• Раздел I.  Механика.

   

  Особенности решения задач.

   

  Тематический блок. “Законы сохранения в механике”.

   

  1) Задачи, требующие применение закона сохранения импульса, включают в себя разрыв одного тела на части или соединение тел в одно, движение одних тел по поверхности других в изолированной системе, различные столкновения (упругие и неупругие).

  Всегда следует помнить, что закон сохранения импульса носит векторный характер, поэтому обязательно надо выполнить следующее:

  -          установить, является ли система тел замкнутой;

  -          сделать чертёж, на котором для каждого тела системы изобразить векторы импульса в начале и конце рассматриваемого процесса;

  -          выбрать систему координат и записать уравнения в проекциях на выбранные оси, затем перейти к уравнениям для модулей импульсов.

  Дальнейший ход решения задачи соответствует правилам, изложенным в пункте “общих методических указаний”.

  2) Среди задач на закон сохранения энергии можно условно выделить четыре типа задач, каждый из которых имеет свою специфику.

  а) Задачи, в которых рассматривается незамкнутая система взаимодействующих тел, а требуется найти модуль внешней силы или какую - нибудь кинематическую характеристику. Задачи этого типа можно решать в таком порядке:

  -          сделать схематический чертёж, установить начальное и конечное состояния рассматриваемого тела системы;

  -          выбрать нулевой уровень потенциальной энергии, если она имеется (удобнее - по самому нижнему положению тела);

  -          записать уравнение (1) Е₂ -Е₁=А;

  -          с помощью формул составить выражение для работы внешних сил и полной механической энергии тела в конечном и начальном положениях, подставить эти выражения в уравнение (1) и решить его относительно искомой величины.

  б) Задачи, в которых рассматривается замкнутая система взаимодействующих тел, решаются аналогично пункту а), только вместо уравнения (1) записывается уравнение (2): Е₂ -Е₁=0; Е₁ = Е₂, где Е₁ и Е₂ - полные механические энергии в произвольные два момента времени.

  в) Задачи, в которых рассматривается замкнутая система взаимодействующих тел, а требуется найти модуль внутренней силы, действующей со стороны одного тела системы на другое при заданных начальном и конечном состояниях системы. Решение таких задач основано на применении уравнений (2).

  г) Задачи, в которых рассматриваются неупругие и упругие взаимодействия, решаются на основе сохранения законов энергии и импульса.

   

  Пример решения задачи.

   

  Конькобежец массой 70кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении камень массой 3кг со скоростью 8м/с. найти, на какое расстояние откатится при этом конькобежец, если известно, что коэффициент трения коньков о лёд равен 0,02.

   

   

  Этапы построения графического образа:

  1)  Согласно условию задачи, речь идёт о замкнутой системе двух тел «конькобежец – камень», которая в начальный момент времени покоится относительно горизонтальной опоры.

  2)  В результате взаимодействия, тела системы движутся в противоположных направлениях вдоль оси ОХ с начальными скоростями v₀₁ и v₀₂ соответственно.

  3)  Конькобежец, двигаясь по направлению оси ОХ, испытывает действие трёх сил: силы тяжести, силы реакции опоры и силы трения.

  4)  Результирующая сил, действующих на конькобежца, сообщает ему ускорение, направленное противоположно направлению оси ОХ (конькобежец движется равнозамедленно), поэтому через какое-то время t он остановится (v₁ = 0) на расстоянии s от первоначального положения.

  5)  «Проживая» задачную ситуацию и «выращивая» представление описываемого движения конькобежца, приходим к выводу, что задача решается на основе закономерностей равнопеременного движения с учётом II-го закона Ньютона и закона сохранения импульса. Далее выстраиваем математическую модель для описания взаимодействия тел системы и дальнейшего поведения одного из них – конькобежца.

  Оценив полученный результат, полезно рассмотреть пространственно − временные характеристики описанного движения и сравнить графики скорости, ускорения и перемещения тел системы, считая (для определённости), что время t₁ движения конькобежца до полной остановки несколько меньше времени t₂ горизонтального движения камня.

