Урок Законы Ньютона профиль

Реклама
Класс: 10,профильный
Учитель:Соболева Светлана Михайловна,
МАОУ СОШ №12 п. Дубинино г.Шарыпово Красноярский край
Тема занятия: «Законы Ньютона». (2часа)
Цель: Продолжить формирование знаний учащихся о законах Ньютона на основе исследований
учащихся, совершенствование коммуникативных и понимающих умений учащихся.
Тип урока: комбинированное занятие в условиях ИОСО
Метод: исследовательский и индуктивный
Этапы занятия:
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Этапы занятия
Психологический настрой на деятельность
Групповая работа учащихся по изучению нового материала и
выполнению исследовательских заданий
Групповое повторение изученного и наработанного материала,
подготовка группы к отчету
Отчеты групп о работе
Рефлексия
Информация о домашнем задании
Затраты времени в
минутах
5 мин
45 мин
10 мин
25 мин
2мин
3мин
Перед отчетом каждой группы учитель определяет значимость каждого закона, после чего
предоставляет слово выступающему от группы.
Перед отчетом первой группы
Учитель:
Законы Ньютона образуют систему законов, совокупность которых объясняет закономерности
движения тел. Законы нельзя вывести логически или проведя только один опыт. Вам предстоит
проделать ряд опытов, которые помогут вам понять законы Ньютона.
Справедливость законов с высокой точностью подтверждается всей системой опытных фактов,
которыми владеет человечество. Первый закон Ньютона объясняет, что тело, не взаимодействующее с
другими телами, сохраняет состояние относительного покоя или прямолинейного и равномерного
движения до тех пор, пока на него не подействуют другие тела.
Рабочая карточка №1 для работы в группе по теме: «Законы Ньютона»
Оборудование: шар, тележка, деревянный брусок, наклонный желоб, песок, прибор для демонстрации
явления инерции.
Вам предстоит проделать ряд опытов помогающих понять первый закон Ньютона.
Опыт №1.
На горизонтальный стол положите шар.
Вопрос: До каких пор он будет лежать на столе?
Очевидно, до тех пор, пока на него не подействует другое тело и не выведет его из состояния покоя.
Опыт №2
Используя прибор для демонстрации явления инерции, убедись в том, что без действия на тело другого
тела оно сохраняет состояние покоя.
Опыт №3
На тележку поставьте деревянный брусок. Резким толчком приведите тележку в движение.
Вопрос: Что происходит с бруском? Почему?
Опыт №4.
Верните тележку в исходное положение, вновь установите на ней брусок и плавно разгоните тележку
вдоль стола.
Вопрос: Что произойдет с бруском при встрече тележки с препятствием? Почему?
Опыт №5
Поставьте на горизонтальный стол наклонный желоб. Стол около желоба посыпьте слоем песка.
Отпустите с верхней части желоба тележку.
Вопрос: Что вы наблюдаете? Что является причиной остановки?
Чтобы проверить правильность вашего суждения проведи опыт 3.
Опыт №6
Очисти стол от песка и повтори опыт. Шар прокатится дальше.
Вопрос: Почему?
Представь себе, что трение шара о песок, о стол исчезло.
Вопрос: Как в этом случае будет двигаться тело до тех пор, пока на него не подействует другое тело?
Очевидно, когда на тело не действуют другие тела, оно либо находится в покое, либо движется
равномерно и прямолинейно.
Данное утверждение определяет первую часть закона инерции ( первый закон Ньютона).
Вторая часть закона: тело находится в относительном покое и движется равномерно и прямолинейно,
когда действия на него других тел скомпенсировано ( уравновешено), как будто противоречит
жизненным наблюдениям. Согласно закону тела должны двигаться равномерно и прямолинейно только
по инерции, но в жизни мы сталкиваемся с прямо противоположным: должно действовать другое тело.
Например: чтобы санки двигались, их надо тянуть.
Но не спешите сомневаться в справедливости второй части: на санки , при движении действует сила
трения, которая и должна уравновесить силу тяги человека. Таким образом ,согласно первого закона
Ньютона:
Тело находится в относительном покое или движется равномерно и прямолинейно до тех пор,
пока на него не действуют другие тела или действие этих тел будет скомпенсировано.
2 .Выясните, равноценны ли системы отсчета при описании движения тел:
Допустим, что мы имеем систему отсчета х у z, относительно которой тело А покоится, а тело В
движется прямолинейно и равномерно. В ней справедлив первый закон Ньютона
Возьмем другую систему отсчета x1 у 1 z 1, движущуюся относительно первой с ускорением a. Выясни,
справедлив ли в ней первый закон Ньютона. Относительно
системы отсчета х1у1z1 и тела А и тела В будут двигаться с ускорением a, хотя на них не действуют
другие тела. Следовательно, в системе отсчета, движущейся с ускорением закон инерции не
справедлив. Значит, без указания системы отсчета закон не имеет смысла.
