Движение – неотъемлемая часть материи. Векторы и действия

Оглавление
1. Движение – неотъемлемая часть материи. Векторы и действия над ними. Проекции
вектора на координатные оси. Действия над проекциями. ....................................................... 2
2. Скорость и перемещение при прямолинейном равноускоренном движении. ....................... 4
3. Прямолинейное равноускоренное движение. Ускорение. ....................................................... 5
4. Лабораторная работа «Определение ускорения тела при равноускоренном движений» ..... 6
5. Свободное падение тела. Ускорение свободного падения. ...................................................... 7
6. Линейная и угловая скорость. Центростремительное ускорение. ............................................ 8
7. Криволинейное движение. Движение тела по окружности. Решение задач. .......................... 9
8. Принцип относительности. ..........................................................................................................10
9. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта. Сила. Второй закон Ньютона.
Масса. Третий закон Ньютона. ....................................................................................................11
10. Сила................................................................................................................................................13
11. Сила всемирного тяготения. Движение тел под действием силы тяжести. ..........................14
12. Вес тела. Невесомость. Перегрузки. ...........................................................................................16
13. Движение искусственных спутников. .........................................................................................17
14. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. ......................................18
15. Энергия. .........................................................................................................................................19
16. Закон сохранения и превращения энергии ...............................................................................20
17. Колебания математического и пружинного маятников ...........................................................21
18. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс....................................................................22
19. Волновое движение. ....................................................................................................................23
20. Звук. Характеристики звука .........................................................................................................24
21. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. .........................................................................26
22. Гипотеза Планка о световых квантах. Формула Планка. ...........................................................27
23. Явление фотоэффекта. Объяснения явления фотоэффекта. Формула Эйнштейна.
Применение фотоэффекта. ..........................................................................................................29
24. Рентгеновские лучи ......................................................................................................................31
25. Явления, подтверждающее сложное строение атома. Радиоактивность. Опыты Резерфорда
по рассеиванию a– частиц. Состав атомного ядра. ...................................................................32
26. Спектры испускания и поглощения атомов. .............................................................................33
27. Ядерные силы, ядерное взаимодействие. Единицы измерения в ядерной физике. Дефект
масс. ...............................................................................................................................................35
28. Физические основы атомной энергетики. Критическая масса. Ядерный реактор. ................38
29. Термоядерные реакции. Энергия солнца и звезд. ....................................................................40
30. Биологическое действие радиоактивного излучения. Защита от радиации. .........................42
31. Сведения об элементарных частицах. Космические лучи. .......................................................44
32. Колебательное движение ............................................................................................................45
33. Электромагнитные колебания в колебательном контуре ........................................................46
34. Основные причины, характеризующие колебательное движение. ........................................47
35. Ультразвук. ....................................................................................................................................48
36. Электромагнитная волна. Скорость электромагнитной волны. ...............................................49
37. Радиосвязь. Радиолокация. .........................................................................................................51
38. Звездное небо. Небесная сфера..................................................................................................52
39. Системы небесных координат. Подвижная карта звездного неба. .........................................54
40. Вращение небесной сферы на различных географических широтах. Местное , всемирное
время. Календарь. ........................................................................................................................56
41. Законы движения планет Солнечной системы. Методы определения расстояния в
астрономии. ..................................................................................................................................58
Движение – неотъемлемая часть материи. Векторы и
действия над ними. Проекции вектора на координатные
оси. Действия над проекциями.
Цель: познакомить с векторами и операциями над ними. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в
процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение. Беседа
1. Что называется перемещением точки?
2. Каков смысл модуля перемещения?
3. Что называется телом отсчета?
4. Какими способами можно задать положение точки?
5. Что называют радиус-вектором?
III. Изучение нового материала
Известно, что некоторые физические величины полностью характеризуются числом, которое выражает
отношение этой величины к единице измерения. Такие величины называют скалярными.
- Приведите пример таких величин. (Примерами могут служить масса, температура, плотность, энергия.)
Для характеристики других физических величин, например скорости, силы, недостаточно знать число,
измеряющее их величину, необходимо знать и их направление. Такие величины называют векторными. В
физике они играют большую роль.
Вектор - направленный отрезок прямой.
У вектора есть начало и конец. Начало вектора называют так же точкой его приложения.
Если точка А является началом вектора а, то мы будем говорить, что вектор а приложен к точке А .
Число, выражающее длину направленного отрезка, называют модулем вектора, и обозначают той же буквой,
что и . сам вектор, но без стрелки сверху.
Если начало вектора совпадает с его концом, такой вектор называют нулевым.
Вектора называют коллинеарными, если они лежат либо на одной прямой, либо на параллельных прямых.
Два вектора называют равными, если они коллинеарные, имеют одинаковую длину и одинаковое
направление.
Из определения равенства векторов вытекает утверждение: каковы бы ни были вектор а и т. Р, существует
единственный вектор с началом в т. Р, равный вектору а,
В физике принципиальное значение имеют линия, вдоль которой направлен вектор, и точка приложения
вектора.
1.Сумма векторов.
Пусть даны два вектора а и е. Для нахождения их суммы нужно вектор в перенести параллельно самому
себе так, чтобы его начало совпадало с концом вектора а. Тогда вектор, проведенный из начала вектора а в
конец перенесенного вектора в, и будет являться суммой аи в. с = а + в*=в+а - правило треугольника.
Если два вектора коллинеарны и сонаправлены, то их сумма представляет собой вектор, направленный в ту
же сторону и равный по модулю сумме модулей векторов слагаемых.
Если два вектора коллинеарны и направлены в противоположные стороны, то их сумма будет представлять
собой вектор, модуль которого равен разности модулей векторов слагаемых, направленный в сторону того
вектора-слагаемого, модуль которого больше.
Сумма векторов может быть найдена и по правилу параллелограмма .
В этом случае параллельным переносом нужно совместить начала векторов а и в и построить на них
параллелограмм. Тогда сумма а и в будет представлять собой диагональ этого параллелограмма.
2. Умножение вектора на скаляр.
Произведением вектора а на число k называют вектор в, коллинеарный вектору а, направленный в сторону,
что и вектор а, если k>0 и в направлен в противоположную сторону, если k<0 b=ka, причем модуль b~ \k\a.
Если два вектора коллинеарны, то они отличаются только скалярным множителем.
Если к -1, то в—а. Вектор -а имеет модуль равный модулю вектора а, но направлен в противоположную
сторону.
Два вектора, противоположно направленные и имеющие равные длины, называются противоположными.
А~а представляют собой противоположные векторы.
3. Разность векторов.
Вычитание векторов есть действие, обратное сложению.
Пусть необходимо из вектора в вычесть вектор а и тем самым найти их разность, т.е. h=e-a. Чтобы найти
вектор разности, нужно по правилу параллелограмма (или треугольника) сложить вектор в с вектором,
противоположным вектору а, т.е. с вектором -а.
Разностью векторов в и а называют такой вектор h, который в сумме с вектором а дает вектор в. h= в-а и
h+a=e по определению одно и то же.
IV. Закрепление изученного
1. Какие величины называют скалярными, а какие - векторными?
2. Чем отличается векторная величина от скалярной?
3. Какие правила сложения векторов вы знаете?
4. Как производится сложение нескольких векторов?
5. Как определить разность двух векторов?
6. Какие вектора называются коллинеарными?
7. Как производится сложение и вычитание коллинеарных векторов?
V. Решение задач
1. Начало вектора а задано координатами точки А (2;2), конец В (6;5). Построить вектор.
2. Эквивалентно замените силу Р=0,6 Н, приложенную в т. Л, двумя силами, действующими на ту же точку
вдоль той же прямой, но противоположные стороны. Меньшая из этих сил равна 1,1 Н. Каким должен быть
модуль второй силы?
3. В одной точке приложены силы F, = 15 Н,Р2=24 Н =19 H, f,= 20 Н. Определите их равнодействующую для
случаев, когда
а) все данные силы действуют вдоль одной прямой в одну сторону.
б) все данные силы действуют вдоль одной прямой, первые две в одну сторону, а вторые две - в сторону,
противоположную первым.
Домашнее задание
§ 1-3
Скорость и перемещение при прямолинейном
равноускоренном движении.
Цель: ввести понятие мгновенной скорости; научить определять относительную скорость движения.
Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к
физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение. Беседа
1. Какое движение называется механическим?
2. что называют проекцией векторов?
3. действия над проекциями?
4. что такое ускорение?
5. какое движение называют равноускоренным?
III. Изучение нового материала
Изменение положения в пространстве движущегося тела характеризуют путь и перемещение. Однако эти
величины не говорят, как быстро произошло изменение. Скорость является пространственно-временной
характеристикой движения тела. Скорость можно сравнить и по расстоянию, которое тело проходит за
единицу времени. Чем больше это расстояние, тем больше скорость спортсмена.
Если тело прошло путь / - 500 м за t = 20 с. Можно предположить, что тело за каждую секунду проезжало 25
м. Реально тело могло первые 5 с двигаться медленно, следующие 10 с - стоять, и последние - двигаться
очень быстро. Поэтому
/ путь, пройденный телом, характеризуется средней скоростью: V .
Средняя скорость, как любая средняя величина, является достаточно приблизительной характеристикой
движения. Проезжая по городу 20 км за 30 минут (со средней скоростью 40 км/ч) водитель каждый раз на
спидометре видит скорость движения в данный момент времени мгновенную скорость.
Мгновенная скорость - средняя скорость за бесконечно малый интервал времени. Из формулы можно найти
модуль мгновенной скорости, но не ее направление. Для определения направления воспользуемся
перемещением, как векторной величиной
Мгновенная скорость тела направлена по касательной к траектории в сторону его движения.
Относительная скорость первого тела относительно второго равна.
IV . Закрепление изученного
1. Сформулируйте определение средней скорости.
2. Как определяется мгновенная скорость при прямолинейном движении. Чему равен ее модуль?
3. Может ли мгновенная скорость быть больше или меньше средней скорости?
V, Решение задач
Домашняя работа
§ 5 упражнение 3
Прямолинейное равноускоренное движение. Ускорение.
Цель: сформулировать признаки движения тела с постоянным ускорением. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. Какое движение называется механическим?
2. что называют проекцией векторов?
3. действия над проекциями?
4. чем отличаются векторные величины от скалярных?
III. Изучение нового материала
При движении тел их скорости обычно меняются либо по модулю, либо по направлению, либо
одновременно и по модулю, и по направлению.
Эксперимент 1
Взять в руки мяч и разжать пальцы. Как изменяется скорость? (При падении мяча скорость его быстро
нарастает.)
Эксперимент 2
Приведем в движение легкую тележку, непродолжительным толчком. Как изменится скорость? (Скорость
тележки, движущейся по столу, уменьшается с течением времени до полной остановки.)
Величину, характеризующую быстроту изменения скорости, называют ускорением.
Простой случай неравномерного движения - это движение с постоянным ускорением, при котором модуль и
направление не меняются со временем, оно может быть прямолинейным и криволинейным
Из утверждения, что величина перемещения тела численно равна площади под графиком зависимости
скорости движения тела от времени, можно вывести: axt2
X = Хо + Vt - закон равноускоренного прямолинейного движения.
Зависимость координаты от времени при прямолинейном равноускоренном движении.
Графики зависимости координат от времени при движении с постоянным ускорением
IV. Повторение. Беседа
1. Какое движение называют равноускоренным или равнопеременным?
2. Что называют ускорением?
3. Какая формула выражает смысл ускорения?
4. Чем отличается «ускоренное» прямолинейное движение от «замедленного*?
5. Постройте и объясните график скорости прямолинейного равноускоренного движения с начальной скоростью и без начальной скорости.
V. Решение задач
Домашнее задание
§ 4. упражнение 3
Лабораторная работа «Определение ускорения тела при
равноускоренном движений»
Цель работы: изучить особенности равноускоренного движения. Побуждать учащихся к преодолению
трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Оборудование: 1) желоб лабораторный; 2) метроном, настроенный на 120 колебаний в минуту, или
метроном электронный - один на класс; 3) шарик металлический диаметром 1,5 - 2 см; 4) цилиндр
металлический; 5) лента сантиметровая; 6) штатив с муфтой и лапкой.
Ход работы
1. Определите перемещение шарика, скатывающегося по желобу без начальной скорости. Опыт повторите 3
раза при одном и том же времени скатывания.
Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу
опыта
Перемещение, Время, в
Ускорение шарика,
см
условных
м/с
единицах
1
2
3
Среднее
Инструкция:
1) отметьте начальную точку на желобе для отсчета перемещения шарика;
2) приучитесь к ритмичному счету; для этого несколько раз подряд говорите: нуль, один, два, три и т. д.,
прислушиваясь к ударам метронома;
3) по удару метронома со счетом «нуль> пускайте шарик. Регулируйте положение цилиндра по отношению
к концу желоба так, чтобы шарик ударился о него в момент соответствующего удара метронома;
4) запишите число промежутков времени, отбиваемых метрономом, необходимое шарику для наибольшего
перемещения по желобу.
2. Вычислите среднее значение наибольшего перемещения, совершенного шариком: 5.
3. Вычислите ускорение шарика в СИ.
4. Разбейте среднее перемещение на части, проходимые шариком в последовательно равные промежутки
времени, отбиваемые метрономом:
Проверка. Уложите на желобе спички - указатели тех мест, которые соответствуют отрезкам перемещений,
проходимых шариком за равные промежутки времени. Пустите шарик и проверьте его удары об указатели
по метроному.
5. Сделайте вывод.
Домашнее задание
§ 4-9 повторить
Свободное падение тела. Ускорение свободного падения.
Цель: сформировать понятие свободное падение, добиться усвоения представления о свободном падении
как о равноускоренном движении; продолжить формирование умений выделять главное, существенное в
изучаемом материале, логически излагать свои мысли, составлять план параграфа, использовать навыки
самостоятельной работы. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной
деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Фронтальный опрос
- Дайте определение равноускоренного движения, ускорения.
- Тело прошло за первую секунду 2 м, за вторую - 4 м, за третью -6 м. Можно ли утверждать, что движение
является равноускоренным?
- Какие вы знаете формулы, описывающие равноускоренное движение?
III. Изучение нового материала
Примером ускоренного движения является падение тел. Понаблюдаем за падением бумажного и
металлического дисков: если опустить их одновременно врозь, то бумажный диск достигнет пола позже, а
если наложить их друг на друга, то они упадут одновременно. Прошу учащихся объяснить данное явление.
Это явление наблюдал, изучил и описал Галилео Галилей. Сообщения учащихся
Галилео Галилей (1564-1642)
Знаменитый итальянский ученый, один из основателей точного естествознания, боролся против схоластики,
считал основой познания опыт. Заложил основы современной механики: выдвинул идею об
относительности движения, установил законы инерции, свободного падения и движения тел по наклонной
плоскости, сложения движений; открыл изохронность колебаний маятника; первым исследовал прочность
балок. Построил телескоп с 32-кратным увеличением и открыл горы на Луне, четыре спутника Юпитера,
фазы Венеры, пятна на Солнце. Активно защищал гелиоцентрическую систему мира, за что был подвергнут
суду инквизиции (1633), вынудившей его отречься от учения Н. Коперника. Согласно легенде, Галилей
после своего вынужденного отречения воскликнул: «А все-таки она вертится!»
До конца жизни Галилей считался «узником инквизиции* и принужден был жить на своей вилле Арчетри
близ Флоренции. В 1992 г. папа Иоанн-Павел II объявил решение суда инквизиции ошибочным и
реабилитировал Галилея.
О свободном падении тел.
IV. Самостоятельная работа с учебником
Прочитать параграф, составить план конспекта:
1. Свободное падение.
2. Ускорение свободного падения.
3. Кинематические характеристики свободного движения.
4. Это интересно.
Составление конспекта
Учащиеся сами или с помощью учителя формулируют определения и записывают их в тетрадях:
- Свободным падением называется движение тела только под действием силы
тяжести.
- Ускорение, с которым падают тела в вакууме около поверхности Земли, называется ускорением
свободного падения (g = 9,8 м/с2).
- Скорость тела в свободном падении в любой момент времени t
- Путь h, пройденный телом в свободном падении к моменту времени t:St2
- На полюсе g = 9,832 м/сг; на экваторе g ~ 9,780 м/с2; на широте 45° g « 9,80665 м/с2; с высотой g
уменьшается; на других планетах отлично от 9,8 м/с2 (на Луне g= 1,623 м/с?).
V. Закрепление изученного
Решение кроссворда («Самостоятельные и контрольные работы»)
VI. Решение задач:
1. Г. Галилей, изучая законы свободного падения (1589 г.), бросал безначальной скорости разные предметы
с наклонной башни в городе Пиза, высота которой 57,5 м. Сколько времени падали предметы с этой башни и
какова их скорость при ударе о землю? (Ответ: 3,4 с; 33,6 м/с)
2. Тело свободно падает с высоты 80 м. Каково его перемещение в последнюю секунду падения? (Ответ: 35
м).
Домашнее задание
§ 6. упражнение 5
Линейная и угловая скорость. Центростремительное
ускорение.
Цель: сравнить кинематику вращательного и колебательного движения. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания.
1. Какое движение называют криволинейным?
2. Что такое период обращения?.
3. Какую величину называют частотой?
III. Изучение нового материала
Эксперимент
Демонстрируются пружинный маятник, математический, канонический, по демонстрационному столу
раскручивают горизонтальную подставку.
- Что общего в этих явлениях? Все они повторяют свои движения с течением времени. Приведите свои
примеры: (смена дня и ночи, солнечные и лунные затмения, приливы и отливы).
Движения, которые повторяются через постоянный промежуток времени, называются периодическими.
Период - минимальный интервал времени, через который движение повторяется. Через период частица
вновь попадает в начальную точку движения и вновь повторяет свой путь по прежней траектории.
Различают два вида периодического движения: вращательное (движение в одном направлении по
плоскостной (или пространственной) замкнутой траектории, второе колебательное движение вдоль одного и
того же отрезка с изменением направления движения.
Равномерное движение по окружности - пример вращательного движения. При равномерном движении по
окружности модуль скорости тела остается постоянным, при этом тело можно рассматривать как
материальную точку.
Положение частицы в пространстве в произвольный момент определяется тремя способами:
1. С помощью пути .
2. С помощью угла поворота .
3. С помощью закона движения в координатной форме.
Так как длина окружности- 2pR, а скорость V: Т = -тг,
Период вращения - время одного оборота по окружности.
Скорость - векторная величина. Любое изменение вектора скорости означает появление ускорения.
Если изменяется направление, то возникает равномерное криволинейное движение - нормальное ускорение
или центростремительное.
Если скорость направлена по касательной к окружности, то она изменяет свое
направление в каждой точке.
При равномерном движении по окружности скорость тела и ее ускорения составляют угол 90"
(перпендикулярны), ускорение направлено по радиусу к центру окружности и называется нормальным или
центростремительным.
