Тема: Применение законов Ньютона к решению задач на механическое движение.
Цели урока: повторить формулировки и математическую запись законов Ньютона; продолжить формирование умений применять теоретические знания для решения практических задач; развивать логическое мышление.
Эпиграфы:
Сделал, что мог, пусть другие сделают лучше.
И. Ньютон (1643-1727)
Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.
Фирдоуси (940-1030)
Ход урока
"Физическая разминка"
Учитель: в начале занятия давайте проведем физическую разминку. Повторим основные понятия динамики и ответим на качественные вопросы. Для этого я использую "мешочек вопросов". (Обучающиеся достают вопрос из специально подготовленного мешочка и отвечают на него. Такой способ концентрирует внимание обучающихся, способствует включению в мыслительную деятельность). За каждый правильный ответ оцениваю вас жетоном. В конце урока по количеству жетонов будет выставлена оценка за урок.
Вопросы в мешочке
Как называется явление сохранения скорости тела постоянной? (Инерция)
Что называется мерой инертности тела? (Масса)
Что называется силой? (Действие одного тела на другое, в результате которого тело или какая-то его часть получает ускорение)
В чем заключается принцип относительности Галилея?
Каковы особенности сил взаимодействия?
Какая сила называется равнодействующей?
Назовите тела, действие которых компенсируются в следующих случаях:
А) айсберг плавает в океане,
Б) камень лежит на дне ручья,
В) подводная лодка равномерно и прямолинейно дрейфует в толще воды.
Какие системы отсчета называются инерциальными?
В каких из приведенных случаях речь идет о движении тела по инерции?
А) всадница летит через голову споткнувшейся лошади,
Б) Пыль вылетает из ковра при его выбивании,
В) Луна движется по круговой орбите вокруг Земли.
При каком условии пароход плывущий против течения будет иметь постоянную скорость?
В чем основная причина разрушений при землетрясении?
В вагоне прямолинейно и равномерно движущегося поезда мальчик выпустил из рук мяч. Где он упадет?
Заяц, спасаясь от преследований собаки, делает резкие прыжки в сторону. Почему собаке трудно поймать зайца, хотя она бегает быстрее?
Почему при сплаве леса большое количество бревен выбрасывается на берег при поворотах реки?
Птица в клетке-ящике сидит на дне. Ящик с ней уравновешен на весах. Нарушится ли равновесие весов если птица взлетит?
В каком случае натяжение каната будет больше:
А) два человека тянут канат за концы с силами F, равными по модулю и противоположными по направлению
Б) один конец каната прикреплен к стене, а другой конец человек тянет с силой 2F?
Сформулируйте I закон Ньютона. Запишите его математическую формулу на доске.
Сформулируйте II закон Ньютона. Как направлены векторы F и a по отношению друг к другу?
Сформулируйте III закон Ньютона. Приведите примеры таких сил.
Задачи в рисунках
Теперь открываем тетради, записываем тему урока и следующее задание выполняем письменно.
Учитель: изобразите силы, действующие на тело и поясните, какой закон Ньютона при этом выполняется.
Задания на доске сделаны заранее.
Рисунок дополняется векторами сил, желательно цветными мелками, ученик выполняет задание, за правильное решение получает жетон.
Решение задач
Учитель: Перейдем к решению более сложных задач.
(Задание написано на доске и состоит из трех задач разного вида)
Используем алгоритм решения задач на динамику. Перед началом каждой задачи делаем анализ.
Задача 1(движение по наклонной плоскости).
Наклонная плоскость составляет угол L=300° с горизонтом. Некоторое тело, помещенное на плоскость равномерно скользит вниз. Определить путь, который пройдет это тело до остановки, если ему сообщить начальную скорость V=8 м/с, направленную вверх вдоль плоскости.
Анализ задачи
Учитель: под действием каких сил происходит движение по наклонной плоскости?
Ученик: движение происходит по действием трех сил: силы тяжести, силы реакции опоры и силы трения.
Учитель: задача делится на 2 части: сначала движение равномерное вниз. Какой закон Ньютона при этом выполняется?
Ученик: при равномерном движении выполняется I закон Ньютона.
Учитель: как направлена сила трения в этом случае? Какие силы она уравновешивает?
Ученик: сила трения направлена против движения тела вдоль наклонной плоскости вверх. Она уравновешивает векторную сумму двух сил mg и силу реакции опоры N.
Учитель: вторая часть задачи рассматривает движение вверх по наклонной плоскости, если этому телу сообщить начальную скорость V=8 м/с.
Какое движение при этом наблюдается? Какой закон движения нужно использовать в этом случае?
Ученик: движение равнозамедленное, значит ускорение направлено вниз по наклонной плоскости. Нужно использовать II закон Ньютона.
