Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / Урок по физике на тему "Решение задач на применение законов Ньютона" (10 класс)
  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

Урок физики в 10 классе по теме: «Решение задач на применение законов Ньютона»

Цель урока: Систематизация знаний о законах Ньютона.

Задачи урока:

  1. Познавательные: Объединить изученные законы в систему представлений о причине механического движения.

  2. Развивающие: Углубить знания, полученные на базовом уровне, освоить методику решения задач для системы тел, связанных невесомой нерастяжимой нитью.

  3. Воспитательные: Подчеркнуть познавательное и мировоззренческое, практическое и воспитательное значение законов Ньютона.

Тип урока: Комбинированный урок с использованием ИКТ.

План урока:

  1. Организационный момент – 1 мин.

  2. Повторение и обобщение пройденного материала –7 мин. (тест, слайды презентации)

  3. Решение задач на системы тел, связанных невесомой и нерастяжимой нитью – 35 мин.

  4. Подведение итогов урока – 1 мин.

  5. Задание на дом – 1 мин.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Повторение:

Учитель. И.Ньютон является гением в истории науки, поэтому целесообразно кратко вспомнить его основные открытия.
Учащийся. И.Ньютон (4.01. 1643 г – 31.03. 1727г.) английский физик и математик, создавший теоретические основы механики и астрономии, открывший закон всемирного тяготения, разработавший дифференциальное и интегральное исчисления, изобретатель зеркального телескопа и автор важнейших экспериментальных работ по оптике.

Вершиной научного творчества Ньютона является «начала», в которых он обобщил результаты, полученные его предшественниками и свои собственные исследования и впервые создал единую стройную систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. (Оформлена выставка сообщений и рефератов об И.Ньютоне).

Учитель. Он сформулировал три знаменитые законы движения, которые необходимо вспомнить и сформулировать.

Учащийся. I закон Ньютона (закон инерции): Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит её (его) изменить это состояние.

II закон Ньютона: В ИСО ускорение тела проп-но векторной сумме всех действующих на тело сил и обратно пропорционально массе тела:

hello_html_7ccb3c1e.png

III закон Ньютона: Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению:

hello_html_25e04a24.png

Учитель. Пройденный материал повторим с помощью решения тестовых заданий.

  1. Равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю. Движется это тело или находится в состоянии покоя?

А. Тело обязательно находится в состоянии покоя.

Б. Тело движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя.

В. Тело обязательно движется равномерно прямолинейно.

Г. Тело движется равноускоренно.

  1. Какие из величин (скорость, сила, ускорение, перемещение) при механическом движении всегда совпадают по направлению?

1)сила и ускорение, 2) сила и скорость, 3) сила и перемещение, 4)ускорение и перемещение

  1. На рис. А показаны направления скорости и ускорения тела в данный момент времени. Какая из стрелок (1-4) на рисунке Б соответствует направлению результирующей всех сил, действующих на тело?

hello_html_4cf16e8b.png

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

  1. Человек тянет за один крючок динамометр с силой 60 Н, другой крючок динамометра прикреплен к стене. Каковы показания динамометра?

А. 0 Б. 30 Н В. 60 Н Г. 120 Н

  1. Две силы F1 = 4 H и F2 = 3 Н приложены к одной точке тела. Угол между векторами hello_html_6c26616a.gifи hello_html_m7f65e009.gifравен 900. Чему равен модуль равнодействующей этих сил?

hello_html_m1af566dc.gif

F2

hello_html_7683e3b8.gifF1

А. 1Н Б. 5Н В. 7 Н Г. 12 Н

  1. Координата тела меняется по закону х = - 5 + 12 ∙ t. Определите модуль равнодействующих сил, действующих на тело, если его масса 15 кг.

А. 147 Н. Б. 73,5 Н В. 60 Н. Г. 0 Д. 90 Н.

  1. На рисунке представлен график зависимости силы F, действующей на тело, от времени t. Какой из участков графика соответствует равномерному движению?

А. 0-1, Б. 1-2, В. 2-3, Г. 3-4, Д. на графике такого участка нет.

hello_html_6ebc9c01.png

8. На рисунке представлен график зависимости силы F, действующей на тело, от времени t, какой из участков графика соответствует равноускоренному движению?

А. 0-1 Б. 1- 2 В. 2- 3 Г. 3- 4 Д. 4- 5

hello_html_m7de954fd.png

9.Модуль скорости автомобиля массой 500 кг изменяется в соответствии с графиком, приведённым на рисунке. Определите модуль равнодействующей силы при t =3 c.

1) 0Н 2) 500Н 3) 1000Н 4) 2000Н

hello_html_m48799ba3.png

  1. При столкновении двух тележек массами m1 = 2 кг и m2 = 8 кг первая получила ускорение, равное a1=4 м/с2. Определите модуль ускорения второй тележки.

