Урок по физике на тему: "Импульс тела. Система тел. Закон сохранения импульса" (9 класс)

Урок № 22                                                                                      Дата:26.11.15

Тема урока: «Импульс тела. Изменение импульса материальной точки.

Система тел. Закон сохранения импульса»

Цель урока: ввести новую физическую характеристику – импульс тела;

Задачи:

1.      Образовательные:

·        найти взаимосвязь между действующей силой, временем ее действия и изменением скорости тела;

·        изучить закон сохранения импульса.

2.     Воспитательная:

·        показать, что знание основ физики необходимо каждому;

·        показать, что явления физики происходят повсюду вокруг нас;

·        формирование познавательного интереса к физике.

3.     Развивающая:

·        Развитие политехнических знаний и умений, умения пользоваться языком физики и применять знания в новой обстановке.

Демонстрации: взаимодействие  стального шарика и магнита; взаимодействие легкоподвижной тележки, скатывающейся по наклонной плоскости, с неподвижным телом.

Ход урока

I.                  Организационный момент

II.               Повторение. Актуализация

- Что называют ускорением?

- Перемещение при равноускоренном движении

- Сформулируйте второй закон Ньютона

- Сформулируйте третий закон Ньютона

Учитель: Тему урока вы узнаете, разгадав небольшой кроссворд, ключевым словом, которого и будет тема нашего урока. (Разгадываем слева на право, слова записываем по очереди вертикально).

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.

     III. Изучение нового материала            

Ребята тема нашего урока “Импульс тела. Закон сохранения импульса”

Сегодня на уроке мы с вами не только будем ставить опыты, но и доказывать их математически.

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 связанные с нахождением ускорения движущегося тела, если известны все действующие на тело силы, т.е. равнодействующая всех сил. Но часто бывает очень сложно определить равнодействующую силу, как это было в наших случаях.

Если на вас катится игрушечная тележка, вы можете остановить ее носком ноги, а если на вас катится грузовик?

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

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

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

Пусть на тело массой m, которое покоится, начинает действовать сила F. Тогда из второго закона Ньютона ускорение этого тела будет а. Причем:

F = ma

С другой стороны:                         

а = (V - V₀ ) /  t

Значит, подставив в первое выражение значение ускорения, получаем:

F = m (V₀ -  V) / t

или:

Ft = mV – mV₀

Рассмотрим правую часть, мы видим, что произведение массы на скорость есть импульс тела.В тетради записываем определение, что называем импульсом тела.

p = mV

Произведение массы тела на его скорость называется импульсом тела.

Импульс р – векторная величина. Он всегда совпадает по направлению с вектором скорости тела. Любое тело, которое движется, обладает импульсом.

Выясним, в каких единицах измеряется импульс тела.

Т.к. масса измеряется в кг, а скорость – в м/с, то импульс тела измеряется в кг·м/с.

Но в правой части есть еще произведение массы на начальную скорость. Получаем, что все то, что стоит в правой части мы называем изменением импульса тела и обозначаем ∆p

∆p = mV – mV₀  - изменение импульса тела

Задача (устно): Найдите импульс тела массой 5 кг, движущегося со скоростью 2 м/с.

 Слева у нас произведение силы на время есть импульс силы

Ft – импульс силы

В каких единицах будет выражаться импульс силы? (Н с)

Оказывается, что

Ft = ∆p

В векторном виде мы задачи не решаем.

 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.

Рассмотрим опыт с мячами.

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

Запишем определение в тетрадь.

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.

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

IV Решение задач

Рассмотрим применение закона сохранения импульса на примере решения двух задач.

Задача 1

Два шара массами 100 г и 200 г движутся на встречу друг другу. С какой скоростью будут двигаться эти шары и в какую сторону, если после удара они движутся как единое целое? Скорости шаров до удара соответственно равны 4 м/c и 3 м/c. 

Работа в группах

Задача №1

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

Задача №2

Снаряд массой 100 кг, летящий горизонтально вдоль железнодорожного пути со скоростью 500 м/с, попадает в вагон с песком массой 10 т и застревает в нем. Найти скорость вагона, если он движется со скоростью 36 км/ч навстречу снаряду.

Критериальная шкала самооценки (взаимооценки): 
• Догадался сам, понял метод, примененный при решении задачи, легко решу подобную- «5». 
• Все понял, но без подсказки не догадался бы –«4». 
• В основном все понятно, но отдельные моменты не представляю четко-«3». 
• Ничего непонятно - «!». Внимание ! Опасность! Пробелы в знаниях, пора задуматься о ликвидации их. 

V. Подведение итогов

Ребята, что нового вы узнали сегодня?

VI. Домашнее задание § 19-20,  упр 17 (2,3)

Синквейн – это не обычное стихотворение, а стихотворение, написанное в соответствии с 
1 строка — название синквейна, выраженное в форме существительного. 
2 строка – два прилагательных. 
3 строка – три глагола. 
4 строка – фраза, несущая определенный смысл на тему синквейна. 
5 строка – вывод, одно слово, существительное.( ассоциация с первым словом). 
например 

импульс силы 
произведение силы на время 
ударяет, сообщает 
это сильный толчок 
мы сделали выше скачок!