Колебательное движение
x = rcos a
у = rsin a
x= rcos wt
у = rsin wt
Гармонические колебания - колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем
синусоидально (или косинусоидально).
a = -a cos wt = -w2r cos wt
IV. Закрепление изученного
1. Какое движение называют периодическим?
2. Какие параметры характеризуют положение точки на окружности?
3. Почему равномерное движение по окружности является ускоренным?
4. Куда направлено нормальное ускорение?
5. Какие колебания называют гармоническими?
6. Как зависят координаты колеблющейся точки, ее скорости и ускорения от вращения?
Домашнее задание
§ 8-9. Упражнение 7
Криволинейное движение. Движение тела по окружности.
Решение задач.
Цель: научить решать задачи на движение тела по окружности. Побуждать учащихся к преодолению
трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение. Беседа
1. Точка движется равномерно по окружности. Постоянна ли ее скорость?
2. Есть ли ускорения у точки, которая движется по окружности?
3. Куда направлено ускорение?
4. Что такое период? Частота?
5. Как связаны между собой ускорение, скорость и радиус при равномерном движении тела по окружности.
6. Что называется осью вращения твердого тела?
7. Что такое угловая скорость?
8. Как связаны между собой угловая и линейная скорости? Угловая скорость и центростремительное
ускорение?
III. Решение задач
I группа
1. Скорость точек рабочей поверхности наждачного круга диаметром 300 мм не должна превышать 35 м/с.
Допустима ли посадка круга на вал электродвигателя, совершающего 1400 об/мин, 2800 об/мин? (Да, нет.)
2. Частота вращения воздушного винта самолета 1500 об/мин. Сколько оборотов делает винт на пути 90 км
при скорости полета 180 км/ч? (45 000)
3. Период вращения платформы карусельного станка 4 с. Найти скорость крайних точек платформы,
удаленных от оси вращения на 2 м. (3,14 м/с)
4. Скорость точек экватора Солнца при его вращении вокруг своей оси 2 км/с. Найти период вращения
Солнца вокруг своей оси и центростремительное ускорение точек экватора. (25,3 сут., 5,7 мм/с2)
II группа
1. Минутная стрелка в 1,5 раза длиннее часовой. Определите, во сколько раз скорость конца часовой стрелки
меньше скорости конца минутной стрелки. (В 18 раз)
2. Определите центростремительное ускорение точек колеса автомобиля, соприкасающихся с дорогой, если
автомобиль движется со скоростью Збкм/ч и при этом частота вращения колеса равна 4е'. (251,2 м/с2)
3. Две материальные точки движутся по окружности радиусами R1 и RT причем R^2R2. Сравните их
центростремительные ускорения, если равны их периоды обращения. (2:1)
4. Минутная стрелка часов в 2 раза длиннее секундной. Найдите отношение скоростей концов стрелок.
{1:30)
III группа
1. Чему равен радиус вращающегося колеса, если известно, что скорость точки, лежащей на ободе, в 2,5 раза
больше скорости точки, лежащей на расстоянии 5 см ближе к оси колеса? (8,5 см)
2. Найдите линейную скорость и центростремительное ускорение точек на широте 60°. Радиус Земли равен
6400 км. (233м/с, 1,7Ч102м/с2)
3. Небольшое тело движется по окружности радиуса Н со скоростью, которая линейно увеличивается со
временем по закону v=kt. Найдите зависимость полного ускорения тела от времени.
4. Какое расстояние пройдет велосипедист при 60 оборотах педалей, если диаметр колеса 70 см, ведущая
зубчатка имеет 48 зубцов, а ведомая - 18 зубцов? (352 м)
Домашнее задание
§ 7. Задачи с задачника по Рымкевич. А.П.
Принцип относительности.
Цель: сформулировать принцип относительности Галилея. Побуждать учащихся к преодолению трудностей
в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. первый з. Ньютона?
2. второй з. Ньютона, масса?
3. третий з. Ньютона?
III. Изучение нового материала
Механическое движение описывает кинематика, не объясняя физических причин его возникновения и
изменения, отвечая лишь на вопрос, как движется тело.
Динамика объясняет причины, определяющие характер механического движения, отвечает на вопрос,
почему тело двигается.
Для того чтобы тело, находящееся в покое, изменило положение в пространстве, необходимо
взаимодействие с другим телом.
Эксперимент 1
Движение тележки в результате взаимодействия с рукой прекращается.
Две тележки скреплены пружинно и находятся в покое. Чтобы тележки не разъехались, привяжите их
ниткой, если нить пережечь, тележки придут в движение.
Эти эксперименты доказывают, что для изменения положения тела необходимо взаимодействие тел.
Эксперимент 2
С наклонного желоба без начальной скорости пускают шарик на разные поверхности: на песок; на ткань; на
стол. Что видим? Каждый раз шарик проходит до остановки большее расстояние.
Если бы была абсолютно гладкая дорога, исключены внешние воздействия, тележка двигалась бы без
остановки по инерции. В зимних условиях такое движение практически не встречается.
Принцип инерции
Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного
прямолинейного движения.
Равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны, они существуют без
внешнего взаимодействия. Однако эквивалентность и равномерность прямолинейного движения возможны
лишь в инерциальных системах отсчета, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно
относительно друг друга.
Инерциальная система отсчета - система отсчета, в которой тело, не взаимодействующее с другими
телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Будем производить разные механические опыты в вагоне поезда, идущего равномерно по прямолинейному
участку пути, а затем повторим эти же опыты на зеленой поверхности.
Поезд идет без толчков и окна завешены. Если толкнуть мяч, находившийся на земной поверхности, а затем
такой же мяч толкнуть точно так же в движущемся вагоне, то скорость мячей будут одинаковы, каждый
относительно своей системы отсчета.
Подобные опыты и наблюдения показывают, что относительно всех инерциальных систем отсчета тела
получают одинаковое ускорение при одинаковы? действиях на них других тел:
Все инерциальные системы совершенно равноправны относительно ускорения. Это утверждение называется
принципом относительности Галилея.
Как же связаны между собой координаты и скорость тела в различных и шальных системах отсчета.
Пусть автомобиль движется по платформе, которая имеет скорость V, равномерно движется вдоль нее со
скоростью V относительно платформы.
Через время t платформа сместится на расстояние Vt, а автомобиль проедет по платформе х - Vt и будет
находиться на расстоянии X = X' + Vt.
Координаты тела (автомобиля) в различных инерциальных системах X и X': Х' = Х- Vt;
Если платформа имеет скорость V = 60 км/ч, автомобиль Vt - 10 км/ч, то автомобиль относительно земли
имеет скорость 70 км/ч.
Во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики имеют один и тот же вид.
IV. Закрепление изученного
1. Какие системы отсчета являются инерциальными, а какие - неинерциальными? Приведите примеры таких
систем.
2. Можно ли считать инерциальными системами отсчета, неподвижно связанные с Землей?
3. В чем заключается относительность движения тел. Приведите примеры.
4. Какая формула выражает классический закон сложения скоростей? Как формулируется данный закон.
5. При каких условиях справедлив классический закон сложения скоростей?
Домашнее задание
§ 14. Упражнение 9-10. Задачи с задачника по Рымкевич. А.П
Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта.
Сила. Второй закон Ньютона. Масса. Третий закон Ньютона.
Цель: сформулировать три закона Ньютона. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе
умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания. Повторение
1. Что изучает кинематика?
2. Какое движение называется центростремительным?
3. что такое линейная и угловая скорость?
4. Почему равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны и
взаимозаменяемы лишь в инерциальных системах отсчета?
III. Изучение нового материала
Действия тел друг на друга, создающие ускорение, называются силами. Все силы можно разделить на два
основных типа: силы, действующие при непосредственном соприкосновении, и силы, которые действуют
независимо от того, соприкасаются тела или нет, т. е. на расстоянии.
Эксперимент 1
Возьмем в руки кусок мела, разожмем пальцы, и мел упадет. (Земля притягивает, действует на расстоянии.)
Эксперимент 2
Наэлектризованную палочку поднесем к висячей гильзе. Гильза притянется. (Взаимодействие на
расстоянии.)
Эксперимент 3
Катнем мяч. (Непосредственное взаимодействие.)
Эксперимент 4
_
Демонстрация сегнетова колеса. (Взаимодействие.)
Наблюдая ускорение, полученное каким-либо телом под действием различных сил, видели, что ускорения
могут оказаться различными как по модулю, так и по направлению. Сила векторная величина. Силу
измеряют динамометром. Силы, действующие при непосредственном соприкосновении, действуют по всей
соприкасающейся поверхности тел. Молоток, ударяющий по шляпке гвоздя, действует на всю шляпку. Но
если площадь мала, то считают, тело действует на одну точку. Эта точка называется точкой приложения.
Если же на тело действует несколько сил, то их действие на тело можно заменить одной заменяющую силу
называют суммой или равнодействующей.
I закон Ньютона
Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до
тех пор, пока воздействие со стороны упругих тел не заставит ее (его) изменить это состояние.
Тело движется прямолинейно и равномерно, так как все действующие на него силы скомпенсированы.
(Равнодействующая равна нулю.)
Во Вселенной практически невозможно найти тело, не испытывающее внешнего воздействия.
I закон - закон инерции. Непосредственно подтвердить экспериментально | его невозможно, он
аксиоматичен. Однако можно объяснить ряд опытов, что является косвенным подтверждением
справедливости этого закона.
Эксперимент 5
Монета, лежащая на плексигласе, закрывающем бутылку, при резком щелчке по плексигласу в
горизонтальной плоскости монета упадет в бутылку. (Монета сохраняет состояние покоя по инерции.)
Следствие I закона Ньютона состоит в том, что тело может двигаться как при наличии, так и при отсутствии
внешнего воздействия.
Эксперимент 6
Подвижная тележка прикреплена при помощи пружинного динамометра к перекинутой через нити с грузом
на конце. Груз растягивает пружину, сообщающую своей силой упругости ускорение тележке. Чем больше
подвешиваем груз, тем сильнее растянута пружина и тем больше ускорение тележки.
Опыт показывает, что направление ускорения совпадает с направлением силы, вызвавшей ускорение:
F = ma.
II закон Ньютона
Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на создаваемое этой силой ускорение, причем
направления силы и ускорения совпадают: а =F/m
Закон можно выразить в другой форме. Ускорение, сообщаемое телу, прямо пропорционально действующей
на тело силе,- обратно пропорционально массе тела и направлено так же, как и сила.
Особенности II закона Ньютона:
1. Верен для любых сил.
2. Сила - причина, определяет ускорение.
3. Вектор а сонаправлен с вектором F.
4. Если действуют на тело несколько сил, то берется равнодействующая.
5. Если равнодействующая равна нулю, то ускорение равно нулю. (Первый закон Ньютона)
6. Можно применять только по отношению к телам, скорость которых мала по сравнению со скоростью
света.
III закон Ньютона
Эксперимент 7
Возьмем два динамометра, и зацепим друг за друга их крючки, и, взявшись за кольца, будем растягивать их,
следя за показаниями обоих динамометров.
Что увидим? Показания будут совпадать. Сила, с которой первый действует на второй, равна силе, с которой
второй действует на первый.
Эксперимент 8
Укрепим на одной тележке магнит, на другой - кусок железа и прикрепим к тележкам динамометры.
Тележки могут оставаться на разном расстоянии друг от Друга, сила взаимодействия между магнитом и
куском железа будет больше или меньше в зависимости от расстояния. Но во всех случаях окажется, что
динамометры дадут одинаковые показания.
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению
и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела.
Fn = -Fn (III закон Ньютона.)
Особенности III закона Ньютона:
1. Силы возникают только парами.
2. Всегда при взаимодействии.
3. Только силы одной природы.
4. Не уравновешивают.
5. Верен для всех сил в природе.
IV. Закрепление изученного
1. Сформулируйте I закон Ньютона.
2. В чем состоит явление инерции?
3. Как движется тело, к которому приложена сила, постоянная по модулю и по направлению?
4. Как направлено ускорение тела, вызванное действующей на него силой.
5. Верно ли утверждение - силы есть, а ускорения нет.
6. Если на тело действует несколько сил, как определяется равнодействующая сил?
7. Запишите III закон Ньютона.
8. Как направлены ускорения взаимодействия между собой тел?
9. Выполняется ли III закон Ньютона при взаимодействии на расстоянии или только путем
непосредственного контакта.
10. Запишите II закон Ньютона.
Домашняя работа
§ 10-11-12-13. Упражнение 8-9. Задачи с задачника по Рымкевич. А.П
Сила.
Цель: объяснить возникновение силы и силы упругости. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в
процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение. Беседа
1. Сформулируйте инерциальные системы отсчета?.
2. При каких условиях скорость тела остается неизменной?
3. Дайте определение силы и назовите единицы силы.
4. Сформулируйте I закон Ньютона.
5.Для каких фундаментальных взаимодействий применим I закон Ньютона?
III. Изучение нового материала
Законы динамики справедливы для любого фундаментального взаимодействия:
1. Гравитационного
2. Слабого
3. Электромагнитного
4. Сильного
Электромагнитные и гравитационные взаимодействия являются дальнодействующими, поэтому именно они
определяют характер макроскопического движения от молекулярного уровня до масштабов Вселенной.
Все механические явления в макромире определяются электромагнитными и гравитационными
взаимодействиями.
Среди сил электромагнитной природы влияние на механическое движение тела оказывают две силы
упругости и трения.
Давайте определим условия возникновения силы упругости.
Эксперимент 1
Возьмите пружину и растяните ее руками, затем отпустите: пружина стремится вернуться в положение
равновесия.
Эксперимент 2
Теперь сожмите пружину. После того как ее отпустите, она вернется в первоначальное положение.
- Благодаря какой силе пружина возвращается в первоначальное положение? {Это происходит под
действием силы упругости.)
- Скажите, какое условие необходимо, чтобы была сила упругости? (Тело должно быть деформировано.)
При исчезновении деформации исчезают силы упругости. Твердые тела сохраняют свой объем и форму, при
любой попытке их деформировать, возникают силы упругости. Попробуйте сжать жидкость в бутылке. Сила
упругости не замедлит сказаться. Возникает сила упругости при сжатии в насосе воздуха.
Вывод: сила упругости возникает всегда при попытке изменить объем или форму твердого тела, объема
жидкости, при сжатии газа.
Деформация тела возникает лишь в том случае, когда различные части тела совершают различные
перемещения.
Рассмотрим возникновение сил упругости в твердом кристаллическом теле. В таких телах атомы
располагаются упорядоченно, силы притягивания и отталкивания компенсируют друг друга.
При увеличении межатомного расстояния (растягивание пружины) атомы притягиваются друг к другу
(пружина стремится сжаться). При уменьшении расстояния атомы отталкиваются.
Воздействие тела на опору (чайник стоит на столе, давит на стол) приводит к ее сжатию. При этом
возникает встречная сила - сила упругости (сила реакции опоры).
При малых деформациях тел связь силы упругости с величиной деформации проста. Она была открыта
экспериментально английским физиком Робертом Гуком, современником Ньютона.
Учащиеся самостоятельно читают закон Гука и отвечают на следующие вопросы:
1. Сформулируйте закон Гука.
2. Каков физический смысл жесткости пружины?
3. Определите границы применимости.
Домашнее задание
§ 11. Упражнение 8 . Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Сила всемирного тяготения. Движение тел под действием
силы тяжести.
Цель: изучить закон всемирного тяготения, показать его практическую значимость. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение.
Беседа
1. Какое фундаментальное взаимодействие определяет силу трения?
2. Сформулируйте определение силы трения и третьего закона Ньютона?
3. Что такое принцип относительности?
III. Изучение нового материала
Попытки объяснить строение Солнечной системы, занимали умы многих великих людей.
Особенно волновал вопрос о том, что связывает планеты и Солнце в единую систему? Он встал после того,
как Коперник «поместила Солнце в центр, а все планеты «заставил» обращаться вокруг него.
Ньютон связал силу с ускорением. Именно Солнце естественно считать причиной обращения вокруг него
Земли и планет. Но не только планеты притягиваются к Солнцу. Солнце также притягивается планетами. И
планеты взаимодействуют между собой.
Все тела Вселенной, как небесные, так и находящиеся на Земле, подвержены взаимному притяжению. Если
мы не наблюдаем притяжения между окружающими предметам, так это только потому, что оно слишком
слабо.
Взаимодействие, свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к
другу, называется гравитационным.
Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством особого вида материи, называемого
гравитационным полем. Такое поле существует вокруг любого тела. Особенностью гравитационного поля
является его всепроникающая способность. Взаимосвязь тел с гравитационным полем характеризуют особой физической величиной - гравитационным зарядом. Гравитационный заряд любого тела равен его массе.
Одной из важнейших задач в теории тяготения является задача двух тел. Задача исследования движения и
взаимодействия внутри системы, состоящей из двух тел, каждое из которых можно принять за
материальную точку.
Выражение для силы тяготения Ньютон получил в 1666 г., когда ему было всего лишь 24 года.
Ньютон установил, как зависит от расстояния ускорение свободного падения. Вблизи поверхности Земли, т.
е. на расстоянии 6400 км от ее центра оно составляет 9,8 м/с2, а на расстоянии в 60 раз большем, у Луны, это
ускорение оказывается в 3600 раз меньше, чем на Земле. 3600 = 60 2. Ускорение убывает обратно
пропорционально квадрату расстояния от центра Земли.
Но ускорение, по второму закону Ньютона, пропорционально силе, а сила
прямо пропорциональна массам.
Если ввести коэффициент пропорциональности, тоF=G
(G- гравитационная постоянная)
Закон всемирного тяготения верен:
1. для материальных точек.
2. для расчета силы притяжения шарообразных тел со сферическим распределением вещества.
3. для шара большого радиуса и материальной точки.
Когда Ньютон открыл закон всемирного тяготения, он не знал ни одного числового значения масс небесных
тел, в том числе и Земли, неизвестно ему было и значение постоянной F=G*m\R2
можно найти, зная силу притяжения F между телами известной массы и расстоянием между ними.
Точное измерение Убыло впервые проделано в 1798 г. замечательным ученым Генри Кавендишем. С
помощью крутильных весов Кавендиш по углу закручивания нити сумел измерить малую силу притяжения
между маленькими и большими металлическими шарами. Опыты показали G = 6,67 * 10" [(Н • м2)/кг2].
Ее физический смысл - сила, с которой притягиваются два тела массами по 1 кг каждое, находящиеся на
расстоянии 1 м друг от друга.
Опыты Кавендиша доказали, что не только планеты, но и обычные, окружающие нас в повседневной жизни
тела притягиваются по тому же закону тяготения.
IV. Повторение. Беседа
1. Как формулируется закон всемирного тяготения?
2. Что называется гравитационной постоянной?
3. Каков его физический смысл?
4. Каково его значение в системе СИ?
5. Что называют гравитационным полем?
6. Зависит ли сила тяготения от свойств среды, в которой находятся тела?