А. 0,5 м/с2. Б. 1 м/с2. В. 4 м/с2. Г. 2 м/с2. Д. 1,5 м/с2.

11.Брусок лежит на шероховатой наклонной опоре (см. рисунок). На него действуют 3 силы: сила тяжести hello_html_m1a51563.jpg, сила упругости опоры hello_html_4ab20973.jpg и сила тренияhello_html_m58994cd5.png . Если брусок покоится, то модуль равнодействующей сил hello_html_m1a51563.jpgи hello_html_4ab20973.jpg равен.

1) mg + N 2) Fтр.cosα 3) Fтр sinα 4) Fтр

hello_html_c2406df.png

Учитель. Для того, чтобы вы овладели алгоритмом решения задач на системы тел, связанных невесомой и нерастяжимой нитью, повторим методику решения задач динамики.

Учащийся устно рассказывает методику решения задач динамики (материал заимствован из учебника физики 10 класса В.А. Касьянова):

  • Решение любой задачи следует начинать с анализа условия задачи с целью выбора инерциальной системы отсчёта, наиболее удобный для решения конкретной задачи.

  • Выполнить схематический рисунок, изображающий расположение тел в текущий момент времени. На рисунке указать направления векторов сил, действующих на тело со стороны других тел системы, направления скоростей и ускорений. Если в условии данной задачи тело можно считать материальной точкой, силы, действующие на тело, следует прикладывать к одной точке.

  • Записать для каждого тела второй закон Ньютона в векторной форме.

  • Выбрать координатные оси. Целесообразно направить одну из осей вдоль ускорения, а вторую (если она требуется) перпендикулярно ему.

  • Проецировать второй закон Ньютона на координатные оси, получить систему уравнений для нахождения неизвестных величин.

  • Решить полученную систему уравнений, используя аналитические выражения для всех сил и дополнительные условия.

Учитель: Если в движении находится не одно, а несколько связанных между собой тел, то необходимо для каждого тела отдельно выполнить все вышесказанные действия и решить полученную систему уравнений.

На экране вы видите три рисунка:

1) тела, связанные невесомой нерастяжимой нитью, движущиеся по горизонтали;

2) эти же тела, поднимающиеся вверх;

3) нить, связывающая грузы, переброшена через неподвижный блок.


1. 2. 3.

hello_html_m2e7fa7d6.png

Если по условию задачи будет рассматриваться движение характерное этим рисункам, то необходимо запомнить, что алгоритм решения у них одинаковый.

III. Решение задач

Задача № 1: Два тела, связанные невесомой нерастяжимой нитью (см. рис.) тянут с силой 15 Н вправо по столу. Массы брусков m1= 1 кг и m2 = 4 кг, μ = 0,1.

С каким ускорением движутся бруски? Чему равна сила натяжения нити?

hello_html_34a9fb0b.png

Учитель: Условие невесомости и нерастяжимости нити позволяет считать, что сила натяжения нити на всех участках одинакова и все тела движутся с одним и тем же ускорением, т.е.

Т1 = Т2 = Т, hello_html_m649daae6.gif.

Для того, чтобы решить задачу надо её проанализировать.

Рассмотрим все силы, действующие на каждое тело отдельно. Оба тела взаимодействуют с землёй, столом и нитью. На первое тело действуют: m1g, Т1, Fтр1, N1. На второе тело действуют: m2g, N2, T2, Fтр2 и сила F. Системы отсчета свяжем со столом.

Учитель: Анализ провели, теперь приступаем к решению задачи.

Дано:

F= 15 Н 1. Изобразим все силы, дей-ющие на тела. Ускорение тела направлено вправо: m1= 1 кг Из условия задачи => Т1 = Т2 = Т; hello_html_m649daae6.gif.

m2 = 4 кг

μ = 0,1_________

hello_html_m734afb91.gif - ? (м/с2); Т - ? (Н)

hello_html_m623db143.png

2. Запишем II-ой закон Ньютона в общем виде ∑hello_html_m3aec165.gif = mhello_html_m21000b25.gif и для каждого тела в векторной форме, для этого страницу разделим пополам:

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_7224c5a9.gifhello_html_m64dcca31.gif

3. Выберем координатные оси: ось ОУ направим по направлению hello_html_32f847df.gif,

а ось ОХ по направлению hello_html_m21000b25.gif системы тел.

