Урок физики в 10-м классе. Решение задач по теме "Закон сохранения импульса"

Цели урока:

• Образовательные:
  • формировать компетентность по теме «Закон сохранения импульса» в умении решать задачи;
  • ознакомить с деятельностью отечественных учёных по применению закона сохранения импульса;
  • продолжить формирование таких понятий, как импульс тела, импульс силы, а также умений применять их к анализу явлений взаимодействия тел;
  • выявить степень усвоения методики решения разноуровневых задач на применение закона сохранения импульса;
  • ознакомить с применением закона сохранения импульса в военной и космической технике.
• Развивающие:
  • развивать умения и навыки решения задач;
  • расширить кругозор и знания, предъявляемые федеральным компонентом;
  • увеличить познавательную активность учащихся;
  • развивать интерес к своему региону и знания о своем родном крае.
• Воспитательные:
  • воспитать адекватную самооценку, силу воли;
  • формировать личность с высоким уровнем интеллектуальной культуры, чувство гражданственности, патриотизма;
  • воспитать гордость за свою страну, республику.

Тип урока: урок закрепления знаний, формирования практических умений.

Методы и приемы:

• теоретический метод, который находит отражение в трактовке основных понятий, законов, теорий;
• объяснительно-иллюстративный метод;
• метод проектов;
• тестирование;
• беседа;
• работа с учебником.

Оборудование: компьютер, экран, мультипроектор, карточки с задачами, тесты, бланки для оценок.

Литература:

1. Методика преподавания физики под  редакцией А.В. Пёрышкина, В.Г. Разумовского.
2. Физика в школе. №5, 2003 год.
3. Современный урок физики в средней школе. В.Г. Разумовский, Л.С. Хижнякова, А.И. Архипова и др.; Под ред. В.Г. Разумовского, Л.С. Хижняковой, – М.: Просвещение, 1983.
4. Сборник решения задач. Г.Н. Степанова.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

2. Основная часть

Учитель: Тема сегодняшнего урока «Решение задач на применение закона сохранения импульса».  На уроке вы должны усвоить методы решения качественных и количественных задач по данной теме и научиться  применять их на практике. Для достижения поставленной цели необходимо вспомнить некоторые важные физические понятия и  законы.
Обратите внимание на экран (Презентация 1). На экране появляются вопросы, на которые учащиеся должны ответить. После ответа учащегося на экране также появляется правильный ответ с целью закрепления материала (3 минуты).

1. Что называется импульсом тела?

Ученик: Импульсом тела называется физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление скорости: p = mv

2. Чему равен импульс неподвижного тела?

Ученик: Импульс неподвижного тела равен нулю.

3. Назовите единицу измерения импульса.

Ученик:  1 кг x м/с.

4. Как записывается и читается закон сохранения импульса?

Ученик: Если внешние силы на систему не действуют или их сумма равна нулю, то импульс системы тел сохраняется:

 =1 +2 =

Иначе говоря, в этом случае тела могут только обмениваться импульсами, суммарный же импульс системы не изменяется.

3. Повторение темы «Импульс материальной точки»

Для проверки знаний по теме «Импульс материальной точки» используется тест, состоящий из четырёх вопросов в двух вариантах. Каждый вопрос проецируется  на экран (Презентация 2). Время, отведённое на выполнение каждого задания, ограничено (1-2 минуты, итого 8 минут). Ответы ученики выставляют в бланках, выданных заранее.

Бланк выставления оценок

Ф.И.О.  -----------------------------------------------------

После окончания работы на экране демонстрируются варианты правильных ответов(на проверку и анализ отводится 2 минуты). Предложенные вопросы проверяют следующие элементы знаний:
– понятие «импульс тела» и «импульс силы», направление импульса;
– связь импульса силы и импульса тела;
– векторный характер импульса, упругий и неупругий удары, направление изменения импульса;
– принцип Галилея и относительность импульса в ИСО;

Вопрос 1

Вопрос 2

Вопрос 3

Вопрос 4

Вариант 1	Вариант 2
С массивной тележки, движущейся со скоростью 1 м/с производится «выстрел» из баллистического пистолета. Масса «снаряда» 0,1 кг, а скорость его вылета относительно тележки 5 м/с. Чему равен модуль импульса «снаряда» относительно Земли? 1) 5 кг x м/с 2) 1 кг x м/с 3) 0,6 кг x м/с 4) 0,5 кг x м/с 5) 0,4 кг x м/с	Два автомобиля движутся навстречу друг к другу со скоростями = 10м/с  = 20 м/с, масса каждого из них 1000 кг. Чему равен импульс второго автомобиля относительно первого? 1) – 30000 кг x м/с 2) 30000 кг x м/с 3) 10000 кг x м/с 4) – 10000 кг x м/с 5) среди ответов 1-4 нет правильного

Ответы к тесту. За каждый правильный ответ 1 балл

4. Учитель беседует с учениками (4 мин.):

Учитель: Назовите основные типы задач на закон сохранения импульса.

