записують І і ІІІ закони Ньютона ]

Задача 1

Мотузка витримує навантаження 600 Н. Її розтягують у протилежні боки з силами 400Н. Чи розірветься мотузка?

[hello_html_5c452bf3.gifОбговорення з учнями варіантів розв'язку. Пояснення]



[Для сильного класу можливе розв'язування задачі у загальному вигляді для F1≠F2.

hello_html_2cb70ed0.gif





Для випадку F1=F2отримуємо результат F =F1=F2 .]

Задача 2

Комаха зіткнулася з вітровим склом автомобіля, що рухався. Яка сила більше: та, з якою автомобіль подіяв на комаху, чи та, з якою комаха подіяла на автомобіль? Поясніть свою думку.

Чи є третій закон Ньютона справедливим, якщо взаємодіють не два, а більше тіл?

VI. Підсумки уроку

VII. Домашнє завдання

П:________________________

Завдання __________________

Задача** Кінь тягне екіпаж. За третім законом Ньютона сила, з якою кінь діє на екіпаж, дорівнює силі, з якою екіпаж діє на коня. Чому тоді екіпаж просувається за конем, а не навпаки?



Урок №15. Межі застосовності законів Ньютона.

Мета уроку: систематизувати й узагальнити знання учнів з теми «Закони Ньютона»; показати межі застосування цих законів.

розвивати вміння систематизувати відомі фізичні факти, розвивати спостережливість, уміння встановлювати причинні зв'язки;

розвивати уявне й логічне мислення, інтерес до експерименту; виховувати навички індивідуальної і колективної роботи; виховувати інформаційну культуру учнів, увагу, акуратність у виконанні роботи.

Тип уроку: урок закріплення знань.

Хід уроку

I.Організаційний момент.

II. Актуалізація опорних знань.

Відповіді на запитання:

1. Що називають інерціальними системами відліку?

2. Сформулюйте перший закон Ньютона?

3. Що таке інертність?

4.Що є мірою інертності?

5. Сформулюйте другий закон Ньютона?

6. Сформулюйте третій закон Ньютона?

III. Пояснення нового матеріалу.

До кінця минулого століття ніхто не сумнівався в абсолютній правильності законів Ньютона. Однак у XX ст. з’ясувалося, що ці закони все-таки не є абсолютно точними.

  1. Перший закон Ньютона відповідає на питання. Чому та за яких умов тіло рухається прямолінійно рівномірно. Якщо тіло рухається рівномірно прямолінійно чи перебуває в спокої, то це відбувається за умови скомпенсованості сил, які на нього діють ( рівнодійна сил дорівнює нулю), або за відсутності дії на це тіло взагалі.

  2. Другий закон Ньютона відповідає на питання, чому та за яких умов тіло рухається прямолінійно рівноприскорено. Якщо тіло рухається прямолінійно рівноприскорено. То це відбувається за умови постійності за модулем і напрямом сили або рівнодійної сил, які діють на тіло.

  3. Численні дослідження показали,що другий закон Ньютона справедливий для всіх сил. Це один з проявів єдинства природи: сили і тіла можуть бути різними, ап. Закони одні для всіх сил і тіл.

  4. Третій закон Ньютона пояснює шляхи виникнення сили. Згідно з цим законом, сила виникає під час взаємодії тіл. При цьому на кожну з сил, що взаємодіють, діє сила, і тіло отримує прискорення.

Межі застосування законів Ньютона:

  1. Закони Ньютона – однакові для всіх інерціальних систем руху. Тобто всі механічні процеси відбуваються однаково, яку б інерціальну систему ми не вибрали.

  2. Закони Ньютона справедливі для матеріальних точок.

  3. Закони Ньютона справедливі для рухів зі швидкостями, що є набагато меншими за швидкість світла.

Закони Ньютона справедливі лише в інерціальних системах відліку. Оскільки поверхня Землі є ІСВ зі значними застереженнями, то застосовувати закони Ньютона можна для випадків, коли Землю можна вважати плоскою (не впливає кривизна поверхні) і коли час взаємодій значно менший від періоду добового обертання Землі (не впливає прискорення поверхні).

Ними не можна користуватися, коли тіла рухаються з дуже великими швидкостями, які можна порівняти зі швидкістю світла. Ці закони покладено в основу так званої релятивістської механіки, або теорії відносності. А закони Ньютона є наслідком цих законів, коли швидкості тіл є малими порівняно зі швидкістю світла. Альберт Ейнштейн зумів сформулювати закони руху, справедливі й для руху зі швидкостями, близькими до швидкості світла.

Закони Ньютона не можна застосовувати також, розглядаючи рухи внутрішньоатомних частинок. Такі рухи описуються законами квантової механіки, у якій класична механіка розглядається як окремий випадок.

IV. Застосування набутих знань,

  1. На рисунках прокоментувати, як проявляється в кожному випадку третій закон Ньютона.

hello_html_5e8bc1f4.png


hello_html_5e8bc1f4.png



Розв'язування задач (усно)

1. Нитка витримує вантаж масою 4 кг. Чи порветься нитка, якщо до її кінців прикласти сили по 35 Н?

2. Чому дорівнює векторна сума двох сил, про які йдеться в третьому законі Ньютона? Чи зрівноважують ці сили одна одну?

3. Тримаючись за кінці каната, перекинутого через блок, у повітрі висять два спортсмени, маси яких однакові. Один з них розпочав підніматися по канату вгору. Чи рухатиметься другий? Куди?

4. Барон Мюнхгаузен стверджував, що витягнув себе за волосся з болота. Чи можливо це?

Розв'язування задач (письмово)

На гладенькому столі лежать два бруски, зв'язані між собою міцною ниткою. Маса першого бруска — 0,5 кг, маса другого — 0,1 кг. Перший брусок тягнуть з горизонтально напрямленою силою З Н. З яким прискоренням він рухається? Яка сила діє на другий брусок?

V. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання

Учитель підбиває підсумок уроку, оцінює діяльність учнів.

Домашнє завдання

1. Вивчити теоретичний матеріал за підручником.

2. Розв'язати задачі.

1) Людина масою 50 кг, стоячи на ковзанах, відштовхує із силою 20 Н кулю масою 2 кг. Якого прискорення набувають при цьому людина і куля?

2) Два тіла зв'язані міцною ниткою, перекинутою через блок. Маса першого тіла 1 кг, маса другого — 5 кг. Земля притягує до себе перше тіло з силою 10 Н, а друге — із силою 50 Н. З яким прискоренням рухатиметься система тіл? З якою силою діятиме перше тіло на друге?





Урок №16 Гравітаційна взаємодія. Закон всесвітнього тяжіння.

Мета уроку: сформувати в учнів знання про гравітаційну взаємодію, як один із видів фундаментальних взаємодій у природі, форму та застосування закону Всесвітнього тяжіння;розвивати індивідуальні і творчі здібності учнів, логічне мислення, зорову і слухову пам’ять; виховувати впевненість у собі, необхідність в знаннях.

Тип уроку: комбінований.

Обладнання: електронна дошка, задачі для учнів, м’ячик.

Хід уроку

I. Організаційний етап

II. Перевірка домашнього завдання

Самостійна робота

За узагальненим планом характеристики фізичного закону дати характеристику:

(варіант 1) першого закону Ньютона;

(варіант 2) другого закону Ньютона;

(варіант 3) третього закону Ньютона.

III. Повідомлення теми, мети й завдань уроку

План вивчення теми

1. Гравітаційні сили. Закон всесвітнього тяжіння.

2. Гравітаційна стала.

3. Маса — міра гравітації.




IV. Мотивація навчальної діяльності

Завдання класу

Застосовуючи метод «Прес» (див. додаток 5), обґрунтувати відповідь на запитання, чому є важливим вивчення і вдосконалення знань про гравітаційну взаємодію тіл.

V. Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу

1. Гравітаційні сили. Закон всесвітнього тяжіння

Як усім відомо, м'яч, кинутий вгору, падає на землю; яблуко, відірвавшись від гілки, також падає на землю(продемонструвати це дітям за допомогою м’яча). Місяць наче «прив'язаний» обертається навколо Землі, а Земля — навколо Сонця. Пояснення цим фактам було дано І. Ньютоном.

Коли у 1665 р. в Англії спалахнула епідемія чуми, двадцяти­річний Ньютон, який щойно закінчив Кембріджський університет, змушений був два роки рятуватися у рідному селі. «У той час я був у розквіті своїх винахідницьких сил», — писав про себе вчений. Думка про єдиний закон тяжіння прийшла йому в голову, коли він побачив падаюче яблуко. «Чому падає яблуко? І не тільки яблуко — усі тіла падають на Землю, тому що Земля їх притягує. Може, притягання Землі простирається і до Місяця та втримує його на орбіті? А сила притягання до Сонця утримує планети на орбітах при їхньому русі навколо Сонця?»

hello_html_m7e7be1b7.jpg hello_html_7e1fa535.jpg

У 1967 р., аналізуючи матеріали астрономічних спостережень, Ньютон застосував сформульовані ним закони динаміки до руху Місяця. Йому було відомо, що Місяць обертається навколо Землі фактично по коловій орбіті. Але це можливо тільки в тому випадку, якщо на тіло діє певна сила, яка надає йому доцентрового прискорення. Якщо б такої сили не було, то Місяць за законом інерції рухався б прямолінійно рівномірно. Ньютон припустив, що такою силою є сила взаємного притягання між Землею й Місяцем. Після проведення певних розрахунків, він дійшов висновку, що силу взаємного притягання між Землею та Місяцем можна обчислити за формулою:

hello_html_m6b94c545.gif

де Мм , М3 — маса Місяця і Землі, R— відстань від Місяця до Землі, а G — коефіцієнт, який називають гравітаційною сталою.

У результаті досліджень Ньютоном було встановлено, що всі тіла у Всесвіті притягаються одне до одного. Це взаємне притягання називається всесвітнім тяжінням.

Сили, з якими будь-які два тіла притягуються одне до одного, називаються силами всесвітнього тяготіння, або гравітаційними силами (від латин. «гравітас» — тяготіння, тяжіння).

Закон всесвітнього тяжіння: два тіла притягуються одне до одного по прямій, яка з'єднує їх, із силою, прямо пропорційною добутку їх мас та обернено пропорційною квадрату відстані між ними:

hello_html_76762b5e.gif

Завдання класу. Визначте правильне твердження.

Формулу hello_html_223d04ad.gif можна застосовувати, якщо:

1) два тіла можна вважати матеріальними точками;

2) два тіла являють собою однорідні сфери чи кулі, навіть у тому випадку, коли відстань між центрами сфер або куль порівняна з їхніми радіусами (у цьому випадку R — відстань між центрами сфер чи куль);

3) одне тіло є матеріальною точкою, а друге — однорідною сферою або кулею.

2. Гравітаційна стала

До складу формули закону всесвітнього тяжіння входить гра­вітаційна стала, або стала тяжіння. З'ясуємо її фізичний зміст.

Із формули hello_html_223d04ad.gif маємо:

hello_html_4b7db3ad.gif

Фізичний зміст гравітаційної сталої: гравітаційна стала чисель­но дорівнює силі притягання між двома матеріальними точками масою 1 кг кожна, які знаходяться на відстанях 1 м одна від одної, і обчислюється за формулою:

hello_html_cbaba8a.gif

Щоб знайти числове значення G, треба виміряти силу притя­гання двох тіл відомої маси, що перебувають на відомій відстані одне від одного.

hello_html_54787a60.jpg

Такий дослід уперше поставив англійський фізик Кавендиш: за допомогою винайденого ним приладу зміг виміряти силу при­тягання масивних металевих куль. Вимірювання показали, що

hello_html_141ad686.gif

3. Маса — міра гравітації

Поняття маси було початково отримано під час вивчення інертних властивостей тіл як міри цих властивостей. У законі всесвітнього тяжіння маса виступає в новій ролі — як міра тя­жіння.

Гравітаційною масою називають масу тіл, знайдену за силою притягання між тілами.

Таким чином, маса одночасно виступає і як міра інертності тіл, і як міра їх гравітації (притягання).

Численні досліди, поставлені в кращих фізичних лабораторі­ях світу, показали рівність гравітаційної й інертної маси тіла.

Маса — це скалярна величини, яка характеризує інертні й гра­вітаційні властивості тіл і є мірою цих властивостей.

VI. Закріплення нового матеріалу

Розв’язування задач (усно)

Як зміниться сила всесвітнього тяжіння між двома тілами, якщо:

а) масу одного з них збільшити в 2 рази;

б) відстань між тілами збільшити в 2 рази?

Розв’язування задач (письмово)

1. На якій відстані від поверхні Землі сила притягання космічного корабля до Землі в 100 разів менша, ніж на його поверхні?

2.Визначте масу Сонця, вважаючи орбіту Землі коловою, якщо швидкість обертання Землі навколо Сонця hello_html_4a5387c7.gif , а радіус земної орбіти hello_html_m786b4f47.gifкм.

