Вес тела

Данная презентация предназначена в помощь учащимся 9-10 классов при подготовке темы «Вес тела».

Цели презентации:

1. Повторить и углубить понятия: «сила тяжести»; «вес тела»; «невесомость».
2. Акцентировать внимание учащихся на то, что сила тяжести и вес тела – разные силы.
3. Научить учащихся определять вес тела, движущегося по вертикали.

В повседневной жизни массу тела определяют взвешиванием. Из курса физики 7 класса известно, что сила тяжести прямо пропорциональна массе тела. Поэтому вес тела часто отождествляют с его массой или силой тяжести. С точки зрения физики – это грубейшая ошибка. Вес тела – это сила, но сила тяжести и вес тела – разные силы.

Сила тяжести – частный случай проявления сил всемирного тяготения. Поэтому уместно вспомнить закон всемирного тяготения, а также то, что силы гравитационного притяжения проявляются тогда, когда тела или одно из тел имеют огромные массы (слайд 2).

При применении закона всемирного тяготения для земных условий (слайд 3) планету можно рассматривать как однородный шар, а небольшие тела вблизи ее поверхности как точечные массы. Радиус земли равен 6400 км. Масса Земли равна 6∙10²⁴ кг.

= ,
где g – ускорение свободного падения.

Вблизи поверхности Земли g = 9,8 м/c² ≈ 10 м/c². [1]

Вес тела – сила, с которой это тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес.

 
Рис.1

На рис. 1 показано тело на опоре. Сила реакции опоры N ( F_упр) приложена не к опоре, а к находящемуся на ней телу. Модуль силы реакции опоры равен модулю веса по третьему закону Ньютона. Вес тела – частный случай проявления силы упругости. Важнейшей особенностью веса является то, что его значение зависит от ускорения, с которым движется опора или подвес. Вес равен силе тяжести только для покоящегося тела (или тела, движущегося с постоянной скоростью). Если же тело движется с ускорением, то вес может быть и больше, и меньше силы тяжести, и даже равным нулю. [2]

В презентации на примере решения задачи 1 рассматриваются различные случаи определения веса груза массой 500 г, подвешенного к пружине динамометра, в зависимости от характера движения:

а) груз поднимают вверх с ускорением 2 м/c²;
б) груз опускают вниз с ускорением 2 м/c²;
в) груз равномерно поднимают вверх;
г) груз свободно падает. [3]

Задания на расчет веса тела входят в раздел «Динамика». Решение задач на динамику основывается на использовании законов Ньютона с последующим проецированием на выбранные оси координат. Этим определяется последовательность действий.

1. Выполняют чертеж, на котором изображают силы, действующие на тело (тела), и направление ускорения. Если направление ускорения неизвестно, его выбирают произвольно, а решение задачи дает ответ о правильности выбора.
2. Записывают второй закон Ньютона в векторном виде.
3. Выбирают оси. Обычно одну из осей удобно направить вдоль направления ускорения тела, вторую – перпендикулярно ускорению. Выбор осей определяется соображениями удобства: так, чтобы выражения для проекций законов Ньютона имели бы наиболее простой вид.
4. Полученные в проекциях на оси векторные уравнения дополняют соотношениями, вытекающими из текста условий задачи. Например, уравнениями кинематической связи, определениями физических величин, третьим законом Ньютона.
5. Используя полученную систему уравнений, пытаются дать ответ на вопрос задачи.[1]

Настройка анимации в презентации позволяет сделать акцент на последовательность действий при решении задач. Это важно, так как навыки, приобретенные при решении задач на расчет веса тела, пригодятся учащимся при изучении других тем и разделов физики.

Решение задачи 1.

1а. Тело движется с ускорением 2 м/c² вверх (слайд 7).

 
Рис.2

1. Обозначим силы, действующие на груз: силу тяжести и силу упругости .
2. Обозначим направление вектора ускорения .
3. Запишем второй закон Ньютона:
   (1) + = .
4. Направим ось ОY по направлению ускорения.
5. Спроецируем уравнение (1) на ось OY:
   (2) F_упр – mg = ma.
   Из уравнения (2) F_упр = mg + ma.
6. По третьему закону Ньютона F_упр = P.
   Следовательно, P = mg + ma = m(g + a) = 0,5 кг∙(10 м/c² + 2 м/c²) = 6 Н.
   P > mg.

