Методическая разработка открытого урока по теме "Механика. Законы сохранения"

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический   университет им. Г.И. Носова»

Многопрофильный колледж

Методическая разработка урока

Дисциплина «Физика»

Тема « Механика. Законы сохранения »

Разработала: М.В.Оренбуркина

2012 год

г. Магнитогорск

Дисциплина: Физика

Пояснительная записка.

Урок  проводится для студентов 1-го курса и является уроком-  изучения материала по теме: «Механика. Законы сохранения ».

Проведению этого урока предшествует изучение материала по теме «Механика. Кинематика, динамика»  На уроке студенты должны применить все полученные знания на практике, а именно:  решать задачи расчетные и качественные, применять полученные знания при решении нестандартных  задач.

Методическая цель:

1.      Применение компьютерных технологий при обучении иностранному языку.

2.      Применение нестандартной формы проведения урока для обобщения пройденного материала  и новой темы, закрепления полученных знаний по теме: «Механика. Законы сохранения»

Цели:

1.  изучение, обобщение и повторение пройденного материала; проверка качества знаний учащихся по теме;
2. формирование умений понимать термины, произношение условных величин;
3. развитие внимания, мышления, памяти;
4. Воспитание чувства уважения  друг к другу, к преподавателю, формирование мотивации к изучению физики.

 Задачи:

1.       Учить  анализировать  условие задач и использовать теоретический материал на практике;

2.      Обобщить и систематизировать знания студентов по теме: «Механика. Законы сохранения »;

3.      Учить решать такие коммуникативные задачи, как умение рассказывать о явлении в конкретных качественных задачах;

4.      Учить использовать и применять основные понятия физики.

Форма урока: Комбинированный.

Оснащение урока: интерактивная доска, слайды с заданиями, раздаточный материал с текстами.

Виды работы: фронтальная, индивидуальная, парная.

Реализация принципов наглядности и сознательности, активности и доступности, связи теории с практикой.

Ход урока

Этап занятия

Время (мин.)

Дидактическая задача

Принципы и методы

Содержание занятия

Деятельность преподавателя

Деятельность учащихся

1

2

3

4

5

6

7

1 .Оргмомент

2

Организация внимания студентов

Вербальный. Принцип сознательности, активности

Приветствие. Проверить наличие студентов. Сообщение темы урока.

Подготовка к работе. Психологический настрой, мобилизация внимания на восприятие.

Результат: сформирована мотивация деятельности студентов

2.Формирование мотивация

3

Сообщение темы урока, определение важности изучаемого материала, необходимости умения говорить о том, что мы делаем постоянно каждый день, как правило.

Словесно-информационный, принцип сознательности, активности. Использование интерактивной доски с компьютерным слайдом, содержащим информацию о теме.

Студенты знакомятся с темой и планом занятия.

Формирование цели; план урока, оценка занятия.

Психологический настрой, мобилизация внимания на восприятие.

Результат: сформирована мотивация к участию в работе на уроке.

3,Актуализация опорных знаний

20

Контроль владения теоретическим материалом по теме «    Механика. Законы сохранения»

Вербальный, частично-поисковый, методы. Принципы, доступности, сознательности, само-и-взаимоконтороль. Использование интерактивной доски, раздаточного дидактического материала.

Повторение основных постулатов МКТ. Решение качественных задач. Повторение основных величин, формул, параметров в сопровождении задач на вычисление по темам: Кинематика, динамика.

Стимулирования активного участия в ходе занятия, организация чёткого предоставления дидактического материала, коррекция выполняемых заданий. Проверка уровня и владения основными понятиями и терминами.

Используя знания теоретич. материала решают качественные задачи в сопровождении слайдов. Повторяют основные параметры, формулы по разделам. Решают задачи на вычисление.

Результат: систематизация изученного материала, закрепление основных формулировок, терминов, понятий, законов.

4 .Новый материал

30

Изложение нового материала в сопровождении слайдов

Принципы, доступности, сознательности,

По теме «законы сохранения» излагается новый материал

Сообщает студентам новые понятия, величины, подводит итог по теме «Механика»

Внимательно слушают и конспектируют теоретический материал, анализируя и обсуждая законы раздела.

5.Контроль знаний.

30

Применение на практике полученных теоретических и практических знаний.

Метод частично поисковый, принцип доступности, сознательности, активности.

Студентами выполняется тест по теме. 2. Выполняется физический диктант с проверкой.

Контроль за качеством выполнения индивидуальных заданий.

