Применение информационных технологий на уроках физики (на примере урока в 10-м классе по теме: "Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение")

Разделы: Физика, Информатика

Эпиграф:

Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околоземное пространство.

К.Э. Циолковский

Цели урока:

Образовательные: ввести понятие "импульс тела", "импульс силы", "замкнутая система тел"; вывести закон сохранения импульса на основе II и III законов Ньютона; познакомить с понятием реактивного движения на основе закона сохранения импульса; вырабатывать самостоятельное мышление по применению знаний на практике.

Развивающие: вырабатывать умение мыслить, делать выводы, применять теоретические знания для решения задач; подчеркнуть взаимосвязь с другими науками: биологией, историей, литературой.

Воспитательные: развивать культуру общения и культуру ответа на вопросы; повышать познавательную активность; способствовать развитию чувства гордости за свою Родину.

Оборудование, оформление и техническое оснащение урока:

  1. На доске записан эпиграф и план урока;
  2. Стенд “Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение”;
  3. На каждой парте раздаточные материалы (Приложение1);
  4. К уроку подготовлена презентация по теме урока (Приложение 2);
  5. Демонстрации: сегнерово колесо, опыт по взаимодействию тележек одинаковой массы, движение воздушного шарика в воздухе;
  6. Выставка книг по теме урока;
  7. ПК с ОС не ниже Windows 9X с мультимедийным проектором или компьютерный класс с локальной сетью; программа Power Point.

Опережающее задание: используя дополнительную литературу, подготовить короткие сообщения, доклады, предложенные учителем (по выбору учащихся).

Место урока и объём:

2 часа – урок изучения нового материала.

Ход урока

I. Организация начала урока (психологический настрой учащихся).

II. Вступительное слово учителя, в котором он подчеркивает необходимость изучения и значение материала изучаемой темы, и формулирует тему урока, а учащиеся, под руководством учителя, формулируют цели урока.

Слайд 1. Из повседневного жизненного опыта вы знаете, что действие, которое может совершить движущееся тело, зависит от его массы и скорости. Но почему:

  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. 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?
  3. Молотки разной массы могут оказать одинаковое действие на забиваемый гвоздь при условии, что скорость молотка с меньшей массой при ударе должна быть во столько раз больше, во сколько раз меньше массы другого молотка его масса?
  4. Демонстрация опыта: стакан с водой находится на длинной полоске прочной бумаги. Если тянуть полоску медленно, то стакан движется вместе с бумагой. А если резко дернуть полоску бумаги – графин остается неподвижным?

На эти и другие вопросы вы сможете ответить, изучив тему “Импульс. Закон сохранения импульса”.

Слайд 2. Учащиеся записывают тему урока в тетради.

Используя план, записанный на доске, учащиеся формулируют цели урока и записывают их в тетради.

Рекомендации учителя по оформлению записей в тетради: можно разбить страницу на две колонки; в одной колонке записывать основные пункты плана, а в другой – ответы на них.

III. Мотивация запоминания и длительности сохранения в памяти.

Слайд 3: . Значение величины “импульс”

Величина импульс – особая величина, обладающая свойством сохранения при движении и взаимодействии тел. И эта величина, и это свойство сохранения играют важную роль в науке и имеют большое практическое значение в жизни, технике:

  • атомная и ядерная физика (все столкновения атомных ядер, превращения при ядерных реакциях подчинены этому закону);
  • взрывы (военные, при строительстве);
  • снежные лавины;
  • землетрясения;
  • удары (при авариях, на производстве).

IV. Изучение понятия “импульса тела”

Обратимся к законам Ньютона и проведем небольшое преобразование (у доски работает ученик):

II закон Ньютона в векторной форме

F =ma

можно записать по-другому, если вспомнить, что ускорение равно быстроте изменения скорости тела:

F =m

Вопросы классу:

Что представляет собой правая часть равенства? (Изменение произведения массы тела на его скорость).

Эта величина имеет особое название – импульс тела (слайд 4). В переводе с латинского слово “Импульс” означает толчок.

Величина "импульс тела" имеет еще одно название – "количество движения" (как количество заряда, количество теплоты…). Работа учащихся с фрагментом письма Р. Декарта. Как иначе называют эту величину?

Так что же это за величина?

Учащиеся отвечают и записывают в тетрадях (учитель записывает на доске):

  • величина векторная;
  • направление вектора импульса совпадает с направлением вектора скорости (можно сказать, что эти векторы сонаправлены);
  • если рассматриваются импульсы нескольких тел, то вычисляем результирующий импульс (при сложении (вычитании) импульсов это учитываем);
  • если на тело не действует сила (F = 0), то импульс тела, как и его скорость не меняется (Р = Р0);

Учитель добавляет:

  • единица измерения: кг·м/с (за единицу импульса надо принять импульс тела массой 1 кг, движущийся со скоростью 1 м/с);
  • величина имеет свойство сохраняться при любых взаимодействиях (как мы и выясним в дальнейшем).

