Урок физики в 10-м классе. Изучение нового материала. Тема: "Импульс. Закон сохранения импульса"

Цели урока:

• Образовательные, с учетом стандарта среднего (полного) общего образования по физике (профильный уровень):
  
  Освоение знаний: о методах научного познания природы; современной физической картине мира: динамических законах природы (закон сохранения импульса).
  
  Овладение умениями: строить модели (предлагать действующую модель ракеты); устанавливать границы применения закона сохранения импульса.
  
  Применение знаний: для объяснения явлений в природе и технике на основе закона сохранения импульса (реактивное движение, эффект отдачи при выстреле из пушки и ружья, движение медуз, кальмаров, осьминогов).
  
  
• Требования к учащимся:
  
  В результате изучения материала (профильный уровень) на данном уроке ученик должен
  
  Знать/понимать:
  
  1. смысл импульса материальной точки как физической величины;
  2. формулу, выражающую связь импульса с другими величинами (скорость, масса, кинетическая энергия);
  3. классифицирующий признак импульса (векторная величина);
  4. единицы измерения;
  5. второй закон Ньютона в импульсной форме и его графическую интерпретацию; закон сохранения импульса и границы его применения;
  6. вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие данного раздела физики.
  
  Уметь:
  
  1. описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов;
  2. приводить примеры проявления закона сохранения импульса в природе и технике;
  3. применять полученные знания для решения физических задач на применение понятия «импульс материальной точки», закона сохранения импульса.
  
  
• Воспитательная: учить подготавливать рабочее место; соблюдать дисциплину; воспитывать умение применять полученные знания при выполнении самостоятельных заданий и последующего формулирования вывода; воспитывать чувство патриотизма в отношении к работам русских ученых в области движения тела с переменной массой (реактивное движение) – К. Э. Циолковский, И. В. Мещерский.
  
  
• Развивающая: расширять кругозор учащихся путем осуществления межпредметных связей (внешних: физика и биология; внутренних: физика и техника, физика и история физики); развивать физически грамотную речь, во время фронтальной устной работы.
  
  
• Формировать: научное представление об устройстве материального мира; универсальный характер полученных знаний путем осуществления межпредметных связей; политехнические знания при объяснении применения закона сохранения импульса для реактивного движения с целью развития космических исследований.
  

Педагогические технологии:

• здоровьесберегающие технологии;
  
• ИКТ;
  
• технология погружения в тему учебного занятия;
  

Методические приемы:

• лекция;
  
• аналитическая беседа;
  
• эвристическая беседа;
  
• блиц-опросы.
  

Виды и формы контроля учебной деятельности учащихся:

• по дидактической цели: обучающий;
  
• по назначению: текущий;
  
• по содержанию: по теории;
  
• по уровню проверки: первого уровня (репродукция знаний); третьего уровня (действия в новой ситуации);
  
• по продолжительности: кратковременный;
  
• по способу участия учеников: индивидуальный;
  
• по виду ответа: устный.
  

Межпредметные связи:

• физика и история физики;
  
• физика и техника;
  
• физика и биология.
  

Создание благоприятной психологической атмосферы в классе:

• путем осуществления межпредметных связей.
  

Оборудование:

• два катка, деревянная линейка из набора «Трибометр», танк на пульте управления.
  

Информационное обеспечение:

• ПК с установленной ОС Windows и пакетом Microsoft Office;
  
• мультимедийный проектор;
  
• интерактивная доска или экран;
  
• презентации Microsoft PowerPoint: ход урока, интерактивная модель «Реактивное движение»;
  
• видеоролики: 1) проявление закона сохранения импульса при столкновении тел; 2) эффект отдачи; 3) закон сохранения импульса при выстреле из пушки.
  Источник (электронный ресурс на компакт-диске): Интерактивный курс «Физика, 7-11 классы». – Физикон, 2005 – электрон. опт. диск (CD – ROM).
  

Используемая литература:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. Физика-10: Изд.15-е. – М.: Просвещение, 2006.
   
2. Мякишев Г. Я. Механика – 10: Изд. 7-е, стереотип. – М.: Дрофа, 2005.
   
