Применение законов Ньютона. Движение связанных тел

Тема: Применение законов Ньютона. Движение связанных тел.

Цели урока:

• актуализировать и углубить знания учащихся о фундаментальном разделе физики – классической механике, убедиться в том, что законы Ньютона играют огромную роль в современной жизни каждого человека;
• активизировать поисково-познавательную деятельность учащихся при решении задач повышенной трудности;
• формировать  коммуникативные умения обучающихся.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: мультимедийное оборудование, демонстрационное оборудование для эксперимента, раздаточный материал.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Вступительное слово учителя. В окружающем нас мире мы наблюдаем, что движения тел начинаются и прекращаются, становятся более быстрыми и, наоборот, менее быстрыми, что изменяется направление движения. Во всех этих случаях происходит изменение движения, т. е. изменение его скорости. Это означает, что появляются ускорения. Понятно поэтому насколько важно уметь находить (вычислять) ускорения. Без этого нельзя решать задачи механики, нельзя управлять движением. Но чтобы находить ускорения, нужно знать, почему и как они возникают. Физика вообще всегда стремится выяснить не только как происходит то или иное явление, но и почему оно происходит и почему оно происходит так, а не иначе.

«Без сомнения всё начинается с опыта» (Э. Кант)

II. Актуализация опорных знаний и умений обучающихся

1. Мультимедийная демонстрация опытов «Причины изменения скорости тел при взаимодействии с другими телами»

Повторим опыты, которые около четырехсот лет назад привели Галилея к открытию закона инерции.
Если шар скатывается по наклонной плоскости, то можно заметить, что его скорость при этом увеличивается.
Если же шар катится по наклонной плоскости вверх, его скорость уменьшается.
Естественно предположить, если шар будет катиться по горизонтальной плоскости, его скорость должна оставаться неизменной.
Однако, ставя опыты, мы увидим, что при движении по горизонтальной плоскости шар в конце концов остановится. При этом путь, пройденный шариком до остановки, существенно зависит от вида поверхности.
Если ее посыпать песком, шар остановится, пройдя совсем небольшой путь, если покрыть ее тканью, шар пройдет несколько больший путь, по гладкому же стеклу шар будет катиться очень долго.
Из этих опытов Галилей сделал очень важный вывод: причиной, вызывающей замедление движения шара, является трение между шаром и плоскостью.
Если бы трения не было вообще, шар катился бы вечно! Значит, тело может двигаться само по себе сколь угодно долго, а воздействие других тел изменяет скорость этого тела.

2. Фронтальный опрос

Учитель. Наш урок посвящен выявлению количественных закономерностей динамики. Возникает вопрос: О чем говорит главное утверждение механики?
Ученик. Главное утверждение механики состоит в том, что изменение скорости тела, т.е. ускорения, всегда вызывается воздействием на данное тело других тел, т.е. вызывается силой.
Учитель. От чего зависит ускорение?
Ученик. Ускорение зависит от действия силы со стороны других тел. Согласно второму закону Ньютона ускорение, приобретаемое телом в инерциальной системе отсчета, прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально его массе

где  – равнодействующая всех сил, приложенных к телу.
Учитель. Что такое равнодействующая сила?
Ученик. Равнодействующая сила равна геометрической сумме всех сил, действующих на тело.
Учитель. Какие виды сил мы изучали?
Ученик. Мы изучили следующие силы: всемирного тяготения, тяжести, упругости, трения, вес тела.
Учитель. Каковы законы названных сил?
Ученик.

, , ,

Учитель. В какой последовательности решаются динамические задачи?
Ученик. Последовательности решения задач определяется алгоритмом решения задач по динамике.

(Мультимедийная демонстрация алгоритма решения задач по динамике).

Алгоритм:

1. Изобразите на рисунке силы, действующие на каждое тело в инерциальной системе отсчета. Считайте, что все силы приложены к центру масс тела. Укажите векторы скорости и ускорения.
2. Запишите уравнение второго закона Ньютона в векторной форме (, где  – равнодействующая сил) для каждого из тел в отдельности.
3. Выберите координатные оси. Если заранее известно направление ускорения, то целесообразно направить одну из осей вдоль ускорения, а вторую (если она требуется) перпендикулярно ему.
4. Проецируя второй закон Ньютона на координатные оси, получите систему уравнений для нахождения неизвестных величин.
5. Запишите дополнительные формулы (для определения массы, скорости, координат, силы трения и т.д.).
6. Решите полученную систему уравнений, используя аналитические выражения для всех сил и дополнительные условия.

III. Проверка домашнего задания

Верное решение записано на доске.

Осуществляется взаимопроверка домашнего задания парами. (Приложение 1)

Учитель. Цель сегодняшнего урока состоит в закреплении алгоритма решения задач на движение связанных тел, совершенствование навыка коллективной творческой работы.

IV. Работа в группах

Класс разбивается на 4 группы по 5 человек (дифференциация внутри групп). Участники группы выбирают руководителя группы и получают задания: решить задачу по теме «Движение связанных тел», результаты оформить в тетрадях и на демонстрационном плакате.

Учитель. Выполнение работы поможет вам систематизировать знания по основам классической механики по единой схеме изучения фундаментальной физической теории. После выполнения работы руководитель группы проводит анализ своего исследования и отвечает на вопросы представителей других групп.