ДПрямая со стрелкой 222Прямая со стрелкой 223ано: СІ Розв’язання

v=30hello_html_m6232f999.gif v=3hello_html_m3364d813.gif На Землю діє сила

R=hello_html_10937ac8.gifкм R=1,5hello_html_7430af1a.gifм притягання Сонця:

G=hello_html_m26a9bf47.gif

(Прямая со стрелкой 221з таблиці) hello_html_18dfc431.gif

Цю силу можна також

hello_html_39091efa.gif-? знайти з другого закону Ньютона:

hello_html_185302e2.gif hello_html_m31309d31.gif hello_html_m48d0403f.gif

hello_html_m128a405a.gif hello_html_5d8e8110.gif

hello_html_m4a5e3bc3.gif

Відповідь:hello_html_m107dc192.gif

VII. Підбиття підсумків уроку

Завдання класу

Визначити ключові слова уроку, мо­тивуючи свій вибір за методом «Ключові слова» (див. додаток 4).

Чому ми не помічаємо взаємодії тіл між собою; наголошує, що вивчен­ня цієї теми допомагає знайти відповідь на це запитання.

Виходячи із закону всесвітнього тяжіння hello_html_223d04ad.gif бачимо, що числове значення G дуже мале, тому гравітаційні сили між тілами невеликої маси так само малі і ми часто їх не помічає­мо. Для тіл, які мають великі маси, ці сили досягають великих значень.

Слід також зазначити, що закон всесвітнього тяжіння дозволив Ньютону пояснити рух планет, припливи та відпливи, допоміг відкрити астрономам найвіддаленіші планети нашої сис­теми — Нептун і Плутон. (Тільки обчисливши їх координати, вчені змогли знайти їх на небі.) На основі цього закону на багато років уперед були передбачені сонячні і місячні затемнення, об­числюється рух космічних кораблів.

VIII. Домашнє завдання

1. Вивчити теоретичний матеріал за підручником.

2. Розв'язати задачі.

1) У скільки разів сила притягання Землею штучного супут­ника більша на її. поверхні, ніж на висоті трьох земних радіусів?

2) З якою силою притягуються два тіла масою 80 т кожне, якщо відстань між ними 1000 м?

3) Місяць рухається навколо Землі зі швидкістю 1 км/с. Се­редній радіус орбіти Місяця 384 000 км. Визначити масу Землі.

3. Виконати творче завдання.

Охарактеризувати закон всесвітнього тяжіння за планом характеристики фізичного закону.

Узагальнений план характеристики фізичного закону

  1. Формулювання та математичний запис.

  2. Досліди, що підтверджують справедливість закону.

  3. Приклади практичного застосування.

  4. Межі або умови застосування.


Урок №17 Сила тяжіння. Вага і невагомість. Штучні супутники Землі.

Мета уроку: формування в учнів поняття сили тяжіння і ваги як фізичних величин, штучного супутника Землі, космічних швидкостей та їх змісту;

усвідомлення понять невагомості та перевантаження;

формування вміння розраховувати першу космічну швидкість.

Тип уроку: комбінований.

Обладнання: динамометр, набір тіл.

Хід уроку

І. Організаційний етап

ІІ. Перевірка домашнього завдання

Фронтальне опитування

  1. Що називають силою тяжіння (гравітаційною силою).

  2. Сформулюйте закон всесвітнього тяжіння.

ІІІ Повідомлення теми, мети й завдань уроку

План вивчення теми

  1. Сила тяжіння як фізична велична.

  2. Прискорення вільного падіння.

  3. Вага.

  4. Поняття перевантаження та невагомості.

  5. Поняття штучного супутника Землі.

  6. Перша космічна швидкість.

IV. Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу

  1. Сила тяжіння як фізична велична

Учитель наголошує на тому, що з поняттям сили тяжіння учні вже знайомі. Отже, використовуючи отримані знання, охарактеризуємо силу тяжіння як фізичну величину за загальним планом характеристики фізичної величини й водночас поглибимо та систематизуємо знання про неї.

Сила тяжіння як фізична величина

  1. Сила тяжіння характеризує взаємодію Землі з тілом.

  2. Сила тяжіння – це сила, з якою Земля притягує до себе тіла.

Це векторна фізична величина, яка чисельно визначається добутком маси тіла і прискорення вільного падіння.

  1. hello_html_49e118ee.gif

  2. [hello_html_m6c7f347d.gif

  3. Визначається двома способами: прямим вимірюванням (за допомогою динамометра) та непрямим вимірюванням (за формулою).

  4. Зображення сили тяжіння

Группа 274

hello_html_5ebccf63.gif hello_html_5ebccf63.gif

Сила тяжіння завжди напрямлена до центра Землі, так як напрямлене прискорення вільного падіння.

Але кожна сила характеризується також і точкою прикладання. Будь-яке тіло можна розподілити на велику кількість частинок, на кожну з яких діятиме сила тяжіння, напрямлена вертикально вниз. Рівнодійну необхідно прикласти в такій точці, щоб вона чинила таку саму дію, як і всі малі сили тяжіння разом. Тоді можна розглядати рух тільки тієї точки.

Центром тяжіння тіла називають точку прикладання сили тяжіння, що діє на тіло.

Для однорідного симетричного тіла центр тяжіння знаходиться в центрі симетрії.

  1. Прискорення вільного падіння

Знаючи закон всесвітнього тяжіння і формулу сили тяжіння можна отримати вираз для знаходження прискорення вільного падіння.

Отже, Земля притягує тіло масою hello_html_m67b88b7a.gif, яке знаходиться на її поверхні, із силоюhello_html_a185f37.gif. Але цю саму силу можна виразити і за допомогою формули сили тяжіння F=mg. Прирівнявши ці два вирази, отримаємо:

hello_html_m229cc9d2.gif.

З цієї формули видно, що прискорення вільного падіння визначається тільки масою Землі і відстанню від центра Землі до тіла, тому є однаковим для всіх тіл незалежно від їх маси. Саме це і було встановлено Галілеєм.

Якщо тіло перебуває на висоті h над поверхнею Землі, то

hello_html_m64b24afb.gif.

  1. Вага

Як уже відомо, вага – це сила, з якою тіло внаслідок його притягання до Землі діє на опору або підвіс.

Чому ця сила виникає, як напрямлена і чому дорівнює? Наприклад, на столі лежить книжка (рис.2). На неї, крім сили тяжіння hello_html_a378c2d.gif діє сила пружності з боку столу hello_html_68d8653.gif, напрямлена вгору. За третім законом Ньютона з боку книжки на стіл діє також сила пружності Р, яка напрямлена вниз. Це і є вага книжки.

hello_html_m4b5a6e3e.gif hello_html_m2b0d64fa.gif (Oу: mg-N=0),оскільки N=mg. Отже , P=mg.

а=0

Группа 276

Вага тіла, яке перебуває в спокої, дорівнює силі тяжіння, що діє на це тіло. Це справедливо і для тіла, що рухається зі сталою швидкістю, бо рівнодійна всіх сил дорівнює нулю.

  1. Поняття перевантаження та невагомості

Запитання до класу. Чому дорівнює вага, якщо тіло рухається з прискоренням?

Демонстрація 1. Підвісити тіло до динамометра і зафіксувати його покази. Різко підняти динамометр з підвішеним до нього тілом. Покази динамометра збільшаться.hello_html_7f845302.gif

Отже, виникло так зване перевантаження,або збільшення ваги.

Оскільки hello_html_1570585d.gif і рівняння другого закону Ньютона на вісь Оу має вигляд hello_html_m7ac0532b.gif hello_html_1890f563.gif=ma+mg , P=m(a+g).

Группа 277

Вага тіла, яке рухається з прискоренням вгору, обчислюється за формулою P=m(a+g).

Ми знаємо, що перевантаження зазнають пасажири ліфта, який починає підніматися; космонавти в ракеті, що злітає у космос, льотчики, що виходять з пікірування чи знаходяться в нижній частині «мертвої петлі». Які перевантаження може витримати людина?

Під час перевантажування збільшується не тільки вага людини в цілому, а й кожного органа окремо; вони сильніше діють одне на одного, спричиняючи больові відчуття і можуть загрожувати здоров’ю або навіть життю. Здорова людина може без шкоди для себе витримувати короткочасні триразові перевантаження. Космонавтам же, наприклад, доводиться витримувати перевантаження у 8-9 разів, тому вони перед польотом тривалий час тренуються за допомогою спеціальних апаратів. Свої межі на перевантаження мають і машини, механізми, прилади.

Демонстрація 2. Підвисити тіло до динамометра і зафіксувати його показання. Різко опустити динамометр з підвішеним до нього тілом. Показання динамометра зменшаться.

Группа 278

Отже, виникло зменшення ваги. (hello_html_1570585d.gif, Оу: hello_html_1c843f66.gif,

hello_html_514f5803.gif, hello_html_9df9785.gif.)

Вага тіла, яке рухається з прискоренням вниз, обчислюється за формулою hello_html_9df9785.gif.

Часткову втрату ваги відчувають люди в ліфті, що рухається вниз, пасажири автомобіля у верхній точці випуклого мосту.

Демонстрація 3. Підвісити тіло до динамометра і за шкалою визначити його вагу. Тепер випустити динамометр з рук. Можна помітити, що стрілка динамометра показує нуль, тобто вага тіла дорівнює нулю. У такому випадку говорять, що тіло стало неваговим.

З формули hello_html_9df9785.gif видно, що вага дорівнює нулю, якщо g=а. А це можливо, якщо на тіло діє тільки сила тяжіння.

Станом невагомості називається стан, за якого вага тіла дорівнює нулю. Тіло перебуває у стані невагомості, якщо на нього діє тільки сила тяжіння.

Невагомі,наприклад, штучні супутники Землі на своїй орбіті, космонавти і всі предмети всередині космічного корабля. Невагомість відчувають плавці, стрибнувши з вишки, парашутисти в перші хвилини падіння. Характерною властивістю стану невагомості є відсутність «внутрішніх напружень» у тілі, наприклад тиснення одних органів на інші.

  1. Поняття штучного супутника Землі.

Цікавим і важливим випадком руху тіла під дією сили тяжіння є рух штучних супутників Землі. І.Ньютон писав в одній із своїх праць: «Уявімо собі, що на дуже високій горі встановили величезну гармату і стріляють з неї в горизонтальному напрямі. Чим більша швидкість снаряда, тим далі він полетить. І як ще швидкість снаряда буде достатньо великою, кинуте горизонтально, буде падати на Землю, а Земля нібито «відходитиме з-під тіла на таку саму відстань. У результаті тіло буде рухатись на висоті h над поверхнею Землі.

Штучний супутник Землі – це тіло, яке рухається на певній висоті над поверхнею Землі по коловій орбіті.

  1. Перша космічна швидкість.

Швидкість, за якої тіло, що кинуто горизонтально, починає обертатися по колу навколо Землі поблизу її поверхні, називається першою космічною швидкістю.

Обчислимо першу космічну швидкість для супутника, який обертається навколо Землі по коловій орбіті на невеликій висоті h (hhello_html_4588cabe.gif). У цьому випадку доцентрове прискорення супутника дорівнює прискоренню вільного падіння: a=g. Але доцентрове прискорення визначається за формулою hello_html_m60ac770c.gif, R радіус Землі, тоді g=hello_html_1ca5335f.gif, hello_html_7fdc89e2.gif Якщо підставити в останню формулу значення g R (g=9,8hello_html_m1fb3eee7.gif і R=6,31hello_html_71ef234d.gifм), то hello_html_4028f1b9.gif hello_html_m5920ce27.gif.

Надати такої швидкості тілу не просто. Тільки 4 жовтня 1957 р. вперше в історії людства вченим та інженерам колишнього СРСР вдалося за допомогою потужної ракети надати першої космічної швидкості тілу масою 83 кг, яке й стало першим штучним супутником Землі.




V. Закріплення нового матеріалу

Задача. Яку швидкість має супутник Землі, який рухається по коловій орбіті на висоті 3,6hello_html_71ef234d.gif м над поверхнею Землі? Радіус Землі 6,4hello_html_71ef234d.gif м, прискорення вільного падіння 10hello_html_m1fb3eee7.gif.

VI. Домашнє завдання

  1. Вивчити теоретичний матеріал за підручником.

  2. Розв’язати задачі.

  1. Обчислити першу космічну швидкість на висоті трьох земних радіусів.

  2. Перша космічна швидкість поблизу якоїсь планети радіуса 4000 км дорівнює 4hello_html_2b49b4bc.gif. Яке прискорення вільного падіння на поверхні цієї планети?

  3. Знайти вагу космонавта масою 80 кг під час старту ракети з поверхні Землі вертикально вгору з прискоренням 15hello_html_3ff791fe.gif.

  4. У ліфті спускається пасажир масою 60 кг. Знайти його вагу на початку і наприкінці спуску, якщо прискорення ліфта 2 hello_html_m1fb3eee7.gif.





Урок №18 Розв’язування задач з теми “Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння”.