V. Решение задач
1. Космический корабль массой 8 т приблизился к орбитальной космической станции массой 20 т на
расстояние 100 м. Найти силу их взаимного притяжения. (Ответ: 1 мкН.)
2. Оценить порядок значения силы взаимного тяготения двух кораблей, удаленных друг от друга на 100 м,
если масса каждого из них 10 000 т. (Ответ: порядка 1Н.)
3. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны равно 60 земным радиусам, а масса Луны в 81 раз
меньше массы Земли. В какой точке отрезка, соединяющего центр Земли и Луны, тело будет притягиваться
ими с одинаковой силой? (Ответ: В точках, отстоящих на 6 земных радиусов от центра Луны).
Домашняя работа
§ 15-16 . Упражнение 12-13
Вес тела. Невесомость. Перегрузки.
Цель: выяснить от каких параметров зависит сила тяжести. Побуждать учащихся к преодолению трудностей
в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. Что такое дальнодействие?
2. Сформулируйте закон всемирного тяготения?
3. В чем заключается физический смысл гравитационной постоянной?
4. Как определял Г. Кавендиш силу гравитационного притяжения шариков?
5. Почему не приближаются друг к другу предметы в комнате, несмотря на их гравитационное притяжение?
III. Изучение нового материала
Применение теории тяготения для анализа земных явлений позволяет выяснить, под действием какой силы,
по каким законам совершаются падение тел на Землю.
Сила, с которой Земля притягивает находящиеся вблизи тела, называется силой тяжести, а гравитационное
поле Земли - полем тяжести.
Направлена сила тяжести вниз к центру Земли, в теле же проходит через точку, которая называется центром
тяжести. Модуль силы тяжести находится с помощью закона всемирного тяготения.
h - высота тела над поверхностью Земли.
Ускорение свободного падения g являeтcя силовой характеристикой гравитационного поля Земли. Оно
численно равно силе, с которой это поле действует на тело единичной массы (1 кг).
Ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли приблизительно 9,8 м/с2, можно найти массу
Земли: Мз = 6 • 102* кг. Впервые это удалось сделать Генри Кавендишу. Из формулы видно, что fg зависит
от:
1. радиуса. Радиус Земли из-за сплюснутости ее в разных местах имеет разное значение: на экваторе 9,780
м/с1, на полюсе 9,832 м/с2;
2. широты географической (Земля вращается);
3. высоты над Землей;
4. пород Земной коры.
Вес тела
Вес - очень знакомое слово. Однако не надо смешивать два понятия «сила тяжести» и «вес тела».
Сила, с которой тело вследствие его притяжения Землей действует на опору или растягивает подвес,
называется весом тела.
Природа силы тяжести и веса различна.
Вес - результат взаимодействия опоры и тела. При этом тело и опора деформируются, что приводит к
появлению сил упругости, таким образом, вес тела является частным случаем силы упругости.
Перегрузки
Если лифт движется вверх, то Р = т(а + g) т.e. вес увеличивается, Это называется перегрузкой:
k =mg
Тренированный человек выдерживает пятикратную перегрузку.
IV. Повторение. Беседа
1. Что называют силой тяжести?
2. По какой формуле определяют модуль силы тяжести?
3. Зависит ли ускорение свободного падения от его массы?
4. Какова сила тяжести в различных точках земного шара?
5. От чего зависит ускорение свободного падения?
6. Что называют весом тела?
7. В чем различие между силой тяжести и весом тела, действующим на тело?
8. В каком случае силы тяжести и вес тела равны?
9. Как изменяется вес тела при его ускоренном движении?
10. Когда наступает невесомость? В чем она проявляется?
11. Как изменится вес космонавта при старте ракеты и при торможении приземляющегося корабля?
V.Решение задач
1. Автомобиль массой 5 т трогается с места с ускорением 0,6 м/с 2. Найти силу тяги, если коэффициент
сопротивления движению равен 0,04. (Ответ: 5 кН).
2. Определить, пользуясь графиком, как движется поезд и какова сила тяги локомотива, если известно, что
масса поезда 2500 т, а коэффициент сопротивления - 0,025
3. Троллейбус массой 10 т, трогаясь с места, на пути 50 м приобрел скорость 10 м/с. Найти коэффициент
сопротивления, если сила тяги равна 10кН. (Ответ: 0,04).
Домашнее задание
§ 18. Упражнение 14. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Движение искусственных спутников.
Цель: рассмотреть траекторию движения тела в гравитационном поле; вычислить I и II космические
скорости. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать
интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. сформулировать закон всемирного тяготения?
2.что называется силой тяжести?
3. чему равно ускорение свободного падения?
III. Изучение нового материала
Под действием силы гравитационного притяжения происходит вращение Земли вокруг Солнца, движение
спутников планет.
Попробуем разобраться с какими скоростями двигаются спутники.
Пусть тело находится на какой-то высоте Я, на него со стороны Земли действует сила тяжести,
направленная к центру Земли. Если начальная скорость равна нулю, то тело свободно падает на Землю по
прямой, вдоль силы тяжести. При наличии горизонтальной компоненты тело движется почти по
параболистической траектории.
Начиная с некоторой скорости тело удаляется так быстро, что не падает на Землю. И становится
искусственным спутником Земли, и движется вокруг нее по круговой орбите - эта скорость получила
название первой космической скорости.
Если тело запущено по круговой орбите с поверхности Земли (Н = 0), то
Первая космическая скорость равна = 7,9 км/с.
Если скорость тела будет выше первой космической, то сила гравитации Земли удержит ее, но спутник
будет двигаться по эллиптической орбите. При дальнейшем увеличении скорости запуска, тело все дальше
удаляется от Земли, при этом эллиптическая орбита существенно вытягивается.
Наконец найдется такая скорость, начиная с которой тело способно вырваться в космическое пространство,
преодолев притяжение Земли, т. е. оно удалится от Земли на бесконечное большое расстояние. (Траектория
параболистическая.)
Это вторая космическая скорость-11,2 км/с .
Учащиеся в течение 5 минут работают с учебником, выводят вторую космическую скорость.
При запуске ракеты со скоростью большей второй. В этом случае траектория гиперболическая, начиная со
второй космической скорости, траектория перестает быть периодической.
Фактором, препятствующим гравитационному притяжению тел, является их скорость и соответственно
кинетическая энергия.
IV. Закрепление изученного
1. Какую скорость называют первой космической?
2. Какова траектория движения тела с первой космической скоростью?
3. Какую скорость должно иметь тело, чтобы его траектория стала параболи-стической?
4. Когда тело движется по эллипсу?
5. Дайте определение перигея и апогея?
V. Решение задач
1. Вычислить первую космическую скорость для Луны, если радиус Луны 1700 км, а ускорение свободного
падения тел на Луне - 1,6 м/с2.
Домашнее задание
§ 17. Упражнение 13. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное
движение.
Цель: дать понятие импульса тела: изучить закон сохранения импульса, показать его практическое
применение. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности,
воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. что называется весом тела?
2. в чём отличие веса от силы тяжести?
3. при каких условиях появляется невесомость, перегрузка?
III. Изучение нового материала
Второй закон Ньютона та = F Импульс - векторная величина.
Можно записать II закон Ньютона p= Ft
Понятие импульса было введено в физику французским ученым Рене Декартом (1596-1650).
Эксперимент 1
Две тележки, которые двигаются друг на друга. Пусть их скорости V01 и Vo2, a массы т1 и т2. Пренебрегая
внешними силами (силой трения, тяжести и т. д.) данную систему тел считать замкнутой.
По III закону Ньютона
Получаем закон сохранения импульса т1 V+ m2V2 = mtVl + m2V2
Суммарный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел системы
между собой.
Все реальные системы не являются замкнутыми. Закон сохранения импульса выполняется для любых
систем - будь то космические тела, атомы или элементарные частицы.
Большое значение имеет закон сохранения импульса для исследования реактивного движения.
Эксперимент 2
Надуйте детский резиновый шарик и отпустите. Шарик стремительно взовьется вверх.
Эксперимент 3
Пробейте банку гвоздем, а напротив отверстия сделайте еще одно, дырки должны быть косые. Налейте воду.
Банка придет в движение.
Это примеры реактивного движения.
Реактивное движение - движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо
его части.
Важным примером реактивного движения является движение ракеты.
Отделяющейся частью тела (ракеты) при таком движении является струя горячих газов, образующихся при
сгорании топлива. Струя газов в одну сторону, а ракета в противоположную.
IV. Закрепление изученного
1. Что называют импульсом тела и минусом силы?
2. Запишите формулу импульса тела.
3. Какова единица измерения импульса тела в СИ?
4. Что такое замкнутая система?
5. Сформулируйте закон сохранения энергии.
6. Какое движение называют реактивным?
7. На каком законе основано реактивное движение?
8. От чего зависит скорость ракеты?
V. Решение задач
Лыжник начал спуск по плоскому склону, наклоненному к горизонту под углом а = 30°. Считая, что
коэффициент трения скольжения ц = 0,1, а ускорение свободного падения g = 10 м/с2, вычислите скорость V,
которую он приобретет через Т = 6 с. (Ответ: V = g(sin а - cos а) Т = 25 м/с.)
2. При формировании железнодорожного состава три сцепленных между собой вагона, движутся со
скоростью V,. = 0,4 м/с, сталкиваются с неподвижным вагоном. Определите скорость , если массы
одинаковы.
Домашнее задание.
§ 19-21. Упражнение 17. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Энергия.
Цель: сформулировать принцип потенциальной энергии. сформулировать теорему о кинетической энергии.
Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к
физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II.Повторение. Беседа
1. Что такое импульс?
2. Сформулируйте определение импульса тела?
3. Какая система тел называется замкнутой?
4. Приведите примеры замкнутой системы?
5. Сформулируйте закон сохранения импульса?
6. Как он используется в реактивном движении?
7. Почему для запуска используют многоступенчатые ракеты?
III. Изучение нового материала
Потенциальная энергия - энергия, обусловленная взаимодействием тел.
Потенциальная энергия характеризует не любое взаимодействие тел, а лишь такое, которое описывается
силами, не зависящими от скорости. Такими являются сила тяжести, сила упругости. Работа
рассматриваемых сил не зависит от формы траектории, а определяется лишь ее начальными и конечными
точками.
Силы, которые не зависят от скорости и работа которых на любой замкнутой траектории равна нулю,
называют потенциальными силами.
Потенциальной энергией тела в данном положении называется скалярная физическая величина, равная
работе, совершаемой потенциальной силой при перемещении тела из данного положения в нулевое.
Нулевое положение иначе называют уровнем отсчета потенциальной энергии, или просто нулевым уровнем.
Находясь на некоторой высоте, любое тело обладает потенциальной энергией, каждой высоте соответствует
свое значение Е . Е = mgh
Силы, подобные силам тяжести, работа которых при движении тела по замкнутому контуру равна нулю,
называют консервативными силами.
Работа силы упругости
Построим график F(x)
Под координатой F = kx, выделим на графике маленький участок х, значение силы будем считать
постоянным.
Тогда А = kx равна площади выделенного участка проецируемой площади бесконечно малых прямых. Под
графиком трапеция:
Консервативными являются почти все силы в природе, в том числе силы взаимодействия между атомами и
молекулами. Поэтому установленные закономерности имеют общий характер.
Любая система, предоставленная сама себе, всегда стремится перейти в такое состояние, в котором ее
потенциальная энергия имеет наименьшее значение.
В этом заключается принцип потенциальной энергии.
Решим задачу. Тело массой m совершает по горизонтали равноускоренное Движение под действием трех
сил. Найдем скорость тела V в конце отрезка пути S
В правой - части изменение, которое называется кинетической энергией.
F cos a - FS = Ек -Ек0 = Ек.
В левой части - как силы влияют на изменение кинетической энергии. Сила F2 никак не влияет. Сила Ft
увеличила Е на FS cos а, сила F3 уменьшила - FS (угол 180"), т. к. А = FS cos a.
Изменение кинетической энергии тела равно работе сил, действующих на тело. Полученное выражение
называют теоремой о кинетической энергии (А = Е) - и используют для определения скорости тела. При
торможении тела, например: А=Е -Е, Е -0, т. к. V-0.
Тормозной путь не зависит от массы автомобиля.
IV. Решение задач
На балкон, расположенный на высоте 5 м, бросили с поверхности земли мяч массой 100 г. Во время полета
мяч достиг максимальной высоты 8 м от поверхности Земли. Определить работу силы тяжести при полете
предмета вверх, вниз и на всем пути. Найти результирующие изменения потенциальной энергии.
Домашнее задание
§ 22. Упражнение 18. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Закон сохранения и превращения энергии
Цель: изучить закон сохранения механической энергии. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в
процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. Дайте определение кинетической энергии тела.
2. В каких единицах измеряется кинетическая энергия?
3. Сформулируйте теорему о кинетической энергии.
4. Если равнодействующая сил, приложенных к телу, отлична от нуля, как изменится кинетическая энергия?
5. От каких физических величин зависит тормозной путь автомобиля?
III. Изучение нового материала
Пусть в системе тел действуют силы тяготения
По теореме о кинетической энергии:
Е - Е = Ас . Согласно определению
потенциальной энергии Еполн=Ек+Еп=const
Если силы трения работу не совершают: Ек + Еп = 0 или Е = 0; Еполн =Е +Е .
Механическая энергия тела остается неизменной, если работа сил трения, действующих на тело, равна
нулю.
IV. Решение задач
Тело массой 10 кг свободно падает с высоты 20 м из состояния покоя. Чему равна кинетическая энергия в
момент удара о Землю? В какой точке траектории кинетическая энергия втрое больше потенциальной?
Сопротивлением воздуха пренебречь.
Домашнее задание
§ 23. Упражнение 19. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Колебания математического и пружинного маятников
Цель: дать характеристику свободных колебаний. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в
процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. Что такое период?
2. Что такое амплитуда?
3. Как зависит полная механическая энергия от амплитуды?
III, Новый материал
Демонстрация. Математический маятник. Пружинный маятник.
- Что мы видим с течением времени? Уменьшение амплитуды. Колебания становятся затухающими.
Затухающие колебания - колебания, амплитуда которых уменьшается с течением времени.
- Почему уменьшается амплитуда? Механическое движение сопровождается трением. Оно направлено в
противоположную сторону перемещения маятника, совершает отрицательную работу
При увеличении трения сопротивления движению оказывается столь значительным, что выведенный из
положения маятник, теряя энергию, может не пройти положение равновесия.
Подобное движение называется апериодичным (применяется в специальном устройстве для гашения
колебаний кузова автомобиля; амортизатор).
Пусть на пружинный маятник действует сила Fo постоянная, направленная вдоль оси х. При растяжении
пружины сила упругости компенсирует эту силу F =k xol
Статическое смещение - изменение положения равновесия колебательной системы под действием
постоянной силы.
Измеряя статическое смещение пружины с известной жесткостью, можно
определить массу тела, подвешенного на пружине.
Лабораторная работа «Изучение свободных колебаний
Цель работы: исследование влияния силы трения и амплитуды на период свободных колебаний.
Оборудование: прочная нить, небольшой грузик, часы.
Ход работы
Подвесьте груз на двух нитях длиной около метра. Отклоните нить от вертикали на угол приблизительно 2030°. Определите число колебаний и время, за которое амплитуда уменьшится в некоторое число раз,
например в 2 раза.
Повторите эксперимент, отклонив первоначально маятник на расстояние Хmах, а снова определите число
колебаний и время уменьшения амплитуды в 2 раза. Результаты измерений запишите. Удалось ли вам
обнаружить зависимость времени одного колебания от амплитуды?
Укрепите на двух нитях с помощью скрепок лист бумаги площадью 1-2 дм2. Проделайте аналогичную
серию опытов. Удалось ли вам обнаружить во второй серии опытов зависимость времени одного колебания
от амплитуды? Удалось ли вам обнаружить влияние сопротивления на время одного колебания?
Опыты, аналогичные тем, которые вы провели, и теоретический анализ свободных колебаний показывают
следующее.
A. Время одного колебания при достаточно малых амплитудах не зависит от амплитуды.
Это время называется условным периодом .
(Слово «условный» используется для того, чтобы подчеркнуть, что через время Т тело не возвращается в
прежнее состояние.)
Б. Степень затухания характеризуется величиной т («тау»), которая называется временем релаксации. Время
релаксации т - время, за которое амплитуда колебаний убывает в е = 2,7 раз.
B. Время релаксации позволяет определить коэффициент сопротивления в формуле для силы
сопротивления: F =-3V.
Именно: 5-2m,
где m - масса колеблющегося тела.
Домашнее задание
§ 27. Упражнение 22. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.
Цель: сформулировать понятие резонанс, отрицательные воздействия резонанса. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. Приведите примеры колебаний.
2. Приведите примеры апериодического движения.
4. При каком условии они возникают?
5. Что такое математический маятник?
III. Изучение нового материала
Наряду со свободными колебаниями, происходящими под действием внутренних сил, в системе возможны
колебания, вызванные периодической внешней силой. Вынужденные колебания происходят под действием
внешней периодической силы. Пусть тело совершает колебания под действием периодической силы:
Координата изменяется по закону х = A cos wt.
Найдем амплитуду вынужденных колебаний маятника пружинного по II закону Ньютона: max - m w2 A cos
wt kx + Fo cos wt; at - -w2 A cos wt; - k A cos wt + F cos wt; k - mw.
Из этого следует, что амплитуда колебаний зависит от частоты вынуждающей силы. Если частота
вынуждающей силы меньше частоты собственных колебаний w < wn, то при увеличении частоты w разность
(wc2 - w2) уменьшается. При частоте w < w0 амплитуда вынужденных колебаний увеличивается с ростом
частоты.
Амплитуда вынужденных колебаний обратно пропорциональна квадрату частоты w, амплитуда
вынужденных колебаний убывает с ростом частоты.
Демонстрация резонанса маятников. Если частота вынуждающих сил приблизительно равна частоте
собственных колебаний, то знаменатель стремится к нулю. В этом случае амплитуда колебаний резко
возрастает.
Резонанс - резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты внешней силы с
частотой собственных колебаний системы.
При резонансе внешняя сила действует синхронно со свободными колебаниями системы.
Многие физические объекты, обладая определенной упругостью, могут совершать собственные колебания.
Поэтому внешнее периодическое воздействие на них может оказаться резонансным. Изучение явления
резонанса позволяет избежать отрицательных последствий этих воздействий, и использовать энергетические
ресурсы резонансных процессов.
Хорошо известно, что для прекращения расплескивания воды в ведре необходимо изменить темп ходьбы.
При этом изменяется частота внешней силы.
При землетрясениях разрушаются здания одинаковой высоты, так как их собственная частота колебаний
определяется высотой и совпадает с частотой колебания почвы.
Явление резонанса позволяет с помощью сравнительно малой силы получить значительное увеличение
амплитуды колебаний (используется в горнодобывающей промышленности.) III, Закрепление изученного
1. Что называется резонансом?
2. Каково условие резонанса?
3. Начертите резонансные кривые.