1.Получив задание, студенты анализируя условия, используют ранее полученные знания для решения поставленной задачи. 2. С использованием слайдов выполняется физический диктант по вариантам.

Результат: активизация знаний.

6. Подведение итогов

5

Организация оценки работы студентов.

Учёт личностных характеристик учащихся.

Подведение итогов урока, Выставление оценок.

Подведение итогов работы. Стимулирование студентов к самооценке.

Студенты оценивают свою деятельность на уроке, выражают свое отношение к уроку.

Результат: мнение студентов о работе на уроке. Сформирована мотивация на следующее занятие.

Содержание урока

1.         Оргмомент.

 Приветствие студентов. Отметить присутствующих, сообщить о предстоящей работе.

2. Формирование мотивации.

 Студенты знакомятся с темой и планом занятия. При  сообщении темы урока, определяется важность изучаемого материала, необходимость уметь говорить о том, что мы делаем, видим.

3.Актуализация опорных знаний.

 Любое физическое явление или процесс в окружающем нас материальном мире представляет собой закономерный ряд изменений, происходящих во времени и пространстве. Механическое движение, то есть изменение положения данного тела (или его частей) относительно других тел, – это простейший вид физического процесса. Механическое движение тел изучается в разделе физики, который называется механикой. Основная задача механики – определить положение тела в любой момент времени.

Одна из основных частей механики, которая называется кинематикой, рассматривает движение тел без выяснения причин этого движения. Кинематика отвечает на вопрос: как движется тело? Другой важной частью механики является динамика, которая рассматривает действе одних тел на другие как причину движения. Динамика отвечает на вопрос: почему тело движется именно так, а не иначе?

Механика – одна из самых древних наук. Определенные познания в этой области были известны задолго до новой эры (Аристотель (IV век до н. э.), Архимед (III в. до н.э.)). Однако, качественная формулировка законов механики началась только в XVII веке н. э., когда Г. Галилей открыл кинематический закон сложения скоростей и установил законы свободного падения тел. Через несколько десятилетий после Галилея великий И. Ньютон (1643–1727) сформулировал основные законы динамики.

В механике Ньютона движение тел рассматривается при скоростях, много меньше скорости света в пустоте. Ее называют классической или ньютоновской механикой в отличие от релятивистской механики, созданной в начале XX века главным образом благодаря работам А. Эйнштейна (1879–1956).

 (Можно остановиться на некоторых фактах из жизни ученых)

1.Кинематика

1.1 Студентам предлагается ряд формулировок по теме «Кинематика», которые они должны сформулировать,   и в соответствии с заданием поставить соответствие. (Студенты заранее разделились на группы)

1 механическое движение тела- 2 материальная точка- 3 траектория- 4 путь- 5 перемещение-

 

1…..вектор, соединяющий начальную и конечную точки движения. 2…….изменение его положения в пространстве относительно других                        тел с течением времени. 3…….. длина траектории 4…...  …... тело малых размеров, формами и массой которого можно пренебрепренебречь 5…..линия, по которой движется тело

 

  После выполнения данного задания студенты обмениваются ответами и выполняют взаимопроверку.  

1.2 Следующим этапом в задании идет ряд законов, описывающих механические движения.( У студентов заранее подготовленные лекции и таблицы с которыми они работают при ответе на вопросы)

                                                                   В классической механике основные формулы движения:

                         (следующая страница является примером справочного материала, используемого студентами)

(слайд 6)

Задание заключается в следующем: Каждой группе студентов необходимо как можно больше записать законов данного вида движения.

1.3. Задача.

(слайд 7)

 Самая быстрая сухопутная змея-черная мамба. Она может передвигаться со скоростью до 11 км/ч.

 Какое расстояние может преодолеть черная мамба за 10 мин.?

   ( решение задачи обговаривается устно).

2. Динамика.

2.1 Законы Ньютона

I закон Ньютона

Существуют такие системы отсчета, которые называются инерциальными, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действие других сил скомпенсировано.

II закон Ньютона

Ускорение тела прямопропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе:

a =F∕m,

где a  — ускорение материальной точки;

F — сила, приложенная к материальной точке;

m — масса материальной точки.

Или в более известном виде:

F =ma

В случае, когда масса материальной точки меняется со временем, второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс:

III закон Ньютона

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

F 2→1=−F 1→2. .

Из законов Ньютона сразу же следуют некоторые интересные выводы. Так, третий закон Ньютона говорит, что, как бы тела ни взаимодействовали, они не могут изменить свой суммарный импульс: возникает закон сохранения импульса. Далее, если потребовать, чтобы потенциал взаимодействия двух тел зависел только от модуля разности координат этих тел  U(|r1−r2|), то возникает закон сохранения суммарной механической энергии взаимодействующих тел .