Мета уроку: систематизація знань про силу тяжіння i вагу як фізичні величини, про поняття перевантаження та нeвaгомоcmi; обчислення ваги у стані спокою i при рівноприскореному русі вгору i вниз; продовження формування навичок i вмінь учнів розв'язувати типові фізичні задачі

Тип уроку: урок застосування знань, умінь, навичок.

Хід уроку

I. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань

Фізичний диктант

Закінчіть речення так, щоб отримати правильне твердження.

1. Сила, з якою Земля притягує до себе тіла; векторна фізична величина, яка чисельно визвачається добутком маси тіла i прискорення вільного падіння, — сила....

2. Сила, з якою тіло внаслідок його притягання до Землі діє на опору чи підвіс, називається....

3. Збільшення ваги внаслідок рівноприскореного руху тіла вгору називається....

4. Зникнення ваги тіла під час його руху тільки під дією сили тяжіння називається... .

5. Сила тяжіння обчислюється за формулою... .

6. Вага нерухомого тіла обчислюється за формулою... .

7. Вага тіла під час рівноприскореного руху вгору обчислюється за формулою... .

8. Вага тіла під час рівноприскореного руху вниз обчислюється за формулою... .

9. Прискорення вільного падіння з масою та радіусом Землі пов’язує формула...

ІІІ. Повідомлення теми, мети й завдань уроку

IV.Застосування набутих знань

Розвязування задач (усно)

В усіх задачах вважати, що g=10 м/hello_html_343173f8.gif

1.Чи може камінь вдаритися об Землю із силою, що перевищує його вагу?

2. Знайдіть массу тіла, на яке поблизу поверхні Землі діє сила 250Н.

3. Брусок діє на поверхню столу із силою 50 Н. Як називається ця сила? Вона більша чи менша, ніж сила тяжіння бруска? Яка масса бруска?

4. Чи відчуває людина, яка біжить, стани невагомості і перевантаження?

5.Чи перебуває в стані невагомості космонавт:

  1. У кабіні космічного корабля під час польоту по орбіті;

  2. Під час виходу у відкритий космос?

6. Чим характеризується стан перевантаження? В який момент космонавт відчуває пеоевантаження?

Розвязування задач (письмово)

1. На мідну кулю обємом 120 hello_html_2c01e437.gif діє сила 8,5 Н. Куля суцільна, чи порожниста?

2. Чому дорівнює вага вантажу масою 100кг під час його рівноприскореного підйому ліфтом, якщо ліфт досяг швидкості 3 м/с, пройшовши шлях 18 м?

V.Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання

Домашнє завдання

1. Повторити теоретичний матеріал за підручником.

2. Розв'язати задачі

1) Яке прискорення має рухомий ліфт, якщо вага тіла, яке знаходиться в ліфті стане рівною 490 Н? Маса тіла 70 кг.

2) 3 якою швидкістю буде тиснути на сидіння льотчик масою 75 кг, виводячи літак з пікірування зi швидкістю 540 км/год, якщо радіус траекторії при цьому 450 м?

3. Виконати творче завдання.

Підготувати повідомлення (на 3-4 хв) на одну з тем:

1) «Значения poбіт К. Ціолковського для космонавтики».

2) «Успіхи в освоєнні космосу (історія космонавтики)».

3) «Розвиток космонавтики в Україні».

4) «Наукове i практичне значення космонавтики».



Урок №19 Рух тіла під дією кількох сил. Розв’язування задач на застосування законів Ньютона.

Мета уроку: навчити учнів складати рівняння руху з урахуванням усіх сил, що діють на тіло, та додавати сили (графічно та аналітично) і знаходити їх рівнодійну; формувати вміння та навички визначати рівнодійну кількох сил, що діють на тіла, у побуті й техніці;розвивати логічне мислення у процесі розв’язування задач;виховувати самостійність, працьовитість , наполегливість у роботі.

Обладнання: похила площина, тіло, динамометр, демонстраційний малюнок.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Фронтальне опитування:

1. Які види сил вивчає механіка?

2. Який напрям прискорень, що їх надають тілам сили (сила пружності, сила тяжіння, сила тертя)?

3. Яка послідовність розв’язування задач?

4. Як знайти кожну з двох сторін прямокутного трикутника за відомою стороною і тригонометричними функціями гострого кута.

5. Що характеризує сила?

6. Яка сила називається зрівноважуючою силою, яка рівнодійною?

7. Що називається додаванням сил.



ІІ. Повідомлення теми, мети і завдання уроку.

Рух тіла під дією кількох сил. Додавання сил. Навчитись складати рівняння руху з урахуванням усіх сил, що діють на тіло, додавати сили. Розвивати логічне мислення у процесі розв’язування задач.

ІІІ. Сприйняття нового матеріалу.

У попередніх параграфах цього розділу ми розглянули рух тіла, на яке діє тільки одна сила. Насправді такі рухи в земних умовах майже не відбуваються. Це випливає вже з того, що поряд із силами пружності або тяжіння завжди діє також сила тертя. Щоб розв’язати таку задачу, треба спочатку вибрати напрям координатних осей і зобразити на малюнку вектори всіх сил і вектор прискорення тіла, якщо відомий його напрям. Потім треба знайти проекції всіх векторів на ці осі координат. Записати рівняння ІІ-го закону Ньютона для проекцій на кожну вісь і розв’язати разом знайдені рівняння.

ЗГруппа 5292
адачі, що розв'язуються на уроці:

Задача 1.Тіло сповзає рівномірно по похилій площині з кутом нахилу 40°. Визначити коефіцієнт тертя-ковзання між тілом і площиною.(мал. 1)

Розв’язання.

Під час сповзання тіла з похилої площини на нього діють сила тяжіння hello_html_m256456d9.gif, сила реакції опори площини hello_html_33248bcc.gif і сила тяжіння hello_html_m779edbc1.gif.прискорення при рівномірному сповзанні дорівнює нулю.

Отже рівняння руху для тіла: hello_html_m1d3d9b1d.gif (1)

За напрям осі ОХ візьмемо напрям руху тіла. Тоді матимемо таке рівняння відносно цієї осі:

hello_html_m41f69c09.gif

(2)

hello_html_m3f813027.gif, звідси hello_html_37b6b54f.gif;


враховуючи, що hello_html_676f4116.gif, запишемо рівняння (2) у вигляді:

hello_html_3f19d350.gif, звідки hello_html_m59c87da7.gif,


hello_html_m5540e56c.gif

Далі розглянемо приклади: рух човна впоперек річки, скочування тіла з похилої площини. На цих прикладах можна переконатися в необхідності визначення рівнодійної кількох сил, що діють на тіло.

ОГруппа 5280скільки сили – вектори, то їх додають за правилом паралелограма (мал. 2). Рівнодійна двох сил напрямлених під кутом одна до одної, виражаються діагоналлю паралелограма, побудованого на складових силах, як на сторонах.

Так слід зауважити, що дія кожної сили не залежить від дії інших сил. А це дає змогу додавати будь-яку кількість сил.

Спільна дія кількох сил завжди дорівнює сумі незалежних дій окремих сил.

Узагальнимо ІІ-ий закон Ньютона:

hello_html_3397f3f0.gif, hello_html_m3dd9018f.gif; hello_html_m5353e663.gif

або hello_html_m559a9180.gif

де hello_html_28da3de5.gif - рівнодійна, hello_html_4a7ab29f.gif - прискорення, якого надає тілу рівнодійна всіх сил, що діють на це тіло.

Прикладом розкладання сил на дві складові може бути скочування автомобіля з гори. Тут сила тяжіння, що діє на автомобіль, розкладається на дві складові.

Одна з них hello_html_m4b0801bd.gif – сила, яка скочує автомобіль вздовж дороги, а друга hello_html_4e8ef46.gif – перпендикулярна до неї. Прискорення автомобілю надає тільки сила hello_html_m4b0801bd.gif. Прискорення, у напрямі перпендикулярному до дороги, дорівнює нулеві, бо дія сили hello_html_4e8ef46.gif компенсується реакцією опори hello_html_33248bcc.gif.

Розкладаючи сили на складові, треба побудувати на заданих напрямках паралелограма, діагональ якого — вектор даної сили, що ми розглянули. Тоді сторони паралелограма дорівнюватимуть складовим силам (їх модулям).

Задачі, що розв'язуються на уроці:

ЗГруппа 5277адача 1. На горизонтальному столі лежить дерев’яний брусок масою 500 г, який приводиться в рух вантажем 300 г, підвішеним на одному кінці нитки, яка перекинута через блок та прив’язана другим кінцем до бруска. Сила тертя при русі бруска рівна 0.98 Н. З яким прискоренням буде рухатись брусок і яка сила натягу нитки? Тертям в блоці і масою нитки знехтувати.

Задача 2. Через блок перекинута нитка, на якій підвішені два тягарці по 240 г кожен. На один з тягарців кладуть вантаж масою 10 г. Визначить відстань, яку пройде цей тягарець за 3 с. З якою силою діє вантажок на тягарець під час руху? Яку силу натягу має нитка? Масою блока і нитки нехтувати.

Задача 3. На горизонтальній поверхні знаходиться 2 бруски, які з’єднані ниткою. Маса першого бруска 0,5 кг, а другого – 1,5 кг. Перший брусок тягне з силою 8 Н. Визначити силу, з я кою нитка діє на другий брусок. Тертям знехтувати.

Задача 4. Через блок, підвішений до динамометра, перекинута нитка, до кінців якої підвішені вантажі масою 0,4 і 0.6 кг. Що покаже динамометр, якщо вантажі відпустити? Масою нитки знехтувати.

Задача 5. Поїзд, маса якого 4000 т, проїжджаючи через світлофор зі швидкістю 36 км/год, почав гальмувати. Сила тяжіння стала і рівна hello_html_m4926ad29.gif. На якій відстані від світлофора знаходився поїзд через 1 хв?

V. Підведення підсумків. Повідомлення домашнього завдання.

Підготовка до контрольної роботи.

Розв’язати задачу:Автомобіль масою 1 т піднімається по шосе з нахилом 30° під дією сили тяги 7 кН. Коефіцієнт тертя між шинами автомобіля і поверхнею шосе 0,1 м. Знайти прискорення автомобіля.



Урок №20 Рівновага тіл. Момент сили. Умова рівноваги тіла, що має вісь обертання.

Мета уроку: ознайомлення учнів із поняттям статики як розділу фізики; формування знань про умови рівноваги та види рівноваги тіл, які знаходяться на гладенькій поверхні та які мають вісь обертання;виховання активної життєвої позиції, чесності, людської порядності;розвивання мислення, розвиток світогляду.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Обладнання: важіль, набір тягарців, картоплина, розрізана навпіл дротина, табл.1-3 – на кожного учня

Хід уроку:

  1. Організаційний етап

  2. Актуалізація опорних знань

Демонстрація 1. Розглянути важіль демонстраційний у положенні рівноваги під дією двох сил.

Запитання класу

  1. Що таке важіль? Чим він характеризується?

  2. За якої умови важіль як тіло, що має вісь обертання, перебуває в рівновазі?

  1. Повідомлення теми, мети й завдань уроку; мотивація навчальної діяльності

План вивчення теми

  • Статика як розділ механіки.

  • Перша умова рівноваги.

  • Момент сили. Друга умова рівноваги.

  • Види рівноваги.

  1. Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу


1. Статика як розділ механіки

Спираючись на раніше отримані знання та власний досвід, учні дають відповідь на запитання, чому важливо ознайомитися з умовами рівноваги.

Статика – розділ механіки, у якому вивчаються умови рівноваги тіл, тобто умови, за яких тіло може перебувати в спокої відносно певної інерціальної системи відліку.

У працях з механіки вчені Давнього Єгипту та Давньої Греції переважно розглядали запитання статики, адже дія величезної кількості машин і механізмів ґрунтується на вченні про рівновагу тіл. Знаннями про рівновагу керуються і в архітектурі та будівництві. Так, будуючи будь-яку споруду, що має бути у спокої, треба переконатися, що вона дійсно перебуває саме в цьому стані.

2. Перша умова рівноваги

Згідно з першим законом Ньютона, якщо рівнодійна сил дорівнює нулю, то тіло перебуває в стані спокою:

hello_html_269942b4.png

Перша умова рівноваги: для того щоб тіло залишалось в спокої (відносно інерціальної системи відліку), необхідно, щоб векторна сума всіх прикладених сил дорівнює нулю.

Перша умова рівноваги розглядається для тіл, які можна вважати матеріальними точками.

Використовуючи першу умову рівноваги, можна обчислити сили, які діють з боку тіла, що перебуває в спокої, на кілька опор або підвісів.

  1. Момент сили. Друга умова рівноваги

Якщо тіло не можна розглядати як матеріальну точку, то виконання першої умови рівноваги може бути недостатньою для того, щоб тіло залишалося в стані спокою. Якщо сили прикладені не в одній точці, то тіло може почати обертатися.

Як відомо, прикладом тіла, що здатне до обертання, є важіль.