Учитель: какую кинематическую формулу можно использовать для определения пройденного пути? Можно ли модуль перемещения считать равным пройденному пути?
Ученик: движение прямолинейное равноускоренное. Удобнее использовать формулу S=(V2-V20)/2 a
Учитель: теперь приступаем к записи данных задачи и ее решению.(Вызываю ученика к доске). Остальные работают в тетради. Используем алгоритм решения задачи.
Задача 2 (движение по окружности)
Тело массой m=0,1 кг вращается в вертикальной плоскости на нити длиной l =0,5 м. Ось вращения расположена над поверхностью Земли на высоте h=2 м. При прохождении нижней точки траектории нить обрывается, и тело падает на Землю. Расстояние между местом падения и точкой пересечения перпендикуляра, опущенного из оси вращения, равно S=10 м. Определите силу натяжения нити при обрыве.
Анализ задачи:
Учитель: какой вид движения совершает тело, подвешенное на нити? Возникает ли при этом ускорение? Какой закон Ньютона выполняется?
Ученик: движение по окружности происходит с центростремительным ускорением. Выполняется II закон Ньютона.
Учитель: в какой точке траектории сила натяжения нити становится наибольшей? Объяснить почему?
Ученик: сила натяжения будет наибольшей в нижней точке траектории, т. к. увеличивается вес тела.
Учитель: как движется тело после обрыва нити? Как направлена скорость движения?
Ученик: скорость тела направлена по касательной к траектории. Поэтому, после обрыва нити, тело движется с ускорением свободного падения по параболе.
Учитель: как изменяется ускорение тела в момент обрыва?
Ученик: при движении по окружности ускорение было центростремительным, а после обрыва - ускорение стало равно g. Поэтому ускорение меняется скачком.
Учитель: на какой высоте от поверхности земли произошел обрыв нити? Какую величину можно найти по известной высоте и дальности полета.
Ученик: на высоте H=h-l. По высоте H и дальности полета S можно найти скорость в момент обрыва и следовательно ускорение за мгновение до этого происшествия.
Учитель: тогда по известной силе тяжести и результирующей силе можно рассчитать максимальную силу натяжения нити. Как вы думаете от чего она зависит?
Ученик: сила натяжения нити зависит от массы тела и от скорости его движения.
Вызываю ученика к доске для решения задачи.
Задача 3 (движение системы связанных тел)
На гладкой горизонтальной поверхности находятся два тела, соединенные невесомой, нерастяжимой нитью. Масса левого тела m=1 кг, правого - M=2кг. К системе прикладывают силу F=3Н, направленную вдоль нити. В первом случае сила приложена к правому телу и тянет систему вправо, а во втором - к левому телу и тянет систему влево. Определите силы натяжения в обоих случаях.
Анализ задачи.
Учитель: какое движение совершает система связанных тел под действием внешней силы F? Действуют ли в этом случае силы трения?
Ученик: движение будет прямолинейным равноускоренным. По условию поверхность гладкая, значит силой трения можно пренебречь.
Учитель: какие силы возникают между телами, связанными нерастяжимой нитью? Одинаковые ли ускорения получают тела?
Ученик: между телами возникают силы взаимодействия, которые будут равны по III закону Ньютона. Так как нить не растяжения, то ускорения обоих тел одинаково.
Учитель: как вы думаете. Одинаковые ли будут силы натяжения в первом и втором случае? В каком случае эти силы будут больше?
Ученик: силы натяжения будут больше, когда внешняя сила приложена к телу меньшей массой. (Если ученики затрудняются, приступаем к решению)
Один ученик решает задачу на доске.
Подведение итогов
Учитель: подведем итоги урока. Мы повторили законы Ньютона, решали качественные и количественные задачи на применение законов.
За правильный ответ вы получали 1 жетон, за решение задачи 3 жетона. Таким образом, кто набрал более пяти жетонов получает за урок оценку "5". За 4 жетона - "4".
Посмотрим, кто сегодня решил не отвечать( если ученики слабые в знаниях, их можно подбодрить или спросить определения дополнительно, но в процессе урока необходимо организовать мыслительную деятельность так, чтобы спросить удалось всех. Возможен вариант опроса учеников по порядку: 1 ряд-1-ая парта, 1 ряд 2 -ая парта и т. д.)
Следующий урок будет подготовка к контрольной работе, поэтому задано домашнее задание из сборника задач.
Заключение: механика Ньютона была первой в истории физики законченной теорией, правильно описывающей обширный класс явлений - движение тел. Один из современников Ньютона выразил свое восхищение этой теорией в стихах, которые в переводе С. Я. Маршака звучат так (эпиграф на доске).
"Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет. И вот явился Ньютон".
Законы физики позволяют в принципе решить любую задачу механики.