Методическая разработка урока на тему "Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса"

§ 21, 22, упр.20(2),21(1)

Управление образования и науки Липецкой области

Государственное областное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

 «Лебедянский торгово-экономический техникум»

Методическая разработка урока

по дисциплине: «Физика»

«Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса»

Подготовила: Маркова С. В.

Рассмотрена  на заседании цикловой методической комиссии математических, общих естественнонаучных дисциплин и физической культуры

Протокол №__от «__»______2020 г.

Председатель ЦМК: __________________ Маркова С. В.

Лебедянь, 2020

Аннотация.

Настоящая методическая разработка написана в качестве рекомендательного пособия для преподавателей.

Методическая разработка написана с целью обмена опытом, оказания методической помощи преподавателям в проведении урока по дисциплине «Физика».

Урок «Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса» позволяет углубить знания студентов по разделу «Динамика». Урок проводится в форме  урока изучения нового материала с использованием компьютерных технологий. Эффективность урока обусловлена использованием ряда сменяющих друг друга методов изучения и закрепления материала: рассказ преподавателя, демонстрация презентации, работа с литературой, решение задач, решение кроссворда, работа по карточкам, фронтальный опрос. Изучение нового материала сопровождается демонстрацией презентации по данной тематике.

Использование ТСО делает урок более мобильным.

Содержание

Введение

1.    вид занятия;

2.    тип урока;

3.    цели урока;

4.    материально – техническое обеспечение урока

Основная часть

1.     организационная часть

2.     мотивация учебной деятельности

3.     актуализация знаний

4.     изучение нового материала

5.     закрепление материала

6.     подведение итогов урока

7.     домашнее задание

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение.

Методическая разработка написана на основе педагогического опыта автора.

Показать студентам, что зная основные законы механики, в первую очередь три закона Ньютона, не всегда можно решить любую задачу о движении тел. Законы Ньютона позволяют решать задачи связанные с нахождением ускорения движущегося тела, если известны все действующие на тело силы, но часто бывает очень сложно определить действующие на тело силы. Поэтому, чтобы решать задачи связанные с кратковременным взаимодействием тел, необходимо знать еще одну физическую величину – импульс силы.

Необходимо показать студентам границы применяемости теоретических знаний на практике. Воспитывать уважение к личности партнера, т.е. формировать нравственные качества студентов.

Тема: «Импульс тела. Импульс силы.  Закон сохранения импульса»

Вид занятия: урок

Тип урока: комбинированный

Цели:

Ø образовательная: познакомить студентов  с понятиями «импульс тела», «импульс силы», формировать умение применять их к анализу явления взаимодействия тел в простейших случаях; добиться усвоения обучающимися формулировки закона сохранения импульса, научить применять теоретические знания при решении задач;

Ø воспитательная: формировать исторический взгляд на развитие физики как науки; способствовать формированию межличностного общения в процессе работы; вызвать желание постоянно пополнять свои знания;

Ø развивающая: развивать интерес к предмету, навыки применения изученных теоретических вопросов для объяснения физического эксперимента, при решении задач, активность и самостоятельность студентов, формировать ИКТ-компетентность, умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала по основам механики, навыки поисковой познавательной деятельности, способность к самоанализу.

Междисциплинарные связи: алгебра, информатика

Материально-техническое обеспечение занятия:

Оборудование: металлические шарики на нитях, тележки демонстрационные, желоб лабораторный металлический, грузы.

Технические средства: ПК, мультимедийная установка, презентация.

Раздаточный материал: карточки, сборник лекций, сборник задач.

Методическое обеспечение занятия: учебно-методическая карта занятия, календарно-тематический план, рабочая программа.

Литература:

1.     Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. «Физика – 10», М. «Просвещение»;

2.     Дмитриева В. Ф. «Физика», М. «Академия».

Ход урока

1.           Организационная часть.

Организационная часть урока заключается в том, что преподаватель проверяет готовность студентов к проведению занятия, наличие необходимых пособий и оборудования.

2.           Мотивация учебной деятельности.