4. Проецируем векторные уравнения II закона Ньютона для I-го и II-го тела на координатные оси:

Ohello_html_m39a6a686.gifX: TFтр1 = m1hello_html_m734afb91.gif (1) OX: FTFтр2 = m2 hello_html_m734afb91.gif (1/)

OУ1: N1– m1g = 0 (2) ОУ2: N2 – m2g = 0 (2/)

Поскольку из уравнения 2 => что Аналогично:

N2 = m2 g; то Fтр2 = μ · N2 = μm · g

N1 = m1g; то Fтр1= μ · N1 = μ ∙ m1g, тогда уравнение (1/) II- го тела примет вид

тогда ур-ние (1) примет вид FT – μ ∙ m2 g = m2 hello_html_m734afb91.gif (31)

Т – μ · m1g = m1 hello_html_m734afb91.gif (3)

Мы получили два уравнения для 2-х тел, где учтены все силы, действующие на тела в отдельности.

Далее решаем совместно систему уравнений (3) и (31) методом почленного сложения уравнений, получаем: Tμ m1g + FTμ m2g = m1 hello_html_m734afb91.gif

Fμg (m1+ m2) = hello_html_m734afb91.gif (m1+ m2) (4), в этом уравнении учтены все силы, действующие на систему 2-х тел, связанных невесомой нерастяжимой нитью.

Откуда hello_html_m734afb91.gif = hello_html_m77b55c.gif

Силу натяжения нити находим из уравнения (3) или (31)

Т= μ ∙ m1 · g + m1hello_html_m734afb91.gif = m1 (μ · g + hello_html_m734afb91.gif) = 1 (0,1 · 10 + 2) =

или Т = Fm2hello_html_m734afb91.gifμ · m2 g = Fm2 (hello_html_m734afb91.gif + μ ∙ g) = 15 - 4∙ (2 + 0,1· 10) =

Ответ: 2 м/с2, 3Н.

Учитель: Аналогично решают задачи, которые были под номером 1, 2, 3.

Для закрепления решим следующую задачу.

Задача №2. К концам невесомой нерастяжимой нити, перекинутой через невесомый неподвижный блок без трения в оси, подвешены грузы с массами m1= 1кг и m2= 2 кг. Каково ускорение, с которым движется второй груз?

Учитель: Снова анализируем задачу.

Из условия невесомости и нерастяжимости нити следует, что сила натяжения нити на всех участках одинакова: T1 = T2 = T и система тел движется как единое целое с одинаковым по модулю ускорением: hello_html_m649daae6.gif.

Рассмотрим все силы, действующие на каждый груз отдельно: на I-ый груз действуют: m1g и T1,

на II-ой груз действуют: m2 g и T2. Систему отсчёта свяжем с Землёй.

Учитель: Задачу решаем по алгоритму:

Дано:

m1 = 1 кг 1. Изобразим рисунок и расставим все силы, действующие на тело.

m2 = 2 кг Ускорение тела направим в сторону большого тела.

hello_html_m734afb91.gif - ? (м/с2 )

hello_html_1d87802.png

1. Запишем II закон Ньютона в векторной форме для каждого тела

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_86f1f13.gifhello_html_m454a7ffd.gif

2. Выберем координатные оси, ось ОУ направлена по направлению ускорения, на рисунке

изображаем ОУ1, ОУ2.

3. Проецируем векторные уравнения II закона Ньютона для I и II тела на координатные оси ОУ1 и

ОУ2, уhello_html_2d2985a9.gifчитывая, что T1 = T2 = T, hello_html_m649daae6.gif.

ОУ1 : T- m1g = m1 hello_html_m734afb91.gif (1) ОУ2: m2 gT = m2 hello_html_m734afb91.gif ( 11 )

Складываем уравнения (1) и (11 ), получаем: Tm1 g + m2 gT = m1 hello_html_m734afb91.gif+ m2 hello_html_m734afb91.gif

hello_html_m734afb91.gif= hello_html_mb9fa0db.gif Ответ: 3,3 м/с2

Зhello_html_40862967.gifадача № 3. Брусок массой 2 кг скользит по горизонтальной поверхности под действием груза массой 0,5 кг, прикрепленного к концу нерастяжимой нити, перекинутой через неподвижный блок. Коэффициент трения бруска о поверхность 0,1. Найти ускорение движения тела и силу натяжения нити. Массами блока и нити, а также трением в блоке пренебречь.

Дhello_html_m2a7690f7.gifано Решение:

m1= 2 кг 1.Изобразим рисунок и расставим все силы, действующие на тела.

m2 = 0,5 кг Ускорение первого тела направим вправо, второго - вниз.

µ = 0,1

hello_html_m734afb91.gifhello_html_24bc7ae8.gif - ? hello_html_m3066b17b.gif, Т - ? (H)

hello_html_33236b8c.png

2. Запишем II закон Ньютона в векторной форме для каждого тела, поделив страницу пополам

для I тела: для II тела:

hello_html_m1047a52.gifhello_html_3731b1ae.gifhello_html_m53d4ecad.gifhello_html_53c6e416.gifhello_html_m53d4ecad.gif

3. Спроецируем полученные уравнения на выбранные направления осей X и Y, учитывая условие невесомости и нерастяжимости: hello_html_71855d42.gifhello_html_m649daae6.gif.

hello_html_3c443345.gifOX: hello_html_14179e45.gif (1) OY: hello_html_4eb89dfe.gif (31)

OY: hello_html_m5fa366bd.gif (2)

Из (2) следует, что N = m1g, то Fтр= µ∙ N =µ ∙ m1g.