  Первое тело I движется равнозамедленно в направлении выбранной координатной оси, то есть «туда», поэтому проекция его ускорения на координатную ось будет отрицательной, а проекция начальной скорости – положительной.

  
  

   

  Второе тело II движется равнозамедленно в направлении, противоположном направлению выбранной координатной оси, то есть «обратно», поэтому проекция его ускорения на координатную ось будет положительной, а проекция начальной скорости – отрицательной.

  Оба тела в конечном итоге останавливаются, поэтому их конечные скорости равны нулю.

  Согласно условию задачи и с учётом полученного ответа, очевидно, что модуль перемещения камня превосходит модуль перемещения конькобежца.

   

  Результат: разработка интеллектуального инструментария:

  1)  проведение мысленного эксперимента;

  2)  построение графического образа явления;

  3)  формирование целостного представления и понимания физического смысла задачной ситуации;

  4)  систематизация знаний по основным блокам «Кинематика», «Динамика», «Законы сохранения в механике» первого раздела «Механика».

   

   

   

   

   

   

   

   

   

  Можно приводить множество примеров конструирования учебных задач на основе метода графических образов при решении конкретной предметной задачи, но главный методический приём технологии – постоянное удержание целостности и одновременное освоение частей. Для организации активного диалога учителя с учащимися, необходимо разработать такую визуальную конструкцию, наглядную схему, опираясь на которую можно было бы конструировать каждый шаг изучаемого объекта, преобразовывать его. Этот метод позволяет совместно строить визуальные картины изучаемого явления в последовательные промежутки времени. Такое преобразование позволяет учащимся осознать новые возможности в дальнейшем решении, отработать необходимые понятия, закономерности и законы, составить уравнения для успешного решения предметной задачи.

   

   

  Дано:	СИ                                  Решение

   

  Конькобежец придет в движение в результате взаимодействия с камнем, брошенным горизонтально. При этом на тело будут действовать три силы: сила трения , сила тяжести и сила реакции опоры N. Отложив все силы, действующие на тело, от его центра масс, и записав второй закон Ньютона в векторнной форме, получим: . В проекциях на ось Ох данное уравнение имеет вид: откуда

  С другой стороны ускорение и модуль перемещения связаны формулой:  где  начальная скорость, а конечная скорость конькобежца.

  Сравнивая уравнения (1) и (2), получим: откуда

  Значение начальной скорости конькобежца найдём из закона сохранения импульса. Так как систему “конькобежец-камень” можно считать замкнутой, то скорость системы до взаимодействия в ней тел. Ввиду того, что камень и конькобежец после взаимодействия движутся в противоположных направлениях, уравнение (4) в проекциях на ось Ох будет иметь вид:  откуда . Подставив результат (5) в формулу (3), получим:

  

   

  Проверим размерность формулы (6) и вычислим значение искомого расстояния.

  

  Ответ: .

   

• Описание презентации по слайдам:

  • 

    1 слайд

    УЧИСЬ РЕШАТЬ ЗАДАЧИ
    ПО ФИЗИКЕ
    ЗАКОН
    СОХРАНЕНИЯ
    ИМПУЛЬСА
    ШКОНДА В. Е.
    МБОУ Алексеево-Лозовская СОШ
    

  • 

    2 слайд

    Метод графических образов позволяет
    Совместить изучаемые объекты природы,
    задачные ситуации и образы-восприятия
    их учащимися
    Наибольшее затруднение учащиеся
    испытывают при решении предметных задач
    Учебный процесс конструируется как система учебных
    задач, в которых реализуется одновременно две цели:
    1) Разработка интеллектуального инструментария для
    решения большого класса предметных задач в процессе мысленного эксперимента.
    2) Организация мысленного эксперимента
    

  • 

    3 слайд

    МЕТОД ГРАФИЧЕСКИХ ОБРАЗОВ
    1. Универсальная форма знакового обмена между обучающим и обучающимися на любом предметном содержании.
    2. Выполняет в обучении универсальную функцию связи реального и мыслимого человеком, т. е. воображаемого.
    3. Выполняет функции механизма конструирования содержания учебного процесса таким образом, что новое знание образует со старым целостную конструкцию.
    4. Позволяет совершенствовать формы совместной деятельности (СД), управлять развитием учащихся.
    