3. Рымкевич А. П. Физика. Задачник-10 – 11: Изд. 10-е, стереотип. – М.: Дрофа, 2006.
   
4. Сауров Ю. А. Модели уроков-10: кн. для учителя. – М.: Просвещение, 2005.
   
5. Куперштейн Ю. С. Физика-10: опорные конспекты и дифференцированные задачи. – СПб.: Сентябрь, 2004.
   

В список используемой литературы, входят пособия из Федерального перечня учебников, рекомендованных (допущенных) Минобрнауки РФ к использованию в образовательных учреждениях, реализующих образовательные программы общего образования и имеющих государственную аккредитацию, на 2008/2009 учебный год. Министерство образования и науки Российской Федерации, приказ № 349 от 13 декабря 2007 г. (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 14 декабря 2007 г., регистрационный номер 10 705).

План урока:

№	Содержание урока.	Методы и приемы.		Время.
		Деятельность учителя.	Деятельность учащихся.
1.	Организационный момент.	Формулирует тему урока, цели и задачи урока, знакомит учащихся с основными этапами работы на уроке. (слайды №1 - №3).	Внимательно слушают.
2.	Подготовительный этап: мотивация к изучению нового материала (актуализация комплекса знаний).	Учитель, используя материал слайдов, предлагает учащимся принять участие в обсуждении результатов на примерах: 1) человек переходит с носа лодки на ее корму (слайд №4); 2) снаряд, имеющий горизонтальную скорость, попадает в неподвижный вагон с песком и застревает в нем – как пример неупругого взаимодействия (слайд №5); 3) стальная пуля, летящая горизонтально, попадает в центр боковой грани неподвижного стального куба – как пример абсолютно упругого взаимодействия (слайд №6). Учитель: для того чтобы решать подобные практические задачи, необходимо ввести физическую величину: импульс.	Принимают участие в обсуждении информации, изображенной на слайдах.
3.	Изучение нового материала.	Учитель, используя эвристическую и аналитическую беседы, организовывает изучение нового материала по содержанию слайдов №7-№12.	Принимают активное участие, т.к. ряд понятий, физических величин, учащимся уже знаком из курса основного общего образования по физике. Все записи, учащиеся заносят в опорный конспект.
4.	Физическая разминка.	Используя здоровьесберегающие технологии, учитель проводит небольшую физическую разминку «Ходим в шляпах», направленную на смену позиций учащихся во время урока и на дальнейшее формирование благоприятного психологического климата на уроке. Основная задача проведения физической разминки: профилактика нарушения осанки.	Внимательно слушают учителя.
5.	Первичная проверка и систематизация полученных знаний (устная работа).	Используя материал слайда №14, учитель организует фронтальную устную работу, направленную на формирование, развитие речевых навыков с применением физической терминологией. При анализе ответов учащихся, учитель оценивает степень усвоения учебного материала.	Ученики дают полный, развернутый ответ на предложенные вопросы.
	Мотивация к изучению нового материала на последующих уроках (устная работа).	Материал слайда №15 позволяет учителю не только сформировать у учащихся знания в области проявления закона сохранения импульса в природе и технике, но и акцентировать внимание учащихся на то, что учебный материал данного этапа урока, является важным при изучении нового материала (реактивное движение) на последующих занятиях.	Используя собственные знания межпредметного характера, учащиеся рассматривают основные направления, в которых возможно проявление закона сохранения импульса.
	Первичная проверка и систематизация полученных знаний (решение задач).	Используя материалов слайдов №16 - №20, учитель организует совместную работу учащихся, направленную на овладение/усвоение навыков решения задач с применением понятия «импульс материальной точки» и использования границ применения закона сохранения импульса.	Под руководством учителя, оформляют решение предложенных задач в опорных конспектах.
6.	Задание на дом.	По слайду №21, учитель объясняет содержание домашнего задания.	Внимательно слушают и просматривают содержание домашнего задания по опорному конспекту.
7.	Итоги.	Учитель подводит общие итоги по уроку (слайд №22), выставляет оценки наиболее активным ученикам.	Анализируют, что усвоили в ходе учебного занятия.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Мотивация к изучению нового материала (актуализация комплекса знаний).