4. Приведите примеры вредного и полезного проявления резонанса.
Домашнее задание
§ 28. Упражнение 23. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Волновое движение.
Цели: познакомить учащихся с условиями возникновения волн и их видами; показать значение волн в
жизни человека. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности,
воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Анализ контрольной работы
III. Изучение нового материала
Демонстрация. Поперечные волны в шнуре, продольная и поперечная волна на модели, волны на
поверхности воды.
Основной физической моделью вещества является совокупность движущихся и взаимодействующих между
собой атомов молекул.
Рассмотрим волновой процесс, т. е. распространение колебаний. Передача колебаний обусловлена тем, что
смежные участки среды связаны между собой. Эта связь может быть обусловлена силой упругости,
возникшей в результате деформации среды при ее колебаниях.
В результате колебание, вызванное каким-либо образом в одном месте, влечет за собой последовательное
возникновение колебаний в других местах, все более и более удаленных от первоначального, и получается
волна.
Механические волны имеют огромное значение в жизни человека. Распространение звуковых колебаний
объясняется упругостью воздуха, благодаря этому мы слышим. Круги, разбегающиеся от камня,
брошенного в воду, огромные океанские волны - это механические волны. Колебания в земной коре сейсмические волны. При распространении волны происходит передвижение формы, но не перенос
вещества, в котором распространяются волны. В зависимости от того, в каком направлении частицы
совершают колебания по отношению к направлению перемещения волны, различают продольные и
поперечные волны.
В продольной волне частицы совершают колебания в направлении, совпадающем с перемещением волны.
Такие волны возникают в результате сжатия-растяжения. Они распространяются в газах, жидкостях и
твердых телах.
В поперечной волне частицы совпадают колебанием в плоскостях, перпендикулярных направлению
перемещения волны. Такие волны - результат деформации сдвига. Распространяются лишь в твердых телах.
При распространении волны происходит передача движения от одного участка тела к другому. С передачей
движения волной связана передача энергии без переноса вещества. Например: в шнуре энергия слагается из
кинетической энергии движения участков шнура и потенциальной энергии его упругой деформации.
IV. Закрепление изученного
1. Какие волны называются поперечными?
2. Что называется волной?
3. Какие волны называются продольными?
4. Происходит ли в бегущей волне перенос вещества?
5. В каких средах распространяются продольные и поперечные волны?
Домашнее задание
§ 30. Упражнение 25. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Звук. Характеристики звука
Цель: сформировать понятие звуковой волны. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе
умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
1. Назовите два фундаментальных способа передачи энергии и импульса в пространстве.
2. Какой процесс называется волновым?
3. Назовите условие распространения механической волны.
4. Объясните процесс возникновения и распространения продольной волны в твердом теле и газе.
5. Какая волна называется поперечной?
6. В чем отличие отраженной поперечной волны в шнуре с закрепленным и незакрепленным концами?
III. Изучение нового материала
Эксперимент 1
Возьмите крепкую бечевку (60 см) и привяжите к ней посередине металлическую ложку. Конец бечевки
привяжите к указательным пальцам. Оба конца должны иметь одинаковую длину. Заткните уши
пальчиками. Наклонитесь вперед, чтобы ложка свободно повисла и столкнулась с краем стола. Послышится
звук, напоминающий звон.
- Почему? Ударяясь о стол, металл начинает колебаться. Эти колебания по бечевке передаются ушам. Мы
слышим потому, что наши уши воспринимают различные колебания. Чтобы издавать звук, предмет должен
колебаться. Колебания от него передаются воздуху и распространяются в нем. Колеблющиеся молекулы
воздуха ударяются о барабанную перепонку, из-за этого она тоже колеблется. Эти колебания идут дальше
через костную ткань и жидкость в ухе, пока не доходят до слухового нерва, а он посылает сигнал в мозг.
Эксперимент 2
В колокол помещают электрический звонок. И включают. Слышен звук. Начинаем выкачивать воздух, по
мере разряжения воздуха громкость становится меньше, пока совсем не становится неслышной.
- Почему? Отсутствует среда, в которой распространяются колебания.
Вывод: звук может распространяться в газах, жидкостях и твердых телах.
Звук обусловлен механическими колебаниями в упругой среде и телах (твердых, жидких и газообразных),
частоты которых лежат в диапазоне от 16 до 20 000 Гц и которые способно воспринимать человеческое ухо.
Раздел физики, изучающий звук, - акустика. Любое тело (твердое, жидкое или газообразное), колеблющееся
со звуковой частотой, создает в окружающей среде звук.
Эксперимент 3
Переливание воды из одного сосуда в другой. Удар молотка по наковальне.
Чаще всего звуковые волны достигают наших ушей по воздуху. Но звук распространяется в воде и твердых
телах. Нырнув с головой во время купания, можно услышать звук от удара двух камней, производимого на
большом расстоянии.
Хорошо проводит звук земля.
Звуковая волна представляет собой последовательность сжатий и разряжений упругой среды,
распространяющуюся с определенной скоростью. Это волна продольная.
Сжатие и разряжение воздуха вызывает колебания давления относительно среднего атмосферного давления
Громкости звука соответствует изменение давления Dr на несколько десятков Паскалей.
Ухо человека воспринимает Dr - 10~5 Па. Ухо весьма чувствительный прибор, наиболее чувствителен к
колебаниям с частотой около 3500 Гц.
Звуковая волна подобно другим волнам распространяется с конечной скоростью Если гроза далеко, то
запаздывание грома достигает нескольких секунд.
Скорость звука в воздухе при 0 °С равна 331 м/с; в воде при 8 "С - 1455 м/с; в стали при 15 °С - 4980 м/с.
Физические характеристики звука
1. Звуковое давление, оказываемое звуковой волной на стоящее перед ней препятствие.
2. Спектр звука - разложение сложной звуковой волны на составляющие ее частоты.
3. Интенсивность звуковой волны.
4. Громкость.
Громкость звука, как и высота, связана с ощущением, возникающим в сознании человека, а также с
интенсивностью волны.
Человеческое ухо способно воспринимать звуки интенсивностью от 10-12 (порог слышимости) до 1 Вт/м2
(порог болевого ощущения).
Громкость не является прямо пропорциональной величиной интенсивности. Уровень громкости выражается
в белах:
5. Высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота, тем выше звук.
6. Тембр звука позволяет различать два звука одинаковой высоты и громкости, издаваемых различными
инструментами. Он зависит от спектрального состава.
IV. Закрепление изученного
1. Что представляют собой звуковые волны?
2. Что является источником звука?
3. Каковы частота и длина звуковых волн, воспринимаемые человеком?
4. Как называются такие звуковые волны?
Домашнее задание
§ 31-32. Упражнение 26. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Тепловое излучение. Абсолютно черное тело.
Цель: познакомить учащихся с видами излучений. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в
процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Изучение нового материала
Свет - это электромагнитные волны с длиной волны 4-107 м и 8107 м. Электромагнитные волны излучаются
при условии ускоренного движения частиц. Эти заряженные частицы входят в состав атомов, из которых
состоит вещество. Внутри атома нет света. Для того чтобы атом начал излучать, ему необходимо передать
энергию. Излучая, атом теряет полученную энергию и для свечения вещества необходим приток энергии к
атомам извне.
Тепловое излучение
При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии
превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет (Солнце, лампа накаливания,
пламя и др.).
Электролюм инесценция
При разряде в газе электрическое поле увеличивает Е электронов. Быстрые электроны возбуждают атомы в
результате неупругого соударения с ними. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн
(трубки для рекламных надписей, северное сияние и другие).
Катодолюминесценция
Свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой этих тел электронами (электронно-лучевые трубки
телевизоров).
Хемилюминесценция
Электроны возбуждаются от химических реакций (светлячки и другие живые организмы, бактерии,
насекомые, многие рыбы).
Фотолюминесценция
Падающий на вещество свет возбуждает атомы вещества, после чего они излучают свет (светящиеся
краски).
Эксперимент 7
Изготовление борного люминофора. В воде растворяют хвойный концентрат. На пластинку из металла
насыпают чайную ложку борной кислоты. В нее вводят раствор хвойного концентрата, пока раствор не
превратится в кашицу. Затем пластинку нагревают на электрической плитке, при этом вода испаряется.
Состав нагревают до плавления. После остывания люминофор готов.
Эксперимент 2
Флуоресцирующие жидкости.
Стеклянную кювету наполнить чистой водой и посмотреть на нее сбоку - луч в воде не виден. Если воду
заменить керосином, то внутри кюветы просматривается синевато-белесая полоса. Причина -флуоресценция
керосина. Это можно наблюдать в шампуне «Яблочный» и «Сосна».
Зависимость излучения накаленных тел от температуры
Излучение накаленных тел очень сильно зависит от температуры. С повышением температуры общее
количество излучаемой энергии заметно увеличивается, но наиболее быстро нарастает интенсивность
видимых лучей.
III. Закрепление изученного
- В чем проявляется тепловое действие света?
- Что называется люминесценцией?
- Дайте объяснение двум видам люминесценции - флуоресценции и фосфоресценции.
IV. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 47 Упражнение 37. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Гипотеза Планка о световых квантах. Формула Планка.
Цель: ознакомить с новым разделом квантовой физики. Сформулировать гипотезу Планка. Побуждать
учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Изучение нового материала
В конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики завершилось по следующим причинам:
1. Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения.
2. Разработана молекулярно-кинетическая теория.
3. Подведен прочный фундамент под термодинамику.
4. Завершена максвелловская теория электромагнетизма.
5. Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса, массы и
электрического заряда).
В конце XIX - начале XX вв. открыты:
В. Рентгеном - Х-лучи;
А. Беккерелем - явление радиоактивности;
Дж. Томсоном - электрон.
Однако классическая физика не сумела объяснить эти явления.
Теория относительности А. Эйнштейна потребовала коренного пересмотра понятий пространства и
времени. Специальные опыты доказали справедливость гипотезы Д. Максвелла об электромагнитной
природе света. Можно было предположить, что излучение электромагнитных волн нагретыми телами
обусловлено колебательным движением электронов. Но это предположение нужно было подтвердить
сопоставлением теоретических и экспериментальных данных.
Для теоретического рассмотрения законов излучений использовали модель абсолютно черного тела, т. е.
тела, полностью поглощающего электромагнитные волны любой длины. Австрийские физики И. Стефан и
Л. Больцман экспериментально установили, что полная энергия, излучаемая за 1 с абсолютно черным телом
с единицы поверхности пропорциональная четвертой степени абсолютной температуры:
Е = оТ\
Закон был назван законом Стефана-Больцмана. Он позволил вычислить энергию излучения абсолютно
черного тела по известной температуре. По заданным значениям температуры интенсивность излучения
черного тела максимальна и соответствует определенному значению длины волны.
Немецкий физик В. Вин обнаружил, что при изменении температуры длина волны, на которую приходится
Используя законы термодинамики В. Вин получил закон распределения энергии в спектре черного тела,
который совпадает с экспериментальными результатами.
Английский физик Дж. Рэлей сделал попытку более строгого теоретического вывода закона распределения
энергии. Его закон приводит к хорошему совпадению с опытами в области малых частей. По этому закону
интенсивность излучения должна возрастать на ~v2. Следовательно, в тепловом излучении должно быть
много ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, чего на опыте не наблюдалось. Затруднения в
согласовании теории и результатов эксперимента получили название ультрафиолетовой катастрофы.
Законы, полученные Максвеллом, оказались не в состоянии объяснить форму кривой распределения
интенсивности в спектре абсолютно черного тела.
В самом конце прошлого века Макс Планк (1858-1947), как и многие до него, искал универсальную
формулу для спектральной функции абсолютно черного тела. Ему повезло больше, чем другим - вначале он
ее просто угадал, хотя появилась она не вдруг: два года напряженных размышлений потребовались Планку,
чтобы объединить в одной формуле разрозненные куски единой картины явления теплового излучения.
19 октября 1900 г. происходило очередное заседание Немецкого физического общества, на котором
экспериментаторы Генрих Рубенс (1885-1922) и Фердинанд Курлбаум (1857-1927) докладывали о новых,
более точных измерениях спектра абсолютно черного тела. После доклада состоялась дискуссия, в ходе
которой экспериментаторы сетовали на то, что ни одна теория не может объяснить их результаты. Планк
предложил воспользоваться своей формулой. В ту же ночь Рубенс сравнил свои измерения с формулой
Планка и убедился, что она правильно, до мельчайших подробностей, описывает спектр абсолютно черного
тела. На утро он сообщил это коллеге и близкому Другу Планку и поздравил его с успехом.
Однако План был теоретик и потому ценил не только окончательные результаты теорий, но и внутреннее их
совершенство. К тому же он и не знал, что открыл новый закон природы, и верил, что его можно вывести из
ранее известных. Поэтому он стремился теоретически обосновать закон излучения, исходя из простых
посылок кинетической теории материи и термодинамики. Последовали два месяца непрерывной работы и
предельного напряжения сил. Ему это удалось. Но какой ценой! В процессе вычислений он предположил,
что энергия испускается порциями (или квантами), которые определяются формулой:
E = hv,
где v- частота излучения; h - постоянная Планка.
III. Закрепление изученного
- Как согласно гипотезе Планка абсолютно черное тело излучает энергию?
- Согласно электродинамике Максвелла нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения
электромагнитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля. Так ли это в действительности?
- За счет чего получена теория теплового излучения Планка в применении к макроскопическим системам?
- Что происходит с максимумом интенсивности излучения при увеличении температуры нагретого тела?
- Какие явления изучает квантовая физика?
IV, Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 48 Упражнение 37. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Явление фотоэффекта. Объяснения явления фотоэффекта.
Формула Эйнштейна. Применение фотоэффекта.
Цель: рассмотреть явление фотоэффекта и выяснить основные его законы. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение
- Как изменится частота измерения, если энергию кванта увеличить в 2 раза?
- Какие из физических явлений не смогла объяснить классическая физика?
- Как испускают энергию атомы согласно гипотезе Планка?
- Как излучает энергию нагретое тело согласно теории Максвелла?
- Все ли тела излучают энергию?
- Запишите формулу энергии М. Планка?
- Чему равна постоянная Планка?
III. Изучение нового материала
Эксперимент 1
Цинковая пластинка соединена с электродом и освещается электрической дугой без стеклянной оптики.
Цинковую пластину заряжают один раз отрицательным зарядом, а другой раз потенциально. В первом
случае электрометр разряжается, во втором - нет.
Опыт с отрицательно заряженной цинковой пластинкой повторяют. Но пучок света перекрывают
непрозрачным экраном, а затем убирают, эффект обнаруживается при освещении практически сразу (через
10~9с).
Эксперимент с отрицательно заряженными пластинками других металлов. По времени разряда электрометра
до нуля делают вывод о скорости разряда пластин.
Эксперимент 2
Повторяют опыт с отрицательно амальгамированной пластинкой, установленной один раз на расстоянии 1 м
от источника света, а другой - на расстоянии вдвое меньше. Скорость разряда электрометра увеличивается.
Эксперимент с отрицательно заряженными пластинками цинка и меди. Экраном из органического стекла
перекрывают источник ультрафиолетового излучения. На цинке фотоэффект есть, на меди - нет.
Выводы: фотоэффект состоит из вырывания электронов из поверхности металла при его освещении.
Электрическое поле отрицательно заряженной пластинки металла способствует уносу эмитированных
электронов с поверхности металла, а электрическое поле положительно заряженной пластинки возвращает
электроны в металл. Данное явление практически безынерционно. Интенсивность фотоэффекта зависит от
рода металла, величины светового потока и спектрального состава излучения.
Влияние знака электрического заряда пластинки на фотоэлектрон
Волновая теория
Освобождение электронов с поверхности металла не является механическим эффектом. При падении
электромагнитной волны на поверхность металла переменное электрическое поле вызывает колебания
свободных электронов в металлах: их кинетическая энергия возрастает. При большой интенсивности
электромагнитного излучения, а значит, напряженности Е электрического поля, кинетическая энергия
электрона может достичь величины, достаточной для того, чтобы преодолеть силы притяжения к металлу и
покинуть его. Однако опыты показывают, что фотоэффект наступает даже при малых интенсивностях света.
Это не может быть объяснено на основе волновой теории.
Квантовая картина
При поглощении фотона энергия фотона E = hv передается
свободному электрону. Она расходуется на освобождение электрона из металла - на работу выхода и на
сообщении ему кинетической энергии.
При этом энергия фотона передается электрону в металле только целиком, а сам фотон перестает
существовать.
Сегодня внешним фотоэффектом мы называем явление, когда под действием электромагнитного излучения
вещество испускает электроны. Начало этому открытию было положено еще в 1887 г., когда Генрих Герц,
занимаясь опытами с электромагнитными волнами, заметил, что если осветить цинковую пластину
ультрафиолетовым светом, то она зарядится.
Количественная закономерность фотоэффекта была установлена А. Г. Столетовым.
Первый закон
Фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на металл:
где v- коэффициент пропорциональности, называемый фоточувствительностью вещества.
Следовательно, число электронов, выбиваемых за 1 с из вещества, пропорционально интенсивности света,
падающего на это вещество.
Второй закон
Изменяя условия освещенности А. Г. Столетов установил, что кинетическая энергия фотоэлектронов не
зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.
Если к освещенному электроду подключить положительный полюс батареи, то при некотором напряжении
фототок прекращается. Это явление не зависит от величины светового потока. Используя закон сохранения
энергии:1/2mv2=eU3,
где е - заряд; т - масса электрона; и - скорость электрона; U3 -запирающее напряжение, - устанавливают, что
если частоту лучей, которыми облучают электрод, увеличить, то U3 > U3 , поэтому
Следовательно, v2>vx.
Таким образом, кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света.
Третий закон
Заменяя в приборе материал фотокатода, Столетов установил третий закон фотоэффекта.
Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. существует наименьшая частота vmin,
при которой еще возможен фотоэффект.
При v < vmm - ни при какой интенсивности волны падающего света на фотокатод фотоэффект не произойдет.
Четвертый закон
Фотоэффект практически безынерционен.
А. Эйнштейн, развив идею Планка (1905 г.), показал, что законы фотоэффекта могу] быть объяснены при
помощи квантовой теории.
Явление фотоэффекта экспериментально доказывает, что свет имеет прерывистую структуру.
Излученная порция E-hv сохраняет свою индивидуальность и
поглощается веществом только целиком. На основании закона сохранения энергии:
Шестнадцать лет спустя классическую простоту уравнения Эйнштейна Шведская академия наук отметила
Нобелевской премией. Но в 1905 г. когда уравнение было написано впервые, на него ополчились все, даже
Планк.