Система отсчета, в которых справедлив закон инерции, называют инерциальными системами отсчета.
Инерциальная система отсчета это та система, относительно которой тело находится в
относительном покое или движется равномерно и прямолинейно до тех пор, пока на него не
действуют другие тела, или действие этих тел скомпенсировано
Система отсчета связанная с Солнцем, является инерциальной. Если учесть, что ускорение, вызванное
вращением Земли вокруг своей оси мало, то систему связанную с Землей можно считать инерциальной.
3.Реши задачу:
Выбери правильный ответ на вопрос: можно ли считать инерциальной системой отсчета движущийся
поезд?
А) нельзя
Б) можно всегда
В) можно, если он движется равномерно и прямолинейно,
Г) можно, во время разгона и торможения.
Перед отчетом второй группы
Учитель:
Законы Ньютона образуют систему законов, совокупность которых объясняет закономерности
движения тел. Первый закон Ньютона объясняет, что тело, не взаимодействующее с другими телами,
сохраняет состояние относительного покоя или прямолинейного и равномерного движения до тех пор,
пока на него не подействуют другие тела. На вопрос о том, что произойдет с телом в результате
взаимодействия с другими телами, дает второй закон Ньютона.
Как и первый закон, второй закон нельзя вывести логически и проведя только один опыт. Он является
результатом анализа и обобщения огромного практического материала.
Вам предлагается рассмотреть и проанализировать второй закон Ньютона на основе предложенных
опытов.
Рабочая карточка №2 для работы в группе по теме «Законы Ньютона»
Оборудование: тележка, капельница, 3 тела с равными массами, нить, блок, металлическая пластина.
Опыт №1
На легкоподвижной тележке, стоящей на горизонтальном столе, установим капельницу и несколько тел
с равными массами m. К тележке прикрепим легкую нить, перекинутую через блок.
Система находится в покое относительно стола. Снимите с тележки один груз и подвесьте его к
свободному концу нити, придерживая тележку рукой, открыв капельницу, отпустите тележку. Она
приходит в движение. Обратите внимание, что расстояние между ними оказываются: s, 3s, 5s, 7s, 9s,
где s – расстояние между каплями в начальном положении тележки и первой каплей. Следовательно,
тележка с грузами и капельницей под действием силы притяжения груза m к земле двигалась
равноускоренно. Ускорение a = 2s/ t2, где t – время за которое тележка прошла это расстояние.
Вопрос к опыту №1
Что в опыте свидетельствует о том, что тележка движется равноускоренно?
Опыт №2
Возвратив тележку в начальное положение, снимите с нее второй груз и подвесьте к первому.
Повторите опыт.
Вопрос: Как будут расположены капли? Реже? Чаще?
Убедитесь, что капли будут расположены по тому же закону, но реже в два раза: s1= 2s.
Следовательно, тележка будет двигаться с ускорением
a 1= 2s 1/t2= 2 * 2s/t2 = 2a.
Вопрос к опыту №2
Во сколько раз изменилось ускорение тележки с грузами и капельницей при увеличении силы в два
раза?
Опыт №3
Возвратив тележку в начальное положение, снимем с нее и подвесим к нити еще один груз m.
Вопрос к опыту №3
Во сколько раз возрастет ускорение тележки при увеличении силы в три раза?
Что можно сказать о зависимости ускорения тела от приложенной силы?
ускорение тела прямо пропорционально приложенной силе при постоянной массе тела: a ~ F.
Важно: Сила – векторная физическая величина, которая является мерой механического воздействия на
тело других тел, в результате которого тело приобретает ускорение.
Опыт №4
Оставив силу постоянной, измените массу тележки. Для этого на тележку положите пластину, масса
которой равна первоначальной массе тележки вместе с капельницами и грузами, т.е массу увеличьте в
два раза. Повторите опыт №1.
Вопрос 1 к опыту №4
Что изменилось в расположении капель?
Что можно сказать об ускорении тележки?
Как изменится ускорение тележки, если ее массу увеличим в три раза?
Какой вывод можно сделать о зависимости ускорения от массы тела?
ускорение движения тележки при постоянной силе обратно пропорциональна ее массе: a~ 1/ m.
Важно Масса - физическая величина, которая характеризует меру инертности тела: чем больше масса
тела, тел труднее его сдвинуть.
Объединяя результаты опытов можно записать: a~ F/ m, т.е ускорение тележки прямо
пропорционально действующей на нее силе и обратно пропорциональна ее массе.
Для того чтобы перейти от знака пропорциональности к знаку равенства введем коэффициент
пропорциональности к : a = k *F/m.
При пользовании одной и той же системой единиц измерения ускорения, силы и массы
К= 1. Следовательно, a = F/m.
Из рассмотренного опыта следует, что ускорение всегда совпадает с направлением действующей на


