Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / "Прямолинейное и криволинейное движение" Послесловие к уроку
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: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

"Прямолинейное и криволинейное движение" Послесловие к уроку

библиотека
материалов

С.В. Задорожная zsv125@yandex.ru

МБОУ СОШ № 125 с УИОП, г. Снежинск, Челябинская обл


Прямолинейное и криволинейное движение

Послесловие к уроку


Сразу хочу признаться и покаяться в своем неоправданно легкомысленном на протяжении многих лет отношении к уроку в 9-м математическом классе по теме «Прямолинейное и криволинейное движение» (про базовый уровень не говорю). Ему предписывалась некая вводная роль к основному и достаточно сложному для девятиклассников материалу (надо сказать, что любой материал в школьной физике, связанный с векторами, идет трудно, начиная с седьмого класса) из § 19 [1] по описанию движения тела по окружности с постоянной по модулю скоростью. Наиболее распространенное в природе криволинейное неравномерное движение сводилось к совокупности более простых и менее распространенных движений: прямолинейному и по дугам окружностей разных радиусов. И как-то скромно, без должного почтения и ударения, после приведённых необходимых примеров, проговаривалась фраза, выделенная курсивом в учебнике [1]: «если скорость тела и действующая на него сила направлены вдоль одной прямой, то тело движется прямолинейно, а если они направлены вдоль пересекающихся прямых, то тело движется криволинейно». А зря! Такая «легкокасательная» скромность, тем более неоправданна потому, что в десятом классе [2], несмотря на систематическое и последовательное описание прямолинейного и криволинейного движения (по параболе и по окружности), никакого обобщения не предусмотрено, и вообще нигде даже не намекается на то, что ускорение, ответственное за изменение скорости по модулю, имеет в физической литературе название касательного или тангенциального ускорения. В одиннадцатом классе это естественным образом аукается при описании кинематики и динамики движения математического маятника. Авторы учебника [3] чётко и подробно рассматривают колебательный процесс, оставляя учителю объяснить учащимся, почему проекция силы тяжести и ускорения на касательную к траектории маятника имеет пресловутый индекс «τ» и никакой другой.

Подводя итог, можно сказать, что после урока по теме «Прямолинейное и криволинейное движение» в девятом классе, в учебниках старших классах не осуществляется больше попыток какого-либо системного обобщения по этому вопросу, по крайней мере, в тех учебниках, по которым работает большинство учителей.

Вернёмся к прямым линиям, вдоль которых могут быть направлены мгновенная скорость и действующая на тело сила (читай равнодействующая сила). Вывод в учебнике, выделенный курсивом не очевиден для детей и непрост. Конечно, надо поэтапно, рассматривая сначала примеры прямолинейных и более изученных движений, а затем криволинейных и менее изученных, подвести учащихся к обобщающему выводу о направлениях прямых. И, думаю, что этот вывод необходимо обосновать, опираясь на второй закон Ньютона. А сам вывод впоследствии можно использовать как критерий при описании различных видов наблюдаемых или возможных движений тела.

Итак, события на уроке развивались примерно так.

Сhello_html_bd3d3b1.pnghello_html_m733368f5.pngначала мы пытались ответить на вопрос, что такое прямолинейное движение и при каких условиях оно возможно. Выяснили, что при прямолинейном движении тело движется по прямой линий и вектор скорости не меняет своего направления. С условиями прямолинейного движения дело оказалось несколько сложнее. Во-первых, дети сразу вспомнили закон инерции, а в выводе курсивом он был как-то не предусмотрен (стало быть, вывод придется дополнять)! Во-вторых, не учли, что сила (в скобках заметим, что и ускорение, создаваемое этой силой) может быть не только сонаправлена с движением, но и противонаправлена ему. То есть скорость при прямолинейном движении не меняет своего направления, но по модулю может увеличиваться или уменьшаться. После наблюдения за движением автомобиля по столу и шарика вертикально вверх и вниз мы записали второй закон Ньютона для всех опытов, сделали приведенные ниже чертежи, специально выделив линии, вдоль которых направлены силы, ускорения и скорости, сформулировали промежуточный вывод.

hello_html_m24d4b580.pngПрямолинейно тело может двигаться либо по инерции, сохраняя при этом свою скорость, либо ускоренно (замедленно), если скорость тела в каждый момент времени и сила, действующая на него, направлены вдоль одной прямой в одну сторону (или вдоль одной прямой в противоположные стороны). При криволинейном движении траекторией тела является кривая линия и, следовательно, скорость должна менять свое направление.

Вспоминаем движение Луны вокруг Земли, делаем чертеж, отмечаем линии, вдоль которых направлены скорость и сила, и задаемся вопросом, а зачем вообще нужна сила тяготения? Понятно зачем, затем чтобы удержать Луну – получаю ответ. И тут наступает многозначительная пауза. А почему Луна не падает на Землю, ведь есть сила, должно быть и ускорение!? А факт таков, что скорость Луны по модулю не меняется при наличии силы и ускорения, которое должно быть (ну, почти не меняется)? И вот тут нас ждало большое открытие! Оказывается, чтобы просто (!) повернуть уже движущееся тело, нужна сила. И это еще не все, сама сила, оставаясь неизменной по модулю, должна менять свое направление! Такое открытие надо пережить и закрепить (можно, для пущей важности, еще показать движение шарика на резинке).