Задача группы 1

Брусок массой 300 г соединен с грузом массой 200г невесомой и нерастяжимой нитью, перекинутой через невесомый блок. Брусок скользит по горизонтальной поверхности. Найдите ускорение бруска, если коэффициент трения о горизонтальную поверхность равен 0,5.

(Ответ: а = 1 м/с²)

Задача группы 2

На наклонной плоскости с углом наклона 30o перемещается вверх тело массой 3 кг под действием второго тела массой 2,5 кг, связанного с первым телом нитью, перекинутой через неподвижный блок. С каким ускорением будут двигаться тела, если = 0,2

(Ответ: а = 1 м/с²)

Задача группы 3

Через неподвижный блок перекинута нить, к концам которой подвешены грузы массами 3 кг и 2 кг. Найдите ускорение грузов и силу натяжения нити. Считайте, что трение в блоке отсутствует. Массой нити и блока пренебрегите.

(Ответ: а = 2 м/с²)

Задача группы 4

К игрушечному грузовику массой 995 г привязали длинной ниткой наперсток массой 5 г. Грузовик стали тянуть с силой 20 Н. С каким ускорением движется система тел? Определить силу упругости нити.

(Ответ: а = 20 м/с², F_упр = 0,1 Н)

V. Презентация научно-исследовательской работы обучающегося (Приложение 3)

Проходит мультимедийная демонстрация экспериментального исследования зависимости ускорения связанных тел, перекинутых через блок от массы перегрузка, выполненного обучающимся класса в рамках работы в школьном научном обществе «Эрудит».
Тема «Движение тел на легком блоке».
Модель позволяет изучить второй закон Ньютона на примере движения двух тел, связанных невесомой нерастяжимой нитью, перекинутой через легкий блок. В этой модели можно изменять массу дополнительного груза и наблюдать за ускоренным движением системы.

Рисунок 1.

Рисунок 2

Неподвижный блок служит для подъема небольших грузов или для изменения направления действия силы, не дает никакого выигрыша в силе.
Пожарные, альпинисты, маляры иногда применяют неподвижный блок, поднимая сами себя по веревке.

VI. Проверочная самостоятельная работа

Применение законов Ньютона в решении задач при подготовке к сдаче ЕГЭ по физике.
Каждый обучающийся получает индивидуальное задание (с бланком ответов), контрольно-измерительных материалов по подготовке к сдаче ЕГЭ по физике. На уроке выполняются задания части 1. Проверка происходит после завершения работы. (Приложение 2)

VII. Рефлексия

Учитель. Изучая теорию Ньютона, мы имели возможность сравнительно быстро и достаточно глубоко усвоить основы метода научного познания. Процесс познания развивается от «живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике».
Проследим этапы развития теоретического познания механического движения.

Рисунок 3

Ученик. На основе анализа фактов строится гипотетическая теоретическая модель физического явления. Эта модель, с одной стороны, позволяет объяснить известные факты, а с другой стороны – предсказать возможное существование неизвестных, являющихся следствиями модели. Чтобы подтвердить или опровергнуть справедливость следствий, выполняется физический эксперимент. Если он подтверждает все следствия моделей в области применимости, то построенная модель превращается в теорию, которая находит применение на практике.

VIII. Домашнее задание

Итоги главы 3. Законы движения Ньютона (Мякишев Г.Я. Физика 10 класс: профильный уровень). Решить задачи части 2, 3 тестовых заданий, выданных на уроке.

IX. Итог урока. Выставление отметок

– Сегодня мы рассмотрели движения связанных тел, они не похожи друг на друга! Различны и силы, действующие на них. Но для всех движений и тел справедливы законы Ньютона.  – эта короткая формула выражает один из фундаментальных законов природы, которому с удивительной точностью подчиняются движения как громадных небесных тел, так и мельчайших песчинок, гонимых ветром. С помощью этого закона можно рассчитывать движение поршня в цилиндре двигателя автомобиля и сложнейшие траектории космических кораблей.
Изучая основы динамики, вы должны овладеть ее основными понятиями и законами, научиться решать задачи и, что особенно важно, знать применение законов динамики в технике. Это поможет вам в дальнейшем понять принципы устройства и работы тех машин и механизмов, с которыми придется иметь дело на производстве, в армии, в быту.

Литература:

• Мякишев Г.Я. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профильный уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. – 18-е изд. – М.: Просвещение, 2009. – 399 с.
• Рымкевич А.П.Физика. Задачник. 10-11 кл.: пособие для общеобразоват. Учреждений / А.П. Рымкевич. – 9-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005. – 188 с.
• А.Е. Марон, Е.А. Марон. Физика 10. Дидактические материалы. Дрофа 2006 г.
• Сауров Ю.А. Физика в 10 классе: Модели уроков: Кн. для учителя / Ю.А. Сауров. – М.: Просвещение, 2005. – 271 с.
• ЕГЭ-2009. Физика. Тренировочные задания /авт.-сост. А.А. Фадеева. – М.: Эксмо, 2008. – 144 с.
• Сборник задач по физике для 9-11 классов общеобразовательных учреждений, 2-е издание, под ред. Г. Н. Степановой, М. «Просвещение», 1996 г.
• Мультимедийный курс «Открытая физика» (Часть 1: Механика, Механические колебания и волны, Термодинамика и молекулярная физика).

8. Интерактивное приложение на компакт-диске к учебнику Л.А. Кирик, Л.Э. Гиндельштейн, Ю.И. Дик. «Физика 10. Базовый уровень».