тело силы. Поэтому a = F /m.
Эта взаимосвязь справедлива не только для тележки, но и для другого тела: зависимость между
ускорением, силой и массой будет той же самой. Это и есть второй закон Ньютона:
Ускорение, приобретаемое телом в результате взаимодействия с другими телами, прямо
пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально его


массе. a = F /m.
Входящее в эту формулу ускорение измеряется в инерциальной системе отсчета , поэтому второй закон
Ньютона справедлив только для инерциальных систем отсчета.
Размерность силы определяется из формулы: F = m* a.
F = m * a = 1кг * 1 м/с2 = 1 Н. Единица силы – ньютон (Н).
1Н – это сила, которая сообщает телу массой 1 кг. ускорение 1 м/с 2 в направлении действия силы.
Перед отчетом третьей группы
Учитель:
.Вам предстояло, используя компьютер рассмотреть модель движения тела на легком блоке. Модель
позволяет изучить второй закон Ньютона на примере движения 2х тел, связанных невесомой ,
нерастяжимой нитью, перекинутой через легкий блок. Изменяя массы тел m и массу дополнительного
груза m , вы наблюдали за ускоренным движением системы. Вы изучили зависимость ускорения от
приложенной силы , и зависимость ускорения от массы при постоянной силе .
Рабочая карточка №3 для работы в группе по теме: «Законы Ньютона»
Оборудование: компьютер, диск «Открытая физика». Раздел «Механика».
Проделай ряд опытов и сделай вывод о зависимости ускорения от силы и массы.
Рассмотрите модель движения тела на легком блоке. Изменяя массу дополнительного груза, массы тел,
изучите зависимость ускорения от приложенной силы и от массы при постоянной силы.
Модель. Движение тел на легком блоке
2. Вам предстоит ответить на вопрос : чему равно ускорение тела сообщаемое телу в случае, если на
него действует n сил?



Пусть на тело массой m одновременно действуют несколько сил: F 1, F 2… F n.
Если бы каждая из них действовала на тело отдельно, то сообщаемые ими ускорения были бы:


a 1= F 1/m,
 

a=a 1 + a

 

a 2= F 2/m, a n= F n/m. То ускорение, сообщаемое телу будет равно:









+….+ a n= F 1/m + F 2/m+ … + F n/m = ( F 1+ F 2+…+ F n) / m = ∑ F /m= F /m,
где F- суммарная (равнодействующая) сила, равная векторной сумме всех сил действующих на тело.
Из вышесказанного следует: ускорение тела, на которое одновременно действует несколько сил равно
ускорению, сообщаемому телу равнодействующей всех сил.
Данное определение называется принципом суперпозиции или принципом независимости действия
сил.
Сформулируем второй закон Ньютона с учетом принципа суперпозиции : в инерциальной системе
отсчета ускорения тела прямо пропорционально векторной сумме всех действующих на тело сил и
2


