Механика от «А» до «Я»

Отдел образования и молодёжной политики

Ядринской районной администрации

Механика от «А» до «Я»

Проектную работу

по физике выполнил

ученик 10-го класса Верхнеачакской СОШ

Васильев Александр

Руководитель: учитель

физики Прохоров

Владимир Иванович

«Верхние Ачаки – 2005»

Введение

Работа представляет собой одну объёмную задачу, на базе которой повторяется практически вся механика, от кинематики до законов сохранения. Т. е. представляет собой комплексный дидактический материал. Проект позволяет использовать его как постоянный стенд в кабинете физики, для использования учащимися при подготовке к олимпиаде, к экзаменам, в том числе по ЕГЭ.

Задача доступна, легко представима, можно её и в экспериментальном варианте продублировать, по крайней мере, часть заданий. К задаче приложены 33 задания, по числу букв в русском алфавите, на самом деле число вопросов гораздо больше, т. к. некоторые задания включают подвопросы. В реферате даётся решение для первого варианта. На базе данной задачи можно разработать число вариантов по числу учащихся в классе и предложить решить её 11-тиклассникам как один из допусков к выпускным экзаменам по физике. В принципе, возможно, увеличить и усложнить число заданий, предложить самим ученикам придумать новые творческие задания. По вышеизложенным мотивам, мы считаем данный проект актуальным и востребованным продуктом, представленным не только непосредственно на конференции, но и длительное его практическое использование.

При подготовке проекта, который осуществлялся примерно на протяжении 1,5 месяцев, нами использовался широко компьютер с разными программами исполнения. Мы предлагаем присутствующим ученикам и учителям бумажный и электронный варианты с решениями для личного приобретения. Желающие могут подойти к авторам и руководителю после презентации.

Механика от «А» до «Я».

Задача.

Тело массы m было брошено вертикально вверх с помощью пружинного пистолета с начальной скоростью υо . До начала выстрела пружина была сжата на ∆x . Тело изготовлено из данного вещества и имеет форму куба. После полета тело подвешивается на нити длиной l и отклоняется на xm, потом оно отпускается в жидкость, после просушки движется по шерховатой поверхности с начальной скоростью υо.

m (кг)		Δx (м)	l (м)	вещ-во	жидкость	x (м)
0,2	8,0	0,08	0,6	цинк	спирт	0,05

I этап – не учитываем сопротивление воздуха.

. Записать уравнение движения тела x(t) и уравнение скорости υ(t).

. Вычислить время подьёма тела на максимальную высоту и время полёта.

. Вычислить максимальную высоту подьёма тела H, зависит ли она от массы?

. Через какое время после выстрела высота подъёма равна половине максимальной?

. Каковы координата и скорость тела через промежуток времени

t = tпод/4 после выстрела?

. Вычислить максимальные значения кинетической и потенциальной энергий тела.

. Вычислить сумму кинетической и потненциальной энергий тела через

t = tпод/2,

сравните их с Emax.

. Вычислить силу тяжести и вес тела во время полёта тела.

. Вычислить работу силы тяжести при движении тела вверх и вниз.

. Вычислить жёсткость пружины баллистического пистолета.

. Вычислить среднюю силу упругости пружины.

. Вычислить импульс тела в момент выстрела и на высоте h=H/2.

. Вычислить изменение импульса тела при подьёме и импульс силы при падении.

. Вычислить объём тела, длину ребра куба и архимедову силу, действующую на тело в воздухе.

. С какой начальной скоростью надо бросить тело, чтобы оно поднялось на высоту 3Н.

. Начертить в масштабе графики x(t), υ(t), s(t), x(y).

II этап – учитываем сопротивление воздуха (Fсопр~υ).

. Как должен двигаться наблюдатель относительно Земли, чтобы относительно тела двигаться равномерно, покоиться при движении вверх, вниз.

. Начертить векторы сил, действующих на тело

а) при подьеме тела

б) при падении тела.

Записать II закон Ньютона в общем виде и в проекциях на ось x для случаев а) и б).

. Что больше: время подьема или время падения. Ответ обосновать.

III этап – тело массы m превратили в математический

маятник длиной l и отклонили на xmax. cопротивление

воздуха не учитываем, трение тоже.

. Чему равны период и частота колебания полученного маятника.

. Записать уравнение колебания x(t), υ(t), a(t). Начертить графики колебаний x(t),υ(t),a(t).

. К пружине какой жесткости надо подвесить тело, чтобы частота колебаний пружины была такой же как в Т, какой будет максимальная сила упругости пружины, если амплитуда будет такой же, как у математического маятника.

. Вычислить максимальные значения кинетической энергии математическго маятника и потенциальной энергии пружинного маятника.

. Записать уравнение F(t), Eполн(t) для пружинного маятника. Построить графики данных функций.

. С какой линейной скоростью будет двигаться крутильный маятник длиной l , при радиусе окружности, равном xm, чему при этом будет равны центростремительное ускорение, угловая скорость и центростремительная сила?

. Чему будет равна сила упругости нити в крутильном маятнике в этом случае?

. Будут ли меняться кинетическая и потенциальная энергии маятника при его движении?

IV этап – тело на нити отпустили в данную жидкость.

. Чему равна архимедова сила, действующая на тело. Чему равен вес тела, действующей на подвес, в жидкости?

. Чему равна сила натяжения нити с грузом в воздухе и в жидкости?

. Куб какого объема из того же материала уравновесил бы в воздухе куб, опущенный в жидкость?

V этап – куб скользит по шероховатой поверхности,

начальная его скорость равна

. Какой тормозной путь проходит куб, если до остановки он движется в течении 10 секунд?

. С каким ускорением движется куб при этом?

. Чему равен коэффициент сопротивления движению куба?

Пример решения варианта с данными,

указанными в таблице.

А. Направим ось x вертикально вверх с началом в точке бросания, тогда , , , , .

Б. В самой верхней точке , при этом , , , , т. к. .

В. В уравнении движения при , , тогда .

Г. , , .

Д. , , , , , .

Е. , .

Ё. , , , , .

Ж. , .

З. , .

И. , , .

Й. , , , .

К. , , , .

Л. , .

М. , , , , .

Н. , , .

О. График

П. Сесть на тело, брошенное вертикально вверх с такой же начальной скоростью одновременно с телом.

Р. , , , . в начале движения больше, чем g, поэтому разность () меньше, чем в случае без учёта , и .

С. растёт , разность уменьшается, значит a уменьшается, скорость будет нарастать медленнее. , .

Т. , .

У. ,

, ,

, .

Ф. , , , , .

Х. , .

Ц. , , , , , , .

Ч. , , , .

Ш.

Щ. Кинетическая не меняется, т. к. , потенциальная не меняется, т. к.

Ь. , .

Ы. В воздухе , в воде .

Ъ. , , , .

Э.

Ю.

Я. , , .

Использованная литература:

1. Балашов . М.:Просвещение, 1995

2. Касьянов 10. М.:Дрофа, 2003

3. Буховцев . М.:Просвещение, 1971

4. и др. Физика 10. М.:Просвещение, 1994

5. Тарасов физика. М.:Просвещение, 1990

6. «Физика» приложение к газете «Первое сентября»

7. Концепция физического образования.

8. Образовательные стандарты по физике.