2.2 Силы в природе.

 1. Сила – термин, являющийся: а) кратким обозначением действия одного тела на другое; б) названием физической величины, характеризующей это действие.

 2. О том, что на тело подействовала сила, можно судить по наличию одного или нескольких признаков: меняется скорость или направление движения тела, меняются размеры или форма тела.

 3. На чертежах силу изображают в виде прямой стрелки, называемой вектором этой силы. Длина вектора символизирует числовое значение силы, а направление вектора указывает направление действия силы.

4. Динамометр – прибор для измерения сил. Единица силы – 1 ньютон. Сила в 1 Н, будучи приложенной к покоящемуся телу массой 1 кг, будет ежесекундно увеличивать его скорость на 1 м/с.

5. Если две силы, приложенные к одному и тому же телу, направлены противоположно и имеют одинаковую величину, то их называют уравновешенными силами.

6. Направление или скорость движения тела меняются только тогда, когда на него действуют неуравновешенные силы. Если же на тело действуют только уравновешенные силы, то оно либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно. Это утверждение называется свойством уравновешенных сил.

7. Силой тяжести называют силу, с которой тело притягивается к какой-либо планете. Сила тяжести всегда направлена к центру масс этой планеты.

8. Сила тяжести, действующая на тело, прямо пропорциональна его массе и зависит от места наблюдения. По мере удаления в космос сила тяжести уменьшается.

9. Весом тела называют силу, с которой это тело действует на свою опору или подвес. Обычно вектор веса тела сонаправлен с вектором силы его тяжести.

10. Условие равенства веса силе тяжести: тело и его опора (или подвес) должны покоиться или двигаться вместе прямолинейно и равномерно. При этом на тело не должна действовать архимедова сила.

11. Силой трения называют силу, которая возникает при движении (или попытке вызвать движение) одного тела по поверхности другого. Она всегда направлена противоположно направлению скольжения (или направлению возможного скольжения) рассматриваемого тела по поверхности другого тела.

 Сила трения прямо пропорциональна силе нормального (перпендикулярного) давления на трущиеся поверхности и зависит от свойств этих поверхностей.

12. Силой упругости называют силу, которая возникает при деформации – изменении формы и/или размеров тела. Вектор силы упругости всегда противонаправлен вектору той силы, которая вызвала деформацию тела.

13. Сила упругости прямо пропорциональна модулю изменения длины упруго деформированного тела и зависит от свойств этого тела.

 После повторения сил студентам предлагается вспомнить формулы некоторых из них.

(слайд 10)

	F=mg,         F=-kx         F=𝛍𝛮            P=mg, и указать виды сил

 

  2.3.Задача

(слайд 11,12)

	1. Согласно  исследованиям французских невропатологов, у плачущего человека задействованы 43 мышцы, в то  время как у смеющегося-17. Таким образом, смеяться полезнее. Самыми сильными мышцами  являются те, что расположены по обе стороны рта  и отвечают за сжатие челюстей. Они способны развивать усилие около 700 Н. Груз, какой массы равномерно смог бы поднять человек, действуя такой силой.

 

Ответ- 70 кг.

 

   2. 2. Кость - композиционный материал и состоит из двух совершенно различных компонентов-коллагена и минерального вещества. Известным примером композиционного материала служит стеклопластик, представляющий собой смесь стеклянных волокон и смолы. Кость же по своей прочности уступает только твердым сортам стали и оказывается гораздо прочнее ставших образцами прочности гранита и бетона. Каков коэффициент жесткости берцовой кости , если масса человека 80 кг, а кость сжимается на 0,3 мм.

Ответ- 2,3 МН/м.

 

4.Новый материал

4.1.Законы сохранения.

(слайд 13-21)

Импульсом тела называется величина, равная произведению массы тела на его скорость.

Единицей в СИ является килограмм-метр в секунду (кг∙м/с) . Импульс тела — векторная величина, его направление совпадает с направлением  скорости движения тела.
Если тело массой m движется со скоростью υ, а потом в течение времени взаимодействует с другим телом с силой F , то в процессе этого взаимодействия тело будет двигаться с ускоре­нием а :

Согласно второму закону Ньютона:  ,                    .
Последняя формула демонстрирует связь между импульсом силы и изменением импульса тела.