Учитель:

Физика – наука о природе. В природе могут происходить различные явления. Я предлагаю вам обсудить следующие возможные ситуации:

• человек переходит с носа лодки на ее корму. Что произойдет в данном случае? Возможный ответ учащихся: лодка движется в направлении, противоположном направлению движения человека. Если учащиеся затрудняются (а именно так и получилось на открытом уроке, то учитель использует эффект анимации слайда №4);
  
  
• снаряд, имеющий горизонтальную скорость, попадает в неподвижный вагон с песком и застревает в нем – как пример неупругого взаимодействия. Возможный ответ учащихся: вагон со снарядом начнет движение. Используя эффект анимации слайда №5, учитель показывает результат.
  
  
• стальная пуля, летящая горизонтально, попадает в центр боковой грани неподвижного стального куба – как пример абсолютно упругого взаимодействия. Возможный ответ учащихся: после абсолютно упругого взаимодействия стальной пули со стальным бруском, они начнут движение в противоположных направлениях. Используя эффект анимации слайда №6, учитель показывает результат.
  

Учитель:

Для того чтобы решать подобные задачи, необходимо ввести физическую величину импульс.

3. Изучение нового материала.

Учитель:

На ваших рабочих столах находятся опорные конспекты, которые станут основным рабочим элементом на сегодняшнем уроке. В опорном конспекте указана тема урока, порядок изучения темы. Запишем, что импульс – это физическая величина, которая определяется произведением массы тела на его скорость. Далее учитель устно дает историческую справку: данная физическая величина, впервые была введена французским математиком, Рене Декартом, и называлась «количество движения». Отметим в опорных конспектах классифицирующий признак «импульса» - векторная физическая величина. Укажем единицы импульса на основании определения: кг.м/с. Рассмотрим формулу, выражающую связь импульса с другими величинами, например, с кинетической энергией: т.к. V=p/m, а W_k=mV²/2, то после преобразований, которые учитель выполняет на доске совместно с учениками, получаем, что W_k=p²/2m. Изучение импульса, как физической величины, происходит по материалу слайда №7.

По слайду №8, учитель задает вопрос: «Сформулируйте второй закон Ньютона». Возможный ответ учащихся: геометрическая сумма сил, действующая на тело, определяется произведением массы тела на сообщаемое ускорение. После ответа учащихся, на слайде №8 перед учащимися возникает проблемный вопрос: «А вы уверены, что Ньютон, именно так сформулировал закон?». Далее учитель, совместно с учениками, переходит от современной формулировки второго закона Ньютона к исторической (в импульсном виде). Ход рассуждений, ученики фиксируют в своих опорных конспектах. F=ma, F=m(ΔV/t), Ft=m(V-V₀), Ft=mV-mV₀, Ft=p-p₀, Ft=Δp. Последнее выражение соответствует второму закону Ньютона в импульсной форме. Далее учитель дает историческую справку: 1687 год вошел навсегда в историю физики как год выхода в свет выдающегося труда профессора Кембриджского университета Исаака Ньютона

«Математические начала натуральной философии» (иногда его называют «Математическими основами естествознания» и даже просто «Началами»). В русском переводе, сделанном академиком А. Н. Крыловым, второй закон Ньютона имеет вид: «изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует». Анализируя второй закон Ньютона в импульсной форме, можно указать иную единицу импульса: Н.с. Используя эффект анимации слайда №9, учитель проводит совместно с учениками, графическую интерпретацию второго закона Ньютона в импульсной форме:

• пусть на тело действует постоянная по модулю и направлению сила. Построим графическую зависимость числового значения силы от времени. Если сила постоянная, то график представляет собой прямую, параллельную оси времени;
  
• выберем момент времени t, восстановим перпендикуляр до пересечения с графиком, с учетом выбранного масштаба, отметим числовое значение силы;
  
• получили фигуру, которая образована графиком, перпендикуляром и координатными осями – прямоугольник (может получиться и квадрат). Для данной фигуры известны две стороны: одна выражена временем, другая – силой. Из второго закона Ньютона в импульсной форме следует, что если силу умножить на время, то определяем изменение количества движения. Перенося произведение силы на время на полученный график, получаем, произведение одной стороны прямоугольника на другую есть его площадь. Следовательно, изменение количества движения определяется площадью фигуры. Последнее выражение означает графическую интерпретацию второго закона Ньютона в импульсной форме;
  
• в рабочих конспектах, ученики показывают площадь прямоугольника штриховкой и записывают ее физический смысл.
  