Ученик:

Тип 1 – общий импульс системы тел до взаимодействия равен нулю (рис. 1,  Презентация 3).
р = 0
Тип 2 – общий импульс системы тел до взаимодействия не равен нулю (рис.2, Презентация 3).
р =/= 0

Учитель: Назовите возможные ситуации.

Ученик:

А) взаимодействуют покоящееся и движущееся тела (рисунок 2 – II, а)
Б) взаимодействуют движущиеся тела (рисунок 2 – II, б)

Учитель: Перед вами рисунки с изображением задач о системе взаимодействующих тел. Вам необходимо определить типы задач и предложить алгоритмы их решения
(5 минут,  Презентация 4).

Учащиеся: Определить:

1. Состояние тел до взаимодействия
2. Вид взаимодействия
3. Общий импульс тел до взаимодействия
4. Состояние тел после взаимодействия
5. Общий импульс тел после взаимодействия
6. Формула закона сохранения импульса

5. Предлагается задача на  анализ и решение (4 мин.,  Презентация 5):

Тело массой 990 г лежит на горизонтальной поверхности. В него попадает пуля массой 10 г и застревает в нём. Скорость пули 700 м/с и направлена горизонтально. Какой путь пройдёт тело до остановки? Коэффициент трения тела по поверхности равен 0,05.

Анализ по алгоритму:

1. Первое тело покоится, а второе движется – II тип, первая ситуация
2. Неупругое взаимодействие
3. m₂U₂
4. Тела движутся вместе в направлении движения пули
5. (m₁ + m₂)U
6. m₂v₂ = (m₁ + m₂)U

Путь до остановки определяем по второму закону Ньютона:

µ(m₁ + m₂)g =  

Ответ: s = 50 м

6. Самостоятельный разбор задач (10 мин.)

Каждый ученик получает карточку  и выбирает задачи по возможности.

Средний уровень

1 вариант.

Человек массой 60 кг бежит со скоростью 6 м/с, догоняет тележку массой 20 кг, движущуюся со скоростью 2 м/с, и вскакивает на неё. С какой скоростью станет двигаться после этого тележка? (1 балл)

2 вариант.

Два неупругих шара массами 0,5 кг и 1 кг движутся навстречу друг другу со скоростями 6 и 8 м/с. Какой станет их скорость после столкновения? В каком направлении они будут двигаться? (1 балл)

Достаточный уровень

1 вариант

Пушка, стоящая на гладкой горизонтальной площадке, стреляет под углом 300 к горизонту. Масса снаряда 20 кг, его начальная скорость 200 м/с. Какую скорость приобретает пушка при выстреле, если её масса 500 кг (2 балла)

2 вариант

Человек, стоящий на коньках на гладком льду реки, бросает камень массой 2 кг. Через 4 с камень достигает  берега, пройдя расстояние 10 м. С какой скоростью начинает скользить конькобежец, если его масса 80 кг? (2 балла)

Высокий уровень

1 вариант.

Снаряд массой 50 кг, летящий со скоростью 800 м/с под углом 300 к вертикали, попадает в платформу с песком и застревает в нём. Найдите скорость платформы после попадания снаряда, если её масса 16 т. (3 балла)

2 вариант.

Средневековая пушка массой 200 кг установлена у края плоской крыши высокой башни. Пушка выстреливает ядро массой 5 кг горизонтально. Ядро попадает на расстоянии 300м от основания башни. Пушка, колёса которой вращаются без трения, тоже движется и попадает на землю. На каком расстоянии от основания башни пушка упадёт на землю? Сопротивление воздуха не учитывать. (3 балла)

Ответы (на экране – 1 минута на выставление баллов в бланк,  Презентация 6):

Средний уровень:                  1 вариант – 5 м/с,                    2 вариант – 3,3 м/с, влево.
Достаточный уровень:          1 вариант –  – 6,9 м/с,             2 вариант – 0,063 м/с.
Высокий уровень:                  1 вариант – 1,25 м/с,               2 вариант –  7,5 м.

