Министерство образования и науки МОУ СОШ с. Булычёво | |
| |
|
учитель физики |
Булычёво 2008 |
Тема урока: Три закона Ньютона
Цели урока:
- сформулировать три закона Ньютона,
- совершенствовать умения проводить физический эксперимент,
- развивать познавательный интерес к предмету.
Задачи урока:
- продолжить учиться работать в группе,
- показывать свои знания в нестандартных ситуациях,
- реализовать творческие способности.
Тип урока: комбинированный
Оборудование: математический маятник, штативы, динамометры, две лабораторные тележки, любой груз.
Оформление: компьютер или ноутбук, проектор.
Форма организации деятельности учащихся: индивидуальная работа и работа в группах.
Ход урока
1. Проверка домашнего задания. Повторение.
1) Что изучает динамика?
2) Какое движение называется движением по инерции?
3) Какую систему отсчёта называют инерциальной?
4) Почему равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны и взаимозаменяемы лишь в инерциальных системах отсчёта?
5) Получите преобразования Галилея и закон сложения скоростей.
6) Сформулируйте принцип относительности Галилея. Разъясните его смысл.
2. Изучение нового материала
История
Исаак Ньютон родился в местечке Вульсторп около города Грантема, расположенного в центре Британии, в семье небогатого фермера. Уже в детстве Исаак любил строить сложные механические игрушки, модели машин, солнечные и водяные часы. До наших дней на одном из зданий Грантема сохранились сделанные им солнечные часы. Эти занятия способствовали тому, что в нём развивалась фантазия экспериментатора.
Своим первым физическим опытом Ньютон считал измерение силы ветра во время бури в 1658 году. Опыт проводился так: сначала Исаак прыгал по направлению ветра, а потом – против. Измерив длины прыжков, он вычислил силу ветра. Ньютон вошёл в историю как гениальный математик и физик.
Основную часть своих открытий Ньютон совершил в течение двух лет по окончании Кембриджского университета. Исааку Ньютону принадлежит открытие трёх законов. Тема сегодняшнего урока «Три закона Ньютона».
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 упадёт. (Земля притягивает, действует на расстоянии.)
Эксперимент 2
Наэлектризованную палочку поднесём к висячей гильзе. Гильза притянется. (Взаимодействие на расстоянии.)
Эксперимент 3
Катнём 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.
Ι закон Ньютона
Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя ил 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.
Если сумма всех негравитационных сил, действующих на тело, равна нулю, то существует такая система отсчета, относительно которой поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость неизменной. Такая система отсчета называется инерциальной системой отсчета (ИСО). Иногда первый закон Ньютона называют законом инерции, а равномерное движение тела относительно ИСО называют движением по инерции.
Любая система отсчета, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является инерциальной. Таким образом, существует бесконечно много ИСО, которые движутся относительно друг друга с неизменными по величине и направлению скоростями.
Ι 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 о плексигласу в горизонтальной плоскости монета упадёт в бутылку. (Монета охраняет состояние покоя по инерции.)
Следствие Ι 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 = m a
ΙΙ закон Ньютона
Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на создаваемое той силой ускорение, причём направления силы и ускорения совпадают :
a =
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 ΙΙ 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 берётся равно действующая.
5) Если равнодействующая сила 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.
ΙΙΙ закон Ньютона
Эксперимент 7
Возьмём 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, рана 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.
F12 = - F21
Особенности ΙΙΙ 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.
3. Закрепление изученного
(Класс садиться по желанию в три группы.)
Первая группа называется “Первый закон Ньютона”, вторая группа “Второй закон Ньютона”, третья “Третий закон Ньютона”.
1 задание. Найди картинку к своему закону и объясни свой выбор
2 задание. Каждая группа по очереди отвечает на вопросы.
1) Сформулируйте Ι закон Ньютона.
2) В чём состоит явление инерции?
3) Как движется тело, к которому приложена сила, постоянная по модулю и направлению?
4) Верно ли утверждение – силы есть, а ускорения нет?
5) Если на тело действует несколько сил, как определяется равнодействующая сил?
6) Запишите ΙΙΙ закон Ньютона.
7) Как направленно ускорения взаимодействия между собой тел?
8) Выполняется ли ΙΙΙ закон Ньютона при взаимодействии на расстоянии или только путём непосредственного контакта?
9) Запишите ΙΙ закон Ньютона.
3 задание. Приступаем к решению задач. Каждая группа решает задачу, которая соответствует её закону и защищает свое решение.
Заключение. Значение законов Ньютона
Сформулированные выше законы Ньютона в принципе позволяют решить любую задачу о движении тела или нескольких тел. Поиском и анализом этих решений до сих пор занимаются целые научные институты. Что, значит решить уравнение Ньютона? Это значит, по известным силам найти зависимость координат движущегося тела от времени, т. е. решить основную задачу механики.
Точно решить уравнения Ньютона можно только в нескольких простейших случаях. Громадное большинство практических важных задач приходится решать приблизительно. В сущности, для решения таких задач и были созданы вычислительные машины, позволившие рассчитывать траектории и управлять полетами ракет и самолетов.
Успехи в освоении ближнего космоса и технический прогресс во многом связаны с простыми, на первый взгляд, законами Ньютона.
4. Домашняя работа
П. 24 – 28
5. Литература
· «Физика 10» (авторы и др.)
· Волков поурочные разработки по физике: 10 класс. – М.: «ВАКО», 2007
· «Справочник по элементарной физике» (авторы , П, )
· материалы с сайта http://www. physfac. bspu. *****/
· , , Шефер курс физики. М., Просвещение, 1979.