Далее учитель организует изучение закона сохранения импульса по плану, представленному на слайде №10, а затем с эффектами анимации по слайду №11.

• в ваших опорных конспектах изображена система двух взаимодействующих тел, обладающих массами m1 и m2, на которые действую внешние силы F1внеш и F2внеш соответственно.
  
  
• какому взаимодействию подвержены тела? Возможный ответ учащихся: гравитационному. Каким законом описывается гравитационное взаимодействие? Возможный ответ учащихся: законом всемирного тяготения. Какими свойствами обладают гравитационные силы? Возможный ответ учащихся: 1) по характеру – притяжения; 2) центральные – направлены по прямой, соединяющей центры взаимодействующих тел; 3) подчиняются третьему закону Ньютона – приложены к разным телам, равны по величине, но противоположны по направлению, одинаковой природы. Данные силы являются внутренними. Ученики изображают силы гравитационного взаимодействия между телами на чертеже в своих опорных конспектах;
  
  
• запишем второй закон Ньютона в импульсной форме: Ft=Δp, (F_1внеш+F_2внеш+F₁₂+F₂₁)t=Δp,
  
  по третьему закону Ньютона, с учетом свойств гравитационных сил,
  сумма F₁₂+F₂₁=0, тогда получаем: (F_1внеш+F_2внеш)t=Δp,
  
  из последнего равенства следует, что только внешние силы, способны изменить положение системы взаимодействующих тел;
  
  
• пусть на систему взаимодействующих тел не действуют внешние тела (замкнутая система), тогда в левой части равенства
  (F_1внеш+F_2внеш)t=Δp, появляется: 0=Δp или p^{системы}_{до взаимодействия}=p^{системы}_{после взаимодействия}.
  
  Последняя формула является аналитическим выражением закона сохранения импульса, который выполняется в замкнутых системах (векторные величины выделены полужирным).
  

Далее учащиеся совместно с учителем изучают границы применения закона сохранения импульса, которые представлены в опорных конспектах:

• только в замкнутых системах;
  
• если сумма проекций внешних сил на некоторое направление равна нулю, то в проекции только на это направление можно записать: pнач X=pкон X (закон сохранения составляющей импульса);
  
• если длительность процесса взаимодействия мала, а возникающие при взаимодействии силы велики (удар, взрыв, выстрел), то за это малое время импульсом внешних сил можно пренебречь.
  

Экспериментальную проверку закона сохранения импульса, учитель проводит с применением двух брусков, деревянной линейки из набора «Трибометр» и игрушки.

4. Физическая разминка.

Используя здоровьесберегающие технологии, учитель проводит небольшую физическую разминку «Ходим в шляпах», направленную на смену позиций учащихся во время урока. Учитель предлагает учащимся положить учебник физики к себе на голову и встать со стула таким образом, чтобы учебник не упал. Затем в положении стоя и с книгой на голове, учащиеся поочередно поднимают руки, делают небольшие повороты туловища вправо, затем влево, поднимают одну ногу, затем другую. В заключении, ученики присаживаются за свои рабочие места. При выполнении всех упражнений, ученики стараются удержать книгу на голове без помощи рук.

Цели и задачи по использованию данного упражнения, указаны в самоанализе, в разделе по педагогическим технологиям.

5. Первичная проверка и систематизация полученных знаний (устная работа).

Используя материал слайда №14, учитель организует фронтальную устную работу по предложенным вопросам:

• Что такое импульс тела?
  
• Как определить импульс системы тел?
  
• Сформулируйте второй закон Ньютона в импульсной форме.
  
• Каков геометрический смысл второго закона Ньютона в импульсной форме?
  
• Кто открыл закон сохранения импульса? Сформулируйте закон сохранения импульса.
  