Демонстрація 2. Прикласти до тіла дві однакові сили, напрямлені в протилежні боки, в довільних точках. Це приводить до порушення рівноваги тіла, і воно починає обертатися.

Оhello_html_m2b7c5af2.pngтже, правило рівноваги в таких випадках повинно бути складнішим. Тому пригадаємо такі характеристики, як плече сили і момент сили.

Відстань від осі обертання до лінії дії сили називається плечем сили, відстань від точки до прямої – це перпендикуляр, опущений з цієї точки на дану пряму.

Добуток модуля сили на плече сили називається моментом сили.

Момент сили позначається символом М і визначається за формулою:

M=F٠l, [M] =H٠м (СІ).

Момент сили – величина скалярна. Щоб позначити напрям осі обертання під дією певної сили, моменту приписується знак «-» чи «+».

Момент вважається від’ємним, якщо сила зумовлює обертання тіла за годинниковою стрілкою, і додатним – якщо проти годинникової стрілки.

Друга умова рівноваги (правило моментів): щоб тіло, закріплене на нерухомій осі, перебувало в рівновазі, необхідно, щоб алгебраїчна сума моментів прикладених сил відносно даної осі дорівнювала нулю:

Мhello_html_3ff30543.png12+…+Мn=0

Точку прикладання сили можна переносити вздовж лінії дії цієї сили, не порушуючи умову рівноваги, бо момент сили не зміниться.

  1. Види рівноваги

Демонстрація 3. Розрізати картоплину й насадити на дріт. Розташувати картоплину у трьох положеннях.

Види рівноваги:

А) Стійка – у разі відхилення тіло повертається в початкове положення

Б) Нестійка – у разі відхилення тіло ще більше відхиляється від положення рівноваги

В) Байдужа – за будь-яких відхилень тіло залишається в положенні рівноваги

hello_html_6d9a013.png

Учитель пропонує учням розглянути схеми 1-3 та коментує їх, організовуючи бесіду.

Характер рівноваги тіла, яке має горизонтальну вісь обертання, визначається моментом сили тяжіння. Для визначення умов рівноваги необхідно звернутися до поняття центра тяжіння.

Центр тяжіння – це точка прикладання сили тяжіння (позначення на малюнку С)

hello_html_m3fefe4b8.gif

hello_html_m2dca0f7c.gif

hello_html_m117aee05.gif

  1. Закріплення нового матеріалу

Розвязування задач

Ліхтар масою 20 кг підвішений на двох однакових тросах, які утворюють кут 1200. Знайдіть силу натягу тросів.

  1. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання

Учитель підбиває підсумок уроку, оцінює діяльність учнів.

Домашнє завдання

















Урок №22 Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу.

Мета уроку: cформувати поняття про імпульс тіла, імпульс сили та зв'язок між цими величинами, формувати знання про закон збереження імпульсу, уміння виводити закон та застосовувати його для пояснення життєвих прикладів;розвивати в учнів інтерес до науки, вміння самостійно працювати з науково-популярною літературою;виховувати прагнення до поповнення знань, впевненості учнів у собі, у своїх діях, висловлюваннях.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: підручник з фізики, збірник задач з фізики.

Хід уроку.

I. Актуалізація опорних знань.

1) Яку фізичну величину називають силою?

2) Яку фізичну величину називають масою?

3) Яку фізичну величину називають прискоренням?

4) Сформулюйте другий закон Ньютона.

5) Сформулюйте третій закон Ньютона.

II. Мотивація навчальної діяльності.

Ми вивчили закони Ньютона, які дають відповідь на питання: за яких умов тіло зберігає свій стан або рухається з прискоренням та розглянули сили, які вивчає механіка. А також Ви вже знаєте алгоритм розв’язування задач на рух тіла під впливом кількох сил. Але є випадки, коли не обов’язково розглядати всі сили, що діють на тіло при розв’язуванні задач.

Разом з тим було помічено, що є низка фізичних величин, які за певних умов залишаються незмінними (зберігаються). До таких величин, зокрема, належать маса, енергія, імпульс та інші. Вони підлягають дії законів, які у фізиці називаються законами збереження. Врахування цих законів дає змогу раціонально розв’язувати багато задач і пояснити плин багатьох фізичних явищ і процесів.

IV. Сприймання й первинне осмислення матеріалу.

  1. Імпульс тіла.

Імпульс тіла дуже часто ще називають кількістю руху, оскільки він характеризує вплив тіла на інші тіла внаслідок взаємодії.

Приклад: (аварія на дорозі)

hello_html_m55d4d955.jpg

Зіштовхується легковик з вантажівкою і коли руйнування легкової машини будуть більші, коли вантажівка пуста чи навантажена? (відповідь: навантажена). Тобто чим більша маса тіла, тим тіло більш інертне, тим вплив його на інші тіла буде більший.

Як впливає швидкість вантажівки на руйнування легковика? ( відповідь: Чим більша швидкість тим руйнування більші.)

Отже, чим більша маса тіла і його швидкість, тим вплив на інші тіла буде більший. Тобто тим більша кількість руху (імпульс тіла).

Можемо зробити висновок:

Імпульс тіла- це фізична величина, що є характеристикою механічного руху і дорівнює добутку маси тіла т на його швидкість v.

Позначають імпульс тіла літерою P.

Можемо записати формулу для імпульсу тіла:

hello_html_m4a652570.gif, де т – маса тіла (кг)

v – швидкість (hello_html_222548b3.gif).

Оскільки швидкість величина векторна, а маса скалярна, то імпульс також є величиною векторною при чому напрямок швидкості і імпульсу тіла співпадають.

hello_html_759de953.gif

hello_html_m3c04f55d.gif

hello_html_17aa43f7.gif

hello_html_mc747316.gif


Прямая соединительная линия 197Прямоугольник 196Прямая со стрелкой 195Прямая со стрелкой 194


Імпульс як фізична величина має свої одиниці вимірювання:

hello_html_2d3e70a6.gif

2) Замкнута система тіл.

При вивченні взаємодії між тілами дією деяких сил можна знехтувати, оскільки вона не є суттєвою. В такому випадку таку систему тіл називають замкнутою, оскільки не враховують вплив інших тіл на дану систему:

Наприклад: щеплення вагонів.

hello_html_6004d2d7.jpghello_html_m52d92fa0.jpg

В цьому випадку можна знехтувати впливом на вагони сили тяжіння та сили реакції опори, суттєвими є лише маси вагонів та їх швидкості, тому систему таких вагонів можна назвати замкнутими.

Група об’єднаних за певною спільною ознакою тіл, які не діють на інші тіла або дія яких несуттєва за даних умов, називається замкнутою (ізольованою) системою.

Поняття замкнутої системи – умовне і визначається завданнями, які ставляться перед дослідженням, умовами досліду, рівнем розвитку експериментального чи теоретичного методу дослідження. Якщо система з певних міркувань вважається замкнутою, то з огляду на це вона не залишається поза природою, у ній без будь-яких змін діють усі фізичні закони, зокрема закони збереження.

3) Закон збереження імпульсу

Давайте розглянемо взаємодію двох куль під час удару. Оскільки вплив сили тяжіння компенсується реакцією опори, а сила тертя дуже мала, то нею можна знехтувати, тому систему двох куль можна вважати замкнутою.

Нехай кулі масами hello_html_m25d0156e.gif і hello_html_m3847bfc2.gif рухаються на зустріч одна одній зі швидкостями hello_html_m1a07805f.gif і hello_html_bfea22b.gif

hello_html_m19cb14b6.gif

hello_html_m2009db7d.gif




hello_html_m7f8b3f9b.jpgПрямая со стрелкой 5221Прямая со стрелкой 5220Прямая со стрелкой 5219Прямая со стрелкой 5218

hello_html_b90bf99.gif

hello_html_m61104c2c.gif

hello_html_m3c32e622.gif

hello_html_56b21593.gif



hello_html_c209c3f.jpg


під час удару, кулі діють одна на одну із силами hello_html_52df7cfd.gif і hello_html_m5ef40c30.gif, які згідно з третім законом Ньютона рівні за модулем і протилежні за напрямком.

hello_html_m3f3ebc47.gif (1)

Згідно з другим законом Ньютона: hello_html_m45b3170f.gif,

hello_html_120adbeb.gif , тоді можемо записати (1) рівність наступним чином:

hello_html_4aeb1dbd.gif (2)

Якщо скористаємось формулою для прискорення, то:

hello_html_m4400cf2c.gif

hello_html_1c945492.gif

д

hello_html_m19cb14b6.gif

е hello_html_2781b939.gif, hello_html_m47418104.gif – швидкості куль після удару (мал.)

Прямая со стрелкой 5228Прямая со стрелкой 5227Прямая со стрелкой 5231Прямая со стрелкой 5230

hello_html_m19cb14b6.gif

hello_html_m2d59c205.gif

hello_html_210cc6b8.gif

hello_html_m41a6567f.gif

hello_html_4df352c2.gif

hello_html_m7f8b3f9b.jpghello_html_c209c3f.jpg

а hello_html_m58724b07.gif , оскільки час взаємодії двох куль однаковий.

Підставивши вирази для прискорення в рівність (2) отримаємо:

hello_html_60add6eb.gif

Оскільки знаменники обох частин рівності ріні, то їх можна скоротити і отримаємо:

hello_html_m469a3834.gif

Розкриємо дужки:

hello_html_573909d5.gif

Добуток маси на швидкість – це яка величина? (імпульс тіла)

Перепишемо дане рівняння так, щоб початкові імпульси тіл були з одного боку рівності, а кінцеві з іншого.

Отримаємо: hello_html_m50cc6847.gif

Виходячи з даної рівності видно, що справа у нас сумарний імпульс куль до взаємодії, а зліва – після взаємодії.

Які числові значення цих сумарних імпульсів? (рівні)

Тобто, можемо зробити висновок:

Якщо два тіла взаємодіють лише одне з одним, то сума їхніх імпульсів до взаємодії і після взаємодії залишається однаковою.

Остання формула є записом закону збереження імпульсу для взаємодії двох тіл. (візьміть формулу в рамочку)

Якщо скористатись позначенням імпульсу тіла, то останню рівність можна переписати наступним чином:

hello_html_m7c2dec8c.gif

Це твердження поширюється і на систему з довільною кількістю взаємодіючих тіл, тому можна дати загальне формулювання закону збереження імпульсу: (запишіть)

У замкнутій системі (ізольованій) векторна сума імпульсів тіл за будь-яких взаємодій між ними залишається незмінною.

hello_html_6221a476.gif

де hello_html_m1b4adc87.gif- кількість тіл в системі, а слово hello_html_43cc1bf1.gif- означає стала (незмінна величина)

Закон збереження імпульсу – один з основних законів природи. Це положення справджується для всіх явищ природи.

V. Закріплення нового матеріалу.

1) З якою фізичною величиною ми сьогодні познайомились?

2) Яка основна властивість цієї величини для замкнутої системи?

3) Про що говорить закон збереження імпульсу?

Вправа 18

1 Який імпульс кулі масою 5,6 г, що летить зі швидкістю 900 hello_html_m5920ce27.gif ?

VI. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання.

  1. Реактивний рух та його прояви в природі. (напр. рух медузи) Будова ракети з реактивним двигуном.

  2. Розвиток космонавтики в Україні. Освоєння космосу.

  3. Внесок українських вчених в розвиток реактивної техніки та космонавтики.

Домашнє завдання



Урок №23 Семінар. Реактивний рух. Розвиток космонавтики.

Мета уроку: ознайомити учнів з практичним використанням закону збереження імпульсу, навчити учнів застосовувати свої знання для розв’язання конкретних задач.

Тип уроку: комбінований урок.

Обладнання: підручник, слайди, візок, відеофрагменти, лінійка.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Фізичний диктант.

1. Що називається імпульсом тіла?

2. Сформулюйте закон збереження імпульсу

ІІ. Пояснення нового матеріалу.

Демонстрація руху реактивного візка.

1. Реактивний рух

Відомо, що швидкість тіла може змінитися лише в результаті дії на це тіло інших тіл. Кожен із нас під час бігу й ходьби відштовхує Землю назад, а та, у свою чергу, штовхає наше тіло вперед. Одна із сил взаємодії між пропелером літака й повітрям надає руху літаку, інша відкидає повітря назад. Так само й корабельний гвинт, відкидаючи воду назад, разом із кораблем рухається вперед.

Від чого відштовхується гармата в процесі віддачі? Від снаряда: штовхаючи снаряд, гармата, відповідно до закону збереження імпульсу, сама відштовхується від нього. Рух ракети в цьому розумінні нагадує рух гармати під час віддачі: ракета з величезною швидкістю викидає продукти згоряння палива (розпечені гази) і, відповідно до закону збереження імпульсу, сама отримує поштовх у протилежному напрямку.

Реактивним рухом називають рух, який виникає в тіла в результаті відокремлення від нього з деякою швидкістю певної його частини.