Ученики проверяют свои работы,  ставят соответствующие баллы в бланк.

7. Проектная работа учащихся (за выступление 1 балл, 4 мин.)

Ученик 1: Мы знаем, что есть примеры подтверждающие ЗСИ. Например, реактивное движение. Знаем также, что реактивное движение происходит за счет того, что от  тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс. Принцип радиоактивного движения находит широкое применение в авиации и космонавтике.
Я хочу рассказать вам о великом человеке, который является основоположником космонавтики.
Циолковский Константин Эдуардович – русский ученый, основоположник современной космонавтики. Родился в семье лесничего. Перенеся в 14-летнем возрасте скарлатину, Циолковский практически потерял слух и учился самостоятельно. В 1879 сдал экстерном экзамены на звание учителя. С 1886 Циолковский работал над проблемами создания ракет для межпланетных полетов. Систематически занимался разработкой теории движения реактивных аппаратов и предложил несколько их схем. В советское время Циолковский занимался главным образом теорией движения ракет. В 1926-29 он разработал теорию многоступенчатого ракетостроения, рассмотрел влияние атмосферы на полет ракеты, выдвинул идеи о создании ракеты — искусственного спутника Земли и околоземных орбитальных станций. Технические идеи Циолковского нашли применение в конструировании ракетно-космической техники.

Ученик 2: Рассмотрим практическое применение закона сохранения импульса на примере деятельности учёного С.П.Королёва (выступление заранее подготовленного ученика о Королёве С.П.).
Сергей Павлович Королёв (30 декабря 1906) – советский учёный, конструктор и организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия СССР, основоположник практической космонавтики. Крупнейшая фигура XX века в области космического ракетостроения и кораблестроения.
С. П. Королёв является создателем советской ракетно-космической техники. Благодаря его идеям был осуществлён запуск первого искусственного спутника Земли и первого космонавта Юрия Гагарина.

Ученик 3:

Закон сохранения импульса в природе (Презентация 7)

– Что общего у кальмара, медузы, современного самолета и космического корабля?
Очень часто применяется принцип реактивного движения в живой природе, например кальмар, осьминоги, каракатицы используют именно  подобный тип движения.
Медуза при своем движении набирает воду в полость тела, а затем резко выбрасывает ее из себя и движется вперед за счет силы отдачи.
Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой, проталкивая ее через особое отверстие,  и с большой скоростью  двигается толчками назад.
Перед стартом космической ракеты её импульс равен нулю. В результате взаимодействия газа в камере сгорания и всех остальных частей ракеты вырывающийся через сопло газ получает некоторый импульс.  Ракета представляет собой замкнутую систему, её общий импульс и  после запуска должен быть   равен нулю. Поэтому оболочка ракеты получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположный по направлению.

Ученик 4:

Выступление о Х. М. Муштари

Ученые республики Татарстан тоже внесли большой вклад в развитие космической отрасли.  Муштари Хамид Музафарович родился в 1900 году в городе Оренбурге. В 1918 году он закончил в Казани гимназию с золотой медалью и поступил в Казанский университет на физико-математический факультет, но по состоянию здоровья в 1920 году перевелся в среднеазиатский университет в Ташкенте. В 1925 году поступил в аспирантуру МГУ. В 1929 году становится ученым. Он работал в Казанском авиационном институте, физико-техническом институте. Вел работу с конструкторским бюро  С. П. Королёва. Он разрабатывал устойчивые корпуса ракет. Хамит Музафарович был патриотом своего города и отказывался переехать в Москву. Любил музыку. В Казни есть улица Х. М. Муштари.

8. Итог урока (Презентация 8, 1 мин.):

1-3 балла  – «2» (можно пересдавать);
4-6 баллов – «3»;
7-8 баллов – «4»;
9-10 баллов – «5».

9. Заключение (1 мин.)

Завершая урок, хотелось бы сказать, что законы в физике можно применять к решению многих задач.  Сегодня на уроке вы научились применять на практике  один из наиболее фундаментальных законов природы: закон сохранения импульса. Вы убедились, что использование этого закона позволяет объяснять и предсказывать явления не только механики, но и служит доказательством единства материального мира: он подтверждает неуничтожимость  движения материи.

10. Домашнее задание (1 мин.): §39-42 повторить: №379, 386, 392, 399*, 402* (задачи повышенной трудности) по сборнику задач Г. Н. Степановой.