1б. Тело движется с ускорением вниз (слайд 8). Ось OY направляем вниз, тогда проекции сил тяжести и упругости в уравнении (2) меняют знаки, и оно имеет вид:

(2) mg – F_упр = ma.

Следовательно, Р = m(g-a) = 0,5 кг∙(10 м/c² - 2 м/c²) = 4 Н.

Р < mg.

1в. При равномерном движении (слайд 9) уравнение (2) имеет вид:

(2) mg – F_упр = 0, т. к. ускорение отсутствует.

Следовательно, Р = mg = 5 Н.

1г. При свободном падении = (слайд 10). Воспользуемся результатом решения задачи 1б:

P = m(g – a) = 0,5 кг(10 м/c² – 10 м/c²) = 0 H.

Состояние, при котором вес тела равен нулю, называют состоянием невесомости.

На тело действует только сила тяжести.

Говоря о невесомости, следует отметить, что длительное состояние невесомости испытывают космонавты во время полета при выключенных двигателях космического

корабля, а чтобы испытать кратковременное состояние невесомости, достаточно просто подпрыгнуть. Бегущий человек в момент, когда его ноги не касаются земли, тоже находится в состоянии невесомости.[2]

Презентация может быть использована на уроке при объяснении темы «Вес тела». В зависимости от уровня подготовки класса учащимся могут быть предложены не все слайды с решениями задачи 1. Например, в классах с повышенной мотивацией к изучению физики достаточно объяснить, как рассчитать вес тела, движущегося с ускорением вверх (задача 1а), а остальные задачи (б, в, г) предоставить для самостоятельного решения с последующей проверкой. Выводы, полученные в результате решения задачи1, ученики должны попытаться сделать самостоятельно.

Выводы (слайд 11).

1. Вес тела и сила тяжести – разные силы. У них разная природа. Эти силы приложены к разным телам: сила тяжести - к телу; вес тела - к опоре (подвесу).
2. Вес тела совпадает с силой тяжести только тогда, когда тело неподвижно или движется равномерно и прямолинейно, и другие силы, кроме силы тяжести и реакции опоры (натяжение подвеса), на него не действуют.
3. Вес тела больше силы тяжести (Р > mg), если ускорение тела направлено в сторону, противоположную направлению силы тяжести.
4. Вес тела меньше силы тяжести (Р < mg), если ускорение тела совпадает по направлению с силой тяжести.
5. Состояние, при котором вес тела равен нулю, называют состоянием невесомости. Тело находится в состоянии невесомости, когда оно движется с ускорением свободного падения, то есть когда на него действует только сила тяжести.

Задачи 2 и 3 (слайд 12) могут быть предложены учащимся в качестве домашнего задания.

Презентация «Вес тела» может быть использована для дистанционного обучения. В этом случае рекомендуется:

1. при просмотре презентации решение задачи 1 записать в тетрадь;
2. самостоятельно решить задачи 2, 3, применяя предложенную в презентации последовательность действий.

Презентация по теме «Вес тела» позволяет показать теорию решения задач на динамику в интересной, доступной трактовке. Презентация активирует познавательную деятельность учащихся и позволяет формировать правильный подход к решению физических задач.

Литература:

1. Гринченко Б.И. Физика 10-11. Теория решения задач. Для старшеклассников и поступающих в вузы. – Великие Луки: Великолукская городская типография, 2005.
2. Генденштейн Л.Э. Физика. 10 класс. В 2 ч. Ч 1./Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик. – М.: Мнемозина, 2009.
3. Генденштейн Л.Э. Физика. 10 класс. В 2 ч. Ч 2. Задачник./Л.Э. Генденштейн, Л.А. Кирик, И.М. Гельгафгат, И.Ю. Ненашев.- М.: Мнемозина, 2009.

Интернет-ресурсы:

1. images.yandex.ru
2. videocat.chat.ru