Особливо важливе практичне значення реактивний рух має для надання руху реактивним літакам і ракетам. Ракетні двигуни чудові тим, що здатні працювати не лише в повітрі, але й у безповітряному просторі, оскільки кисень, необхідний для горіння палива, входить до його складу. Тому вони використовуються для польотів у верхніх, надзвичайно розріджених, шарах атмосфери для виведення на орбіту штучних супутників Землі, руху космічних кораблів.

2. Принцип дії ракети

Із сопла ракети з величезною швидкістю вилітають продукти згоряння палива (розпечені гази) і, відповідно до закону збереження імпульсу, сама ракета отримує найсильніший «поштовх» у протилежному напрямку:

hello_html_4394e804.png

Тут mоб — маса оболонки ракети, mг — маса газів, vоб vг — відповідно швидкості оболонки й газу після викидання палива.

З цієї формули можна отримати, що

hello_html_279fea13.png

Отже, швидкість оболонки тим більша, чим більша швидкість викинутого газу й чим більша його маса. Реальна швидкість ракети буде значно меншою, оскільки поблизу Землі помітний опір повітря і паливо згоряє не відразу цілком, а поступово. При цьому маса ракети також зменшується поступово. Закони руху тіл змінної маси набагато складніші. Вони були досліджені вченими І. В. Мещерським і К. Е. Ціолковським.

3. Освоєння космосу

Особливе місце серед проектів застосування реактивного принципу польоту посідає проект М. І. Кібальчича, відомого революціонера, який, незважаючи на коротке життя (1853–1881), залишив глибокий слід в історії науки й техніки. Він, по суті, першим запропонував не ракетний двигун, пристосований до якого-небудь уже створеного літального апарата, як це робили інші винахідники, а цілком новий (ракетодинамічний) апарат, прообраз сучасних пілотованих космічних засобів, у яких тяга ракетних двигунів слугує для безпосереднього створення піднімальної сили, що підтримує апарат у польоті. Літальний апарат Кібальчича мав функціонувати за принципом ракети. Але оскільки Кібальчич потрапив до в’язниці за замах на царя Олександра II, то проект його літального апарата було виявлено лише в 1917 році в архіві департаменту поліції.Першим, хто вирішив продовжити дослідження, був російський учений К. Е. Ціолковський (1857–1935). Реактивним принципом руху він почав цікавитися дуже рано. Уже в 1883 році він дав опис корабля з реактивним двигуном, а в 1903 році Ціолковський уперше у світі запропонував схему рідинної ракети. Ідеї Ціолковського набули загального визнання ще у 20-ті роки ХХ ст. Блискучий продовжувач його справи С. П. Корольов за місяць до запуску першого штучного супутника Землі говорив, що ідеї і праці Костянтина Едуардовича все більше привертатимуть до себе увагу — у міру розвитку ракетної техніки, у чому виявився абсолютно правий!

Великий внесок у теорію освоєння космосу зробив також наш співвітчизник Юрій Васильович Кондратюк. Незалежно від Ціолковського він вивів основне рівняння руху ракети, навів схему й опис багатоступеневої ракети. Найвідомішим досягненням Кондратюка є розрахунок оптимальної траєкторії польоту до інших планет («траса Кондратюка»). Цю ідею було реалізовано в польотах на Місяць серії американських космічних кораблів «Аполлон».

Запуск першого штучного супутника Землі було здійснено під керівництвом С. П. Корольова, який народився в Житомирі й навчався в Київському політехнічному інституті. І серед космонавтів були сини України: Павло Попович, Георгій Шонін і десятки інших. Першим космонавтом незалежної України став Леонід Каденюк.

Наразі за допомогою космічних кораблів успішно досліджуються планети Сонячної системи. Міжпланетні станції «Венера», «Марс», «Вега», «Вояджер» і «Піонер» дозволили досліджувати атмосферу й поверхню Венери й Марса, отримати детальні фотографії з відносно близької відстані всіх планет та їхніх супутників.

ІV. Підсумок уроку.

Домашнє завдання: вивчити конспект.


Урок №24 Розв’язування задач на закон збереження імпульсу тіла.

Мета уроку: систематизація знань про імпульс тіла, закон збереження імпульсу;

продовження формування в учнів навичок та умінь розв’язувати типові фізичні задачі.

Тип уроку: урок застосування знань, умінь, навичок.

Хід уроку

І. Організаційний етап

ІІ. Актуалізація опорних знань

Фронтальне опитування

  1. Що таке імпульс тіла?

  2. Чому дорівнює модуль імпульсу тіла?

  3. Чи може імпульс тіла дорівнювати нулю?

  4. Як напрямлений вектор імпульсу тіла?

  5. Що можна сказати про імпульс тіла, коли сума сил, прикладених до нього, дорівнює нулю?

  6. Що таке замкнена система тіл?

  7. У чому полягає закон збереження імпульсу?

ІІІ. Повідомлення теми, мети й завдань уроку

IV. Застосування набутих знань

Розв’язування задач

  1. Рух матеріальної точки описується рівнянням х=20+2ṭ-hello_html_m20185e19.gif. Знайдіть імпульс точки через 4 с, вважаючи, що її маса дорівнює 4 кг.

hello_html_5259c949.gif. Снаряд масою 20 кг, що летить зі швидкістю 500 hello_html_m5920ce27.gif, потрапляє у платформу з піском масою 1 т і застрягає в піску. З якою швидкістю розпочала рухатися платформа?

3.Граната, що летіла зі швидкістю 10 м/с, розірвалася на два уламки масами 12 кг і 8кг. Більший уламок рухається зі швидкістю 25 м/с у напрямі руху гранати до розриву. Яка швидкість руху меншого уламка?

4. Однорідна абсолютна пружна куля масою 2 кг летить зі швидкістю 5 hello_html_m5920ce27.gif і стикається з такою самою нерухомою кулею масою 3 кг. Швидкість напрямлена вздовж прямої, що з’єднує центри куль. Якою буде швидкість першої кулі після удару, якщо друга набуде швидкості 4 hello_html_m5920ce27.gif.

V. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання

Домашнє завдання

  1. Розв’язати задачі.

  1. Рух матеріальної точки описується рівнянням hello_html_7ca5f197.gif. Знайти імпульс точки через 2 с, вважаючи, що її маса дорівнює 2 кг.

  2. Криголам масою 5000 т, який іде з вимкненими двигунами зі швидкістю 10 м/с наштовхується на нерухому крижину і штовхає її по переду себе. Швидкість криголама зменшилась при цьому до 2 м/с. Визначити швидкість крижини.

  3. Від двоступеневої ракети масою в 1000 кг в момент її руху зі швидкістю 171 м/с відокремилась її друга ступень масою 400 кг, швидкість якої при цьому збільшилась до 185 м/с. Знайти швидкість, з якою почала рухатись перша ступень ракети.



Урок №25 Механічна енергія. Кінетична і потенціальна енергія.

Мета уроку: з’ясувати фізичний зміст поняття «енергія» сформувати поняття потенціальної й кінетичної енергії;вміти розв’язувати задачі із застосування формул, що дають можливість визначати кінетичну і потенціальну енергію;викликати інтерес учнів до спостереження за тілами, що мають енергію.

Тип уроку: комбінований.

Обладнання: кулька, два візки, пружина.

Хід уроку

І Актуалізація опорних знань.

  1. Чи завжди швидкість виконання роботи однакова?

  2. Яку фізичну величину називають потужністю?

  3. Як розрахувати потужність?

  4. Яка основна одиниця потужності?

  5. Які похідні одиниці потужності?

  6. Чому потужність пов'язана зі швидкістю руху?

  7. Наведіть приклади різної швидкості виконання роботи.

  8. Як розрахувати роботу, знаючи потужність?

ІІ Вивчення нового матеріалу

  1. Енергія

Розглянемо кілька прикладів, коли роботу виконують сили, що діють із боку деяких тіл.

а) При розпрямленні стиснутої пружини сила пружності, що діє з боку пружини, виконує роботу. Виходить, стиснута (деформована) пружина має здатність виконувати роботу. Цю властивість пружини використовують, наприклад, у пружинних годинниках і заводних іграшках.

б) Вантаж, що опускається з деякої висоти, також виконує роботу: це використовують, наприклад, у годинниках з гирями й на гідроелектростанціях, де роботу виконує падаюча з греблі вода.

Отже, піднятий на деяку висоту вантаж має здатність виконувати роботу.

в) Якщо візок, що рухається, зіштовхується з пружиною, він деформує пружину. Отже, тіло, що рухається, має здатність виконувати роботу. Повідомляємо учням, що про тіла, при зміні стану яких може бути виконана робота, говорять, що вони мають енергію.

Фізичну величину, що характеризує здатність тіла або системи тіл виконувати роботу, називають енергією.

Коли тіло виконує роботу, його енергія зменшується на величину, рівну виконаній роботі: якщо позначити енергію тіла в початковому стані hello_html_m27fb6782.gif, в кінцевому hello_html_m653b01f1.gif, а виконану тілом роботу hello_html_901d2d9.gif, то:

hello_html_m1f17f90b.gif

Звідси випливає, що одиниця енергії така сама, як й одиниця роботи,— джоуль.

  1. Потенціальна енергія

Спортсмен перед пострілом натягає тятиву лука. Натягнута тятива лука може виштовхнути стрілу, виконуючи при цьому роботу.

Тіло, підняте на деяку висоту над землею, взаємодіючи з нею, так само може при падінні виконати деяку роботу. Всі ці тіла мають енергію, тому що взаємодіють із іншими тілами (або частинами тіла) – спортсмен з тятивою, а вантаж із землею. Таку енергію називають потенціальною!

Потенціальною енергією називають частину механічної енергії, що обумовлена взаємодією тіл або частин того самого тіла.

Оскільки тіло, підняте відносно поверхні Землі, взаємодіє з нею (притягується), то воно має потенціальну енергію hello_html_m76f58e1b.gif. Будемо вважати потенціальну енергію тіла, що лежить на поверхні Землі, рівною нулю, тоді потенціальна енергія тіла, що перебуває на висоті hello_html_m7caf4937.gif, визначається роботою, яку виконає сила ваги при падінні на Землю. А робота може бути визначена за формулою:

hello_html_5a3cc079.gif.

Виходить, у цьому випадку й потенціальна енергія буде виражатися рівністю:

hello_html_m1ee44418.gif.

Потенціальною енергією володіє будь-яке пружне деформоване тіло. Енергію стиснутих і закручених пружин використовують, наприклад, у ручних годинниках, різноманітних заводних іграшках й ін.

Потенціальна енергія деформованої пружини визначається як:

hello_html_m3ba6675c.gif

  1. Кінетична енергія

Дуже часто ми бачимо, що механічна робота виконується внаслідок того, що тіло рухаючись зіштовхується з іншим тілом.

Тепловоз, що рухається, зіштовхуючись із вагоном, переміщає його на деяку відстань. При цьому виконується робота. Коли куля пробиває дошку, також виконується робота.

Енергія, якою володіє тіло, що рухається, називається кінетичною.

Кінетичною енергією називають частину механічної енергії, що визначається рухом тіла.

Кінетична енергія тіла, що рухається з деякою швидкістю, дорівнює роботі, яку треба виконати, щоб передати тілу в стані спокою таку саму швидкість.

Кінетична енергія hello_html_33e7a96b.gif тіла масою hello_html_m67b88b7a.gif, що рухається зі швидкістю hello_html_63c2e84d.gif, визначається формулою:

hello_html_m708da29d.gif

Значення кінетичної енергії залежить від вибору системи від відліку адже кінетична енергія тіла залежить від його швидкості, а швидкість тіла в різних системах відліку різна. Якщо система відліку явно не зазначена, звичайно мають на увазі систему відліку, пов’язану із Землею.

З погляду різних спостерігачів кінетична енергія того самого тіла може бути різною.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

Наведіть приклади тіл, здатних виконати роботу при переході з одного стану в інший.

Чи змінюється механічний стан тіла або системи тіл під час виконання роботи?

III. Закріплення вивченого матеріалу:

  1. Які тіла мають потенціальну енергію? Наведіть приклади.

  2. Які тіла мають кінетичну енергію? Наведіть приклади.

  3. Чому спортсмен перед стрибком робить розбіг?

  4. Два електропоїзди рухаються з однаковою відносно землі швидкістю, але перший має шість, а другий — дев’ять вагонів. Який з них має більшу кінетичну енергію?

  5. Яким молотком — легким або важким — можна забити цвях за меншу кількість ударів? Чому?

Розв’яжемо задачу:

1. Вертоліт підняв вантаж масою 1,5 т на висоту 800 м над поверхнею землі. Визначте потенціальну енергію вантажу відносно поверхні землі й відносно дна шахти глибиною 100м.

IV. Домашнє завдання:

Задачі:

1. Швидкість автомобіля збільшилася від 5 м/с до 25 м/с. У скільки разів збільшилася його кінетична енергія?

2. На яку висоту треба підняти тіло масою 15 кг, щоб потенціальна енергія тіла збільшилася на 45 Дж?


Урок №26 Закон збереження енергії.

Мета уроку: вивести і сформулювати закон повної механічної енергії, показати його застосування.