Изменение импульса тела равно импульсу силы.                                                  I=F·t

 4.2.Закон сохранения импульса: Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.

Изолированная (или замкнутая) система тел — это система тел, взаимодействующих только между собой и не взаимодействующих с телами, не входящими в эту систему. Изолированных систем тел в полном смысле этого слова не существует, это идеализация. Все тела в мире взаимодействуют. Но в ряде случаев реальные системы можно рассматривать как изолированные, исключая из рассмотрения те взаимодействия, которые в данном случае являются несущественными.

 Упругий удар двух шаров одинаковой массы, подвешенных на нитях 

Поскольку согласно третьему закону Ньютона



то 





Из полученного выражения видно, что векторная сумма импульсов тел, входящих в замкнутую систему, остается постоянной. Это и есть закон сохранения импульса.

4.3.Реактивное движение. Движение ракеты как реактивное движение

Законом сохранения импульса объясняется реактивное движение.
Реактивное движение — это движение тела, возникающее в результате отделения от него части или выброса им вещества с некоторой скоростью относительно тела.
Демонстрация.   Надуть воздушный шарик, а затем отпустить. Шарик будет двигаться за счет газов, которые из него «вытекают».
Демонстрация.   В поддон поставить детскую машинку и установить на нее стакан с водой, имеющий кран. Если открыть кран, из стакана начнет вытекать вода, и машинка поедет.
Задание классу. Приведите примеры реактивного движения. (Реактивное движение осуществляют самолеты, летящие со скоростями в несколько тысяч километров в час, снаряды всем известных «катюш», космические ракеты. Реактивное движение присуще, например, кальмарам, каракатицам, осьминогам.)
Рассмотрим рис. 

 Любая ракета состоит из трубчатого корпуса 1, закрытого с одного конца. На втором конце расположено сопло 2.Каждая ракета имеет топливо 3. Когда ракета стоит, ее суммарный импульс равен нулю: топливо и корпус неподвижны. Будем считать, что топливо ракеты сгорает мгновенно. Раскаленные газы 4 под большим давлением вырываются наружу.

При этом корпус ракеты движется в сторону, противоположную движению раскаленных газов.

Пусть m_гυ_г — проекция импульса газов на ось Оу, а m_кυ_к — проекция импульса корпуса ракеты. Согласно закону сохранения импульса сумма импульсов корпуса ракеты и вытекающих газов равна суммарному импульсу ракеты на старте, который, как известно, равен нулю. Соответственно 0 = m_rυ_r + m_кυ_к

m_кυ_к = - m_гυ_г. Отсюда следует, что корпус ракеты получает такой же по модулю импульс, как и газы, вылетевшие из сопла. Следовательно,


Здесь знак « -  » указывает на то, что направление скорости корпуса ракеты противоположно направлению скорости вылетающих газов. Поэтому для перемещения ракеты в заданном направлении струю газов, выбрасываемых ракетой, надо направить противоположно заданному направлению движения. Как видим, ракета движется, не взаимодействуя с другими телами, и поэтому может двигаться в космосе.

4.4.Работа.

Работа постоянной силы равна произведению модулей векторов силы и перемещения на косинус угла между этими векторами.

Кинетическая энергия равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости.

Кинетическая энергия – это физическая величина, характеризующая движущееся тело; изменение этой величины равно работе силы, приложенной к телу.

Величина mgh - это потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h над нулевым уровнем.

Работа силы упругости равна изменению потенциальной энергии упругого деформированного тела ( пружины), взятому с противоположным знаком.

Потенциальная энергия деформированного тела равна работе силы упругости.

4.5.Закон сохранения энергии: Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы.

Мощностью называется величина, равная отношению совершенной работы к промежутку времени, за который она совершена:

В тетради студенты записывают условие задачи и вместе у доски прописываем решение с пояснениями.

4.6.Пример задачи. Тело массой 2 кг при скорости 9 м/с начинает двигаться по инерции по горизонтальной поверхности. Определите работу силы трения, совершаемую с начала этого движения до уменьшения начальной скорости втрое.

Изменение полной механической энергии тела  равно работе силы трения

Так как ,то

где Е_к1, E_k2 - кинетические энергии тела в конце и начале движения. Поскольку

Работа силы трения А_тр < 0, так как v₂ < v₁. Подставим значения:

Ответ: работа силы трения равна - 72 Дж.

4.7.Задача для самостоятельного решения

Определите потенциальную энергию орла массой 10 кг относительно нулевого уровня и вертолета массой 5т относительно гнезда орла.