Преподаватель настраивает группу на внимание, проводит связь материала, который предстоит изучить на данном уроке с ранее изученным материалом. Говорит о важности данной темы в освоении физики. Сообщает цели и задачи урока.

3.           Актуализация знаний студентов.

1) Для проверки ранее усвоенного материала можно провести фронтальный опрос по ранее изученному материалу по вопросам:

a) Сформулируйте первый закон Ньютона.

б) Сформулируйте второй закон Ньютона.

в) Сформулируйте третий закон Ньютона.

г) С помощью каких физических величин можно охарактеризовать движение тела?

д) С какими силами мы познакомились на предыдущих уроках?

е) Почему спутники, обращаясь вокруг Земли под действием силы тяжести, не падают на землю?

ё) Что надо сделать с физическим телом, чтобы оно стало спутником земли?

ж) Как движется спутник, обладающий второй космической скоростью?

з) Как движется спутник обладающий, третьей космической скоростью?

2) Пока идет фронтальный опрос можно предложить некоторым студентам решить задачи по карточкам (приложение 1)

 3) Тестовое задание. (Тесты оформлены в двух вариантах на карточках, после выполнения проводится взаимоконтроль, обучающиеся обмениваются тетрадями и сверяют правильность ответов) (приложение 2)

4.           Изучение нового материала.

 Тему урока вы узнаете, разгадав небольшой кроссворд, ключевым словом, которого и будет тема нашего урока.

(Разгадываем слева на право, слова записываем по очереди вертикально). (приложение 3)

Зная основные законы механики, в первую очередь три закона Ньютона, казалось бы, можно решить любую задачу о движении тел. Ребята, я вам продемонстрирую опыты, а вы подумайте, можно ли в этих случаях используя только законы Ньютона решить задачи?

Проблемный эксперимент.

Опыт №1. Скатывание легкоподвижной тележки с наклонной плоскости. Она сдвигает тело, находящееся на ее пути.

Взаимодействие тележки (кратковременное столкновение тележки и тела, удар) очень мало, и поэтому силу их взаимодействия, определить трудно.

Опыт №2. Скатывание нагруженной тележки

Сдвигает тело дальше

Опыт№3 Изменения угла наклона плоскости для увеличения скорости нагруженной тележки

Тело сдвигается на большее расстояние.

Вывод:

Законы Ньютона позволяют решать задачи связанные с нахождением ускорения движущегося тела, если известны все действующие на тело силы, но часто бывает очень сложно определить действующие на тело силы. Как это было в наших опытах.

Подумайте, а с помощью, каких физических величин можно охарактеризовать движение тела?

Вывод: для характеристики движения надо знать массу тела и его скорость.

Поэтому для решения задач используют еще одну важнейшую физическую величину - импульс тела.

При изучении нового материала можно рассмотреть вопросы: (приложение 4)

1). Импульс тела.

2). Импульс силы.

3) Закон сохранения импульса.

5.           Закрепление

5.1 Решение задач

Для закрепления закона сохранения импульса студентам можно предложить решить задачи. (приложение 5).

5.2 Проверочная работа (приложение 6)

6.           Подведение итогов

Преподаватель подводит итоги урока, анализирует и оценивает работу студентов.

7. Домашнее задание

Преподаватель сообщает студентам домашнее задание, объясняет, где можно найти данный материал.

8.Заключительная часть

Здесь можно предложить студентам привести в порядок рабочие места, дежурным собрать раздаточный материал.

Приложение 1

Карточка №1

Найти жесткость пружины, которая под действием силы 4 Н удлинилась на 8 см.

Карточка №2

Деревянный брусок массой 2 кг тянут равномерно по деревянной доске, расположенной горизонтально. Коэффициент трения равен 0,3. Найти силу трения бруска.

Приложение 2

Вариант 1.

1. Автомобиль движется на повороте по круговой траектории радиусом 20м с постоянной по модулю скоростью 10 м/с. Каково ускорение автомобиля?

а) 1м/с²; б) 2м/с²; в)5м/с²; г) 0м/с².