Обладнання: класна дошка, вантаж (кулька), нитка, транспортир, схема взаємодії тіл силами пружності.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Фронтальне опитування:

1. Записати формулу для знаходження кінетичної енергії

2. Записати формулу для знаходження потенціальної енергії

3. Пригадайте формулювання закону збереження енергії.

ІІ. Сприйняття нового матеріалу.

Будь-яке тіло може одночасно мати і потенціальну, і кінетичну енергію. Відомо, що в механічних явищах кінетична енергія тіла може перетворюватися в потенціальну, і навпаки. На початку йшлося про те, що для енергії справджується закон збереження. З'ясуємо, в чому він полягає.

Демонстрація.

Перехід потенціальної енергії в кінетичну і навпаки

Вантаж, підвішений на нитці до рамки класної дошки ,відхиляємо на кут 45° і спостерігаємо його коливання в площині, паралельній дошці. Потім крейдою на дошці відмічаємо його нижнє й верхнє положення. Через ці мітки проводимо горизонтальні прямі. Потім відхиляємо вантаж до відміченого верхнього рівня і відпускаємо його. Вантаж, пройшовши через нижнє положення, знову досягає попереднього рівня.

Дослід повторюємо, але в площині коливання маятника встановлюємо деяку перешкоду. Показуємо, що в цьому випадку нитка огинає перешкоду, а вантаж знову піднімається на попередню висоту.

Розглянемо, як змінюється механічна енергія тіл, що взаємодіють між собою лише силами тяжіння і силами пружності. Наприклад, під час піднімання каменя масою m на висоту H система тіло Земля набула потенціальної енергії Еп = mgН. Якщо тепер відпустити камінь, то він вільно падатиме на землю. Швидкість каменя в кінці падіння визначається за формулою hello_html_m46bc1d58.gif. Отже, в кінці падіння камінь матиме кінетичну енергію

Ек = hello_html_7101a730.gifmhello_html_6b69ef44.gif=mgH.hello_html_m53d4ecad.gif

(1)

Таким чином, кінетична енергія в кінці падіння каменя дорівнює потенціальній енергії системи, коли камінь перебував на висоті H. Вся потенціальна енергія системи у процесі падіння каменя перетворюється в його кінетичну енергію.

У деякій проміжній точці шляху на висоті h від Землі система матиме потенціальну енергію hello_html_m38e03a88.gifі кінетичну енергію, яка визначається швидкістю каменя в розглядуваній точці: hello_html_m21e51073.gif тобто

hello_html_52ef2c78.gif.

(2)

Сума потенціальної і кінетичної енергій системи в проміжній точці дорівнюватиме: hello_html_m7c6dd07e.gif+hello_html_m3ef9e98.gif= mgh + mg( h) = mgH. Тобто в будь-якій точці шляху падіння повна механічна енергія системи (сума кінетичної і потенціальної енергій) залишається незмінною і дорівнює початковому запасові потенціальної енергії. Цей висновок можна записати:

hello_html_22d5aee5.gif

(3)

РГруппа 5322
озглянемо тепер приклад взаємодії тіл силами пружності. Нехай на гладенькій горизонтальній поверх­ні стоїть легко рухомий візок, прикріплений пружиною до стінки (мал. 1). Маса візка т. Визначимо повну механічну енергію візка в станах 1 і 2. Якщо жорсткість пружини дорівнює k і пружина стиснута на hello_html_ma18b998.gif, то її потенціальна енергія в положенні 1 дорівнює hello_html_m5c5d014.gif, а кінетична енергія дорівнює нулю (візок перебуває в спокої). Повна механічна енергія системи буде hello_html_m7cca133d.gif.

Якщо пружину відпустити, то під дією сили пружності візок проходить положення 2 зі швидкістю hello_html_m4f3bf8.gif і його кінетична енергія дорівнюватиме hello_html_m5aa5818b.gif. Потенціальна енергія пружини в цьому положенні дорівнює нулю, оскільки вона не деформована. Повна механічна енергія в стані 2 буде: hello_html_m2cdcbbaa.gif. Оскільки під час дії сили пружності вся енергія залишається в механічній формі, можна твердити, що hello_html_m65de68a6.gif або hello_html_3a50ea85.gif. Зменшення потенціальної енергії пружини на значення hello_html_27c303d5.gif дорівнює збільшенню кінетичної енергії візка на значення hello_html_m71f46f5c.gif. Таким чином, і в цьому випадку можна записати:

hello_html_m13fa813f.gif

(4)

Отже, сума кінетичної і потенціальної енергій тіл, які утворюють замкнуту систему і взаємодіють між со­бою силами тяжіння і силами пружності, залишається сталою. В цьому й полягає закон збереження механічної енергії, який є окремим випадком одного з найзагальніших законів природи – закону збереження й перетворення енергії. Згідно з цим законом відбувається перетворення механічної енергії у внутрішню, електричної енергії в механічну чи внутрішню, енергії світла в механічну чи електричну енергію і т. д. У найзагальнішому випадку закон збереження й перетворення енергії можна сформулювати так: енергія ніколи не зникає і не вини­кає знову з нічого, вона лише перетворюється з одного виду в інший або переходить від одного тіла чи системи тіл до іншого тіла чи до системи тіл.

Звичайно суму кінетичної й потенціальної енергій системи тіл називають повною механічною енергією.

Тоді з формули hello_html_71e11538.gif випливає, що повна механічна енергія замкнутої системи тіл, які взаємодіють силами тяжіння й пружності, залишається незмінною. Всередині системи енергія може лише переходити від одного тіла до іншого чи перетворюватися з одного виду в інший.

Слід наголосити, що закон збереження енергії в загальному формулюванні є суто дослідним законом і його не можна вивести з інших. З нього випливає як окремий випадок закон збереження енергії для замкнутих систем, в яких діють лише сили тяжіння і сили пружності. Саме для таких систем ми й вивели закон збереження механічної енергії як наслідок законів Ньютона. – Однак у загальному випадку закон збереження енергії є самостійним законом природи, і з законів Ньютона чи будь – яких інших законів його вивести не можна.

ІІІ. Закріплення нового матеріалу.

Задачі, що розв'язуються на уроці:

Задача 1. Визначити потенціальну і кінетичну енергії тіла масою 3 кг, яке вільно падає з висоти 5 м, на відстані 2 м від поверхні землі.

IV. Підведення підсумків. Повідомлення домашнього завдання.





Урок №27 Розв’язування задач на закон збереження механічної енергії.

Мета уроку: систематизувати й узагальнити знання учнів з теми «Збереження механічної енергії»

виховання активної життєдіяльності, та цілеспрямованості.

розвивання мислення, розвиток світогляду.

Тип уроку: урок закріплення знань.

Хід уроку

  1. Організаційний етап

  2. Актуалізація опорних знань

Запитання класу

  1. Сформулюйте закон збереження механічної енергії.

2. Означення механічного руху.

3. Яка енергія є кінетичною?

4. Яка енергія є потенціальною?

  1. Мотивація навчальної діяльності

На цьому уроці в процесі розв’язання задач необхідно закріпи­ти теоретичний матеріал про закон збереження енергії. Крім того, на цьому уроці необхідно підготувати учнів до тематичного оціню­вання знань.

Нижче наводиться орієнтовний підбір якісних, розрахункових і тестових задач, з яких учитель може вибрати необхідні для кон­кретного уроку.

  1. Розв’язування задач

Якісна задача

1. За рахунок якої енергії злітає вгору наповнена гелієм повітряна кулька, що вирвалася з рук?

Розрахункові задачі

1. Футбольний м’яч після удару піднявся на висоту 10 м. Якою була його швидкість на цій висоті, якщо початкова швидкість м’яча — 15 м/с? Опором повітря можна знехтувати.

2. Гідроелектростанція з висотою греблі 222м виробляє 23,5млрд кВт*год електроенергії за рік. Скільки води проходить за рік через гідротурбіни станції? Вважати, що потенціальна енергія води повністю перетворюється в електричну енергію.

3. Пружинний пістолет стріляє вертикально вгору кульками масою 2,25г. На яку висоту підніметься кулька, якщо жорсткість пружини 90Н/м, а деформація пружини 3см? З якою швидкістю кулька вилітає з пістолета?

4. Тіло масою 8 кг падає з висоти 8 м. Обчисліть його кінетичну і потенційну енергії через 1 с. На якій висоті ці енергії однако­ві?

5)Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання

Учитель оцінює діяльність учнів.

Домашнє завдання

  1. Вивчити теоретичний матеріал за підручником.

  2. Підготуватись до контрольної роботи.


Урок №28 Контрольна робота з теми “Динаміка”.

Мета уроку: перевірити сформованість знань, умінь та навичок учнів з динаміки:

розвивати інтелектуальне мислення;

виховувати навички самостійної роботи.

Тип уроку: урок розв'язування задач.

Обладнання: роздатковий матеріал, чисті листки, аркуші з варіантами задач.

Варіанти задач.

Варіант 1

1hello_html_5991bdd3.png. (1б.) Координата тіла змінюється так, як показано на малюнку. У якому або яких інтервалах часу, система відліку пов'язана з цим тілом, є інерціальною?

А) (t 1; t 2)

B) (0; t 3)

C) (0; t 1)

D) (t 3; t 4)

E) (0; t 1) та (t 3; t 4)

3. (2б.) Які з нижченаведених тверджень справедливі?

I. Інерція, властивість всіх тіл змінювати свою швидкість при взаємодіях.

II Напрям рівнодіючої сили завжди спів напрямлено з

переміщенням.

III. Швидкість тіла залишається постійною, якщо рівнодіюча сила дорівнює нулю.

IV. Система відліку пов'язана із Землею є строго інерціальною.

V. Рівняння руху не змінюються при переході з однієї інерціальної системи до іншої.

А) I, III B) I, IV, V C) III, V D) II, V E) III, IV і V

3. (2б) Дайте письмову відповідь на питання.

Чому іноді буває так: двигун працює, а автомобіль рухається рівномірно?

4. (3б) По горизонтальній дорозі тягнуть сани з вантажем загальною масою 80 кг. Мотузок утворює кут 30o з горизонтом. Сила тяги 50 Н. Визначити коефіцієнт тертя ковзання, якщо сани рухаються з прискоренням 0,15 м/с2.

5. (4б) Автомобіль масою m = 3000 кг проходить по ввігнутому мосту радіусом R = 20 м зі швидкістю v = 36 км/год. Визначити силу тиску автомобіля на міст в найнижчій точці кривизни.

Варіант 2

1. (1б.) Тіло масою 200г рухається рівномірно зі швидкістю 5м/с. Чому дорівнює рівнодійна сила прикладена до даного тілу?

А) 1Н B) 40Н C) 4Н D) 0,4 Н E) 0

2hello_html_72c00dfc.png. (2б.) Проекція швидкості тіла змінюється з плином часу так. Як показано на малюнку. Який з нижче наведених графіків найбільш точно відображає залежність проекції сили, що діє на це тіло, від часу.

А) hello_html_m4645e94a.pngB) hello_html_33c8afb8.png

C) hello_html_m78f3e912.pngD) hello_html_m5bf73021.pngE) hello_html_67e1136d.png

3. (2б) Дайте письмову відповідь на питання

Відомо, що під час прискореного руху й гальмування поїзда, а також на поворотах тіла у вагонах починають відхилятися, рухатися й навіть падати, хоч на них ніби й не діють навколишні тіла, Чи справджується в цьому випадку у вагонах перший закон Ньютона?

4. (3б) М'яч масою 0,5 кг після удару об стінку протягом 0,02 с набув швидкості 10 м/с. Визначити середню силу удару.

5. (4б) Літак з реактивним двигуном летить зі швидкістю v = 1440 км/год. Вважаючи, що людина може витримати п'ятикратне збільшення ваги, визначити радіус кола, по якому може рухатися літак у вертикальній площині.

Варіант 3

1. (1б.): Яке або які з наведених нижче тверджень не справедливі? (2б.)I. Жорсткість пружини прямо пропорційна виникає силі пружності.

II. Закони Ньютона справедливі тільки в інерціальних системах координат.

III. Вага тіла при русі по криволінійних поверхонь не залежить від швидкості руху.

А) Тільки I. B) Тільки II. C) Тільки III D) I і III. E) II і III.

2hello_html_420b9fdb.png. (2б.) Під дією сили пружності, тіло масою 3кг, змінює свою швидкість з переміщенням так, як показано на малюнку. Визначити абсолютне подовження пружини, якщо коефіцієнт жорсткості 6кН / м. (2б.)

А) 0,5 см B) 5см C) 0,05 см D) 25см E) 0,25 см

3. (2б) Дайте письмову відповідь на питання

Чи можна пояснити інерцією такі явища: 7) велосипедист спускається з гори, не обертаючи педалей? 2) краплі дощу, наближаючись До землі, рухаються рівномірно й прямолінійно; 3) космічні кораблі поза атмосферою можуть рухатися з вимкнутими двигунами?