(сопровождается слайдом 22). Проверяется устно.

5.Контроль знаний.

 Работа по вариантам.

5.1. Тест для самоконтроля.

(слайды с24-28)

вопрос 1

Задача.

1 вариант

Тележка массой 0,1 кг движется равномерно по столу со скоростью 5 м/с, так как изображено на рисунке. Чему равен её импульс и как направлен вектор импульса?

            1)         0,5 кг·м/с,  вправо

            2)         0,5 кг·м/с,  влево

            3)         5,0 кг·м/с,  вправо

            4)         50 кг·м/с,  влево

            5)         50 кг·м/с,  вправо

 2 вариант

Автомобиль массой   1 тонна, движется прямолинейно со скоростью 20 м/с. Импульс автомобиля равен…

            1)         0,5·10³ кг·м/с

            2)         1·10⁴    кг·м/с

            3)         2·10⁴    кг·м/с

            4)         20        кг·м/с

            5)         50        кг·м/с

 вопрос 2

вариант 1                                                                                                      вариант 2

Когда ступень ракеты отделяется от космического корабля, она получает некоторый импульс p0.  Какой импульс p получает при этом космический корабль? А)  р = р0         Б)  р < р0 В)  р > р0         Г)  р = 0 вопрос 3 вариант 1   Мяч массой m брошен вверх с начальной скоростью v. Каково изменение импульса мяча за время движения от начала до возвращения в исходную точку?    А)  mv         Б) - mv      В) 2mv      Г) 0

При выстреле из ружья пуля получает импульс  р1, а ружьё за счет отдачи приобретает импульс р2.  Сравните импульсы обоих тел    А) р1 > р2           Б) р1 < р2    В) р1 = р2           Г) р1 = р2 = 0  вариант 2  Два автомобиля с одинаковой массой m движутся со скоростями  v и  2v относительно Земли. Чему равен модуль импульса второго автомобиля относительно первого?    А) 3mv       Б) 2mv     В) mv      Г) 0

вопрос  4                                                                                                         

1 вариант  импульсом тела называют величину равную    А) произведению массы тела на силу;    Б) отношению массы тела к его скорости    В) произведению массы тела на его скорость.    Г) произведение массы на ускорение  2  вариант  произведению массы тела на силу;     Импульс тела всегда направлен     А) перпендикулярно скорости     Б) сонаправлен скорости     В) противоположен скорости     Г) совпадает с ускорением вопрос 5                                                                                                                        1  вариант        Если на тело не действует сила, то импульс тела    А) не изменяется    Б) увеличивается    В) уменьшается    Г) равен нулю) отношению массы тела к его скорости  2 2 вариант  В) произведению массы тела  Если на тело действует сила, то импульс тела:     А) не изменяется     Б) только увеличивается     В) только уменьшается     Г) может и увеличиваться и  уменьшаться  на его скорость.   вопрос  6   1 вариант              Материальная точка массой 1 кг двигалась по прямой и под действием силы в 20 Н изменила свою скорость на 40 м/с. За какое время это произошло?             1) 0,5 с             2) 5 с             3) 2 с             4) 0,2 с             5) 20 с  2 вариант Автомобиль, первоначально двигавшийся со скоростью 20 м/с, после выключения двигателя остановился через 3 секунды. Сила сопротивления, действовавшая на автомобиль при торможении равна 6000 Н. Масса автомобиля…             1) 600 кг             2) 700 кг             3) 800 кг             4) 900 кг              5) 1000 кг    вопрос 7 Выберите правильную формулу: 1 вариант                                         2 вариант                Работы                                             мощности

5.2. Физический диктант.

 ( слайд 30)

Вариант 1                                                                                                              Вариант 2

1.Скорость  -                                                                                    1. ускорение-

2. Угловое перемещение-                                                           2. угловая скорость-

3. частота-                                                                                        3. период-

4. Ускорение свободного падения-                                          4. гравитационная постоянная-

5.Число оборотов                                                                           5.высота-

6. перемещение-                                                                            6. время-

7. вес-                                                                                                7. сила трения-

8. Коэффициент трения-                                                               8. коэффициент жесткости-

9. Удлинение тела-                                                                         9. масса-

10. Импульс тела-                                                                           10 импульс силы-

11. работа-                                                                                       11.энергия-

12. мощность-                                                                                 12. сила реакции опоры-

6. Подведение итогов.

На этом этапе преподавателем и студентами обсуждается урок, анализируется полученный теоретический материал и уровень, на котором усвоен данный урок. Проставляются оценки с комментариями.