Урок обобщающего повторения строится на основе ключевой ситуации: движение тела по горизонтальной поверхности под действием постоянной силы. В рамках этой ситуации – две сверхключевые ситуации: равномерное прямолинейное движение тела (и частный случай – состояние покоя) и равноускоренное движение тела.
Повторение тем:
- Законы Ньютона.
- Равнодействующая сила.
- Сила трения покоя.
- Сила трения скольжения.
- Кинематика равноускоренного движения.
Закрепление умений:
- Определение сил, действующих на тело.
- Изображение сил на чертеже.
- Алгоритм решения задач на применение законов Ньютона.
- Чтение графиков движения.
Ход урока
1. На столе – брусок.
Вопросы:
- Какие силы действуют на брусок? (Сила тяжести, сила упругости со стороны опоры)
- Можете ли вы определить, чему равна сила упругости? (численно равна силе тяжести.)
- Как определить силу тяжести? (Надо знать массу бруска и силу тяжести рассчитать по формуле F = mg)
- Как определить массу? (С помощью весов и набора гирь; если известен материал, из которого изготовлен брусок, то можно определить объем бруска, а массу рассчитать по формуле m = r V)
- А есть ли еще способ определения силы тяжести? (С помощью динамометра определить вес, который численно равен силе тяжести.)
- Какой способ вы предпочли бы?
- А теперь подумайте, какими законами вы воспользовались в своих рассуждениях? (Так как брусок находится в состоянии покоя, то сила упругости равна силе тяжести по первому закону Ньютона. При определении веса: сила тяжести, действующая на брусок, численно равна силе упругости пружины по первому закону Ньютона, а вес бруска численно равен силе упругости пружины согласно третьему закону Ньютона. Следовательно, сила тяжести равна силе упругости пружины)
Измерить вес бруска при помощи динамометра. Сделать вывод о силе реакции опоры и о силе тяжести.
Учитель делает рисунок на доске, ученики – в тетрадях, изображая все силы, действующие на тело.
2. К бруску прикрепить динамометр и подействовать с горизонтальной силой так, чтобы брусок оставался в покое.
Вопросы:
- Какие теперь силы действуют на брусок и что можно сказать о величине этих сил и почему? (Сила тяжести, сила упругости со стороны опоры. Эти силы не изменились, так как не изменилась масса тела, не изменился его вес. Сила тяги (сила упругости пружины), сила трения покоя. Эти силы равны по величине и противоположно направлены, так как брусок находится в состоянии покоя.)
- Каким законом воспользовались? (Первым законом Ньютона.)
- Какие силы действуют на брусок в момент, когда он трогается с места? (Вместо силы трения покоя действует сила трения скольжения)
Измерить силу упругости пружины динамометра (при разном растяжении), сделать вывод о величине силы трения покоя. Увеличить силу тяги так, чтобы брусок сдвинулся с места. Зафиксировать значение этой силы.
Рисунок на доске и в тетрадях.
3. Подействовать на брусок с силой так, чтобы он равномерно скользил по столу.
Вопросы:
- Какие силы действуют на брусок?
- Что можно сказать о величине этих сил?
- Какими законами воспользовались при рассуждениях?
- Как можно еще определить силу трения
скольжения? (По формуле Fтр =
)
Измерить силу тяги при помощи динамометра, сделать вывод о величине силы трения скольжения.
Так как силу трения и силу реакции опоры измерили, можем вычислить коэффициент трения. Вычислить коэффициент трения.
Рисунок и записи на доске и в тетрадях.
Обобщить все рассмотренные случаи. Обратить внимание на то, что 1) во всех рассмотренных примерах воспользовались первым законом Ньютона, так как имели дело либо с покоем, либо равномерным прямолинейным движением, 2) на отличие силы трения покоя от силы трения скольжения. Первая действует на тело, находящееся в покое относительно поверхности соприкосновения, и равна внешней силе, которая “пытается” сдвинуть тело с места. Вторая действует на тело при его относительном движении и при равномерном движении равна силе тяги, 3) обратить внимание на то, что максимальная сила трения покоя чуть больше силы трения скольжения, но незначительно, поэтому при решении задач этим фактом часто пренебрегают.
4. На столе – брусок. Толкаем брусок так, чтобы он начал скользить вдоль поверхности стола. Брусок скользит и останавливается.
Вопросы:
- Какие силы действуют на брусок во время движения?
- Каков характер движения бруска?
- Сравните величину сил и направление?
- Что можно сказать о равнодействующей силе? Как ее найти в данном случае? Как она направлена? Почему?
- Какими законами пользовались при рассуждениях?
При ответе на данные вопросы обратить внимание на следующие моменты:
Почти всегда кто-то из учащихся при ответе на первый вопрос называет силу, действующую со стороны руки. Эта сила действует только в момент толчка. Для верного определения сил напоминаем, что в механике рассматривается только три вида сил: сила всемирного тяготения (единственная сила, действующая и на расстоянии), силы трения и упругости, действующие только при непосредственном контакте тел.
Брусок движется равноускорено, так как ускорение сообщает только сила трения, которая не изменяется во время движения бруска.
Направление равнодействующей совпадает с направлением ускорения (второй закон).
5. На брусок в горизонтальном направлении подействовать силой со стороны динамометра так, чтобы брусок двигался ускоренно.
Вопросы:
- Какие силы действуют на брусок во время движения?
- Каков характер движения бруска?
- Сравните величину сил и направление?
- Что можно сказать о равнодействующей силе? Как ее найти в данном случае? Как она направлена? Почему?