4. (3б) По тілу вагою 98 Н, що знаходиться на висоті h = 4,9 м над горизонтальною поверхнею наносять горизонтальний удар із силою F = 980 Н, що діє протягом малого проміжку часу t = 0,01 с. На якій відстані S тіло упаде на поверхню? Тертя не враховувати.

5. (4б) Спортсмен масою 60 кг стрибає з висоти 9 м на пружну сітку - батут. Знайти максимальне значення потенціальної енергії пружної деформації сітки, якщо її максимальний прогин дорівнює 1 м.

Варіант 4

1hello_html_m25e3219.png. (1б.) Три тіла однієї і тієї ж маси, під дією однієї і тієї ж зовнішньої сили, рухаються за трьома різних поверхонь. У якому з нижченаведених співвідношень знаходяться між собою коефіцієнти тертя об ці поверхні? (Графік залежності проекції швидкості цих тіл від часу, зображений на малюнку.)

А) hello_html_48b8e8aa.png

B) hello_html_60170291.png

C) hello_html_35e6d65c.png

D) hello_html_m2646ca34.png

E) hello_html_m4e3fa185.png

2hello_html_4b1cfb03.png. (2б.) Три тіла однієї і тієї ж маси, знаходяться в рівновазі на трьох гладких похилих площинах. У якому з нижченаведених співвідношень знаходяться між собою жорсткості цих пружин, якщо їх абсолютні подовження однакові?

А) K 2> K 3> K 1

B) K 23 1

C) K 1> K 2> K 3

D) K 12 3

E) K 3> K 1 = K 2

3. (2б) Дайте письмову відповідь на питання

Чи є інерціальною системою вагон, який рухається рівномірно? нерівномірно? Чи є інерціальною системою штучний супутник Землі? карусель?

4. (3б) Визначити вагу людини масою m = 80 кг в ліфті, якщо під час руху вгору зі сталим прискоренням за t = 2 с швидкість ліфта змінилася з v0 = 5,4 м/с до vt = 1 м/с.

5. (4б) Кульку масою m, підвішену на нитці довжиною l, відхиляють на кут 90o від вертикалі і відпускають. Визначити силу максимального натягу нитки.

Варіант 5

1. (1б.) Які з нижчезазначених твердження не справедливі?

I. Сила - величина характеризує взаємодію тіл.

II. Напрямок рівнодіючої сили збігається з напрямком переміщення.

III. Напрямок рівнодіючої сили збігається з напрямком прискорення.

IV. Маса тіла є мірою кількості речовини.

А) I і II B) II і III C) I і III D) II і IV E) III і IV

2. (2б) Дайте письмову відповідь на питання

В якій системі відліку спостерігатиметься інерція під час насаджування молотка на ручку: у системі «Ручка» чи в системі «Земля»?

3. (2б.) Діюча на тіло сила збільшилася в три рази, при цьому маса тіла зменшилася на 60%. На скільки відсотків змінилася прискорення тіла?

4. (3б) Вантаж масою m = 100 кг піднімають вертикально вгору зі сталим прискоренням a = 0,5 м/с2 на пружині із жорсткістю k = 100 Н/м. Яка величина видовження пружини під час цього піднімання?

5. (4б) До стінки приставлений однорідний стрижень масою m = 17 кг під кутом a = 60o до горизонту. Яку горизонтальну силу слід прикласти до стрижня на відстані однієї третини довжини від верху, щоб верхній торець не тиснув на стінку?

Вhello_html_34c711ea.pngаріант 6

1. (1б.) До візку, рівномірно рухається по горизонтальній поверхні на гнучкому шнурі підвішений куля. Як буде спрямована рівнодіюча сила, що діють на цей кулька, при гальмуванні візка?

А) Дорівнює нулю. B) hello_html_m67a8156e.png C) hello_html_m68cdc58d.png D) hello_html_4e1c31ce.png

E) hello_html_e55e168.png

2. (2б) Дайте письмову відповідь на питання

Чому шофер не може миттю зупинити автомобіль?

3hello_html_6caff5af.png. (2б.) Ліфт може змінювати свої координати з часом так, як показано на малюнку. Який чи які з наведених нижче графіків відповідають ситуації при якій вага тіла, що лежить на підлозі ліфта дорівнює його силі тяжіння?

А) Тільки 1.

B) Тільки 3.

C) 2 і 3.

D) 1 і 4.

E) 1 і 3.

4. (3б) Знайти різницю модулів швидкості тіла |v1| - |v2|, якщо зміна імпульсу і кінетичної енергії внаслідок удару тіла об поверхню дорівнюють відповідно 18 (кг•м)/с і 36 Дж, а швидкість зменшується за модулем від v1 до v2, причому напрями векторів hello_html_3a9298f5.png і hello_html_m438d1f91.png протилежні.

5. (4б) Хлопчик, що стоїть на підвищенні, стріляє із пружинного пістолета в горизонтальному напрямі. Жорсткість пружини 90 Н/м, максимальна деформація пружини 10 см, маса кулі 9 г. Знайти модуль і напрям вектора швидкості кулі через 3 с після пострілу/

Підведення підсумків. Повідомлення домашнього завдання..



Розділ 3. РЕЛЯТИВІСТСЬКА МЕХАНІКА

Урок №29 Основні положення спеціальної теорії відносності. Швидкість світла у вакуумі.

Мета уроку: виявити й поглибити знання учнів про простір і час; розкрити зміст основних положень СТВ; розвивати в учнів абстрактне мислення, інтелект, логіку; формувати вміння учнів порівнювати й аналізувати фізичні поняття; виховувати в учнів інтерес до знань, активізувати самостійність мислення учнів.

Обладнання: таблиці, схеми.

Тип уроку: засвоєння нових знань (урок-лекція).

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності учнів.

Ми настільки звикаємо до властивостей навколишнього простору і часу, що навіть не замислюємось над значенням цих термінів. Спробуємо дати визначення і пригадати деякі властивості простору і часу.

ІІІ. Повідомлення теми і плану лекції.

План

Вступ. Фізика ХХ століття.

Класичні уявлення про простір і час.

Зародження нової механіки.

Постулати теорії відносності (ТВ).

IV. Подання нового матеріалу.

1. Наприкінці ХІХ ст. багато вчених вважали, що розвиток фізики завершився, оскільки:

закони механіки, теорія всесвітнього тяжіння існують понад 200 років;

розроблена молекулярна-кінетична теорія ;

підведений міцний фундамент під термодинаміку;

завершена електродинаміка Максвелла;

відкриті фундаментальні закони збереження: енергії, імпульсу, маси і електричного заряду.

Однак класична фізика була не в змозі пояснити існування двох “хмаринок”: сталості швидкості світла і випромінювання тіл. З усунення цих “хмаринок” з небосхилу класичної фізики і почалася фізика ХХ ст. – сучасна фізика.

2. Фізичні явища відбуваються у просторі й часі. Одним із завдань фізики є встановлення властивостей простору і часу. Для цього треба обрати певну систему відліку. В механіці найзручнішою є інерціальна система відліку (ІСВ).

Визначення ІСВ, її властивостей формувалося з давніх часів, і особливо після Ньютона, на основі таких “класичних уявлень про простір і час”:

час – абсолютний: t= t;

простір – абсолютний: l=l;

x2–x1 = x2–x1;

фундаментальна швидкість (швидкість поширення взаємодії) – нескінченно велика ).

На основі таких уявлень був сформульований принцип відносності Галілея: усі механічні явища в будь-якій ІСВ відбуваються однаково.

3. 1881 р. американські вчені А. Майкельсон і Е. Морлі виявили сталість швидкості світла. Під час дослідів порівнювалися швидкості світла в напрямі руху Землі й у перпендикулярному напрямі. В обох випадках виявилося, що c=3108 м/с, що суперечить класичному закону додавання швидкостей. Лоренц, Пуанкаре, Герц пропонували різні способи виходу з цього становища. Єдино правильним виявився варіант, запропонований 1905 р. Альбертом Ейнштейном у праці “До електродинаміки рухомих середовищ”. Так народилась нова наука – релятивістська механіка (лат. Relativus – “відносний”) – механіка, яка вивчає закони руху тіл, що рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Нині відомо чотири види механіки.

Перші три види механіки (І, ІІ, ІІІ) – логічно завершені науки; ІV – у стадії розвитку. Кожен з цих видів має свою область застосування.

4. Постулат – це основне положення, яке не можна довести логічно. Постулат у фізиці є результатом узагальнення дослідних фактів. В основу СТВ Ейнштейн поклав два постулати.

І постулат, або принцип відносності Ейнштейна:

Всі фізичні явища відбуваються в усіх ІСВ однаково, або іншими словами – в усіх ІСВ фізичні закони мають однаковий вигляд.

ІІ постулат, або принцип сталості швидкості світла:

Швидкість світла у вакуумі однакова в усіх ІСВ і не залежить ні від руху джерела, ні від руху спостерігача.

Дослідні підтвердження: І постулат – результати дослідів Майкельсона-Морлі; ІІ постулат – результати дослідів Бонч-Бруєвича і Молчанова з вимірювання швидкості світла від правого і лівого країв Сонця (1965); результати вимірювання швидкості випромінювання, що виникає при розпаді швидких елементарних частинок (-мезонів) (1964).

Зауваження. ІІ постулат пов’язаний з новими уявленнями про простір і час.

Справді, c=l/t протяжність/тривалість = const.

Отже, закон сталості швидкості світла можна вважати законом взаємозв’язку простору і часу.

V. Підведення підсумків. Повідомлення домашнього завдання.

Розвиток електродинаміки зумовив перегляд уявлень про простір і час.

Домашнє завдання:

§_______________________

записати в зошиті визначення термінів “час” і “простір”.





Урок №30 Відносність одночасності подій.

Мета уроку: дати учням поняття про теорію відносність , відносність відстаней,часу та релятивіський закон додавання швидкрстей;

виховати в них уважність і акуратність при вивченні даної теми.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: підручник з фізики.

Хід уроку.

І. Актуалізація опорних знань.

1) Що таке принцип відносності?

2) Назвіть другий постулат?

3) Що таке інерціальна система відліку?

ІІ. Пояснення нового матеріалу.

До податку XX ст. ніхто не мав сумніву в абсолютності часу. Дві події, одночасні для жителів Землі, одночасні' й для жителів будь-якої космічної цивілізації. Але теорія відносності довела, що це не так.

Причина неспроможності класичних уявлень про простір і час полягає в неправильному уявленні про можливість миттєвого передавання взаємодій і сигналів з однієї точки простору до іншої. Існування граничної швидкості передавання взаємодій вимагає глибоких змін звичайних уявлень про простір і час, які спираються на повсякденний досвід. Уявлений про абсолютний час,, який іде раз і назавжди заданим темпом, цілком незалежно від матерії та її руху, неправильне.

hello_html_2c167bef.png (мал. 1)

Справді, припустимо, що в момент часу, коли центри інерціальних систем відліку К і К1 (мал. 1), які рухаються одна відносно одної з швидкістю її, збігаються, у початку відліку систем вмить спалахнуло світло. За час t системи змістяться одна відносно одної на відстань υt , а сферична хвильова поверхня матиме радіусi ct . Системи К і К1 рівноправні, і швидкість світла однакова в обох системах. Отже, з точки зору спостерігача в системі K центр сфери буде в точці О, а з точки зору спостерігача в системі К1 він буде в точці О1. Але ж не може одна й та сама сферична поверхня мати центри в О і O1. Ця очевидна суперечність випливає з міркувань, які грунтуються на постулатах теорії відносності.

Суперечність тут справді є. Але це суперечність не в самій теорії відносності, а лише стосовно класичних уявлень про простір і час, які для великих швидкостей руху втрачають зміст.

Обидва постулати теорії відносності треба запам'ятати. Не забувайте також означення інерціальної системи відліку: це така система, відносно якої вільні (тобто такі, що ні з чим не взаємодіють) тіла рухаються із сталою швидкістю.

Саме у відносності одночасності заховане розв'язання пара­доксу із сферичними світловими сигналами. Світло одночасно досягає точок сферичної поверхні з центром у точці О лише з точки зору спостерігача, що перебуває в стані спокою відносно системи К. З точки ж зору спостерігача, зв'язаного із системою К1 світло досягає цих точок у різні моменти часу.

Зрозуміло, що правильне й протилежне: у системі К світло досягає точок поверхні сфери із центром в О1 і у різні моменти часу, а не одночасно, як це здається спостерігачеві в системі К1.

Із сказаного зрозуміло, що ніякого парадоксу насправді немає.

Одночасність подій відносна. Уявити собі це наочо , ми не можемо через, те що швидекість світла значно більша від тих швидкостей , з якими рухаємося ми.

Відносність відстаней. Відстань — не абсолютна величина, вона залежить від швидкості руху тіла відносно даної системи відліку.

Позначимо через l 0 довжину стержня в системі відліку К, відносно якої стержень перебуває у стані спокою. Тоді довжина цього стержня в системі відліку Ки відносно якої стержень рухається із швидкістю υ, визначиться формулою

hello_html_m46122e8d.png,  l < l0.