А. Эйнштейн поступил так, как будто до него вообще не существовало физики, или, по крайней мере, как
человек, ничего не знающий об истинной природе света. Здесь сказалась замечательная особенность
Эйнштейна: в совершенстве владея логикой, он больше доверял интуиции и фактам, причем случайных
фактов в физике для него не существовало. Поэтому в явлении фотоэффекта он видел не досадное
исключение из правил волновой оптики, а сигнал природы о существовании еще неизвестных, но глубоких
законов. Так уж случилось, что исторически сначала были изучены волновые свойства света. Только в
явлении фотоэффекта физики впервые столкнулись с его корпускулярными свойствами. У большинства из
них инерция мышления была настолько велика, что они отказывались верить.
IV, Закрепление изученного материала
- В чем состоит явление фотоэффекта?
- Когда и кем было открыто явление фотоэффекта?
- Нарисуйте схему установки опыта Герца и объясните, в чем суть опыта.
- Объясните опыты А. Г. Столетова.
IV, Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 49. 50. Упражнение 38. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Рентгеновские лучи
Цель: познакомить учащихся с рентгеновскими лучами, показать их практическое применение. Побуждать
учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I.Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
- В чем состоит явление фотоэффекта?
- Когда и кем было открыто явление фотоэффекта?
- Нарисуйте схему установки опыта Герца и объясните, в чем суть опыта.
- Объясните опыты А. Г. Столетова.
III. Изучение нового материала
В 1901 г. Нобелевский комитет Шведской академии наук избрал Рентгена первым лауреатом Нобелевской
премии. Именно с работы Рентгена началась цепь блистательных открытий, которую Резерфорд назвал
героическим периодом в истории физики, плоды которого мы сейчас пожинаем.
Ко времени открытия Рентгену было 50 лет. Он вел размеренную жизнь немецкого профессора, отличался
строгостью суждений и независимостью взглядов. Он был учеником Рудольфа Клаузиуса, а также
известного физика-экспериментатора Августа Адольфа Кундта, школу которого прошли также знаменитые
русские физики -Петр Николаевич Лебедев и Борис Борисович Голицын.
К 1895 г. Рентген был автором 50 научных работ, а его экспериментаторский талант был общепризнан.
Во времена Рентгена знаменитая трубка Гейсмера была известна уже более 40 лет, с ней работали самые
выдающиеся физики XIX столетия, и все же природа катодных лучей оставалась невыясненной. Рентген
также не оставался к ней равнодушен и проводил опыты. Как и сотни исследователей, наблюдал красивое
желто-зеленое свечение, которое возникало в месте падения катодных лучей на стенку трубы, отклонение
этого пятна под действием магнитного поля и т. д.
Так продолжалось до вечера 8 ноября 1895 г., когда Рентген вдруг заметил свечение полоски бумаги,
покрытой флуоресцирующей солью бария, которая лежала в стороне от работающей трубки Крукса. Более
того, трубка была в это время закрыта непрозрачным картонным футляром. Рентген не оставил без
внимания это случайное наблюдение: он был достаточно зрелым и опытным исследователем, чтобы сразу
понять значение своего открытия.
. IV. Закрепление изученного материала
- При каких условиях возникают рентгеновские лучи
- На каком явлении основан принцип работы рентгеновской трубки
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 51. Упражнение 40. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Явления, подтверждающее сложное строение атома.
Радиоактивность. Опыты Резерфорда по рассеиванию a–
частиц. Состав атомного ядра.
Цель: познакомить учащихся с ядерной моделью атома. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в
процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Изучение нового материала
Гипотеза о том, что все вещества состоят из большого числа атомов, зародилась свыше двух тысячелетий
тому назад. Сторонники атомической теории рассматривали атом как мельчайшую неделимую частицу и
считали, что все многообразие мира есть не что иное, как сочетание неизменных частиц - атомов. Позиция
Демокрита: «Существует предел деления - атом». Позиция Аристотеля: «Делимость вещества
бесконечна».
Конкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах
вещества. Открыли электрон, измерили его массу и заряд. Мысль об электронном строении атома, впервые
высказанную В. Вебером в 1896 году, развил Л. Лоренц. Именно он создал электронную теорию; электроны
входят в состав атома.
В начале века в физике бытовали самые разные и часто фантастические представления о строении атома.
Например, ректор Мюнхенского университета Фердинанд Линдеман в 1905 г. утверждал, что «атом
кислорода имеет форму кольца, а атом серы - форму лепешки». Продолжала жить и теория «вихревого
атома» лорда Кельвина, согласно которой, атом устроен подобно кольцам дыма, выпускаемым изо рта
опытным курильщиком.
Опираясь на открытия, Дж. Томсон в 1898 г. предложил модель атома в виде положительно заряженного
шара радиусом 1(Г10 м, в котором' «плавают» электроны, нейтрализующие положительный заряд.
Большинство физиков склонялось, что прав Дж. Томсон.
Однако в физике уже более 200 лет принято правило: окончательный выбор между гипотезами вправе
сделать только опыт. Такой опыт поставил в 1909 г. Эрнест Резерфорд (1871-1937) со своими сотрудниками.
Пропуская пучок а-частиц (заряд +2е, масса 6,64-1 (Г27 кг) через тонкую золотую фольгу, Э. Резерфорд
обнаружил, что какая-то из частиц отклоняется на довольно значительный угол от своего первоначального
направления, а небольшая часть а-частиц отражается от фольги. Но, согласно модели атома Томсона, эти ачастицы при взаимодействии с атомами фольги должны отклоняться на малые углы, порядка 2°. Однако
несложный расчет показывает: чтобы объяснить даже такие небольшие отклонения, нужно допустить, что в
атомах фольги может возникать огромное электрическое поле напряженностью свыше 200 кВ/см. В
полиэтиленовом шаре Томсона таких напряжений быть не может. Столкновения с электронами тоже не в
счет. Ведь по сравнению с ними, tr-частица, летящая со скоростью 20 км/с, все равно, что пушечное ядро с
горошиной.
В поисках разгадки Резерфорд предложил Гейгеру и Марсдену проверить: «а не могут ли а-частицы
отскакивать от фольги назад».
Прошло два года. За это время Гейгер и Марсден сосчитали более миллиона сцинтилляций и доказали, что
назад отражается примерно одна а-частица из 8 тысяч.
Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытом. Обобщая результаты своих
опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:
1. Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома.
2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.
3. Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему атома.
Расчеты показали, что а-частицы, которые взаимодействуют с электронами в веществе, почти не
отклоняются. Только некоторые а-частицы проходят вблизи ядра и испытывают резкие отклонения.
Сообщение Резерфорда физики приняли сдержанно. Сам он в течение двух лет также не очень сильно
настаивал на своей модели, хотя и был уверен в безошибочности опытов, которые к ней привели. Причина
была следующая.
Если верить электродинамике, такая система существовать не может, поскольку электрон, вращающийся по
ее законам, неизбежно и очень скоро упадет на ядро. Приходилось выбирать: либо электродинамика, либо
планетарная модель атома. Физики молча выбрали первое. Молча, потому что нельзя было ни забыть, ни
опровергнуть опыты Резерфорда. Физика атома зашла в тупик.
III. Закрепление материала
- В чем заключается сущность модели Томсона?
- Начертите и объясните схему опыта Резерфорда по рассеиванию а-частиц. Что наблюдаем в этом опыте?
- Объясните причину рассеивания а-частиц атомами вещества?
- В чем сущность планетарной модели атома?
IV. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 52-53. Упражнение 42. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Спектры испускания и поглощения атомов.
Цель: показать практическую значимость спектрального анализа. Побуждать учащихся к преодолению
трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания.
- В чем заключается сущность модели Томсона?
- Начертите и объясните схему опыта Резерфорда по рассеиванию а-частиц. Что наблюдаем в этом
опыте?
- Объясните причину рассеивания а-частиц атомами вещества?
- В чем сущность планетарной модели атома?
III. Изучение нового материала
Слово «спектр» в физику ввел Ньютон, использовавший его в своих научных трудах. В переводе с
классической латыни слово «спектр» означает «дух», «приведение», что довольно точно отражает суть
явления - возникновение праздничной радуги при прохождении бесцветного солнечного света через
прозрачную призму.
Все источники не дают свет строго определенной длины волны. Распределение излучения по частотам
характеризуется спектральной плотностью интенсивности излучения.
Типы спектров
Спектры испускания
Совокупность частот (или длин волн), которые содержатся в излучении какого-либо вещества, называют
спектром испускания. Они бывают трех видов.
Сплошной - это спектр, содержащий все длины волны определенного диапазона от красного с ук = 7,6 107 и
до фиолетового
уф = 4-1011 м. Сплошной спектр излучают нагретые твердые и жидкие вещества, газы, нагретые под
большим давлением.
Линейчатый - это спектр, испускаемый газами, парами малой плотности в атомарном состоянии. Состоит из
отдельных линий разного или одного цвета, имеющих разные расположения. Каждый атом излучает набор
электромагнитных волн определенных частот. Поэтому каждый химический элемент имеет свой спектр.
Полосатый - это спектр, который испускается газом в молекулярном состоянии.
Линейчатые и полосатые спектры можно получить путем нагрева вещества или пропускания электрического
тока.
Спектры поглощения
Спектры поглощения получают, пропуская свет от источника, дающего сплошной спектр, через вещество,
атомы которого находятся в невозбужденном состоянии.
Спектр поглощения - это совокупность частот, поглощаемых данным веществом. Согласно закону
Кирхгофа, вещество поглощает те линии спектра, которые и испускает, являясь источником света.
Открытие спектрального анализа вызвало живой интерес даже у публики, далекой от науки, что по тем
временам случалось весьма не часто. Как всегда в таких случаях, досужие любители отыскали множество
других ученых, которые якобы все сделали задолго до Кирхгофа и Бунзена. В отличие от множества своих
предшественников, Кирхгоф и Бунзен сразу же поняли значение своего открытия.
Они впервые отчетливо уяснили себе (и убедили в этом других), что спектральные линии - это
характеристика атомов вещества.
После открытия Кирхгофа и Бунзена 18 августа 1868 г. французский астроном Пьер-Жюль-Сезар Жансен
(1824-1907) во время солнечного затмения в Индии наблюдал в спектре солнечной короны желтую линию
неизвестной природы. Два месяца спустя английский физик Джозеф Норманн Локьер (1836-1920) научился
наблюдать корону Солнца не дожидаясь солнечных затмений и при этом обнаружил в ее спектре ту же
желтую линию. Неизвестный элемент, который его испускал, он назвал гелием, т. е. солнечным элементом.
Оба ученых написали о своем открытии письма во Французскую академию наук, оба письма пришли
одновременно и были зачитаны на заседании Академии 26 октября 1868 г. Такое совпадение поразило
академиков, и они решили в честь этого события выбить памятную золотую медаль - с одной стороны
профиль Жансена и Локьера, с другой - бог Апполон на колеснице и надпись: «Анализ солнечных
протуберанцев».
На Земле гелий был открыт в 1895 г. Уильямом Рамзаем в минералах тория.
Исследования спектров испускания и поглощения позволяет установить качественный состав вещества.
Количественное содержание элемента в соединении определяется путем измерения яркости спектральных
линий.
Метод определения качественного и количественного состава вещества по его спектру называется
спектральным анализом. Зная длины волн, испускаемых различными парами, можно установить наличие тех
или иных элементов вещества. Этот метод очень чувствительный. Можно обнаружить элемент, масса
которого не превышает 10~10 г. Спектральный анализ сыграл большую роль в науке. С его помощью был
изучен состав звезд.
Благодаря сравнительной простоте и универсальности, спектральный анализ является основным методом
контроля состава вещества в металлургии и машиностроении. С помощью спектрального анализа
определяют химический состав руд и минералов. Спектральный анализ можно проводить как по спектрам
поглощения, так и по спектрам испускания. Состав сложных смесей анализируется по молекулярному
спектру.
IV. Закрепление изученного материала
- Линейчатые спектры излучения дают возбужденные атомы, которые не взаимодействуют между собой.
Какие тела имеют линейчатый спектр излучения? (Сильно разряженные газы и ненасыщенные пары.)
- Какой спектр дают раскаленные добела металлы, расплавленный металл? (Сплошной.)
- Какой спектр можно наблюдать с помощью спектроскопа от раскаленной спирали электрической
лампы? (Сплошной.)
- В какой агрегатном состоянии в лабораториях спектрального анализа исследуют любое вещество для
определения его элементарного состава? (В газообразном.)
- Почему в спектре поглощения одного и того же химического элемента темные линии точно
расположены в местах цветных линий линейчатого спектра излучения? (Атомы каждого химического
элемента поглощают только те лучи спектра, которые они сами излучают.)
- Что определяется по линиям поглощения солнечного спектра? (Химический состав атмосферы Солнца.)
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 54. вопросы для самоконтроля из учебника
Ядерные силы, ядерное взаимодействие. Единицы
измерения в ядерной физике. Дефект масс.
Цель: познакомить учащихся с понятием ядерной реакции, дефекта масс, энергией связи. Побуждать
учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания. Повторение
- В чем заключается сущность модели Томсона?
- Начертите и объясните схему опыта Резерфорда по рассеиванию а-частиц. Что наблюдаем в этом опыте?
- Объясните причину рассеивания а-частиц атомами вещества?
- В чем сущность планетарной модели атома?
III. Проведение самостоятельной работы
1. Какой заряд имеют а-частица, β-частица?
а) β-частица - отрицательный; α-частица - положительный;
б) а- и β-частицы - положительный;
в) а-частица - положительный, β-частица - отрицательный.
2. а-излучение - это:
а) поток электронов;
б) поток ядер атомов гелия;
в) излучение квантовой энергии.
3. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада?
IV. Изучение нового материала
Гипотеза о том, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, подтверждалась многими
экспериментами. Это свидетельствует о справедливости протонно-нейтронной модели строения ядра.
Но почему ядра не распадаются на отдельные нуклоны под действием сил электростатического
отталкивания между положительно заряженными протонами?
Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электромагнитные. Это самые мощные силы из всех,
которыми располагает природа. Поэтому взаимодействия ядерных частиц часто называют сильными
взаимодействиями.
Силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в ядре, называются ядерными силами.
Свойства ядерных сил:
- являются только силами притяжения;
- во много раз больше кулоновских сил;
- не зависят от наличия заряда;
- короткодействующие: заметны на » 2,2-10 15 м;
- взаимодействуют с ограниченным числом нуклонов;
- не являются центральными.
Важную роль во всей ядерной физике играет понятие энергии связи ядра. Энергия связи позволяет
объяснить устойчивость ядер, выяснить, какие процессы ведут к выделению ядерной энергии.
Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на
отдельные частицы. На основании закона сохранения энергии можно также утверждать, что энергия связи
равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.
Энергия связи атомных ядер- очень велика. Например, образование 4 г гелия сопровождается выделением
такой же энергии, что и сгорания 1,5-2 вагонов каменного угля.
Наиболее простой путь нахождения этой энергии основан на применении закона о взаимосвязи массы и
энергии:Е =тс2.
Масса покоя ядра Мя всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов:
т. е. существует дефект масс.
Энергия связи ядра:ЕСВ = тс2 = (zm +Nm -Мя\с.)
Ядерными реакциями называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными
частицами или друг с другом. Первая ядерная реакция на быстрых протонах была осуществлена в 1932 г.
Удалось расщепить литий на две частицы:
V. Закрепление материала
- Какие силы действуют между нуклонами в атомном ядре?
- Проявлением какого вида фундаментальных взаимодействий
являются эти силы?
- Какими свойствами обладают ядерные силы притяжения?
- Что называют энергией связи атомного ядра?
- Что называют дефектом массы?
- Напишите формулу дефекта массы.
- Что называют ядерными реакциями?
VII. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 55-56. Упражнение 43. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Закон радиоактивного распада. Деление массивных ядер. Цепная ядерная реакция.
Цель: изучить закон радиоактивного распада. Сформировать у учащихся представление о делении ядра
урана. Рассказать об истории открытия нейтрона. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в
процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания. Повторение
- Какие силы действуют между нуклонами в атомном ядре?
- Проявлением какого вида фундаментальных взаимодействий являются эти силы?
- Какими свойствами обладают ядерные силы притяжения?
- Что называют энергией связи атомного ядра?
- Что называют дефектом массы?
- Напишите формулу дефекта массы.
- Что называют ядерными реакциями?
III. Изучение нового материала
Что же происходит с веществом при радиоактивном излучении?
1. Радиоактивные элементы - уран, торий, радий испускают излучения. На протяжении суток, месяце и лет
интенсивность заметно не изменяется. На него не оказывают никакое влияние нагревание, увеличение
давления и т. д.
2. Радиоактивность сопровождается выделением энергии. Резерфорд обнаружил, что активность тория,
определяемая как
число распадов в единицу времени, остается неизменной в закрытой ампуле. Было обнаружено, что в
результате атомного превращения образуется вещество совершенно нового вида, полностью отличное по
своим физическим и химическим свойствам от первоначального вещества. Это вещество само так же
неустойчиво и испытывает превращение с испусканием характерного радиоактивного излучения.
Закон радиоактивного распада установлен Ф. Содди. Опытным путем Э. Резерфорд установил, что
активность радиоактивного распада убывает с течением времени. Для каждого радиоактивного вещества
существует интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза, т. е. период
полураспада данного вещества. Например, для ядра 2Uа период Т- 1600 лет. Таким образом, исходное
количество радия должно обратиться в нуль спустя бесконечный промежуток времени.
Нейтрон - это ключ, открывший доступ к запасам внутриядерной энергии. Теперь мы знаем о нем много - он
лишен заряда, его масса mn = 1,008665; а.е.м незначительно - примерно на две электронных
массы превышает массу протона. В свободном состоянии нейтрон
довольно быстро, с периодом полураспада 10,7 мин, распадается на протон, электрон и электронный
антинейтрон по схеме:
п —> p + e + v.
В ядре нейтрон связан прочными ядерными силами и, как правило, стабилен. Ядерные силы существенно
меняют свойства нейтронов и в зависимости от типа ядра период его 1/2-распада может быть самым разным.
Резерфорд предсказал его существование еще в 1920 г.
В 1930 г. Боте и Беккер облучали а-частицами бериллий. Наблюдали они при этом не протоны, а излучение,
которое проходило через слой свинца толщиной в 2,5 см.
Два года спустя Ирэн и Фредерик Жамо-Кюри продолжили исследования природы нового излучения.
Впоследствии Чэдвик, узнав об опытах Жамо-Кюри, понял, что Боте и Беккер наблюдали ядерную реакцию
превращения бериллия в углерод с испусканием нейтрона:
В 1935 г. открытие Чэдвика отмечено Нобелевской премией.
Учащиеся самостоятельно читают параграф и составляют план-конспект прочитанного.
IV. Закрепление изученного материала
1. Фронтальный опрос.
- Когда было открыто деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами?
- Почему деление ядра может начаться только тогда, когда оно деформируется под действием
поглощенного им нейтрона?
- Что образуется в результате деления ядра?
- В какую энергию переходит часть внутренней энергии ядра при его делении?
- В какой вид энергии преобразуется кинетическая энергия осколков ядра урана при их торможении в
окружающей среде?