Мы смотрим небольшой фильм со знакомым нам зеленым человечком в роли ковбоя [4]. Приведу некоторые картинки из фильма. Вид сверху: лошадь движется по окружности, удерживаемая канатом ковбоя. Скорость лошади направлена по касательной к окружности. hello_html_m510da245.pngЕсли канат порвется, что и происходит в фильме, лошадь сходит с окружности и начинает двигаться прямолинейно.



В конце фильма приводится чертеж, hello_html_m7b109061.pngгде показана линия, вдоль которой направлена сила и линия, вдоль которой направлена скорость. Они перекрещиваются и образуют угол 90о, так же как в примере с Землей и Луной.

hello_html_5dad4a57.png Анализ приведенных примеров позволяет сделать еще один промежуточный вывод. Тело движется по заданной окружности с постоянной по модулю скоростью, если на него действует постоянная по модулю сила. Скорость и сила (и, конечно, ускорение) в каждый момент времени, направлены вдоль пересекающихся прямых, образующих между собой угол 90о. Силу, всегда направленную к центру при движении тела по окружности, назовем центростремительной.

Сила создает центростремительное (или нормальное) ускорение, сонаправленное с силой. Таким образом, вводим понятие центростремительного ускорения ответственного за изменение скорости по направление.


Ещё один вид криволинейного движения это движение тела по параболе, хорошо знакомый нам с детства. Конечно, при описании свободного падения тела, брошенного горизонтально, мы говорили ранее, что на тело постоянно действует только одна сила тяжести.

Иhello_html_m2e64e2b1.pngспользуя цифровой ресурс «Открытая физика» (5), мы детально анализировали, что происходит со скоростью тела и ее проекциями на оси X и Y. Записывали уравнения для проекций скоростей и доказывали, что, действительно проекция скорости на ось X не меняется со временем, а вдоль оси Y скорость меняется равномерно. Тело участвует в двух движениях одновременно: ускоренном по оси Y и равномерном по оси X. Но мы не затрагивали вопрос о линиях, вдоль которых направлены вектора скорости и силы, действующей на тело в каждый момент времени. Если с этой позиции рассмотреть вопрос, то можно определенно сказать, что при движении по параболе скорость и сила в каждый момент времени, направлены вдоль пересекающихся прямых, причем они образуют угол меньший или равный 90о. И дело обстоит так, что направление и модуль самой силы остается постоянен, но этот фhello_html_1bd7a80e.pngакт не мешает ей изменять и направление и модуль скорости! Вот. Это вызывает у учащихся некоторое недоумение. Как же одна и та же сила меняет скорость и по модулю и по направлению?! После небольшой дискуссии предлагается «выделить» «часть силы» для изменения направления и «часть силы» для изменения модуля скорости. Так появляются центростремительная (нормальная) и касательная (тангенциальная) составляющие силы и, соответственно, ускорения. Мы нарисовали пояснительный чертеж, и я подумала, ну наконец-то, самое тяжелое сделано. Так как центростремительное и касательное ускорение составляют между собой прямой угол, мы воспользовались теоремой Пифагора и получили формулу для полного ускорения и попытались ее применить для описания прямолинейного и криволинейного движения.

hello_html_m5f3e54b0.png

Мы попробовали применить выводы и формулу, полученную на уроке к описанию некоторых известных нам движений. Приведенная ниже таблица, может дополняться впоследствии и использоваться при систематизации материала.

Вид движения

Модуль скорости

Направление скорости

Модуль силы

Направление силы

Ускорение центростремительное

Ускорение касательное

Полное ускорение

Прямолинейное равномерное


Не меняется

Не меняется

F = 0

-

ац = 0

аτ = 0

а = 0

Прямолинейное равноускоренное

Меняется

Не меняется

Не меняется

Не меняется

ац = 0

аτ ≠ 0

а = аτ

Равномерное по окружности

Не меняется

Меняется

Не меняется

Меняется

ац≠ 0

аτ = 0

а = ац

Движение по параболе

Меняется

Меняется

Не меняется

Не меняется

ац≠ 0

аτ ≠ 0

а =hello_html_m2397d7b4.gif

Криволинейное неравномерное

Меняется

Меняется

Меняется

Меняется

ац≠ 0

аτ ≠ 0

а =hello_html_m2397d7b4.gif


В конечном итоге, параллельные или перекрещивающиеся прямые, о которых говорилось в § 19 [1], вдоль которых направлены скорости и силы помогли нам понять механизм изменения (или неизменности) скорости тела.

Литература

  1. Перышкин А.В., Гутник Е.М.. Физика. 9 класс.: учеб. для общеобразоват. учреждений.12-е издание, стереотип. – М.: Дрофа, 2007. – 255с.

  2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.. Физика. 10 класс.: учеб. для общеобразоват. учреждений.16-е изд. – М.: Просвещение, 2007. – 366с.

  3. . Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б., Чаругин В.М.. Физика. 11 класс.: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни. под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. – 18-е изд. М.: Просвещение, 2009. – 399с.

  4. Физика, 7–11 классы. [Электронный ресурс]. ООО Физикон, 2007.

  5. Открытая физика. Ч. I. [Электронный ресурс]. ООО Физикон,1996.


hello_html_m53d4ecad.gif

hello_html_m53d4ecad.gif






5



Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


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

Автор
Дата добавления 27.01.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров302
Номер материала ДВ-383900
Получить свидетельство о публикации
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