План-конспект урока "Импульс. Закон сохранения импульса". 9-й класс

Разделы: Физика

Класс: 9

Цель урока:

сформировать понятия: импульс силы, импульс тела, реактивное движение; вывести закон сохранения импульса.

Оборудование:

компьютер с мультимедийным проектором, слайды с логическими и структурными схемами, стеклянная пластина, шарик, магнит, стакан с водой, лист бумаги, металлические шарики.

План урока:

  1. Организация начала урока.
  2. Активизация внимания.
  3. Изучение нового материала.
  4. Закрепление новых знаний.
  5. Подведение итогов урока.
  6. Домашнее задание.

Ход урока:

  1. Организация начала урока.

    Учитель приветствует учеников, называет тему урока.

  2. Активизация внимания.

    Учитель задает вопросы, ученики отвечают.

    1. Формулировка второго закона Ньютона.
    2. Формула второго закона Ньютона.
    3. Значение и применение второго закона Ньютона.
    4. Формулировка третьего закона Ньютона.
    5. Формула третьего закона Ньютона.
    6. Значение и применение третьего закона Ньютона.

  3. Изучение нового материала.
    На экране с помощью мультимедийного проектора с компьютера демонстрируется структурная схема «Импульс. Закон сохранения импульса». Учитель демонстрирует учащимся опыты, описанные в разделе «Научные факты» и рассказывает новый материал, используя схему.

    При быстром движении магнита над шариком шарик едва сдвигается с места, при
    медленном движении магнита над шариком шарик начинает двигаться вслед за магнитом.

    Если медленно тянуть лист бумаги, стакан перемещается вместе с бумагой. Если лист бумаги быстро выдернуть из-под стакана, стакан останется на прежнем месте.

    Проведенные эксперименты свидетельствуют о том, что результат взаимодействия тел зависит не только от значения силы, но и от времени ее действия. Законов Ньютона недостаточно для описания взаимодействия тел. Поэтому в физике для характеристики действия силы в зависимости от времени ввели специальную величину – импульс силы I.

    Импульс силы – векторная физическая величина, равная произведению силы на время ее действия.


    Хотя приведенная формулировка определения импульса силы характеризует его как физическую величину, формула имеет функцию закона, так как изменение значения величины в правой части приводит к изменению значения величины в левой части.

    За единицу импульса принят такой импульс, при котором сила в 1 ньютон действует в течение 1 секунды.

    [I]=[F]⋅[t]=ньютон⋅секунда=Н⋅с.

    Направление вектора импульса совпадает с направлением вектора силы.
    Пуля массой 10 г, движущаяся со скоростью 5 м/с, может быть остановлена листом картона. Пулю массой 10 г, движущуюся со скоростью 900 м/с, нельзя остановить даже с помощью трех толстых досок.

    Структурная схема «Импульс. Закон сохранения импульса»

    Научные факты Гипотеза Величина Законы Применение, проявление
    1. При быстром движении магнита над шариком шарик едва сдвигается с места, при медленном движении магнита над шариком шарик начинает двигаться вслед за магнитом.

    2. Если медленно тянуть лист бумаги, стакан перемещается вместе с бумагой. Если лист бумаги быстро выдернуть из-под стакана, стакан останется на прежнем месте.

    3. Пуля массой 10 г, движущаяся со скоростью 5 м/с, может быть остановлена листом картона. Пулю массой 10 г, движущуюся со скоростью 900 м/с, нельзя остановить даже с помощью трех толстых досок.
    4. Отдача при выстреле из ружья.

    5. При упругом взаимодействии шаров они разлетаются с определенными скоростями.
    1. Результат взаимодействия тел зависит не только от значения силы, но и от времени ее действия.
    2. Для характеристики движения тела важны значения массы и скорости движения.
    3. В замкнутой системе тел импульс системы сохраняется.

    I - импульс силы.
    F - сила.
    t - время.

    p - импульс тела (Рене Декарт, 1596-1650)

    m - масса тела.

    υ0, υ - начальная и конечная скорости тела.

    [I] = [F]⋅[t] = нью-тон⋅секунда = Н⋅с

    [p] = [m]⋅[υ] = килограмм⋅метр в секунду = (кг⋅м)/с


    НОВЫЕ ПОНЯТИЯ:

    • импульс силы,
    • импульс тела,
    • закон сохранения импульса, реактивное движение.

    Направление импульса силы совпадает с направлением силы.


    Направление импульса тела совпадает с направлением скорости тела.


    Импульс силы равен изменению импульса тела.

    Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел между собой.