- Как идет реакция деления ядер урана с выделением энергии в окружающую среду или наоборот, с
поглощением энергии?
- Что называют периодом полураспада радиоактивного вещества? Что он характеризует?
- Выведите формулу закона радиоактивного распада. Каков характер этого распада?
- Приведите примеры периодов полураспада некоторых радиоактивных элементов.
- Как выглядит график зависимости спада активности радиоактивного элемента от времени?
2. Решение задачи.
Имелось некоторое количество радиоактивного радона. Количество радона уменьшилось в 8 раз за 11,4 дня.
Каков период полураспада радона?
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 59 Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Физические основы атомной энергетики. Критическая
масса. Ядерный реактор.
Цель: сформировать у учащихся представление о цепной ядерной реакции, выяснить условия ее протекания.
Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к
физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания. Повторение
- Из чего состоит ядро?
- Какую массу имеют нейтроны? Каков заряд нейтрона?
- Каков состав ядра натрия Na?
- Сколько нейтронов содержит изотоп урана U ? Чему равно число протонов в ядре?
- Что можно сказать о зарядах протона и электрона?
- Чем отличается химический элемент и его изотоп?
III. Изучение нового материала
Цепная реакция деления ядер урана.
В 1940 г. Г. И. Флеров и В. Петргиан обнаружили самопроизвольное (спонтанное) деление ядер урана.
В 1938 г. Г. Ган и Ф. Штрассман открыли: ядра урана при бомбардировке его нейтронами образуют другие
элементы. А объяснение этому явлению было дано в 1939 г. австрийским физиком Л. Майтнером и
английским физиком О. Фришем. (Бомбардировка нейтронами дает 2Uи, который распадается на цезий и
рубидий.)
Позже обнаружили, что при бомбардировке нейтронами 2Uи образуется 80 различных ядер. Этот процесс
происходит с выделением энергии 200 мЭВ 3,2-10"" Дж. Энергия выделяется в виде:
а) Ек осколков « 2,6-10"'' Дж;
б) Ек нейтронов да 0,1-10"" Дж;
в) α-излучения и 0,5-Ю"11 Дж;
г) β-излучения.
Механизм деления
Н. Бор предложил капельную модель ядра атома. Она дает представление о ядре как о положительно
заряженной капле жидкости. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно
капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет
больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в
противоположные стороны. Таким образом, кинетическая энергия новых ядер обусловливается
кулоновскими силами.
Цепная реакция деления ядер урана - это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию,
образуются в процессе деления ядра. Для осуществления цепной реакции пригодны лишь
ядра 2Uи . Естественный уран состоит из 2Uи (0,7%), гUu (97,3%). Ядра 2Uu делятся как быстрыми, так и
медленными нейтронами. гUи - только быстрыми с энергией 1 МэВ. Нейтронов с такой
энергией при делении 60 %, но только один из пяти производит деление.
Цепную реакцию чистого изотопа 2Uи осуществить медленными нейтронами невозможно. Для ее течение
необходимо, чтобы коэффициент размножения нейтронов был > 1. В этом случае число нейтронов
увеличивается или остается постоянным и цепная реакция протекает.
При к < 1 число In убывает и цепная реакция невозможна.
Коэффициент размножения увеличивается при захвате медленных ядром 2Uи или быстрых In ядрами 2Uи и
2
Uи с последующим делением.
Уменьшается при захвате нейтрона ядром без последующего деления, при вылете нейтрона из делящегося
вещества, при захвате нейтрона продуктами деления, замедлителями и конструктивными элементами
установки.
С целью уменьшения вылета увеличивают массу урана. Количество распавшихся ядер пропорционально
массе урана, которая растет быстрее, чем площадь его поверхности.
Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической
массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до
сотен килограммов.
Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая цепная реакция и управляемая цепная реакция.
Ядерные реакторы в зависимости от взаимного размещения горючего и замедлителя подразделяются на
гомогенные и гетерогенные. В гомогенном реакторе активная зона представляет собой однородную массу
топлива, замедлителя и теплоносителя в виде раствора, смеси или расплава. Гетерогенным называется
реактор, в котором топливо в виде блоков или тепловыделяющих сборок размещено в замедлителе, образуя
в нем правильную геометрическую решетку.
При работе реактора в тепловыводящих элементах (твэлах), а также во всех его конструктивных элементах в
различных количествах выделяется теплота. Особенность ядерного реактора состоит в том, что 34 %
энергии деления превращается в теплоту практически мгновенно, т. е. за время, в течение которого
мощность реактора или плотность материалов в нем не успевает заметно измениться. Поэтому при
изменении мощности реактора тепловыделение следует без запаздывания за процессом деления топлива.
Однако при выключении реактора, когда скорость деления уменьшается более чем в десятки раз, в нем
остаются источники запаздывающего тепловыделения (гамма- и бетта-излучение продуктов деления),
которые становятся преобладающими.
Мощность ядерного реактора пропорциональна плотности потока нейтронов в нем, поэтому теоретически
достижима любая мощность. Практически же предельная мощность определяется скоростью отвода
теплоты, выделяемой в реакторе. Удельный теплосъем в современных энергетических реакторах составляет
102-103 МВт/м3, в вихревых-104-105 МВт/м3.
IV. Закрепление изученного материала
- Что называют цепной ядерной реакцией?
- Благодаря чему оказалось возможным осуществление цепной ядерной реакции деления?
- Что называют коэффициентом размножения нейтронов?
- Чем вызвана необходимость замедления нейтронов, испускаемых при делении ядер?
- Перечислите условия протекания цепной ядерной реакции в уране-325.
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 60. Упражнение 47. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Термоядерные реакции. Энергия солнца и звезд.
Цель: рассказать о термоядерной реакции. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе
умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проведение самостоятельной работы
Вариант I
1. Ядерные силы в атомном ядре могут проявляться как... (только как силы притяжения).
2. Если бы действовали только кулоновские силы, то... (ядро разлетелось бы).
3. Какие реакции называются ядерными? (Изменения атомных ядер при взаимодействии их с
элементарными частицами или друг с другом)
4. При реакции деления ядер 2Uи выделилось 1.204.1025 МэВ
энергии. Определите массу распавшегося урана, если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ
энергии. (235 г.)
Вариант II
1. Устойчивость ядра обусловлена наличием двух конкурирующих сил - ... (сил притяжения (ядерных) и
отталкивания (кулоновских).)
2. Если бы действовали только ядерные силы, то... (ядро подобно черной дыре, сжалось бы.)
3. При захвате ядром изотопа 2Uи свободного нейтрона оно переходит в возбужденное состояние. У него
уменьшается удельная энергия связи. Ядро деформируется, начинает колебаться и делиться на части под
действием... (кулоновских сил.)
4. Как взаимодействует два нейтрона? (Притягиваются под действием ядерных сил.)
III. Изучение нового материала
Легкие ядра могут сливаться с выделением энергии. Масса ядра гелия значительно меньше суммы масс
покоя двух ядер тяжелого водорода, на которые можно разделить ядро гелия.
При слиянии ядер масса покоя уменьшается, и, следовательно, должна выделиться значительная энергия.
Подобного рода реакции слияния легких ядер могут протекать при очень высоких температурах и
называются термоядерными.
Термоядерные реакции - это реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре.
Для слияния необходимо, чтобы они сблизились на расстоянии 10-12 см для попадания в сферу действия
ядерных сил. Этому препятствуют кулоновские силы. Энергия, которая выделяется при термоядерных
реакциях в расчете на один нуклон, превышает удельную энергию, выделяющуюся при цепных реакциях
деления ядер.
Термоядерные реакции играют решающую роль в эволюции Вселенной. Звезды в основном состоят из
водорода. Температура внутри протекающей реакции с образованием гелия:
\Н + \Н -> \Не+ Hе + у , но \H не существует. На различных стадиях развития звезд выдвигаются различные
циклы реакции. Конечным результатом являются \Н .
Ежесекундно в Солнце около 600 млрд т водорода превращается в гелий. Но запаса водорода в Солнце
достаточно для того, чтобы оно непрерывно светило с той же мощностью еще 10 10 лет.
Осуществление управляемых термоядерных реакций на Земле сулит человечеству новый, практически
неисчерпаемый источник энергии. Наиболее перспективна реакция
В этой реакции выделяется энергия 17 МэВ. Основная трудность состоит в том, чтобы удержать плазму
высокой температуры внутри установки на протяжении 0,1-1 с. Единственный способ использовать
магнитные поля. Однако до сих пор эту задачу решить не удалось.
IV. Закрепление изученного материала
- Какие реакции называют термоядерными?
- Чем объяснить, что при синтезе легких ядер выделяется энергия?
- Каковы условия осуществления термоядерной реакции?
- Приведите примеры термоядерных реакций, напишите их уравнения?
- Что даст человечеству управляемая термоядерная реакция?
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 61. Упражнение 48. Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Биологическое действие радиоактивного излучения.
Защита от радиации.
Цель: доказать необходимость защиты от излучения. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в
процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания. Повторение
- Какие реакции называют термоядерными?
- Чем объяснить, что при синтезе легких ядер выделяется энергия?
- Каковы условия осуществления термоядерной реакции?
- Приведите примеры термоядерных реакций, напишите их уравнения?
- Что даст человечеству управляемая термоядерная реакция?
III. Изучение нового материала
Воздействие атомных станций на окружающую среду
Техногенное воздействие на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных
электростанций многообразен. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.
Наиболее существенные факторы:
- локальное механическое воздействие на рельеф при строительстве;
- сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты;
- изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС;
- изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.
Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов-охладителей при эксплуатации АЭС
обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение
воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные
химические компоненты, оказывают травмирующее воздействие на популяции животных, флору и фауну
экосистем.
Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе
сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы
безопасности атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом
топливе. Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного, не менее чем в 5-10 раз,
«чище» в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Однако при авариях АС могут
оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение
безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АС - крупная научная и
технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.
Отметим возможность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АС на
экосистему, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на
обитателей водоемов-охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АС районов, т.
е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды.
Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС. Перенос радиоактивности в окружающей среде
Исходными событиями, которые могут привести к вредным воздействиям на человека и окружающую
среду, являются выбросы и сбросы радиоактивных и токсических веществ из системы АС. Эти выбросы
делят на газовые и аэрозольные, выбрасываемые в атмосферу через трубу, и жидкие сбросы, в которых
вредные примеси присутствуют в виде растворов или мелко дисперсных смесей, попадающих в водоемы.
Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода выбрасывается в
атмосферу и разделяется на пар и воду.
Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и
аварийными. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков,
радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в
организмы животных и человека.
Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека
Рассмотрим механизм воздействия радиации на организм человека: пути воздействия различных
радиоактивных веществ, их распространение в организме, депонирование, воздействие на различные органы
и системы организма и последствия этого воздействия. Существует термин «входные ворота радиации»,
обозначающий пути попадания радиоактивных веществ в организм.
Различные радиоактивные вещества по-разному проникают в организм человека. Это зависит от химических
свойств радиоактивного элемента.
Пути проникновения радиации в организм человека
Радиоактивные изотопы могут проникать в организм вместе С пищей или водой. Через органы пищеварения
они распространяются по всему организму.
Радиоактивные частицы из воздуха во время дыхания могут попасть в легкие. Но они облучают не только
легкие, а также распространяются по организму.
Изотопы, находящиеся в земле или на ее поверхности, испуская гамма-излучения, способны облучить
организм снаружи. Эти изотопы также переносятся атмосферными осадками.
IV. Закрепление изученного материала
- В чем причина негативного воздействия радиации на живые
существа?
- Что называется поглощенной дозой излучения?
- Расскажите о способах защиты от воздействия радиоактивных
частиц и излучения.
- Что используют для защиты от нейтронов?
- С помощью какого прибора можно зарегистрировать величину
радиоактивного излучения?
- Как зависит интенсивность радиации от расстояния до источника радиоактивного излучения?
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 63 Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Сведения об элементарных частицах. Космические лучи.
Цель: рассказать об элементарных частицах. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе
умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проведение самостоятельной работы
Вариант I
1. Как получают радиоактивные изотопы? (Облучение а-частицами, α-излучением, нейтронное облучение).
2. Что целесообразно применять для защиты от γ-излучения? (Свинец.)
3. Что целесообразно применять для защиты от нейтронов? (Воду, бетон.)
4. С какой целью используют радиоактивные изотопы в медицине? (С целью исследования обмена веществ,
постановки диагноза, терапевтических целей.)
Вариант II
1. Каким способом получают радиоактивные изотопы химических элементов? (Облучают нейтронами, ачастицами, у-квантами, протонами)
2. Для защиты от жесткого рентгеновского и у-излучений применяются вещества, состоящие из элементов ...
(с высоким атомным номером и имеющих большую плотность.)
3. Какие вещества при равных толщинах дают наилучшую защиту от γ-излучений - чугун, сталь, свинец?
(Свинец.)
4. Какие вещества используются для зашиты от нейтронов? (С невысоким атомным номером.)
III. Изучение нового материала
В начале XX века было установлено, что все атомы построены из нейтронов, протонов и электронов.
Помимо них были открыты позитроны, нейтрино и квант (фотон).
В 1898 г. Дж. Томсон доказал реальность существования электронов. В 1909 г. Р. Милликен впервые
измерил заряд электрона:
qe=-1,602-10-19 Кл;
В 1919 г. Э. Резерфорд при бомбардировке азота а-частицами обнаружил частицу, заряд которой равен
заряду электрона, а масса в 1836 раз больше массы электрона:
Назвали частицу протон, mD ~ 1,6726-10 кг.
Резерфорд высказал предположение о существовании частицы, не имеющей заряда, масса которой равна
массе протона.
В 1932 г. Д. Чэдвик открыл частицу и назвал ее нейтроном: тп= 1,001 гр.
Не входящий в состав ядра и живет около 1000*с, потом распадается на протон, электрон и нейтрино:
п —> р+ _xe+v .
В 1928 г. П. Дирак предсказал, а в 1932 г. Г. Андерсон открыл позитрон (е+), фотографируя следы
космических частиц в камере Вильсона. Позитрон рождается в паре с электроном, а при некоторых реакциях
позитрон рождается в «одиночестве».
Гипотеза А. Эйнштейна, что свет распространяется в виде частиц или фотонов, означала отход от
классических представлений. Они являются материальными частицами, имеют инертную массу, но могут
существовать только двигаясь со скоростью света, не существуют в состоянии покоя. Сила тяжести
действует на фотоны.
В 1931 г. В. Паули предсказал, а в 1955 г. экспериментально зарегистрированы нейтрино v и антинейтрино v
mv = 0; qv = 0.
Оно появляется в ходе распада In . Протон, электрон и нейтрино являются стабильными частицами, но
каждая из них при взаимодействии с другими частицами может превращаться в другие частицы.
В 1935 г. японский физик X. Юкава предсказал существование новой частицы, которая является
переносчиком сильного взаимодействия. В 1947 г. частица была открыта и получила название мю-мезон
(или пион). У этой частицы три зарядовых состояния (+; -; 0).
IV. Закрепление изученного материала
- Что такое элементарная частица?
- Каков главный факт существования элементарных частиц?
- За счет чего осуществляется взаимодействие между протонами и нейтронами при сильном
взаимодействии?
- В чем заключается природа слабого взаимодействия?
- Что является переносчиком слабого взаимодействия?
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 64.
Колебательное движение
Цель: выяснить, от чего зависят свободные колебания пружинного маятника. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Оборудование: держатели на пружинах, штативы, секундомер или метроном, наборы грузов.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Изучение нового материала
Механические колебания - это движения, которые точно или приблизительно повторяются через
определенный интервал времени.
Вынужденные колебания - это колебания, которые происходят под действием внешней, периодически
изменяющейся силы. (Движение иглы швейной машинки.)
Свободные колебания - это колебания, которые происходят в системе под действием внутренних сил, после
того как система была выведена из состояния равновесия. (Колебания маятника часов, качели,)
Эксперимент 1
Демонстрация колебательных систем
Пружинный маятник, колебание натянутой веревки, математический маятник, канонический маятник,
движение жидкости в U-образной трубке.
Что общего у всех колебательных систем?
Условия возникновения механических колебаний:
1. Наличие положения устойчивого равновесия, при котором равнодействующая равна нулю.
2. Хотя бы одна сила должна зависеть от координат.
3. Наличие в колеблющейся материальной точке избыточной энергии.
4. Если тело вывести из положения равновесия, то равнодействующая не равна нулю.
5. Силы трения в системе малы.
Рассмотрим движение тележки массой т, прикрепленной к вертикальной стенке пружиной, жесткостью R.
При растяжении пружины на J0 = А (амплитуда) на тело начинает действовать сила упругости, которая
стремится вернуть тело в положение равновесия, но дойдя до положения равновесия, в котором сила
упругости равна нулю, тело начинает сжимать пружину. При сжатии пружины появляется возрастающая
сила упругости, направленная к положению равновесия.
Демонстрация
На тележку прикрепили фломастер, под тележку положили кусок ватмана. Выведем тележку из положения
равновесия, и одновременно будем двигать ватман на себя. Что же увидим?
Увидим линию, так как тележка движется, значит, изменяется координата. Линия будет выражать
зависимость координаты от времени. На ватмане будет косинусоида.
Свободные колебания пружинного маятника являются гармоническими.
Зависимость координаты от времени можно записать: х - A cos (o0t или х ~ xv cos co0t.
А или xv - амплитуда - магнитное отклонение от положения
равновесия.
Так как косинус изменяется от -1 до 1, то координата лежит в промежутке: ~А<х< А .
Такой величиной может быть не обязательно координата, давление, сила тока и т. д.
(OQ - циклическая частота. Найдем период по II закону Ньютона:
та, = Fynp
Период определяется жесткостью пружины и массой, то есть собственными характеристиками
колебательной системы.
Далее учащиеся открывают учебник и после прочтения темы «Энергия свободных колебаний» должны
ответить на вопрос: Как полная механическая энергия гармонических колебаний зависит от их амплитуды?
III. Закрепление изученного материала
Фронтальный эксперимент:
1. Соберите пружинный маятник.
2. Измерьте его период.
3. Зная массу груза, рассчитайте жесткость пружины.
4. Полученный результат проверьте по закону Гука.
IV. Решение задач
Задача № 1
Координата колеблющегося тела изменяется по закону. x = 5cosxt. Чему равна амплитуда, период и частота
колебаний, если в формуле все величины выражены в единицах СИ?
Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 24
Электромагнитные колебания в колебательном контуре
Цель: рассмотреть незатухающие электрические колебания. Побуждать учащихся к преодолению
трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Анализ экспериментов
Объясните:
Эксперимент № 1
Две одинаковые по напряжению и мощности лампы (U = 220 В, Р - 60 Вт) включают последовательно с
разными конденсаторами в отдельные цепи переменного тока. Лампы горят с разным накалом.
{Конденсатор большой емкости включен с лампой, которая горит ярче.)
