"Второй закон Ньютона", физика, 9-й класс. Базовый курс

Цели урока:

• Развивать умение учащихся экспериментально определять физические величины, устанавливать связь между ними.
• Развивать критическое мышление при помощи обнаружения и опровержения учащимися заранее запланированных ошибок, сравнивая воспринятого на уроке материала с известными правилами и законами; установление истинного и ложного; поиск доводов для опровержения ошибок.
• Повторить первый закон Ньютона. Изучить второй закон Ньютона по результатам экспериментальной работы, на основе которой устанавливаются связи между измеряемыми величинами.

Приборы и раздаточный материал: на столах учеников: штативы, динамометры, тележки с установленными на них акселерометрами, набор грузов по 100грамм; бланки с таблицами, в которые будут занесены результаты эксперимента.

На доске записана тема урока, домашнее задание и приготовлены таблицы для заполнения.

Ход урока

1. Организационный момент

На доске:
Тема: Второй закон Ньютона.
И таблицы эксперимента 1и 2.

Домашнее задание §11 упр.11(2,3)

На учительском столе штатив, динамометр, тележка с установленным на ней акселерометром, набор грузов по 100 грамм.

На столах у каждого ученика карточки «Эксперимента 1» и «Эксперимента 2», штатив, динамометр, тележка с установленным на ней акселерометром, набор грузов по 100грамм.

2. Проверка домашнего задания

Учитель: - На прошлом уроке мы изучили первый закон Ньютона. Ответьте, пожалуйста, на следующие вопросы:

• Вопрос 1: С железнодорожным составом связана система отсчета. В каких случаях она будет инерциальной: а) поезд стоит на станции; б) поезд отходит от станции; в) поезд подходит к станции; г) движется равномерно на прямолинейном участке пути дороги?
• Вопрос 2: По горизонтальной прямолинейной дороге равномерно движется автомобиль с работающим двигателем. Не противоречит ли это первому закону Ньютона
• Вопрос3: Инерциальная ли система отсчета, движущаяся с ускорением, относительно какой-либо инерциальной системы?

3. Новая тема

Учитель: - Сегодня мы приступаем к изучению второго закона Ньютона. Внимание в лекции есть ошибки, которые я допустила для того, чтобы проверить ваше понимание прошедшего материала, а также выяснить, как вы выучили прошедший материал. Ошибки, которые вы обнаружите, записывайте на полях тетради. В конце обсуждения этой темы мы проанализируем ваши заметки. Кроме этого на столах вы видите приборы для проведения эксперимента и бланки - отчета по проведенным экспериментам, которые вы должны будите заполнить и сдать мне в конце урока.

- Первый ученный, который занимался изучением причин придающих, движению тот или иной характер был великий римский мыслитель (1) Аристотель. Благодаря ему, на протяжении двадцати веков, существовало убеждение, что на Земле движение с постоянной скоростью нуждается для своего поддержания во внешнем воздействии, а при отсутствии такого воздействия движение прекращается, тело приходит в состояние покоя. Понадобился гений Галилея и Ньютона, чтобы увидеть картину мира и осознать, что объяснения требуют не движения с постоянной скоростью, а изменение скорости. Тщательные опыты по изучению движения тел были впервые проведены испанским ученным (2) Галилео Галилеем в конце XVI и начале XVII века. Они позволили установить следующий основной закон: Если на тело не действуют никакие другие тела, то тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно Земли. Его величайшая заслуга состоит в том, что он показал равноправие тел покоящихся и тел, движущихся равномерно и прямолинейно. Находясь, например, в каюте равномерно движущегося корабля, никакими механическими опытами невозможно обнаружить, движется корабль или покоится. Одинаково мелькают летающие бабочки, одинаково падают капли воды, попадая в сосуд с узким горлышком, одинаково раскачиваются маятники и т.д. Такое равноправие названо принципом относительности Галилея.

- Американский ученный (3) И. Ньютон обобщил все знания о движении тел, накопленный наукой до него, и сформировал закон, который стал называться первым законом Ньютона. Этот закон часто называют законом инертности (4): Явление сохранения телом состояния покоя или равномерного движения при равенстве нулю равнодействующих всех приложенных к телу сил называется инертностью (5).