2. Тело движется по окружности радиусом 10м. Период его обращения равен 20с. Чему равна скорость тела?

а) 2 м/с² ; б) π м/с²; в) 2π м/с²; г) 4  м/с².

3. Тело движется по окружности в направлении по часовой стрелке. Как направлен вектор ускорения при таком движении тела?

  а) к центру окружности;  б) так же как и вектор скорости; в) противоположно вектору скорости; г) от центра окружности.

4. Определить вес лыжника, если его масса 65 кг.

а) 65 кг; б) 650 кг; в) 65 Н; г) 650 Н.

5. Гравитационная постоянная равна.

а) 9,8 Н*м²/кг²; б) 9,8 кг*м/с²; в) 6,67*10^-11 Н*м²/кг²; г) 6,67*10^-11 кг*м/с²

Вариант 2.

1 Тело движется по окружности радиусом 20м. Период его обращения равен 40с. Чему равна скорость тела?

а) 4 м/с²; б) 2π м/с²; в) π м/с²; г) 2  м/с².

2. Скорость крайних точек точильного круга радиусом 10 м равна 6 м/с. Чему равно их центростремительное ускорение?

а) 60 м/с²; б) 360 м/с²; в) 0,6 м/с²; г) 0,36 м/с².

3. Тело движется по окружности в направлении против часовой стрелке. Как направлен вектор ускорения при таком движении?

а) так же как и вектор скорости; б) от центра окружности; в) к центру окружности; г) противоположно вектору скорости.

4. Определить силу тяжести, которая действует на тело, если его масса 93 кг.

а) 930 Н; б) 930 кг; в) 93 кг; г) 930 кг.

5. Из закона всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их…. и обратно пропорционален …..

а) сил и массе; б) масс и квадрату расстояния между ними; в) сил и квадрату расстояния между ними; г) сил и квадрату расстояния между ними.

Ответы:

Вариант 1 (1в; 2б; 3а; 4г; 5в)

Вариант 2 (1в; 2г; 3в; 4а; 5б)

Приложение 3

Кроссворд

1

2

и

д

н

е

е

ф

5

11

р

о

3

4

к

6

7

9

10

д

ц

р

у

г

и

н

у

т

с

и

и

м

п

у

л

ь

с

8

р

и

н

я

а

р

к

о

ю

к

т

е

л

а

ц

у

г

т

о

я

н

а

м

и

г

р

о

р

ж

и

и

я

о

а

н

е

е

я

к

с

м

н

с

а

т

м

и

т

ь

е

и

1.    Явление сохранения скорости постоянной при отсутствии внешних воздействий или при их компенсации.

2.    Явление изменения объема или формы тела.

3.    Сила, возникающая при деформации, стремящая вернуть тело в первоначальное положение.

4.    Английский ученый, современник Ньютона, установил зависимость силы упругости от деформации.

5.    Единица массы.

6.    Английский ученый, открывший основные законы механики.

7.    Векторная физическая величина, численно равная изменению скорости за единицу времени.

8.    Сила, с которой Земля притягивает к себе все тела.

9.    Сила, возникающая благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел.

10.  Мера взаимодействия тел.

11.  Раздел механики, в которой изучают закономерности механического движения материальных тел под действием приложенных к ним сил.

Приложение 4

Ребята тема нашего урока «Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса»

Зная основные законы механики, в первую очередь три закона Ньютона, казалось бы, можно решить любую задачу о движении тел. Ребята, я вам продемонстрирую опыты, а вы подумайте, можно ли в этих случаях используя только законы Ньютона решить задачи?

Проблемный эксперимент.

Опыт №1.Скатывание легкоподвижной тележки с наклонной плоскости. Она сдвигает тело, находящееся на ее пути.

Можно ли найти силу взаимодействия тележки и тела? (нет, так как столкновение тележки и тела кратковременное и силу их взаимодействия определить трудно).

Опыт №2. Скатывание нагруженной тележки. Сдвигает тело дальше.