Слайд 5. Давайте на основе сказанного сформулируем определение “импульсу тела”.

Учащиеся формулируют, читают в учебнике и записывают определение импульса тела в тетрадь.

Определение: импульс тела – это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление скорости.

V. Контроль результатов первичного запоминания

Слайд 6. Подумай и ответь:

  1. У какого тела импульс больше: у спокойно идущего слона или летящей пули?
  2. Есть ли на рисунке тела, обладающие одинаковым импульсом? У какого тела наибольший по модулю импульс (у тел с условной массой 1; у 4 и 2 тел)?
  3. Каким максимальным импульсом обладали лично вы (относительно Земли)? В этой задаче вам нужно использовать единицу импульса кг · м /с.

VI. Изучение понятия “импульса силы”

Изменение импульса тела равно, как видно из формулы, произведению силы F на время ее действия t. Величина F t тоже имеет особое название – импульс силы.

Импульс постоянной силы равен изменению импульса тела (в результате действия силы изменяется импульс тела); учащиеся записывают определение и математическое выражение в тетрадь.

В каких единицах измеряется импульс тела и импульс силы? Различные это единицы (одинаковые)?

Вектора импульса силы и изменения импульса тела сонаправлены.

Если сила изменяется с течением времени, то промежуток времени, в течение которого действует сила, можно разбить на малые интервалы, в течение которых силу можно считать постоянной. Для определения изменения импульса в течение каждого такого интервала времени можно воспользоваться формулой. Сложив получившиеся изменения импульса тела, мы получим изменение импульса за весь промежуток времени, в течение которого действует сила.

Если время, в течение которого действует сила, очень мало, как, например, при столкновении тел или при ударе, то можно формулой тоже пользоваться, но, понимая под силой среднюю силу, действующую на тело.

Импульс замечателен тем, что он изменяется под действием данной силы одинаково у всех тел, если время действия силы одинаково. Одна и та же сила, действующая в течение определенного времени, добавит одинаковый импульс и тяжело нагруженной барже, и легкой байдарке.

Учащиеся делают вывод: значит, с помощью формулы можно рассчитывать силу удара по изменению количества движения.

Подумай и ответь: какие виды ударов, соударений вы знаете, дайте понятия (упругий и неупругий удары)?

VII. Изучение закона сохранения импульса.

Слайд 8. Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.

Слайд 7. Рассмотрим систему, состоящую из двух тел, взаимодействующих друг с другом. Такую систему образуют, например, два шара массами m1 и m2 , движущимися навстречу друг другу с начальной скоростью V01 и V02 соответственно.

Пренебрегая внешними силами, действующими на шары, данную систему тел можно считать замкнутой.

Силы взаимодействия между телами системы называются внутренними силами.

Математическое выражение закона на доске выводит ученик.

Что мы получили в правой и левой частях равенства? (В правой части равенства содержится суммарный импульс системы до взаимодействия, а в правой – после взаимодействия). Импульс каждой тележки изменился, сумма же осталась неизменной

Это означает, что при столкновении суммарный импульс системы сохраняется (записывают определение в тетради и проговаривают).

При каком условии выполняется закон сохранения импульса? (закон сохранения импульса справедлив для замкнутых систем и ).

Закон сохранения импульса можно подтвердить с помощью опыта с тележками.

Между двумя одинаковыми покоящимися тележками находится сжатая пружина. После пережигания нити, стягивающей пружину, тележки начинают двигаться по воздушной дорожке прибора в противоположные стороны с равными по модулю скоростями. Чему равно изменение импульса системы тел, состоящих из двух тележек?

Справедливость закона сохранения импульса можно проследить на опыте по взаимодействию шаров (слайд 9): в соответствии с законом сохранения импульса, при упругом ударе одного шара по такому же неподвижному, первый шар останавливается, а второй начинает двигаться со скоростью первого. При ударе одного шара по цепочке шаров происходит последовательная передача импульсов от одного шара к другому. При ударе двух, трех шаров наблюдается картина симметричного отскакивания двух, трех шаров с другого края цепочки, т.е. последовательное отскакивание шаров по одному с едва заметным опозданием.

Закон сохранения импульса находит широкое отражение в природе и технике.

1. Примером замкнутой системы вдоль горизонтального направления является пушка, из которой производится выстрел пули. Рассмотрим явление отдачи (отката) орудия при выстреле (слайд 10).

2. Такую же отдачу испытывают пожарные, направляя мощную водяную струю на горящий объект и с трудом удерживающие брандспойт (слайд 11);

3. Интересный и важный пример проявления и практического применения закона сохранения импульса – это реактивное движение.

Учащиеся читают в учебнике и дают определение реактивного движения (записывают определение в тетрадь):

Реактивное движение – движение, которое возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью, какая-то его часть, т. е. движение, возникающее за счет выброса вещества.

Типичным примером реактивного движения может служить движение ракет. Рассказ ученика о реактивном движении (на слайде 12 изображено устройство ракет);

4. Герон Александрийский – греческий механик и математик (слайд 13). Одно из его изобретений носит название Шар Герона. В шар наливалась вода, которая нагревалась огнем. Вырывающийся из трубки пар вращал этот шар. Эта установка иллюстрирует реактивное движение.

5. Рассказ ученика и показ опыта: 1750 год – Я. А. Сегнер изобрёл колесо, которое вращалось за счет вытекания с двух сторон струй воды.

Сегнер Янош Андрош (1704 - 1777). Венгерский математик и физик. Занимался конструированием и совершенствованием различных научных приборов. Разработал теорию капиллярности. Изобретенное им “сегнерово” колесо явилось прообразом первых реактивных гидравлических турбин. Причиной, вызвавшей вращение сосуда, является импульс, переданный ему струями воды.

6. Опыт с детским шариком (работа в парах). Возьмите детский воздушный шарик, слегка надуйте его и зажмите отверстие пальцем. Направив отверстие вниз, отпустите палец. Объясните движение шарика. Определите скорость шарика, если скорость истечения воздуха из отверстия 1,5 м/с, масса воздуха 2 г, масса оболочки 3г. На какую высоту может подняться шарик при данных условиях? Сравните результаты расчета и опыта. Обсуждение результатов (движение воздушного шарика при выходе из него воздуха – подтверждает закон сохранения импульса) и сравнение с результатами расчета.

7. Слайд 14. На принципе реактивного движения происходит движение водометного катера, движение кальмаров (кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая ее через особое отверстие - "воронку", и с большой скоростью (около 70 км\час) двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой и он приобретает обтекаемую форму. На принципе реактивного движения основано передвижение осьминогов, каракатиц (рассказ ученика).

8. История развития ракетной техники. Идеи К. Э. Циолковского об использовании ракет для космических полетов. Запуск первого искусственного спутника Земли. Первый полет человека в космическом пространстве.

Слайд 15. И сегодня мы не можем вспомнить тех людей, которые внесли свой вклад в развитие ракетной техники. Рассказ ученика. И вы, ребята, также можете внести свой вклад в интересное дело – в освоение космического пространства.

VIII. Обобщение изучаемого на уроке и введение его с систему ранее усвоенных знаний и умений.

IX. Контроль за результатами учебной деятельности, осуществляемой учителем и учащимися, оценка знаний.

Учащимся предлагается тест (слайд 16) и дальнейшая самооценка ЗУН, полученных на уроке, если требуется, коррекция ответов (Приложение 3).

X. Домашнее задание

Параграфы 41-44, вопросы после параграфа. Подумайте и ответьте: как будет вести себя сегнерово колесо в вакууме; почему в космос не летают на вертолетах?

XI. Подведение итогов урока.

Литература:

  1. Учебник под редакцией А. Г. Мякишева “Физика 10 класс”, Москва: “Просвещение””, 2002 г.;
  2. Л. С. Хижнякова и др. “Самостоятельная работа учащихся по физике в 9 классе средней школы”, дидактический материал, Москва: “Просвещение”, 1993 г.;
  3. О. Ф. Кабардин “Физика”, справочные материалы, Москва: “Просвещение”, 1991 г.;
  4. Э. М. Браверман “Вечера по физике в средней школе”, Москва: “Просвещение, 1969 г.;
  5. О. Ф. Кабардин “Внеурочная работа по физике”, Москва: “Просвещение”, 1983 г.;
  6. Н. М. Шахмаев, В. Ф. Шилов “Физический эксперимент в средней школе: механика. Молекулярная физика. Электродинамика”, Москва: “Просвещение”, 1989 г.;
  7. Электронное программное обеспечение “Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия”, 2003 г.;
  8. Электронное программное обеспечение “1C:Школа. Физика, 7-11 классы, библиотека электронных наглядных пособий”, под редакцией Н. К. Ханнакова, 2004 г.;
  9. Электронное программное обеспечение “Учебное электронное издание ФИЗИКА 7-11 классы, практикум”, ООО “ФИЗИКОН”, 2004 г.