- Рассматривая равноускоренные движения, мы знаем, что причиной ускорения является действие на него других тел, т.е. сил. Второй закон Ньютона устанавливает зависимость ускорения тела от действующей на него силы и от массы тела.

- Пусть масса тела остается неизменной. Исследуем на ряде опытов зависимость ускорения тела от действующей на него силы. Для этого рассмотрим движение тележки, которая может перемещаться с очень малым трением по гладкому столу. Ускорение тележки можно измерять установленным на ней акселератором. Тележка соединена с пружиной динамометра, закрепленного на штативе. Отведем тележку, растянув пружину динамометра до деления 1Н, и выпустим из рук. Фиксируем максимальное отклонение отвеса акселерометра значение силы и ускорения занесем в таблицу.

Работа в бланке «Эксперимент №1».
Измерение повторим для сил 2Н, 3Н, 4Н, результаты занесем в таблицу. Построив график, зависимости ускорения a от силы F мы видим, что чем больше ускорение, тем больше сила, делаем вывод :ускорение тела прямо пропорционально приложенной к нему силе.
Теперь рассмотрим зависимость ускорения от массы тела. Пусть действующая на тележку сила, например 2Н, остается неизменной. Чтобы изменить массу тележки, надо поставить на неё несколько гирь. Для того, для того чтобы иметь возможность поочередно увеличить массу тележки ровно в 2,3,4 раза, надо тележку сделать такой, чтобы её масса была равна массе одной гири, например 100 г.

Работа в бланке «Эксперимент №2».
Результаты занесем в таблицу. Построив график зависимости ускорения a от массы m, мы видим, чем больше масса, тем, меньше ускорение, делаем вывод, что ускорение тела обратно пропорционально его массе.
Количественная взаимосвязь между массой тела, ускорением, с которым оно движется, и равнодействующей приложенных к телу сил, называется вторым законом Ньютона. Второй закон Ньютона формулируется так:

Ускорение, с которым движется тело, прямо пропорционально действующей на него силе обратно пропорционально массе тела.

Математически второй закон Ньютона выражается формулой:

Мы видим, что вектор ускорения совпадает по направлению с вектором равнодействующей приложенных к телу сил. В скалярном виде второй закон можно написать:

а_х = Fх / m

или

a = F / m

где а_х и Fх –проекции векторов ускорения и силы на ось Х, а а и F модули этих векторов.

При решении многих практических задач приходится рассчитывать действующую на тело силу по значению вызванного этой силой ускорения и массе тела:

F = a ∙ m

Теперь можно уточнить смысл единицы силы один ньютон. Один ньютон – это сила, под действием которой тело массой 1 кг. движется с ускорением 1 м/с².

1Н = 1 кг ∙ 1 м/с² = 1 кг ∙ м/с²

Если на тело действует не одна сила, а несколько, то находят равнодействующую всех сил. Тогда второй закон Ньютона записывается в таком виде:

∑ F = a ∙ m

Где ∑ F – векторная сумма всех сил, или равнодействующая всех приложенных сил к телу.

4. Закрепление

a) Для закрепления решим следующие задачи:

1. Упражение 11(1)
2. После удара футболиста неподвижный мяч массой 500г. Получает скорость10м/с2.
   Определите среднюю силу удара, если он длится в течении 0,5с.

b) Пришло время проверить сколько ошибок вы отметили в моем объяснении, и докажите почему, по вашему мнению это утверждение является ошибкой.

Список ошибок

5. Итог урока

1. Что нового вы узнали на уроке?
2. Сформулируйте II закон Ньютона? Каким путем мы пришли к этому выводу?
3. В чем смысл единицы измерения 1 Ньютон?

Домашнее задание: §11 упр.11(2,3)

Литература

1. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник Физика 9, «Дрофа», 2006 г.
2. А.П. Рымкевич Сборник задач по физике, М.: «Просвещение», 1994 г.
3. С.С. Боброва Физика 9класс Поурочные планы по учебнику А.В. Перышкина, Е.М. Гутник, Волгоград «Учитель», 2004 г.
4. В.А. Шевцов Методическое пособие по физике для учащихся 9 класса, Волгоград «Учитель», 1995 г.