Як видно з цієї формули, У цьому й полягає реляти­вістське скорочення розмірів тіл у рухомих системах відліку.

Відносність інтервалів часу. Нехай інтервал часу між двома подіями, що відбуваються в одній і тій самій точці інерціальної системи K, дорівнює hello_html_m524bb4c0.gif. Такими подіями можуть бути, наприклад, два удари метронома, який відбиває секунди. Тоді інтервал т між тими самими подіями в системі відліку
К
1, яка рухається відносно системи К із швидкістю виражається так:

hello_html_4bef96da.png

Очевидно, що hello_html_82c4ef5.gif то. Це — релятивістський ефект сповіль­нення часу в рухомих системах відліку.

Парадокс близнюків. Хоча уявному парадоксу близнюків (парадигмі годин) і присвячено безліч як наукових, так і науково-популярних робіт, ні в одній з них до кінця так і не розкрита справжня його фізична сутність. Зазвичай цей парадокс пояснюють тим, що один з близнюків весь час рухається з постійною швидкістю, а інший, крім того, у певні моменти часу здійснює ще й прискорені руху. Таке пояснення вказує лише на нерівнозначності умов руху близнюків. Однак воно все ж таки не роз'яснює, чому вік близнюка-мандрівника буде завжди менше віку близнюка-домосіда, незалежно від тривалості їх відносного руху з постійною швидкістю а, отже, і незалежно від величини різниці віків, що накопичилася в процесі цього рівномірного руху в їх інерційних системах відліку просторових координат і часу (ІСО). Адже в усіх уявних експериментах з ідентичними світовими лініями (МЛ) дільниць прискореного руху близнюка-мандрівника через це прискореного руху повинна виникати один і та ж кінцева різниця у віці близнят. Перша ж різниця, на відміну від цієї кінцевої різниці віку, в ІСО кожного з близнят може досягти як завгодно більшого значення. І тому ці різниці все ж таки будуть приводити до взаємно суперечливих відомостями про вік близнюків. Розтин фізичної сутності уявного парадоксу близнюків.



Релятивістський закон додавання швидкостей.

Новим реляти­вістським уявленням про простір і час відповідає новий закон додавання швидкостей. Очевидно, що класичний закон додавання швидкостей вже не дійсний, бо суперечить твердженню про ста­лість світла у вакуумі.

Якщо поїзд рухається з швидкістю hello_html_m55192cfb.gif й у вагоні в напрямі руху поїзда поширюється світлова хвиля, то її швидкість відносно Землі має дорівнювати знову ж таки а hello_html_m170f7f30.gif не hello_html_m6c2d508b.gif.

Новий закон додавання швидкостей і має приводити до потрібного результату.

Запишемо закон додавання швидкостей до окремого випадку, коли тіло рухається вздовж осі X1 системи відліку K1, яка в свою чергу рухається з швидкістю hello_html_m55192cfb.gif відносно системи K. Причому в процесі руху координатні осі X1 i Х увесь час збігаються, a Y i Y1 , Z i Z1 залишаються паралельними .

Позначимо швидкість тіла відносно K1 через hello_html_m275d7d.gif, а швидкість того самого тіла відносно К через hello_html_m530076d6.gif . Тоді релятивістський закон додавання швидкостей матиме вигляд:

hello_html_m3807b583.pnghello_html_273ab9d6.png

Якщо hello_html_m77e5b65a.pnghello_html_40a5c3a9.png,то доданкомhello_html_4248362d.png у знаменнику можна знехтувати, і тоді матимемо класичний закон додавання швидкостей  hello_html_m32c523ad.png.

Якщо hello_html_m244fc7ec.png, то hello_html_5eb58576.pngяк цього вимагає другий постулат.hello_html_3f5027d.png .

ІІІ.Закріплення нового матеріалу.

Важливою властивістю релятивіст­ського закону додавання швидкостей є те,що при будь-яких швидкостях hello_html_m275d7d.gif і hello_html_m3c253400.gif результуюча швидкість hello_html_m530076d6.gif не перевищує с.

Релятивіській закон додавання щидкостей дійсний, але не наочний. Уявіть собі космічну ракету, яка рухається відносно Землі із швидкістю, близькою до швидкості світла с. З неї стартує мала ракета, і набуває швидкості, близької до с, відносно великої ракети. Алє швидкість малої ракети відносно Землі виявиться майже такою самою, як ї великої.

ІV.Повідомлення домашнього завдання.

Домашнє завдання: §





Урок №31 Закон взаємозв’язку маси та енергії.

Мета уроку: сформувати знання про закон взаємозв’язку маси та енергії, дати поняття маси; активізувати пізнавальну діяльність учнів демонстрування дослідів та запитаннями.

Тип уроку: урок лекція.

Хід уроку

I. Організаційна частина.

II. Актуалізація опорних знань.

1. У чому полягає відносність одночасності подій?

2. У чому полягає відносність довжин (відстаней)? Яка формула виражає зміст цього поняття?

3.Які принципи покладено в СТВ?

4.Хто і коли сформулював постулати СТВ?

ІІI. Пояснення нового матеріалу.

За законами Ньютона, якщо на тіло діє сила, то воно рухається з прискоренням. Якщо напрямок дії сили збігається з напрямком руху, то швидкість тіла має необмежено зростати. Проте це твердження суперечить принципу СТВ, згідно з яким існує гранична швидкість передачі взаємодії — швидкість світла.

Як з'ясував А. Ейнштейн, щоб закони Ньютона були інваріантними в усіх інерціальних системах відліку і відповідали положенням СТВ, слід переглянути деякі класичні уявлення про рух і взаємодію тіл. Зокрема, за допомогою математичних перетворень формули другого закону Ньютона він встановив, що маса тіла залежить від швидкості його руху:

hello_html_m7e264a58.gif hello_html_46e9ae64.png

де m — маса тіла, що рухається зі швидкістю v; mo — маса тіла, яке перебуває в стані спокою; с — швидкість світла.

Згідно з другим принципом СТВ, не існує систем відліку, в яких би швидкість руху тіла перевищувала швидкість поширення світла у вакуумі

Масу т називають релятивістською масою, що залежить від швидкості; т0 — масою спокою. Обидві величини характеризують інертні властивості тіла у різних станах: під час руху тіла або у спокої

Цей висновок усував існуюче протиріччя між класичною механікою і теорією відносності, оскільки за цих умов рівняння руху ставали інваріантними для всіх інерціальних систем відліку:

hello_html_m3898ce96.gif

або :

hello_html_m43118dda.gif

Рівняння руху релятивістської і класичної механіки мають однакову форму незалежно від швидкості руху тіла

Якщо швидкість тіла незначна , то залежністю маси тіла від швидкості можна знехтувати, адже підкореневий вираз у знаменнику формули наближається до l, а m = m0. Отже, рівняння руху у релятивістській і класичній фізиці має однаковий вигляд. В узагальненій формі його можна записати як

hello_html_m1fa6fa54.gif

де р — імпульс тіла.

Оскільки зміна швидкості тіла впливає як на його масу, так і на енергію, природно припустити, що між цими двома величинами — масою та енергією — може існувати зв'язок. За допомогою математичних перетворень, що випливають із закону збереження енергії, А. Ейнштейн встановив співвідношення між масою і повною енергією тіла:

hello_html_m73154235.gif

З урахуванням попередньої формули отримаємо :

hello_html_5403285f.gif

Коли тіло перебуває у стані спокою, його енергія дорівнює Е0 = m0с2, її називають енергією спокою

Повна енергія тіла дорівнює:

hello_html_m4c785c0b.gif

Ця знаменита формула взаємозв'язку маси та енергії є універсальною стосовно будь-яких видів енергії. Вона передбачає, що кожне тіло має енергію, потенціальний запас якої визначається енергією спокою тіла m0c2 та його кінетичною енергією, тобто її фізичний зміст полягає в тому, що енергія здатна перетворюватися на інші види.

Як ми переконаємося далі, формула взаємозв'язку маси та енергії відіграє особливу роль в атомній і ядерній фізиці, де перетвоення речовин унаслідок ядерних реакцій супроводжується значним вивільненням енергії. Вона має незаперечне значення і в розрахунках релятивістських ефектів елементарних частинок, зокрема під час взаємних їх перетворень.

Розглянемо задачі:

Задача 1

Автомобіль проїхав 100 км за 1 год, а потім ще 300 км за 4 год. Яка середня швидкість автомобіля на всьому шляху?

Задача 2

Яку відстань пролітає літак за 1 хвилину, якщо він летить зі швидкістю 840 км/год?

Відповідь:  S = 12 км

III.Закріплення вивченого матеріалу.

Запитання: Чому тривалий час залежність маси тіла від його швидкості експериментально не була доведена?

Як залежить маса тіла, що рухається, від його маси спокою?

У чому виявляється універсальність формули взаємозв'язку маси та енергії?

IV.Домашнє завдання .

Повторити пройдений матеріал та розв’язати вправи.


Урок №32 Розв’язування задач на застосування закону взаємозв’язку маси та енергії.

Мета уроку: навчити учнів користуватися формулою Ейнштейна та перетворенями Лоренца;

виховати бережливе ставлення до природи;

розвинути кругозір учнів та зрозуміти суть деяких фізичних явищ.

Тип уроку: урок закріплення знань.

Хід уроку

Повторення матеріалу.

Види енергій в природі. Записати формули.

В природі існують два різновида механічної енергії – потенціальна та кінетична енергії. Сума даних енергій є повна енергіяПотенціальна енергія тіла масою hello_html_m6ee67e9a.png, піднятого над поверхнею землі на висоту hello_html_m41dde5a2.png дається формулою

hello_html_1a2e627e.png,

де hello_html_med5323c.png — прискорення вільного падіння.

У випадку частинки із масою hello_html_m6ee67e9a.png та швидкістю hello_html_67b420fc.png кінетична енергія дається формулою hello_html_m13ae67c6.png

Зважаючи на те, що при швидкостях руху, близьких до швидкості світла у вакуумі, старий вигляд формули для кінетичної енергії не підходить, його необхідно змінити. Кінетична енергія повинна бути визначена як різниця повних енергій рухомої й нерухомої частинок.

hello_html_2e580019.png,

де m - маса частинки, c - швидкість світла у вакуумі.)

Домашня робота




















































Зміст

Розділ 1.КІНЕМАТИКА 1

Урок №1 Механічний рух та його види. Основна задача механіки та способи її розвязання в кінематиці. Фізичне тіло і матеріальна точка. Система відліку. Траєкторія руху. 1

Урок №2 Рівномірний прямолінійний рух. Шлях і переміщення. Швидкість руху. 8

Урок №3 Відносність механічного руху. Закон додавання швидкостей. Графіки руху. 15

Урок №4 Рівноприскорений рух. Прискорення. Швидкість тіла і пройдений шлях під час рівноприскореного прямолінійного руху. Графіки руху. 20

Урок №6 Вільне падіння тіл. Прискорення вільного падіння. 25

Урок №7 Розв’язування задач на визначення прискорення під час рівноприскореного руху. 29

Урок №8 Рівномірний рух тіла по колу. Період і частота обертання. Кутова швидкість. 31

Урок №9 Контрольна робота з теми “Кінематика”. 39

Розділ 2. ДИНАМІКА 46

Урок №10 Механічна взаємодія тіл. Сила. Види сил у механіці. 46

Урок №11 Вимірювання сил. Додавання сил. Лабораторна робота № 2. Вимірювання сил. 51

Урок №12 Закони динаміки. Перший закон Ньютона. Інерція та інертність. 57

Урок №13 Другий закон Ньютона. 63

Урок №14 Третій закон Ньютона. 69

Урок №15. Межі застосовності законів Ньютона. 75

Урок №16 Гравітаційна взаємодія. Закон всесвітнього тяжіння. 81

Урок №17 Сила тяжіння. Вага і невагомість. Штучні супутники Землі. 89

Урок №18 Розв’язування задач з теми “Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння”. 97

Урок №19 Рух тіла під дією кількох сил. Розв’язування задач на застосування законів Ньютона. 100

Урок №22 Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу. 110

Урок №23 Семінар. Реактивний рух. Розвиток космонавтики. 118

Урок №24 Розв’язування задач на закон збереження імпульсу тіла. 122

Урок №26 Закон збереження енергії. 129

Урок №27 Розв’язування задач на закон збереження механічної енергії. 134

Урок №28 Контрольна робота з теми “Динаміка”. 136

Розділ 3. РЕЛЯТИВІСТСЬКА МЕХАНІКА 143

Урок №29 Основні положення спеціальної теорії відносності. Швидкість світла у вакуумі. 143

Урок №30 Відносність одночасності подій. 147

Урок №31 Закон взаємозв’язку маси та енергії. 153

Урок №32 Розв’язування задач на застосування закону взаємозв’язку маси та енергії. 157





















38


Краткое описание документа:

.. 1

Конспект уроків з фізики для учнів І курсів

97

157

Автор
Дата добавления 29.11.2014
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров3681
Номер материала 162532
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх