Тема урока: Механическая работа. Работа сил тяжести, упругости и трения

ОУ: МОУ СОШ №10 «ОЦ ЛИК» г. о. Отрадный Самарской области

Учитель:

Класс: 10

Тема урока: Механическая работа. Работа сил тяжести, упругости  и трения.

Продолжительность учебного занятия: 40 минут

Тип учебного занятия: урок изучения нового материала.

Методы: словесные, наглядные, практические.

Цели учебного занятия:

Образовательная:

Раскрыть физический смысл понятия механической работы; Дать учащимся представление об особенностях работы сил тяжести, силы упругости  и силы трения.

Развивающая:

Формирование умения использовать свои знания в измененной ситуации. Содействовать развитию  самоконтроля, умения анализировать, конспектировать. Содействовать овладению методами научного исследования: анализа и синтеза.

Воспитательная:

Воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости, эстетического восприятия мира.

Оборудование:( на каждой парте)

Брусок с грузом Динамометр Штатив  с лапкой и муфтой Измерительная линейка. Наклонная плоскость ( деревянная линейка)

Демонстрация: определение  работы при перемещении бруска с грузом.

Фронтальная работа:

По определению работы силы трения скольжения. По определению работы силы упругости при деформации пружины. По определению работы силы тяжести тела по поднятию тела по наклонной плоскости.

Ход учебного занятия:

Этап учебного занятия	Время	Приёмы и методы	Деятельность учителя	Деятельность учащихся
1 Организационный момент	3 мин	Взаимное приветствие	Сообщает о целях и задачах урока	Слушают учителя. Открывают тетрадь и записывают тему урока
2 Актуализация знаний	8 мин	Фронтальный опрос, устный ответ, презентация сообщения с использованием ИКТ	Формулирует вопросы, Выставляет поурочный  балл	Отвечают, на классной доске записывают формулы
3 Теоретическая часть (формирование новых знаний и умений)	15 мин	Информационно- рецептивный, проблемный, демонстрационный	Объясняет новый материал, проводит демонстрацию, применяет разные приёмы активизации учебной деятельности. Выставляет поурочный  балл	Слушают, приводят примеры, делают сравнение, анализируют, конспектируют, отвечают на поставленные вопросы, наблюдают
4 Исследовательский этап	9 мин	Личностно-ориентированный : самостоятельное выполнение практического задания, требующего применения знаний в знакомой и измененной ситуации.	Наблюдает  за  ходом  самостоятельной  работы  и  оказывает помощь отдельным учащимся, оценивает работы учащихся, выполнившие самостоятельно задания Выставляет поурочный  балл	Осознание усвоения нового учебного материала; Выполняют и записывают  в краткой форме результаты в тетради
5 Обобщение и систематизация знаний	4 мин	Контроль и самопроверка Презентация нового знания	Выставляет поурочный  балл, Выставляет оценки в журнал	Отвечают на вопросы, анализируют, обобщают;  анализируют и оценивают презентации
6 Домашнее задание	1 мин	Словесно - письменный	Записывает на доске, комментируя выполнение письменного задания	Записывают в дневник

2 этап: Актуализация знаний

Известно, что ускорение тела возникает тогда, когда на тело действует другое тело. Такое взаимодействие характеризуется силой. При ударе бильярдного кия о шар происходит изменение скорости шара по модулю или и по модулю, и по направлению, те возникает ускорение.

1) Вопросы к учащимся:

Какие виды сил рассматриваются в механике?(силы тяготения, силы упругости и силы трения) Приведите примеры действия каждой из этих сил. От каких величин зависит сила тяжести? Запишите математическую формулу. В каком теле возникает сила упругости? Запишите её математическую формулу. Каков физический смысл коэффициента  k? В чём состоит явление трения? Как можно вычислить силу трения? Каков физический смысл коэффициента  µ?

2)Сообщение-презентация №1учащегося  на тему «Золотое правило механики»

3 этап: Теоретическая часть (формирование новых знаний и умений)

1.В разговорном языке «работа» обозначает любую деятельность, требующую усилий: работой называют и подъём груза, и решение трудной задачи. Однако при изучении физики механической работой  или работой силы будем называть физическую величину, характеризующую действие силы. В дальнейшем под словом «работа» мы будем подразумевать механическую работу.

Работа силы совершатся тогда, когда  под действием этой силы тело перемещается.  (слайд №2презентации №2)Если на тело действует постоянная сила, направленная вдоль перемещения  тела, то работа этой силы определяется по формуле 

  A=F ЧS  (1)

Учитель напоминает о единицах измерения: из формулы следует 

  1Дж=1НЧ1м.

Если перемещение тела равно нулю, работа силы равна нулю, как велика не была сила. Пусть сила направлена под углом  б  к перемещению тела. Тогда работу совершает только составляющая силы, направленная вдоль перемещения (рис )

  A=F 1S = F ЧSЧcosб. (2)

Теперь можно дать определение: работа силы равна произведению модуля силы на модуль перемещения и на косинус угла между направлением силы и направлением перемещения.

Запомните следующее: если на тело действуют несколько сил, то они совершают работу одновременно. Работа всех сил равна сумме работ, совершаемых каждой силой в отдельности.

Приведите примеры действия нескольких сил  при равномерном движении какого-либо тела. Чему равна работа нескольких сил при равномерном движении?

Приведите примеры действия нескольких сил  при неравномерном движении. Чему равна работа нескольких сил при равномерном движении?

2. Работу силы тяжести рассмотрим на примере. Пусть тело падает под действием силы тяжести

  F=mg с высоты  h.

Тогда для нашего примера

  А= mg h, т к cosб=1 при б=0.

Это работа положительная. В случае когда тело поднимают на высоту, работа силы – отрицательная: А= - mg h.

Запишем формулу для работы силы тяжести в таком виде, чтобы можно было применять в обоих случаях. Для этого обозначим  h1  начальную высоту. На которой находилось тело, а  h2  - конечную высоту (рис 2 или слайд 4 презентации №2).

Тогда, независимо от того, поднимается тело или опускается,  работа силы тяжести выражается формулой 

  А= mg(h2 – h1).

Работы силы тяжести не зависит от траектории. Если тело скатывается под действием силы тяжести с наклонной поверхности, это движение можно представить как «ступенчатое», состоящее из коротких горизонтальных и вертикальных участков(рис3 или слайд3).  Суммарная работа на всех горизонтальных участках равна нулю, а алгебраическая сумма работ на всех вертикальных участках равна  А= mg(h2 – h1).

3. Можно ли вычислить работу силы упругости по формуле  А=F ЧSЧcosб? Обсуждение.

Нет. Так как модуль силы упругости зависит от координаты, а значит является силой переменной.( слайд №2  и №3 презентации №3)

В случае переменной силы работа численно равна площади, ограниченной графиком F(х) и осями координат (слайд7 презентации №3).

Воспользуемся этим для нахождения работы силы упругости.  Растягивая пружину с жёсткостью  k, мы прикладываем силу Fупр= kх, совершая работу

  А= kх2 /2, где х – коэффициент деформации. 

При деформации пружины работа  Fупр  отрицательная:

А= - kх2 /2  , при возвращении пружины в недеформированное состояние сила упругости совершает положительную работу: А= kх2 /2.

Как и для работы силы тяжести оба выражения для работы можно представить одной формулой:

  А= kх1 2 /2 - kх2 2 /2, 

где х1 и х2 – величины начальной и конечной деформации.

Анализ формул: Работа силы тяжести и силы упругости равна нулю при перемещении тела по замкнутой траектории. Работа силы тяжести не зависит от формы траектории. Рассмотренные силы являются консервативными.

4. Рассмотрим работу силы трения скольжения. Работа этой силы не зависит от координаты, а зависит от относительной скорости соприкасающихся тел и всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел.