Тогда уравнение (1) примет вид: hello_html_482ebe8c.gif(3)

Решаем совместно систему уравнений (3) и (31) методом почленного сложения уравнений, получаем: Т - µ ∙ m1g + m2gT = (m1+m2) ∙ hello_html_m734afb91.gif

откуда hello_html_29c2bc83.gif; hello_html_m68665991.gif = hello_html_m58dac410.gif = hello_html_1b5e6b67.gif = hello_html_m645d818d.gif

Силу натяжения нити Т находим из уравнения (31): Т = m2gm2 hello_html_m734afb91.gif=m2 (g - hello_html_m734afb91.gif)

Т = 0,5 (10 – 1,2) = - 4,4 H. (знак « - » указывает, что сила натяжения направлена в противоположную сторону оси OY). Т = 4,4 Н. Ответ: 1,2 hello_html_6c0ec9e4.gif; 4,4 Н.

Зhello_html_m2b955b87.gifадача № 4Груз массой 5 кг, связанный нерастяжимой нитью, перекинутой через неподвижный блок, с другим грузом массой 2 кг движется вниз по наклонной плоскости. Найти натяжение нити и ускорение грузов, если коэффициент трения между первым грузом и плоскостью 0,1, угол наклона плоскости к горизонту 450. Массами нитей и блока, а также трением в блоке пренебречь.

Дано: Решение:

m1 = 5 кг 1. Изобразим рисунок и расставим все силы.

m2 = 2 кг

µ = 0,1

αhello_html_m253a410d.gif = 450

hello_html_m28e15766.gifhello_html_m3066b17b.gif; Т–? ( Н)

hello_html_3e8d3264.png

2. Запишем II закон Ньютона в векторной форме.

для I тела для II тела

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_e7eaf4a.gifhello_html_m638aa89.gif

3. Спроецируем полученные уравнения на выбранные направления осей X1 , Y1 , Y2, учитывая условие невесомости и нерастяжимости: Т1 = Т2 = Т, hello_html_m649daae6.gif.

hello_html_m662eb5a1.gifOX1: m1gsin αT- Fтр= m1hello_html_m734afb91.gif (1) OY2: – m2g +T = m2 hello_html_m734afb91.gif(11)

OY1: Nm1gcos α = 0 (2)

Из (2) уравнения находим, что N = m1gcos α,

поэтому Fтр = µ ∙ N = µ∙m1gcos α (3)

Подставляем (3) в (1) , получаем:

m1gsin αT– µ ∙m1gcos α = m1hello_html_m734afb91.gif (4). Складываем почленно (11) и (4), получаем

m1gsin αT – µ∙m1gcos αm2g + T=hello_html_m734afb91.gif(m1+m2)

hello_html_m2a7690f7.gifhello_html_72514b57.gifhello_html_m5608572.gif

Силу Т находим из уравнения (11): T = m2g + m2 hello_html_m734afb91.gif= m2 (g+ hello_html_m734afb91.gif). T = 2∙ (10+1,7) = 23,4 Н.

Ответ: 1,7 hello_html_6c0ec9e4.gif; 23,4 Н.

IV. Подведение итогов урока.

V. Домашнее задание. № 308, № 312. Рымкевич А.П. Физика. Задачник.10–11 кл –М.:Дрофа, 2004.


Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Краткое описание документа:

Сложность решения задач динамики на применение законов Ньютона в значительной степени зависит от освоения методики решения задач динамики.

На этом уроке учащиеся ещё раз формулируют законы Ньютона, кратко вспоминают об основных открытиях И.Ньютона. Повторение и обобщение пройденного материала провожу с помощью тестовых заданий (сопровождается слайдами презентации). Решение тестовых заданий применяю на каждом уроке по 5 – 7 мин для подготовки к ЕГЭ по физике.

Затем перехожу к рассмотрению основной цели урока.

Методику решения задач на применение законов Ньютона повторяем и применяем алгоритм решения задач динамики для системы тел, связанных невесомой и нерастяжимой нитью.

От решения простых задач переходим к более сложным. Самые трудные задачи рассматриваем индивидуально только с теми учащимися, которые проявляют интерес к физике и принимают участие в олимпиадах. Для контроля знаний, умений, навыков по этой теме запланирована самостоятельная работа.

Автор
Дата добавления 21.05.2015
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров8419
Номер материала 289763
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