Эксперимент № 2
Неоновую лампу на 127 В или 220 В включите в сеть переменного тока соответствующего напряжения,
Посмотрите на горящую неподвижную лампу в темноте. Видим непрерывное свечение. Приведем ее во
вращение движения с радиусом 25-50 см. При движении лампы наблюдается не сплошной светящийся круг,
а прерывистый. Почему? (Неоновая лампа светится прерывисто, совершая 100 вспышек за 1 с. Это
обусловлено колебаниями напряжения в сети. Зрительное впечатление сохраняется в течение 0,1 с.
Промежутки времени, соответствующие затуханиям лампы, измеряются сотыми долями секунды.
Впечатление от вспышек неоновой лампы не успевает исчезать, мы видим непрерывное горение (лампа в
покое). При движении по окружности моменты, соответствующие вспышкам и затуханиям лампы,
разделены в пространстве.)
III. Изучение нового материала
Электрическая цепь, состоящая из катушки и конденсатора, называется колебательным контуром.
За 1С Конденсатор начнет разряжаться, в цепи появится электрический ток. Вследствие самоиндукции сила
тока увеличивается постоянно. При этом уменьшается энергия электрического поля и возрастает энергия
магнитного поля:
В момент, когда конденсатор полностью разрядился (q = 0), энергия электрического поля равна нулю.
Энергия магнитного поля максимальна. Сила тока достигает максимального значения 1М.
Несмотря на то, что к этому моменту разность потенциалов на концах катушки станет равной нулю, ток не
прекращается сразу. Этому препятствует самоиндукция. Как только сила тока и созданное током магнитное
поле начнет уменьшаться, возникает вихревое электрическое поле, которое направлено по току и
поддерживает его, конденсатор начнет перезаряжаться.
Он перезаряжается до тех пор, пока сила тока, постепенно уменьшаясь, не станет равна нулю. WM = 0, а \УЭ
станет максимальным.
Далее процесс протекает в обратном направлении и конденсатор опять перезаряжается. Если бы не было
потерь энергии, процесс продолжился бы сколь угодно долго. Но катушка имеет сопротивление и это ведет
к выделению теплоты.
Период свободных колебаний записывается:
IV. Закрепление изученного
- Что называется колебаниями контура?
- Нарисуйте схему колебательного контура и объясните все стадии процесса превращения энергии при
свободных электрических колебаниях в течение периода колебаний.
- По какой формуле определяется собственная циклическая частота свободных электрических колебаний.
- Запишите формулу Томсона.
V. Решение задач
1. Емкость переменного конденсатора контура приемника изменяется от С, до С2 = 9Ch Определите
диапазон волн контура приемника, если емкость С/ конденсатора соответствует длине волны, равной 3 м.
(Ответ: от X, = 3 м до Х2 =9 м.)
2. Диапазон каких радиоволн может принимать радиоприемник, если емкость конденсатора его
колебательного контура изменяется от 30 нф до 300 нФ, а индуктивность катушки - от 40 мкГн до 100 мкГн.
(Ответ: 0,92 МГц < v < 4,6 МГц.)
3. Электроемкость конденсатора переменной емкости в контуре радиоприемника может изменяться от 50
нФ до 250 нФ. Индуктивность катушки остается неизменной и равно 0,6 мГн. На каких волнах работает
радиоприемник? (Ответ: 326 м < X < 980 м.)
4. Определите электроемкость конденсатора, включенного в колебательный контур, индуктивность
которого 1,5 мГн, если он излучает электромагнитные волны длинной 500 м. (Ответ: С = 1400 нФ.)
VI. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 29 Упражнение 1.2.4-1.2.5
Основные причины, характеризующие колебательное
движение.
Цель: выяснить, от чего зависят свободные колебания пружинного маятника. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Изучение нового материала
Механические колебания - это движения, которые точно или приблизительно повторяются через
определенный интервал времени.
Вынужденные колебания - это колебания, которые происходят под действием внешней, периодически
изменяющейся силы. (Движение иглы швейной машинки.)
Свободные колебания - это колебания, которые происходят в системе под действием внутренних сил, после
того как система была выведена из состояния равновесия. (Колебания маятника часов, качели,)
Эксперимент 1
Демонстрация колебательных систем
Пружинный маятник, колебание натянутой веревки, математический маятник, канонический маятник,
движение жидкости в U-образной трубке.
Что общего у всех колебательных систем?
Условия возникновения механических колебаний:
1. Наличие положения устойчивого равновесия, при котором равнодействующая равна нулю.
2. Хотя бы одна сила должна зависеть от координат.
3. Наличие в колеблющейся материальной точке избыточной энергии.
4. Если тело вывести из положения равновесия, то равнодействующая не равна нулю.
5. Силы трения в системе малы.
Рассмотрим движение тележки массой т, прикрепленной к вертикальной стенке пружиной, жесткостью R.
При растяжении пружины на J0 = А (амплитуда) на тело начинает действовать сила упругости, которая
стремится вернуть тело в положение равновесия, но дойдя до положения равновесия, в котором сила
упругости равна нулю, тело начинает сжимать пружину. При сжатии пружины появляется возрастающая
сила упругости, направленная к положению равновесия.
Демонстрация
На тележку прикрепили фломастер, под тележку положили кусок ватмана. Выведем тележку из положения
равновесия, и одновременно будем двигать ватман на себя. Что же увидим?
Увидим линию, так как тележка движется, значит, изменяется координата. Линия будет выражать
зависимость координаты от времени. На ватмане будет косинусоида.
Свободные колебания пружинного маятника являются гармоническими.
Зависимость координаты от времени можно записать: х - A cos (o0t или х ~ xv cos co0t.
А или xv - амплитуда - магнитное отклонение от положения
равновесия.
Так как косинус изменяется от -1 до 1, то координата лежит в промежутке: ~А<х< А .
Такой величиной может быть не обязательно координата, давление, сила тока и т. д.
(OQ - циклическая частота. Найдем период по II закону Ньютона:
та, = Fynp
Период определяется жесткостью пружины и массой, то есть собственными характеристиками
колебательной системы.
Далее учащиеся открывают учебник и после прочтения темы «Энергия свободных колебаний» должны
ответить на вопрос: Как полная механическая энергия гармонических колебаний зависит от их амплитуды?
III. Закрепление изученного материала
Фронтальный эксперимент:
1. Соберите пружинный маятник.
2. Измерьте его период.
3. Зная массу груза, рассчитайте жесткость пружины.
4. Полученный результат проверьте по закону Гука.
IV. Решение задач
Задача № 1
Координата колеблющегося тела изменяется по закону. x = 5cosxt. Чему равна амплитуда, период и частота
колебаний, если в формуле все величины выражены в единицах СИ?
Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 25
Ультразвук.
Цель: расширить знания об электромагнитных волнах, познакомить учащихся с ультразвуком, показать
практическое применение. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной
деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение
1. Что представляют собой звуковые волны?
2. Что является источником звука?
3. Каковы частота и длина звуковых волн, воспринимаемые человеком?
4. Как называются такие звуковые волны?
III. Изучение нового материала
Некоторые электромагнитные волны ранее не изучались. Но эти волны окружают человека и имеют для
него важное значение.
Ультразвуковое излучение
Соберем установку
1. Осветим люминесцентный экран. Экран будет светиться.
2. Поместим между экраном и источником ультрафиолетового излучения стекло.
Стекло не пропускает ультрафиолетовое излучение. Кроме этого, ультрафиолетовое излучение ионизирует
воздух, отражается металлами, имеет высокую химическую активность (фотобумага).
Волны, имеющие большую длину, чем красные, принято называть инфракрасными. Они были открыты
Генмелем (1738-1822), астрономом и физиком, в 1800 г. при исследовании распределения энергии в спектре
с помощью очень чувствительного термометра.
Ультрафиолетовое излучение было обнаружено английским физиком Волластоном (1766-1828) в 1801 г.
В 1901 г. Нобелевский комитет Шведской академии наук избрал Рентгена первым лауреатом Нобелевской
премии. Именно с работы Рентгена началась цепь блистательных открытий, которую Резерфорд назвал
героическим периодом в истории физики, плоды которого мы сейчас пожинаем.
Ко времени открытия Рентгену было 50 лет. Он вел размеренную жизнь немецкого профессора, отличался
строгостью суждений и независимостью взглядов. Он был учеником Рудольфа Клаузиуса, а также
известного физика-экспериментатора Августа Адольфа Кундта, школу которого прошли также знаменитые
русские физики -Петр Николаевич Лебедев и Борис Борисович Голицын.
К 1895 г. Рентген был автором 50 научных работ, а его экспериментаторский талант был общепризнан.
Во времена Рентгена знаменитая трубка Гейсмера была известна уже более 40 лет, с ней работали самые
выдающиеся физики XIX столетия, и все же природа катодных лучей оставалась невыясненной. Рентген
также не оставался к ней равнодушен и проводил опыты. Как и сотни исследователей, наблюдал красивое
желто-зеленое свечение, которое возникало в месте падения катодных лучей на стенку трубы, отклонение
этого пятна под действием магнитного поля и т. д.
Так продолжалось до вечера 8 ноября 1895 г., когда Рентген вдруг заметил свечение полоски бумаги,
покрытой флуоресцирующей солью бария, которая лежала в стороне от работающей трубки Крукса. Более
того, трубка была в это время закрыта непрозрачным картонным футляром. Рентген не оставил без
внимания это случайное наблюдение: он был достаточно зрелым и опытным исследователем, чтобы сразу
понять значение своего открытия.
IV. Закрепление изученного материала
- Какие лучи называются ультразвуковыми?
- Перечислите свойства ультразвукового излучения.
- Каковы их свойства?
- Где они применяются в технике и в быту?
- Кем и когда были открыты?
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 35
Электромагнитная волна. Скорость электромагнитной
волны.
Цель: сформулировать понятие «электромагнитное поле». Рассмотреть гипотезу Максвелла. Побуждать
учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение
- Какие лучи называются ультразвуковыми?
- Перечислите свойства ультразвукового излучения.
- Каковы их свойства?
- Где они применяются в технике и в быту?
- Кем и когда были открыты?
III. Анализ эксперимента
Возьмите маленький рыхлый кусочек ваты массой 3-5 мг. Хорошо наэлектризуйте полиэтиленовую
расческу о чистые волосы или эбонитовую палку и опустите на нее ватку. Она притянется и
наэлектризуется. Рывком палки в сторону оторвите ватку и быстро поднесите палку под ватку, а далее
можно управлять ее движением. Почему она плавает в воздухе?
IV. Изучение нового материала
Покоящийся заряд создает только электрическое поле. Заряд покоится лишь относительно определенной
системы отсчета. Относительно других систем отсчета он будет двигаться и, следовательно, создавать
магнитное поле. Магнит, лежащий на столе, создает магнитное поле. По движению относительно его
наблюдатель обнаруживает и электрическое поле. И так, электрические и магнитные поля - проявления
единого целого электромагнитного поля.
В каждой точке пространства и в каждый момент времени состояние электромагнитного поля
характеризуется двумя векторами –вектором электрического поля Е и вектором магнитного поля В : Е электрическая напряженность; В - магнитная индукция.
Е и В - силовые характеристики электромагнитного поля. Единица электрической напряженности:
Ё [Н/Кл];
Единица магнитной индукции: В [Тл] (Тесла).
Как же передается электрическое взаимодействие?
Если поместить два заряженных тела на небольшое расстояние друг от друга, а затем один из них привести
в движение, то действие передается мгновенно на другое.
Перемещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле
порождает переменное магнитное поле в соседних областях пространства. Переменное магнитное поле, в
свою очередь, порождает переменное электрическое поле и т.д.
Перемещение заряда вызывает «всплеск» электрического поля, который распространяется, охватывая все
большие и большие области окружающего пространства. Наконец, этот «всплеск» достигает второго заряда.
Скорость распространения этого процесса равна скорости света в пустоте - 300.000 км/с.
Переменное магнитное поле порождает электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Чем быстрее
меняется магнитная индукция, тем больше напряженность электрического поля. При возрастании магнитной
индукции направление напряженности образует левый винт с направлением вектора В .
Магнитное поле порождает электрическое. Но может ли переменное электрическое поле в свою очередь
порождать магнитное?
Максвелл допустил, что такой процесс реально происходит. Когда электрическое поле изменяется со
временем, оно порождает магнитное поле. Но только при возрастании напряженности электрического поля
направление вектора индукции В возникающего магнитного поля образует правый винт с направлением
вектора Ё.
Отсюда Максвелл заключил, что в природе могут существовать электромагнитные волны.
Если в проводнике изменить силу тока, индукция магнитного поля изменяется. Переменное магнитное поле
создает изменяющееся электрическое. Электрическое поле порождает переменное магнитное поле, которое,
в свою очередь, снова порождает электрическое и т. д. Возникает система взаимно перпендикулярных
изменяющихся электрических и магнитных полей, захватывающих все большие и большие области
пространства.
Распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля называют электромагнитными
волнами.
Скорость, с которой распространяется возмущение электромагнитного поля, называется скоростью
электромагнитной волны:
Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами. При этом скорость движения таких
зарядов меняется со временем, т. е. они движутся с ускорением.
Наличие ускорения - главное условие излучения электромагнитных волн.
Векторы Ё и В в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению
распространения. Электромагнитная волна поперечна.
Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но он не дожил до их
экспериментального обнаружения. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны были
экспериментально получены Герцем.
V. Вопросы для закрепления
- Что называют электромагнитным полем?
- Могут ли электрические и магнитные поля существовать обособленно друг от друга?
- Что характеризует вектор Е ? В каких единицах он измеряется?
- Что характеризует вектор В ? В каких единицах он измеряется?
- Почему утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только
магнитное поле не является вполне определенным?
VI. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 36 Задачи с задачника по Рымкевич А.П
Радиосвязь. Радиолокация.
Цель: показать практическое применение электромагнитных волн. Побуждать учащихся к преодолению
трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение изученного
- Чему равна скорость электромагнитных волн в вакууме? Зависит ли она от системы отсчета?
- Чем отличаются электромагнитные волны от упругих?
- Под каким углом друг к другу направлены в электромагнитной волне векторы Е и В ?
- Что называют электромагнитным полем?
- Могут ли электрические и магнитные поля существовать обособленно друг от друга?
- Что характеризует вектор Е ? В каких единицах он измеряется?
- Что характеризует вектор В ? В каких единицах он измеряется?
- Почему утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только
магнитное поле не является вполне определенным?
III. Изучение нового материала
Дж. Максвелл теоретически показал возможность существования электромагнитных волн.
Г. Герц в 1888 г. экспериментально доказал существование электромагнитных волн.
7 мая 1859 г. А.С. Попов .продемонстрировал прибор на заседании Русского физико-химического общества.
Дальность - 250 м.
1899 г. - 20 км; 1901 г. - 150 км.
1. Задающий генератор (генератор высокой частоты) вырабатывает гармонические колебания высокой
частоты ВЧ (несущая частота более 100 тыс. Гц).
2. Микрофон преобразовывает механические звуковые колебания в электрические той же частоты.
3. Модулятор изменяет (модулирует) по частоте или амплитуде высокочастотные колебания с помощью
электрических колебаний низкой частоты НЧ.
4. Усилители высокой и низкой частоты УВЧ и УНЧ усиливают по мощности высокочастотные и
низкочастотные электрические колебания.
5. Передающая антенна излучает модулированные электромагнитные волны.
6. Приемная антенна принимает электромагнитные волны. Электромагнитная волна, достигая приемной
антенны, индуцирует в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.
7. УВЧ.
8. Детектор выделяет из модулированных высокочастотных колебаний низкочастотные колебания.
9. УНЧ.
10. Динамик преобразует электромагнитные колебания в механические звуковые колебания.
Детекторный радиоприемник состоит из колебательного контура, антенны, детектора (диода), конденсатора
постоянной емкости, телефона.
В контуре принятая волна возбуждает модулированные колебания. Конденсатор переменной емкости
настраивает контур на резонанс с принятой радиоволной. Модулированные колебания ВЧ поступают на
детекторный каскад. После прохождения детектора составляющая тока ВЧ идет через конденсатор
постоянной емкости, а составляющая тока НЧ идет на обмотки катушек телефона, вызывающий колебания
мембраны с той же звуковой частотой.
IV. Закрепление материала
- Что называют радиосвязью?
- Начертите блок-схему радиопередатчика и объясните назначение каждого блока.
- Начертите блок-схему радиоприемника и объясните назначение каждого блока.
- Что называют модуляцией? Какие виды модуляции вы знаете?
- Что называют детектированием?
- Начертите схему детекторного приемника, опишите его устройство и принцип работы.
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 37
Звездное небо. Небесная сфера.
Цель: Дать представление о виде звездного неба, МАС, понятие созвездия, яркие звезды и обозначение,
различие по яркости и светимости, звездная величина, легенды о созвездиях. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Обобщение материала
1. Какие сведения из астрономии вы получили в курсах природоведения, естествознания, физики, истории?
2. В чем специфика астрономии (по объектам и методам исследования) по сравнению с другими науками о
природе.
3. Какие типы небесных тел вам известны?
4. Какова роль наблюдений в астрономии? С помощью каких инструментов они выполняются?
5. Какова роль космонавтики в исследовании Вселенной?
6.Чем отличаются оптические системы рефрактора и рефлектора?
7. Решение каких задач занимается небесная механика?
III. Изучение нового материала
В безоблачную и безлунную ночь открывается величественная картина звездного неба. Россыпи звезд - в
котором кажется, невозможно разобраться.
Тысячи лет назад люди глядели на небо, считали звезды и мысленно соединяли их в разнообразные
фигуры (созвездия), называя их именами персонажей древних мифов и легенд, животных и предметов.
У разных народов имелись свои мифы и легенды о созвездиях, свои названия, разное их количество.
Деления были чисто условны, рисунки созвездия редко соответствовали названной фигуре, однако это
существенно облегчало ориентирование по небу. Даже босоногие мальчики в древней Халдее или Шумерах
лучше знали небо любого из нас. В общем случае на небе можно насчитать до 2500-3000 звезд (в
зависимости от вашего зрения) – а всего видимых звезд около 6000.
Старейшие по названиям считаются созвездия зодиакальные – пояс, вдоль которого происходит
годичное движение Солнца (эклиптика), а также видимые пути Луны и планет. Так созвездия Телец – было
известно > 4000 лет назад, так как в это время в этом созвездии находилась точка весеннего равноденствия.
Интересны описания созвездий в древности.
Итак, у разных народов и в разное время был разный принцип деления.
Так: 4 век до н.э. был список 809 звезд входящих в 122 созвездия.
18 век – Монголия – было 237 созвездий.
2 век – Птолемей (“Альмагеста”) – описано 48 созвездий.
15-16 век – период великих морских путешествий – описано 48 созвездий южного неба.
В Русском звездном атласе Корнелия Рейссига, изданном в 1829г содержались 102 созвездия.