Можно ли в данном случае найти силу взаимодействия тележки и тела?

Сделайте вывод: с помощью, каких физических величин можно охарактеризовать движение тела?

Вывод: Законы Ньютона позволяют решать задачи механики, если известны силы, приложенные к телам. Но во многих случаях законы движения нельзя использовать для решения задач именно потому, что неизвестны силы. Когда, например, приходится рассматривать столкновение двух тел, будь то столкновение автомобилей, бильярдных шаров, трудно определить значения возникающих сил, как это было в наших случаях.

1. Если мяч, летящий с большой скоростью, футболист может остановить ногой или головой, то вагон, движущийся по рельсам даже очень медленно, человек не остановит.

2. Легкую тележку, быстро катящуюся с горки, можно остановить руками, а вот легковую машину человек сможет удержать руками, даже если она катится медленно?

3. Теннисный мяч, попадая в человека, вреда не причиняет, однако пуля, которая меньше по массе, но движется с большой скоростью (600—800 м/с), оказывается смертельно опасной.

Вывод: для характеристики движения надо знать массу тела и его скорость.

Поэтому, кроме силы в физике есть другая величина, которая позволяет решать задачи при взаимодействии тел. Это импульс тела.

Историческая справка

Понятие импульса было введено в физику французским ученым Рене Декартом (1596 – 1650 гг), который назвал эту величину «количеством движения»: « Я принимаю, что во вселенной…. Есть известное количество движения, которое никогда не увеличивается, не уменьшается, и, таким образом, если одно тело приводит в движение другое, то теряет столько своего движения, сколько его сообщает».

Рене Декарт родился в дворянской семье, в школьные годы проявил интерес к математике. Получив образование, Декарт служил в армии, много путешествовал, затем поселился в Нидерландах, посвятив себя науке. Развивая идеи Галилея, сформулировал закон сохранения количества движения.

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

Обозначим импульс (его также называют иногда количеством движения) буквой р. Тогда                                   

Из формулы видно, что импульс — векторная величина. Направление вектора импульса тела всегда совпадает с направлением вектора скорости движения. Любое тело, которое движется, обладает импульсом.

Единица импульса не имеет особого названия. Ее наименование получается из определения этой величины:

                                                        

При расчетах пользуются уравнением для проекций векторов: p_x = m_x.

Найдем взаимосвязь между действующей на тело силой, временем ее действия, и изменением скорости тела.

Запишем второй закон Ньютона в виде: 

С другой стороны: 

Подставим это выражение в формулу второго закона Ньютона. После преобразования, получим        Ft = mʋ - mʋ₀

Данная формула устанавливает взаимосвязь между действующей на тело силой, временем её действия и изменением скорости тела.

Изменение импульса равно произведению силы, приложенной к телу, на время ее действия. Величина Ft– импульс силы.

Изменение импульса тела равно импульсу силы.

Далеко не все задачи в механике можно решить, используя законы Ньютона. К таким задачам можно отнести расчет скорости тел после соударения и расчет текущей скорости тела, у которого меняется масса.

Опыт №3. На нитях подвешиваются два шарика, правый отклоняют и отпускают. Вернувшись в прежнее положение и ударившись о неподвижный шарик, он останавливается. При этом левый шарик приходит в движение и отклоняется практически на тот же угол, что и отклоняли правый шар.

Вывод: Импульс обладает интересным свойством, которое есть лишь у немногих физических величин. Это свойство сохранения. Но закон сохранения импульса выполняется только в замкнутой системе.

Замкнутая система тел – это совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих с другими телами.

Импульс каждого из тел, составляющих замкнутую систему, может меняться в результате их взаимодействия друг с другом.

Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел.

                                                             

В этом заключается закон сохранения импульса.

Столкновение тел представляет собой взаимодействие тел при их относительном перемещении.

Абсолютно неупругий удар - это столкновение двух тел, которые объединяются и движутся дальше как одно целое.

Закон сохранения импульса при неупругом ударе:

Абсолютно упругий удар - столкновение тел, при котором тела не соединяются в одно целое и их внутренние энергии остаются неизменными.