• Как проявляется закон сохранения импульса при столкновении тел?
  
• Мог ли в действительности герой книги Э. Распе барон Мюнхаузен согласно своему рассказу сам вытащить себя и своего коня из болота?

Используя материал слайда №15 и гиперссылки, учитель формирует у учащихся знания в области проявления закона сохранения импульса в различных ситуациях. Кроме того, работа по материалу слайда №15, позволяет провести мотивацию к изучению нового материала на последующих уроках по теме «Реактивное движение».

Решение задач.

Для базового уровня: №314, №317, №324 (А. П. Рымкевич).

№314. p=mV, p₁=10⁴кг*10м/с=10⁵кг*м/с; p₂=10³кг*25м/с=25*10³кг*м/с.

№317. Δp=p₂-p₁=mV₂-mV₁=m*(V₂-V₁), Δp=2*10⁶кг*(20м/с-10м/с)=2*10⁷ кг*м/с.

№324. MV=(M+m)U, U=MV/(M+m), ΔV=V-U=mV/(M+m), ΔV=200кг*0,2м/с/(50кг+200кг)=0,16м/с.

Ответ: скорость вагонетки уменьшилась на 0,16 м/с, но в конце задачника указано: 0,04 м/с – но это скорость вагонетки, после того как на нее насыпали сверху 200 кг щебня.

Для профильного уровня: решение задач, учитель организовывает с эффектами анимации слайдов №16-№20.

Задача №1.

Материальная точка массой 1 кг равномерно движется по окружности со скоростью 10 м/с. Определить изменение импульса за одну четверть периода.

Δp=(2)^1/2mV=14кг*м/с.

Задача №2.

Ядро массой m, летящее под углом α к горизонту со скоростью V₁, попадает в движущуюся навстречу горизонтальную платформу и рикошетом отскакивает со скоростью V₂ под углом β к горизонту. Определите скорость платформы U₂ после взаимодействия, если до взаимодействия она двигалась навстречу ядру со скоростью U₁. Масса платформы M.

Решение задачи №2:

1. Записать дано.

2. Выполнить рисунок, соответствующий моменту времени «до взаимодействия»:

3. Выполнить рисунок, соответствующий моменту времени «после взаимодействия»:

4. Выяснить, является ли система взаимодействующих тел, замкнутой.

5. Выбрать направление, на котором сумма проекций внешних сил равна нулю.

6. Записать «закон сохранения составляющей импульса» в проекции на ось OX:

MU₁-mV₁cosα=MU₂-mV₂cosβ.

7. Решить полученное уравнение в общем виде: U₂= (MU₁-mV₁cosα+ mV₂cosβ)/M.

6. Задание на дом.

Ученики изучают содержание домашнего задания по опорному конспекту (слайд №21).

7. Итоги.

Учитель с учениками подводят итоги урока по содержанию слайда №22:

1. Какую физическую величину изучили?

2. Что узнали о втором законе Ньютона?

3. С каким фундаментальным законом природы ознакомились?

4. Какова связь физики с другими науками?

Опорный конспект (раздается каждому ученику):

Физика 10 класс (базовый, профильный уровни).

Опорный конспект.

Дата ____________________.

Тема урока: «Импульс тела. Закон сохранения импульса».

Импульс – это физическая величина, _____________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
1. Формула: __________________.

2. Формула, выражающая связь с другими величинами: _________________________
_______________________________________________________________________.

3. Классифицирующий признак: _____________________________________________.

4. Единицы величины: _____________________________________________________.

Второй закон Ньютона: ______________.

Преобразуем: _________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________.

Полученное выражение является вторым законом Ньютона в импульсной форме.

Графическая интерпретация второго закона Ньютона в импульсной форме:

Закон сохранения импульса: рассмотрим систему двух взаимодействующих тел; пусть действуют внешние силы:

Запишем второй закон Ньютона в импульсной форме:
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________.
Если на систему взаимодействующих тел не действуют внешние силы (замкнутые системы), то:
___________________________________
__________________________________.

Границы применения закона сохранения импульса:

1. Только в замкнутых системах.
   