обратно пропорционально массе тела: a = ∑ F /m.
Рисунок 1.8.1.
Сила
– равнодействующая силы тяжести
нормального давления
гладкой горе. Сила
и силы
действующих на лыжницу на
вызывает ускорение лыжника
3.Применяя принцип суперпозиции, решите задачу: на тело массой 5 кг. действуют силы F1= 9Н. и F2=
12 Н., направлены на север и на восток соответственно. Чему равно ускорение тела, сообщаемое этими
силами?
Пояснительный рисунок обязателен.
Перед отчетом четвертой группы
Учитель:
Все законы Ньютона взаимосвязаны.
Первый закон говорит о том, что тело сохраняет состояние относительного покоя или движется
равномерно и прямолинейно до тех пор, пока на него не подействует другое тело и не выведет его из
этого состояния.
Второй закон утверждает, что в результате взаимодействия тело приобретает ускорение, которое
пропорционально силе взаимодействия и обратно пропорционально массе тела.
Ни первый, ни второй закон не говорит о том, что происходит со вторым взаимодействующим телом.
На этот вопрос дает ответ третий закон Ньютона.
Рабочая карточка №4 для работы в группе по теме: Законы Ньютона.
Оборудование: штатив, 2 алюминиевых цилиндра наизолирующих нитях, 2 динамометра, прибор по
механике.
1.Вам предстоит проделать опыты, определяющие суть третьего закона Ньютона.
Опыт №1.
Подвесьте два одинаковых цилиндра, изготовленных их алюминиевой фольги, на изолирующих нитях.
Зарядив цилиндры соприкосновением с наэлектризованной палочкой, заметьте, что они оба отойдут от
прежнего положения.
Вопрос. Что можно сказать о расстояниях, на которые отклонились цилиндры от положения
равновесия?
Очевидно: расстояния равны. Следовательно, цилиндры взаимодействуют с равными по модулю, но


противоположными по направлению силами: F 1= - F 2.
Опыт №2
Сцепите друг с другом два динамометра. Один из них прикреплен к вертикальной стойке. Если
потянуть за второй динамометр. То пружины обоих приборов растянутся, и будут действовать друг на
друга силами упругости F1 и F2, направленными в противоположные стороны. Показания
динамометров одинаковые .
Вопрос: Что можно сказать о силах взаимодействия?
Потяните за динамометр сильнее. Обрати внимание на изменения показаний динамометров.
Вопрос: Что можно сказать о показаниях динамометров? Какой вывод следует из этого?
Опыт №3
Две одинаковые легкоподвижные тележки с равными массами m1 =m2 поставьте на горизонтальный
стол. Упругая стальная пружина удерживает тележки в состоянии покоя.
Пережгите нить, тележки приходят в движение.
Вопрос. Что можно сказать о направлении движения и о пройденных ими расстояниях?
Вы убедились в том, что расстояния одинаковы? Очень хорошо. Это говорит о том, что тележки


получили одинаковые по модулю, но противоположные по направлению скорости V 1= - V 2.




Согласно определения ускорения: a 1 = V 1/t, a 2= V 2/ t при условии, что начальные скорости тележек
равны 0.
Следовательно, ускорение тележек, определяющее изменение скорости в единицу времени тоже будут


равны по модулю, но противоположны по направлению, т.е. a 1= - a 2.


Так как массы тележек одинаковы, то m a 1 = - m a 2. Или с учетом второго закона Ньютона


F 1 = - F 2.
Вопрос: Какая характерная зависимость обнаруживается на основе проделанных опытов? Итак ,
подводим итог:
силы, с которыми взаимодействуют тела, равны по модулю но противоположны по
направлению.
Это утверждение определяет третий закон Ньютона.
Важно запомнить:
- силы, появляются только парами: без действия нет противодействия
- обе силы- одной природы. Закон справедлив для любого фундаментального взаимодействия:
гравитационного, слабого, электромагнитного и сильного
- силы не уравновешиваются, так как они приложены к разным телам
- закон применяется при взаимодействии тел, для любых сил
2. Вспомните, какая русская пословица отражает суть третьего закона Ньютона.
Скачать