Закон сохранения импульса при упругом ударе:

Примеры закона сохранения импульса: ружье и пуля в его стволе, пушка и снаряд, оболочка ракеты и топливо в ней.

Приложение 5

1.     При стрельбе существует явление отдачи и на плече у солдата, к которому он прикладывает винтовку, могут появиться синяки. Почему же солдат, держащий на плече базуку (ручной гранатомет), не испытывает при стрельбе отдачи?

2.     Поливочная машина с водой имеет массу 6 т и движется со скоростью 36 км/ч. После работы масса машины стала 3 т. Сравнить импульсы маши­ны, если она возвращается в гараж со скоростью 54 км/ч.

3.     На неподвижную тележку массой 100 кг прыгает человек массой 50 кг со скоростью 6 м/с. С какой скоростью начнет двигаться тележка с человеком?

4.     С тележки, движущейся со скоростью 2 м/с, спрыгивает мальчик со скоростью 1 м/с, направленной горизонтально против хода тележки. Масса мальчика равна 45 кг, а масса тележки – 30 кг. С какой скоростью будет двигаться тележка сразу после того, как мальчик спрыгнул с нее?

Приложение 6

Проверочная работа.

Вариант №1.

1.       Какая из названных ниже величин скалярная?

     1) масса;    2) импульс тела;    3) сила.

2.       Тело массой  m движется со скоростью 2 м/с. Каков импульс тела?

     1) 2m м/с; 2)  ; 3) 2m  

3.       Как называется физическая величина, равная произведению силы на время ее действия?

     1) импульс тела; 2) импульс силы; 3) проекция силы.

4.       В каких единицах измеряется импульс силы?

     1) 1 Н; 2) 1 кг;  3) 1 Н·с

5.       Как направлен импульс тела?

     1) в ту же сторону, что и скорость тела;

     2) имеет такое же направление, как и сила;

     3) в сторону, противоположную движению тела.

6.       Чему равно изменение импульса тела, если на него подействовала сила 15 Н в течение 5 секунд?

 1)  3 ; 2) 20 ; 3) 75

7.       Какое из выражений соответствует закону сохранения импульса для случая взаимодействия двух тел?

    1)  ; 2) ; 3)

8.       Закон сохранения импульса выполняется…

    1) всегда; 2) только в замкнутой системе;

    3) обязательно при отсутствии трения в любых системах отсчета.

Вариант №2.

1. Какая из названных ниже величин векторная?

   1) масса; 2) импульс тела; 3) время.

1.   Какое выражение определяет изменение импульса тела?

   1) ; 2) Ft = mʋ - mʋ₀; 3) 

3.  Как называется физическая величина, равная произведению массы тела на вектор его мгновенной скорости?

   1) импульс тела; 2) импульс силы; 3) проекция силы.

4. Каково наименование единицы импульса тела, выраженное через основные единицы Международной системы?

   1) 1 кг·м/с; 2) 1кг·м/с²; 3) 1кг·м²/с²

5. Куда направлено изменение импульса тела?

   1) в ту же сторону, что и скорость тела;

   2) в ту же сторону, что и сила;

   3) в сторону, противоположную движению тела.

6. Чему равен импульс тела массой 2 кг, движущегося со скоростью 3 м/с?

1) 1,5 кг·м/с; 2) 6 кг·м/с; 3)  9 кг·м/с

7. Какое из выражений соответствует закону сохранения импульса для случая взаимодействия двух тел?

1) ; 2)  ; 3) 

8. Закон сохранения импульса выполняется…

1) обязательно при отсутствии трения в любых системах отсчета;

2) всегда; 3) только в замкнутой системе.

Ответы:

Вариант №1

1. 1)    2. 3)    3. 2)    4. 3)    5. 1)    6. 3)    7. 1)    8. 2)

Вариант №2

1. 2)    2. 3)    3. 1)    4. 1)    5. 2)    6. 2)    7. 2)    8. 3)