2. Если сумма проекций внешних сил на некоторое направление равна нулю, то в проекции только на это направление можно записать: pнач X=pкон X (закон сохранения составляющей импульса).
   
3. Если длительность процесса взаимодействия мала, а возникающие при взаимодействии силы велики (удар, взрыв, выстрел), то за это малое время импульсом внешних сил можно пренебречь.

Решение задач.

Задача №1.

Задача №2.

Задание на дом:

1. Сборник задач. А. П. Рымкевич: задачи №345, 325 – решать письменно в рабочих тетрадях.

2. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский: стр. 108 – 112 – читать, устно ответить на вопросы.

3. Предложите вариант действующей модели ракеты.

Элементы самоанализа учебного занятия

1. По целям урока.

2. По педагогическим технологиям.

• Здоровьесберегающие технологии.
  
  Нарушение осанки – частый спутник многих хронических заболеваний у детей как проявление их общей функциональной слабости, гипотонического состояния мышц и связочного аппарата. Дефекты осанки отрицательно сказываются на деятельности сердца, желудка, печени, почек. Основой профилактики и лечения нарушений осанки, особенно начальных степеней, является общая тренировка организма ослабленного ребенка. В подобных упражнениях ожидаемыми результатами могут следующее: формирование правильной осанки; укрепление мышечного «корсета» позвоночника; развитие чувства равновесия, ловкости, координации движения.
  
  
• ИКТ.
  
  Спровоцировали меня на творчество и новаторство, дали возможность перейти к более эффективным формам и методам обучения; используя возможности программы Microsoft PowerPoint, в частности эффекты анимации, позволили создать интерактивную модель «Реактивное движение», для наглядного представления физического процесса, который в школьной лаборатории, продемонстрировать не возможно. Кроме того, интерактивные модели созданные для решения задач, позволили более наглядно представить суть физического процесса, изложенного в тексте задач.
  

3. По методическим приемам.

• При обучении физике на профильном уровне в рамках среднего (полного) общего образования, такие методы как беседа, блиц-опрос, лекция являются максимально оптимальными. Урок изучения нового материала преследует большое число педагогических целей и задач. Рациональное использование времени на уроках подобного типа, да к тому же еще и на открытых, является серьезной проблемой. Поэтому и было принято решение о том, что основным рабочим элементом на столах учащихся станут не их тетради, а опорные конспекты, которые помогли сэкономить время на уроке.
  

4. По оборудованию.

• Оборудование физического кабинета в современной школе, на мой взгляд – головная боль каждого учителя. Спасает от этого положения то, что в розничной продаже магазинов имеются игрушки в принцип работы, которых заложена ФИЗИКА. Применение подобного оборудования, несомненно, украшает урок, придает ему эмоциональную радость и восторг в глазах не только учеников, но и учителя.
  

5. По видам и формам контроля учебной деятельности учащихся.

• По дидактической цели: обучающий.
  
• По назначению: текущий.
  
• По содержанию: комбинированный.
  
• По уровню проверки: первого уровня (репродукция знаний): позволил закрепить пройденный материал, оценить показатель усвоения учебного материала.
  
• По продолжительности: кратковременный: позволил оценить общий уровень подготовки учащихся.
  
• По способу участия учеников: индивидуальный: выявить пробелы в знаниях учащихся.
  
• По виду ответа: устный: позволил формировать навыки грамотной речи с применением физической терминологии.

6. По межпредметным связям.

Использование межпредметных связей на уроке позволило:

• углубить и развить знания по физике;
  
• создать благоприятную эмоциональную атмосферу на уроке;
  
• развивать образное мышление;
  
• содействовать выработке умений по использованию полученных знаний в разных ситуациях;
  
• помогли изучить явление с разных сторон и в разных аспектах;
  
• продемонстрировать универсальный характер полученных знаний, т.е. их применение к разным областям;
  
• помогли убедить учеников в пользе знаний;
  
• способствовали формированию единых представлений об устройстве мира и его картине;
  
• обеспечили расширение кругозора учащихся.
  
  Приложение:
  
  
• Презентация. Ход урока
  
  
• Интерактивная модель "Реактивное движение