    Для ракеты:


    где М и m – массы ракеты и газа соответственно, u и υ - скорости ракеты и газа соответственно
    К.Э.Циолковский
    1. Для расчета F, t, m, υ.
    2. Ракеты, реактивные двигатели в авиации, космонавтике.


    3. Водометные катера.
    4. Движение живых существ: кальмаров, каракатиц, осьминогов.
    5. Придумайте и нарисуйте свой пример.

    Следовательно, для характеристики движения тела важно знать его массу и скорость. Поэтому была введена еще одна специальная величина – импульс тела p (количество движения).

    Импульс тела – векторная физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения.


    Хотя приведенная формулировка определения импульса тела характеризует его как физическую величину, формула также имеет функцию закона, так как изменение значения величины в правой части приводит к изменению значения величины в левой части.

    За единицу импульса принят такой импульс, при котором тело массой 1 килограмм движется со скоростью 1 метр в секунду.

    [p]=[m]⋅[υ]=килограмм⋅метр в секунду=(кг⋅м)/с

    Направление импульса тела совпадает с направлением скорости тела.

    Понятие импульса было введено в физику французским ученым Рене Декартом, который назвал эту величину «количеством движения».

    Какова же связь между импульсом силы и импульсом тела?

    Из второго закона Ньютона следует, что импульс силы равен изменению импульса тела.


    Вывод соотношения рассмотрим с помощью логической схемы. (На экран с компьютера проецируется логическая схема «Вывод соотношения между импульсом силы и импульсом тела»).

    Логическая схема «Вывод соотношения между импульсом силы и импульсом тела»

    1. Из второго закона Ньютона
    		      (1)
    2. Используем формулу ускорения      (2)
    3. Подставляем формулу (1) в формулу (2)
    4. Раскрываем скобки и переносим время t в левую часть уравнения
    5. Получаем соотношение между импул ьсом силы и импульсом тела

         (3)

    Импульс силы равен изменению импульса тела.

    Уравнение (3) является уравнением второго закона Ньютона в импульсной форме.

    В жизни мы встречаемся с такими явлениями как отскакивание мяча при ударе о стенку, землю, при разлете мячей при ударе друг о друга. На даче при поливе с использованием шланга можно наблюдать, как шланг извивается, когда вода выливается из него. В ванной комнате многие наблюдали, что при сильном напоре воды кран начинает крутиться в разные стороны. Охотники и стрелки рассказывают, что при выстреле из ружья ощущается отдача оружия при вылете пули. На уроках биологии вы знакомились с принципами движения морских обитателей: кальмаров, каракатиц, осьминогов. При упругом взаимодействии шариков они разлетаются с определенными скоростями. Все наши наблюдения связаны с проявлением закона сохранения импульса тела.

    Пусть m1 - масса первого тела, m2 - масса второго тела; υ01, υ02 - начальные скорости тел, υ1, υ2 - конечные скорости тел.

    Тогда в замкнутой системе тел векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел между собой.


    Вывод закона сохранения импульса также рассмотрим с помощью логической схемы «Вывод закона сохранения импульса». (На экран с компьютера проецируется названная схема)

    Логическая схема «Вывод закона сохранения импульса»

    1. По третьему закону Ньютона два тела взаимодействуют друг с другом с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

    2. По второму закону Ньютона
    3. Используем формулу ускорения
    4. Подставляем формулу ускорения в формулу (1)
    5. После сокращения на время t и раскрытия скобок получаем
    6. Перенесем в левую часть уравнения векторы импульсов тел до взаимодействия, а в правую часть – векторы импульсов тел после взаимодействия.

    Это уравнение называется законом сохранения импульса тел.

    Замкнутой называется система тел, взаимодействующих только между собой и не взаимодействующих с телами, не входящими в эту систему.

    Закон сохранения импульса проявляется в реактивном движении. Реактивное движение – движение тела за счет отделения от него части тела, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс. Принцип реактивного движения широко применяется в авиации и космонавтике.

    Идея использования ракет для космических полетов была выдвинута в начале 20 века русским ученым Константином Эдуардовичем Циолковским, который разработал теорию движения ракет, вывел формулу для расчета их скорости.

  4. Закрепление новых знаний.

    Учитель решает задачу из упр. 22, №2. Ученики самостоятельно решают задачу из упр. 20, №2.

  5. Подведение итогов.

    Учитель подводит итоги урока, проверяет решение задачи из упр. 20, №2, выставляет оценки.

  6. Домашнее задание.

    Учитель задает домашнее задание: §21-23, упр. 21.