Были попытки переименовать установившиеся созвездия, но не одно название не прижилось у
астрономов (там церковь в 1627г издала атлас созвездия “Христианское звездное небо”, давались названия
монархов – Георг, Карл, Людовик, Наполеон).
Многие звездные карты (атласы) 17-19 века содержали названия созвездий и рисунки фигур. Но
прижился только один звездный атлас Яна Гавелия (1611-1687, Польша) изданный в 1690г и имеющий не
только точное расположение звезд и впервые экваториальных координатах, но и прекрасные рисунки
(лицевая обложка и титульный лист).
Путаница с созвездиями прекращена в 1922г Международный астрономический союз разделил все небо
на 88 созвездий, а границы окончательно установлены в 1928году (пример Ориона).
Созвездия - область неба с характерной группой звезд и всеми звездами, находящимися внутри его границ.
Соседство звезд, кажущиеся, в проекции на небесную сферу. Самые яркие звезды имеют собственные имена
(более 300 звезд имеют имена, большинство арабские).
В 125г до НЭ ГИППАРХ (180-125, Греция) вводит деление звезд на небе по видимой яркости на звездные
величины, обозначив самые яркие - первой звездной величины (1m), а еле видимые – 6m (т. е. разность в 5
звездных величин). Позже фотометрическими способами при уточнении звездных величин пришлось ввести
дробные числа и даже отрицательные. /показать обозначение - Запись типа m=-1,6m). Итак звездная
величина - видимая яркость (блеск) звезды.
В 1603г Иоганн Байер (1572-1625, Германия) публикует каталог всех видимых звезд и впервые вводит их
обозначение буквами греческого алфавита в порядке уменьшения блеска (наиболее яркие). Самые яркие – α,
затем β, γ, δ, ε и т.д.
Поэтому звезды сейчас обозначаются: Вега (α Лиры), Сириус (α Большого Пса), Полярная (α М.
Медведицы). / смотреть приложение – Название наиболее ярких звезд/.
IV.Закрепление материала
ПКЗН – у каждого на столе. Посмотреть созвездия.
Показывается, как определяется вид небосвода в течении суток.
А) Карта, изображение проекции, в центре Полярная, вокруг которой “вращается ” небо. Географические
координаты (Экватор).
Б) Накладной круг (φ> =55o). Центр-Зенит. Вид неба – совмещение даты с часом. Дальше ориентируешься
по сторонам горизонта.
V. Подведение итогов урока
Понятие созвездия. Сколько существует созвездий на небе?
Примерный способ нахождения. Можно ли долететь до созвездия.
Почему на звездных картах не отображаются Солнце, Луна и планеты?
Какой греческой буквой обозначается самая яркая звезда в созвездии?
Домашнее задание
§ 38-39
Системы небесных координат. Подвижная карта звездного
неба.
Цель: Познакомится с экваториальной системой координат, видимым годичным движениям Солнца и видам
звездного неба (изменением в течение года). Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе
умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение изученного
1. У доски:
1. Небесная сфера и горизонтальная система координат.
2. Движение светила в течение суток и кульминация.
3. Перевод часовой меры в градусную и обратно.
2. 3 человека по карточкам:
1. В какой стороне неба находится светило, имеющее горизонтальные координаты: h=28°, А=180°. Каково
его зенитное расстояние? (север, z=90°-28°=62°)
2. Назовите три созвездия, видимые сегодня в течение суток.
III. Изучение нового материала
Положение светила на небе (небесной среде) также однозначно определяются - в экваториальной системе
координат, где за точку отсчета взят небесный экватор. (экваториальные координаты введены впервые
Яном Гавелия (1611-1687г, Польша), в каталоге на 1564 звезды составленном в 1661-1687гг) - атлас 1690г с
гравюрами и сейчас используется (титул учебника).
Так как координаты звезд не меняются столетиями, поэтому данная система используются для создания
карт, атласов, каталогов [списков звезд]. Небесный экватор- плоскость, проходящая через центр небесной
сферы перпендикулярно оси мира.
Точки Е-востока, W -запада – точки пересечения небесного экватора с точками горизонта. (Напоминаются
точки N и S).
Все суточные параллели небесных светил расположены параллельно небесному экватору (их плоскость
перпендикулярна оси мира).
Круг склонения- большой круг небесной сферы проходящей через полюса мира и наблюдаемое светило
(точки Р, М, Р').
Экваториальные координаты:
δ (дельта) – склонение светила – угловое расстояние светила от плоскости небесного экватора (аналогична
φ).
α (альфа) – прямое восхождение - угловое расстояние от точки весеннего равноденствия (γ) вдоль небесного
экватора в сторону противоположную суточному вращению небесной сферы (по ходу вращения Земли), до
круга склонения (аналогична λ , измеряемой от гринвичского меридиана). Измеряется в градусах от 0 одо
360о, но обычно в часовой мере.
Годичное движение Солнца. Есть светила [Луна, Солнце, Планеты] экваториальные координаты которых
меняются быстро. Эклиптика - видимый годовой путь центра солнечного диска по небесной сфере.
Наклонена к плоскости небесного экватора в настоящее время под углом 23о26'. Видимое движение Солнца
по эклиптике - отражение действительного движения Земли вокруг Солнца (доказано лишь в 1728г Дж.
Брадлеем открытием годичной аберрации).
Созвездия, через которые проходит эклиптика называются зодиакальными.
Число зодиакальных созвездий (12) равно числу месяцев в году, и каждый месяц обозначается знаком
созвездия, в котором Солнце в этот месяц находится.
13-е созвездие Змееносца исключается, хотя через него и проходит Солнце. "Red Shift 5.1" (путь Солнца).
Наблюдая в полночь кульминацию светил (Солнце в это время находится в нижней кульминации с прямым
восхождением на отличающимся от кульминации светила) можно заметить, что в разные даты в полночь
вблизи небесного меридиана проходят, сменяя друг друга, разные созвездия. [Эти наблюдения в свое время
привели к выводу об изменении прямого восхождения Солнца.]
Выберем любую звезду и зафиксируем ее положение на небе. На том же самом месте звезда появится
через сутки, точнее через 23часа 56минут. Сутки, измеренные относительно далеких звезд, называются
звездными (если быть совсем точными, звездные сутки – промежуток времени между двумя
последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия). Куда же деваются еще
4 минуты? Дело в том, что вследствие движения Земли вокруг Солнца оно смещается для земного
наблюдателя на фоне звезд на 1° за сутки. Чтобы «догнать» его, Земле и нужны эти 4 минуты. (рисунок
слева)
Каждую последующую ночь звезды немного сдвигаются к западу, восходя на 4 минуты раньше. За год
сдвинется на 24ч, то есть вид звездного неба повториться. Вся небесная сфера за год сделает один оборот результат отражения обращения Земли вокруг Солнца.
Итак, Земля делает один оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут. 24 часа – средние солнечные сутки
– время оборота Земли относительно центра Солнца.
IV. Закрепление материала
1. Работа по ПКЗН (по ходу изложения нового материала)
а) нахождение небесного экватора, эклиптики, экваториальных координат, точек равноденствия и
солнцестояния.
б)определение координат например звезд: Капелла (α Возничего), Денеб (α Лебедя) (Капелла - α=5ч17м,
δ=46о; Денеб - α=20ч41м, δ=45о17')
в) нахождение звезд по координатам: (α=14,2ч, δ=20о) - Арктур
г) найти, где находится Солнце сегодня, в каких созвездиях осенью. (сейчас четвертая неделя сентября - в
Деве, начало сентября - во Льве, в ноябре пройдет Весы и Скорпион)
2. Дополнительно:
а) Звезда кульминирует в 14ч15м. Когда ее следующая нижняя, верхняя кульминация? (через 11 ч58м и
23ч56м, то есть в 2ч13м и 14ч11м).
б) ИСЗ пролетел по небу из начальной точки с координатами (α=18 ч15м, δ=36о) в точку с координатами
(α=22ч45м, δ=36о). Через какие созвездия пролетел ИСЗ.
V. Подведение итога урока
а) Какова необходимость введения экваториальных координат?
б) Чем замечательны дни равноденствия, солнцестояния?
в) Под каким углом плоскость экватора Земли наклонена к плоскости эклиптики?
г) Можно ли рассматривать годовое движение Солнца по эклиптике как доказательство обращения
Земли вокруг Солнца?
Домашнее задание
§ 40-41
Вращение небесной сферы на различных географических
широтах. Местное , всемирное время. Календарь.
Цель: Рассмотреть способ определения географической широты, суточное движение светил на разных
широтах, вывод формул высоты светила и закрепление ее на решение задач. Побуждать учащихся к
преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение изученного
1. На какой высоте в Новосибирске (φ= 55º) кульминирует Солнце 21 сентября?
2. Где на земле не видно никаких звезд южного полушария?
3. Полуденная высота Солнца 30º, а его склонение 19º. Определить географическую широту места
наблюдения.
4. Как располагаются суточные пути звезд относительно небесного экватора?
III. Изучение нового материала
В одно и то же время в разных местах вид звездного неба на разных географических широтах неодинаков.
Например: высота Полярной звезды (полюса мира) на разных широтах разная. 125г до н.э. Гиппарх (180125г, Др. Греция) ввел географические координаты. В 1618-1622г И. Кеплер (1571-1630, Германия)
определяет географические координаты некоторых крупнейших городов мира [впервые] в работе
“Сокращение (или очерки) Коперниковой астрономии”.
Нужно обратить внимание учеников:
1. Продолжительность суток и года зависит от того, в какой системе отсчета рассматривается движение
Земли (связана ли она с неподвижными звездами, Солнцем и т.д). Выбор системы отсчета отражается в
названии единицы счета времени.
2. Продолжительность единиц счета времени связана с условиями видимости (кульминациями) небесных
светил.
3. Введение атомного стандарта времени в науке было обусловлено неравномерностью вращения Земли,
обнаруженной при повышении точности часов.
4. Введение поясного времени обусловлено необходимостью согласования хозяйственных мероприятий на
территории, определяемой границами часовых поясов.
Системы счета времени. Связь с географической долготой. Тысячи лет назад люди заметили, что многое в
природе повторяется. Именно тогда возникли первые единицы времени – день, месяц, год. С помощью
простейших астрономических приборов было установлено, что в году около 360 дней, и приблизительно за
30 дней силуэт Луны проходит цикл от одного полнолуния к следующему. Поэтому халдейские мудрецы
приняли в основу шестидесятеричную систему счисления: сутки разбили на 12 ночных и 12 дневных часов,
окружность – на 360 градусов. Каждый час и каждый градус были разделены на 60 минут, а каждая минута
– на 60 секунд.
Однако последующие более точные измерения безнадежно испортили это совершенство. Оказалось, что
Земля делает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток 5 часов 48 минут и 46 секунд. Луне же, чтобы
обойти Землю, требуется от 29,25 до 29,85 суток.
В повседневной жизни используется среднее солнечное
время. Основной единицей звездного, истинного и среднего солнечного времени являются сутки. Звездные,
средние солнечные и иные секунды мы получаем делением соответствующих суток на 86400 (24 h, 60m, 60s).
Сутки стали первой единицей измерения времени свыше 50000 лет назад.
Звездные сутки - период вращения Земли вокруг своей оси относительно неподвижных звезд,
определяется как промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки
весеннего равноденствия.
Истинные солнечные сутки - период вращения Земли вокруг своей оси относительно центра диска
Солнца, определяемый как промежуток времени между двумя последовательными одноименными
кульминациями центра диска Солнца.
Ввиду того, что эклиптика наклонена к небесному экватору под углом 23 о26', а Земля вращается вокруг
Солнца по эллиптической (слегка вытянутой) орбите, скорость видимого движения Солнца по небесной
сфере и, следовательно, продолжительность истинных солнечных суток будет постоянно изменяться на
протяжении года: наиболее быстро вблизи точек равноденствий (март, сентябрь), наиболее медленно вблизи
точек солнцестояний (июнь, январь). Для упрощения расчетов времени в астрономии введено понятие
средних солнечных суток - периода вращения Земли вокруг своей оси относительно "среднего Солнца".
Средние солнечные сутки определяются как промежуток времени между двумя последовательными
одноименными кульминациями "среднего Солнца". Они на 3 m55,009s короче звездных суток.
24h00m00s звездного времени равны 23h56m4,09s среднего солнечного времени. Для определенности
теоретических расчетов принята эфемеридная (табличная) секунда, равная средней солнечной секунде 0
января 1900 года в 12 часов равнотекущего времени, не связанного с вращением Земли.
Около 35000 лет назад люди обратили внимание на периодическое изменение вида Луны - смену лунных
фаз. Фаза Ф небесного светила (Луны, планеты и т.д.) определяется отношением наибольшей ширины
освещенной части диска d к его диаметру D: Ф=d/D. Линия терминатора разделяет темную и светлую часть
диска светила. Луна движется вокруг Земли в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси: с
запада на восток. Отображением этого движения является видимое перемещение Луны на фоне звезд
навстречу вращению неба. Каждые сутки Луна смещается к востоку на 13,5 o относительно звезд и за 27,3
суток совершает полный круг. Так была установлена вторая после суток мера времени - месяц.
Сидерический (звездный) лунный месяц - период времени, в течение которого Луна совершает один
полный оборот вокруг Земли относительно неподвижных звезд. Равен 27 d07h43m11,47s.
Синодический (календарный) лунный месяц - промежуток времени между двумя одноименными
последовательными фазами (обычно новолуниями) Луны. Равен 29 d12h44m2,78s.
Совокупность явлений видимого движения Луны на фоне звезд и смены фаз Луны позволяет
ориентироваться по Луне на местности (рис). Луна появляется узеньким серпиком на западе и исчезает в
лучах утренней зари таким же узким серпом на востоке. Мысленно приставим слева к лунному серпу
прямую линию. Мы можем прочесть на небе либо букву "Р" - "растет", "рога" месяца повернуты влево месяц виден на западе; либо букву "С" - "стареет", "рога" месяца повернуты вправо - месяц виден на
востоке. В полнолуние Луна в полночь видна на юге.
В результате наблюдений за изменением положения Солнца над горизонтом в течение многих месяцев
возникла третья мера времени - год.
Год - промежуток времени, в течение которого Земля делает один полный оборот вокруг Солнца
относительно какого-либо ориентира (точки).
Звездный год - сидерический (звездный) период обращения Земли вокруг Солнца, равный 365,256320...
средних солнечных суток.
Аномалистический год - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего
Солнца через точку своей орбиты (обычно, перигелий), равен 365,259641... средних солнечных суток.
Тропический год - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего Солнца
через точку весеннего равноденствия, равный 365,2422... средних солнечных суток или 365 d05h48m46,1s.
IV. Закрепление материала
1. Исаак Ньютон родился 4 января 1643г по новому стилю. Какова дата его рождения по старому стилю.
2. Долгота Колыбельки λ=79о09' или 5ч16м36с. Найдите для Колыбельки местное время и сравните со
временем, по которому мы живем
V. Подведение итога урока
1) Каким календарем мы пользуемся?
2) Чем старый стиль отличается от нового?
3) Что такое всемирное время?
4) Что такое полдень, полночь, истинные солнечные сутки?
5) Чем объясняется введение поясного времени?
6) Как определить поясное, местное время?
Домашнее задание
§42-44
Законы движения планет Солнечной системы. Методы
определения расстояния в астрономии.
Цель: Рассмотреть способ определения расстояния в астрономии, движение планет в системе. Побуждать
учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение изученного
1.Каким календарем мы пользуемся?
2. Чем старый стиль отличается от нового?
3. Что такое всемирное время?
4. Что такое полдень, полночь, истинные солнечные сутки?
III. Изучение нового материала
Состав Солнечной системы:
Планеты- На сегодня известно 8 больших планет со спутниками и кольцами.
Карликовые планеты -четыре, начиная с Плутона (бывшей большой планеты)
Малые планеты – астероиды = первый Церера (относится теперь к карликовым планетам) открыт в 1801г,
расположены в основном в 4-х поясах.
Кометы – небольшие тела до 100 км в диаметре, конгломерат пыли и льда, движущиеся по очень вытянутым
орбитам. Облако Оорта (резервуар комет).
Метеорные тела – небольшие тела от песчинок до камней в несколько метров диаметром (образуются от
комет и дробления астероидов). Небольшие при входе в земную атмосферу сгорают, а те, которые
достигают Земли – метеориты.
Межпланетная пыль – от комет и дробления астероидов. Мелкая выталкивается на периферию Солнечной
системы солнечным давлением, а более крупные притягиваются планетами и Солнцем.
Межпланетный газ – от Солнца и планет, очень разряжен. В нем распространяется “солнечный ветер” –
поток плазмы (ионизированного газа от Солнца).
Электромагнитное излучение и гравитационные волны – Солнечная система пронизана магнитными полями
Солнца и планет, гравитационными полями и электромагнитными волнами различной длины волн,
порождаемые планетами и Солнцем.
Петлеобразное движение планет.
Более чем за 2000 лет до НЭ люди заметили, что некоторые звезды перемещаются по небу – их позже греки
назвали “блуждающими” – планетами. К ним относили Луну и Солнце. Нынешнее название планет
заимствовано у древних римлян. Выяснилось, что планеты блуждают в зодиакальных созвездиях. Но
объяснить смог только Н.Коперник. Траектория движения небесного тела называется его орбитой. Скорости
движения планет по орбитам убывают с удалением планет от Солнца. Плоскости орбит всех планет
Солнечной системы лежат вблизи плоскости эклиптики, отклоняясь от нее: Меркурий на 7о , Венера на 3,5о;
у других наклон еще меньше. По отношению к орбите и условиям видимости с Земли планеты разделяются
на внутренние (Меркурий, Венера) и внешние (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Внешние планеты
всегда повернуты к Земле стороной, освещаемой Солнцем. Внутренние планеты меняют свои фазы подобно
Луне.
Периоды обращения планет. Н.Коперник получил формулы (уравнения синодического периода) для расчета
периодов обращения планет.
Сидерический (T –звездный) –промежуток времени в течение которого планета совершает полный
оборот вокруг Солнца по своей орбите относительно звезд.
Синодический (S) – промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми конфигурациями
планеты.
IV.Закрепление материала
Марс в противостоянии виден в созвездии Весов. В каком созвездии находится в это время Солнце?
В каком созвездии находится Меркурий (Венера), если планета сейчас в верхнем (нижнем) соединении с
Солнцем?
21 июля 2001 года Меркурий в наибольшей западной элонгации. В каком созвездии в какое время суток и
сколько времени можно наблюдать эту планету?
Каковы условия видимости Земли с поверхности Луны? Орбиты спутника Венеры? С поверхности Марса?
V. Подведение итога урока
1) Что такое конфигурация? Ее виды.
2) Что такое сидерический и синодический период?
3) Состав Солнечной системы.
4) Почему на звездных картах не указывают положения планет?
5) В каких созвездиях надо искать на небе планеты?
6) Какие планеты могут наблюдаться на фоне диска Солнца?
Домашнее задание
§45-46