- Какими законами пользовались при рассуждениях?
Обобщить рассмотренные случаи 4) и 5). Обратить внимание на то, что 1) движение ускоренное, поэтому равнодействующая сила отлична от нуля; 2) равнодействующая сила постоянна, следовательно, движение равноускоренное, для решения задач можем использовать второй закон Ньютона; 3) в рассмотренных примерах присутствует сила трения скольжения, для вычисления которой можно воспользоваться формулой
Можно предложить вопрос “Как определить ускорение бруска во время торможения?”
Рассмотреть следующие варианты. Ускорение
сообщает сила трения скольжения, которую уже
измерили. Можно воспользоваться вторым законом
Ньютона: a = Fтр /m. Можно вспомнить (или
еще раз вывести формулу и запомнить), что при
движении по горизонтальной поверхности в случае,
когда в вертикальном направлении действуют
только сила тяжести и сила реакции опоры, и сила
трения скольжения может быть вычислена по
формуле 
.
Следовательно, зная коэффициент трения, можно
воспользоваться данной формулой. Мы коэффициент
трения уже вычислили. И, наконец, можно
воспользоваться кинематическим способом. Для
этого можно измерить при помощи линейки
тормозной путь и время торможения при помощи
секундомера (есть электронный) и воспользоваться
формулой
S =
=> a =
.
Задача 1. (с выбором ответа)
На столе лежат одинаковые бруски так, как показано на рисунке. Масса каждого бруска 1 кг. Чему равна результирующая сила, действующая на брусок 1? Ускорение свободного падения g = 10м/с2.
1) 30 Н
2) 20 Н
3) 10 Н
4) 0 Н
Как правило, учащиеся выбирают вариант ответа 2. После дополнительного вопроса “Движется брусок или нет?” верный ответ (4) становится очевидным.
Дополнительный вопрос: Какая сила в данном случае равна 20Н? (суммарный вес верхних брусков, то есть сила, с которой 2 и 3-й бруски давят на 1-й)
Обратить внимание на то, что при нахождении равнодействующей силы надо обращаться к первому или второму законам Ньютона. Если тело находится в состоянии покоя, то, как бы сложно не был сформулирован вопрос, ответ однозначен: если тело находится в состоянии покоя, то согласно первому закону Ньютона равнодействующая сила равна нулю.
Задача 2. (с выбором ответа)
На рисунке представлен график зависимости модуля скорости тела от времени для прямолинейно движущегося тела.
Равнодействующая всех сил, действующих на тело, отлична от нуля
1) на участках АВ и СD 2) только на участке ВС 3) на участках ОА и ВС 4) только на участке ОА
Раз равнодействующая отлична от нуля, то согласно второму закону Ньютона ускорение тела отлично от нуля, следовательно, скорость тела изменяется.
Дополнительные вопросы:
- Каков характер движения тела на каждом участке?
- Как направлена равнодействующая сила на каждом участке?
- Вспомните опыты, которые мы сейчас рассмотрели на уроке. Могут ли какие-то участки графика описывать движение бруска в рассмотренных примерах?
Варианты задачи:
Можно рассмотреть тот же график, но зависимость проекции ускорения от времени. Вопрос и варианты ответов те же.
Можно рассмотреть тот же график, но заменить скорость проекцией равнодействующей силы и поставить вопрос “Как изменяется скорость на различных участках движения?” или “На каких участках движения скорость увеличивается?”.
Задача 3 (с кратким ответом)
Установите соответствие между характером движения тела и характером изменения равнодействующей силы, действующей на данное тело.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго. (Ответы могут повторяться.)
| Характер движения. | Характер изменения равнодействующей силы. |
|
|
| А | В | С |
| 3 | 1 | 3 |
Задача 4. (с развернутым ответом)
Санки массой 2кг, скатившись с горы, движутся до остановки с ускорением 0,6 м/с2. Найти силу трения и коэффициент трения.
1) 
( II закон
Ньютона).
2) В проекциях
3) Решаем систему:
4) |
 |
N; Задача 5 (с развернутым ответом)
Автомобиль массой 2100 кг движется с ускорением 0,5 м/с2. Найти силу тяги двигателя, если коэффициент трения равен 0,02.
| Дано: а = 0,5 м/с2 1) 2) В проекциях на ось Х: F – Fтр = ma (1) 3) Решаем систему: из (2) mg = N; 4) 5) F = 2100(0,5+0,02 • 10) = 1470 Ответ: 1500 Н. |
Решение: |  |
( II закон
Ньютона).
1500Задачи можно решить сначала устно, потом привести решение с подробными выкладками.
Рассмотреть (устно) возможные варианты задач, построенные на основе данной. Например, могут быть заданы тормозной путь и время торможения или какие-то другие кинематические величины. Проанализировать, как меняется решение, если поменять местами “Дано” и “Найти”. Например, в задаче №5 силу задать, а ускорение найти. Важно проанализировать, что объединяет все эти задачи с точки зрения теории и методов решения.
Домашнее задание:
- Санки массой 2кг, скатившись с горы, проехали до остановки 30м за 10с. Найти силу трения и коэффициент трения.
- Построить схематично график зависимости проекции скорости движения санок от времени при их движении с горы и до остановки, графики проекции ускорения и равнодействующей силы.
- Автомобиль движется с ускорением 0,5 м/с2. Найти массу автомобиля, если сила тяги 1,5 кН, а коэффициент трения 0,02.
- Дополнительно (по желанию, на “5”) придумать на основе последней задачи свои задачи и решить их. Оцениваются правильность решения, оригинальность, сложность и т.д.