  • 

    4 слайд

    Совместная деятельность как процесс управления развитием ученика
    СД как взаимодействие личностного опыта учащихся и предметного содержания.
    
    2. СД как создание новых возможностей (перевод содержания с помощью образно-логического языка в различные знаковые формы, достижение понимания).
    
    3. СД как управление процессом усвоения знаний; формирования и развития умений, навыков.
    

  • 

    5 слайд

    Интеллектуальные средства
    решения учебной задачи:
    Знаковая система № 1 (текст).
    
    2. Знаковая система № 2 (последовательность кадров-картинок).
    
    3. Знаковая система № 3 (координатная плоскость, схема явления).
    

  • 

    6 слайд

    ПРИМЕР I-го ПОДХОДА К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ
    Задача из раздела «Молекулярная физика. Термодинамика»
    Для нагревания 10г неизвестного газа на 1 К при постоянном давлении требуется 9,12 Дж, при постоянном объёме 6,49 Дж. Что это за газ?
    Дано:
    m = 10 г
    Т = 1К
    QP = 9,12 Дж
    QV = 6,49 Дж
    
    Мr – ?
    СИ
    10–2 кг
    1. КОДИРОВАНИЕ
    УСЛОВИЯ
    

  • 

    7 слайд

    2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ СИМВОЛАМИ ПОСРЕДСТВОМ ФОРМУЛ
    Решение
    

  • 

    8 слайд

    3. ПОИСК НЕИЗВЕСТНОГО С ПОМОЩЬЮ КОМБИНИРОВАНИЯ СИМВОЛОВ
    

  • 

    9 слайд

    Ответ: Мr = 32, кислород.
    4. ВЫЧИСЛЕНИЕ ОТВЕТА И ЕГО РАСШИФРОВКА
    

  • 

    10 слайд

    ПРИМЕР II-го ПОДХОДА К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ
    Задача из тематического блока
    «Законы сохранения в механике»
    Конькобежец массой 70 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении камень массой 3 кг со скоростью 8 м/с. Найти, на какое расстояние откатится при этом конькобежец, если известно, что коэффициент трения коньков о лёд равен 0,02.
    

  • 

    11 слайд

    Этапы построения графического образа
    1) В задаче речь идёт о замкнутой системе двух тел «конькобежец – камень», которая в начальный момент времени покоится относительно горизонтальной опоры.
    2) В результате взаимодействия, тела системы движутся в противоположных направлениях вдоль оси ОХ с начальными скоростями v01 и v02 соответственно.
    3) Конькобежец, двигаясь по направлению оси ОХ, испытывает действие трёх сил: силы тяжести, силы реакции опоры и силы трения.
    

  • 

    12 слайд

    5) «Проживая» задачную ситуацию и «выращивая» представление описываемого движения конькобежца, приходим к выводу, что задача решается на основе закономерностей равнопеременного движения с учётом II-го закона Ньютона и закона сохранения импульса. Далее выстраиваем математическую модель для описания взаимодействия тел системы и дальнейшего поведения одного из них – конькобежца.
    Этапы построения графического образа
    4) Результирующая сил, действующих на конькобежца, сообщает ему ускорение, направленное противоположно направлению оси ОХ, поэтому через какое-то время t он остановится (v1 = 0) на расстоянии s от первоначального положения.
    

  • 

    13 слайд

    т1
    т2
    т1
    т1
    т2
    т2
    v01
    v02
    X
    X
    X
    0
    0
    0
    т1
    FТР
    FТР
    FТ
    FТ
    N
    N
    a
    s
    v1= 0
    Этапы построения графического образа
    

Краткое описание материала