Если на тело массы  m,  находящегося на гладкой горизонтальной поверхности, действует  постоянная сила F, направленная под некоторым углом  б  к горизонту и при этом тело перемещается на некоторое расстояние S, то говорят, что сила F совершила работу A. Величину работы определяют по формуле

  A = F Ч S cosб 

Однако в природе идеально гладких поверхностей не бывает, и на поверхности контакта двух тел всегда возникают силы трения. Работа силы трения покоя равна нулю, поскольку перемещение отсутствует. При скольжении твердых поверхностей сила трения направлена против перемещения. Ее работа отрицательна. (слайд №3 презентации №2)

Вследствие этого кинетическая энергия трущихся тел превращается во внутреннюю - трущиеся поверхности нагреваются. Например, при торможении.

Работа против сил трения рассматривается только применительно к равномерному движению и имеет вид

  Атр= FтрЧS = мNS,

где м - коэффициент трения скольжения,  N-сила реакции опоры.

При скольжении тела по неподвижной поверхности угол между направлением перемещения и направлением силы трения равен 1800. Так как cos1800=-1,то работа силы трения  есть величина отрицательная на любом участке траектории:

  Атр= - FтрЧS.

И на замкнутой траектории отлична от нуля. Работа силы трения уменьшает механическую энергию тела.(слайд №1 презентации №2)

5. Учитель учащимся: просмотрите свои записи урока.

6. Демонстрационный опыт: демонстрация работы при перемещении бруска с грузом.

       

При равномерном перемещении бруска с помощью динамометра  имеем постоянное значение силы, задаём перемещение, учитываем размерность единиц и вычисляем работу силы по формулам (1) и (2), учитывая в последнем случае угол 450 .

4 этап: исследовательский

Учитель предлагает учащимся  выполнить следующие исследовательские работы:

По определению работы силы трения скольжения По определению работы силы упругости при деформации пружины. По определению работы силы тяжести тела по поднятию тела по наклонной плоскости двумя способами и сделайте вывод.

Работу №3 выполняют ученики, успешно выполняющие задания по применению знаний в изменённой ситуации.

Требования к записям: кратко оформить шаги выполнения и записать результат работы в тетради. Ученики, выполнившие первыми правильно  задание, записывают на доске свои результаты и проговаривают этапы выполнения работы.

5 этап: Обобщение и систематизация знаний

На уроке мы изучили особенности работ сил тяжести, упругости и трения и их математические формулы.

Проанализируем презентации учащихся  №2 и  №3

По ходу обсуждаются  вопросы:

Совершает ли работу сила тяжести, если шар катится по горизонтальной поверхности? если шар катится после толчка вверх по наклонной плоскости? Зависит ли значение работы силы тяжести от длины пройденного телом пути? От массы тела? Какую работу – положительную или отрицательную – совершает сила упругости при сжатии пружины? При возвращении пружины в недеформированное состояние? В чём сходство работ, совершаемых силой тяжести и силой упругости? Зависит ли работа силы трения от формы траектории? Чем существенно отличается работа силы трения от работы силы тяжести и силы упругости?

6 этап: Домашнее задание дифференцированное. Комментирование письменного домашнего задания.

п.18(1), вопросы параграфа 1-7, 10-13, зч. №11.10, 11.11, 11.16, к  зч  №11.41( по желанию) просмотреть решение задачи №8.34

Методическая литература:

, Физика.10 класс. В 2ч. Ч. 1. Учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень).-М.: Мнемозина,2009. Физика.10 класс. В 2 ч. 2 ч. Задачник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень)/-М.: Мнемозина,2009. , , Физика-10. Методические материалы для учителя.- М.:Илекса, 2004 Физика. 10 кл.: Учебн. для общеобразоват. учеб. заведений.—2 е изд., стреот.- М.: Дрофа, 2001. Программы и примерное поурочное планирование для общеобразовательных учреждений. Физика.7-11 классы/авт.-сост. , )-М,:Мнемозина,2010. Повторение и контроль знаний по физике на уроке и внеклассных мероприятиях, 10-11 классы: диктанты, тесты, кроссворды, внеклассные мероприятия/-Москва: Глобус; Волгоград: Панорама, 2009.

Сайты ИНТЕРНЕТ: www. rae. ru , www. fxyz. ru  и др