Взаємодія тіл. Закон інерції. Маса тіла

                   

Тема.  Взаємодія тіл. Закон інерції. Маса тіла

Мета :  сформувати поняття «інерція», «маса», «інертність»; виявити відмінні особливості цих   понять. Розвивати вміння логічно розмірковувати, визначати і пояснювати дані поняття. Вчити знаходити у навколишньому світі приклади прояву інерції і пояснювати їх.

 

Тип  уроку : урок  вивчення нового матеріалу.

Обладнання :  два візки однакової маси, набір тягарців, невеликий м’ячик, малюнки до теми, жолоб, кульки, терези, брусок,  роздавальний матеріал, опорний конспект

Хід  уроку

І.  Організаційний етап уроку.

   1.  Оскільки урок є першим у розділі  «Взаємодія  тіл», то на цьому етапі доречно буде надати учням інформацію про:

орієнтовний план вивчення розділу;

кількість навчальних годин, що відведено для його вивчення;

приблизний зміст матеріалу ( теми, кількість лабораторних та контрольних робіт)

     2.  Озвучення епіграфу уроку.  Створення сприятливого психоемоційного  клімату.

ІІ.  Перевірка  знань, умінь  учнів.

1.  Інтерактивна вправа  «коректор»

Вставте пропущені літери в термінах і сформулюйте їх визначення:

Мех…ий   р…х,  шв…сть, тр…ія,  ш…х,  пр….ий  р…х,  год..ик, се…да.

Механічний  рух – зміна положення тіла відносно інших тіл в просторі з плином часу.

Швидкість –  фізична величина, яка показує, який шлях проходить тіло за одиницю часу.

Траєкторія – Уявна лінія, яку описує матеріальна точка під час руху.

Шлях – довжина траєкторії, яку описує тіло під час руху протягом певного інтервалу часу.

Прямолінійний рух – рух тіла по уздовж прямої лінії.

Годинник – прилад  для вимірювання часу.

Секунда – основна одиниця вимірювання часу в СІ.

     

2.  Фронтальне опитування

 

ІІІ.  Оголошення  теми,  мети,  завдань  уроку. Мотивація навчальної діяльності

  Є на світі люди діяльні, рухливі. Вони не можуть і хвилини сидіти на місці. У механіці такі тіла теж зустрічаються. Не встигли на тіло дмухнути, а його на місці вже немає. Де поділося? Рушило, змінило свою швидкість. А ще у механіці відомі такі тіла, які з місця не зрушиш. На сьогоднішньому уроці ми з’ясуємо причини зміни швидкості різних тіл.

 ІV. Актуалізація  опорних  знань  учнів:

Що називають фізичним тілом?

Які види механічного руху ви знаєте?

Як визначити швидкість , знаючи пройдений шлях і час руху тіла?

Швидкість руху тіла є векторною величиною. Що це означає?

Які одиниці вимірювання швидкості тіла?

V. Вивчення нового матеріалу.

1.  Слово вчителя 

    Як вже з вами пригадали, механічний рух – це зміна положення тіла відносно інших тіл. Механічні рухи супроводжують нас усюди, і відсутність руху навколо себе людина сприймає як катастрофу. Будь-які зміни в природі відбуваються внаслідок взаємодії між тілами.

Вітрильник може тривалий час стояти біля берега, аж доки не подме попутний вітер і подіє на його вітрила.

Колеса іграшкового автомобіля можуть обертатися з будь-якою швидкістю, але іграшка не змінить свого положення, якщо під іграшку не підкласти дощечку або лінійку.

Форму чи розмір пружини можна змінити, лише підвісивши до неї тягарець або потягнувши рукою за один з її кінців.

      Усі тіла в природі так чи інакше пов'язані між собою і діють одне на інше або безпосередньо, або через фізичні поля. Така дія завжди є взаємною. Якщо тепловоз діє на вагон і змінює його швидкість, то швидкість тепловоза при цьому також змінюється внаслідок зворотної дії вагона. Сонце діє на всі тіла на Землі і на саму Землю, утримуючи її на орбіті. Але і Земля притягує Сонце і в свою чергу змінює його траєкторію. Отже, в усіх випадках можна говорити лише про взаємну дію тіл  — взаємодію.

Важлива характеристика механічного руху – його швидкість. Якщо швидкість тіла під час руху зовсім не змінюється, то рух називається рівномірним. Зрозуміло, що швидкість тіла не змінюється і тоді коли тіло взагалі не рухається: у цьому випадку вважають, що швидкість дорівнює нулю.

       Евристична   бесіда з учнями

 –  Як ви думаєте, чи може тіло без причини змінити свою швидкість?

Демонстрація  1.

Погляньте на м’ячик, який лежить на столі. До якого часу він буде лежати нерухомо?   ( Доки до нього не торкнутися або не штовхнути)

А якщо б це був футбольний м’яч?  Подивіться на мал. 1  ( Доки по м’ячу не вдарить нога футболіста )

Таким чином, ми з’ясували, що швидкість змінюється під дією інших тіл. Так  само стверджував відомий давньогрецький філософ Арістотель,  який жив у IV ст. до н. е. Він казав: «Усе, що знаходиться у русі, рухається завдяки дії на нього іншого. Без дії немає руху.»

Проблемне  питання :   Як ви думаєте, чи завжди змінюються швидкості двох тіл  при  їх взаємодії?   

( Майже завжди. Одне тіло після взаємодії набуває швидкості, яка може суттєво відрізнятися від швидкості іншого тіла.)   

Демонстрація 2.

Під час взаємодії тіл може змінюватися швидкість руху не лише тіл у цілому, а й окремих їх частин.

Наприклад, якщо ми стискаємо в руці м’ячик. Внаслідок неоднакового переміщення окремих частин м’яч стискається і деформується.

 Отже, унаслідок взаємодії тіл вони змінюють свою швидкість і напрям свого руху, а також деформуються.

Демонстрація 3.

Розглянемо кілька дослідів з похилим жолобом і кулькою.

а)  Зверніть увагу на рух кульки, коли вона зустрічає на своєму шляху гірку з піском. Що відбувається? ( Зразу зупиняється)

б) Якщо я розрівняю гірку? (Покотиться дальше, ніж у першому випадку)

в) А якщо я заберу пісок зовсім?  (Кулька пройде ще більший шлях)

Отже, чим менша дія піску на кульку, тим довше вона зберігає свою швидкість.

Ще італійський вчений Галілей казав: «Тіла рухаються рівномірно прямолінійно, або знаходяться в стані спокою, якщо на них не діють інші тіла»

Демонстрація  4.

У нас є візок із дерев’яним бруском на ньому:

Якщо я різко надам візку якусь швидкість, що відбудеться?  (брусок впаде назад)

Якщо я різко зупиню візок, що відбудеться?  (брусок впаде вперед)

Чому ж падає брусок? (Швидкість візка змінилася, а брусок ще деякий час продовжує свій рух, зберігаючи свою швидкість.)

   А зараз проведемо ще один експеримент, у якому ви всі будете приймати участь.

–  Встаньте, будь ласка. Підніміть руки вгору, розслабтеся. Коли зазвучить музика, то починайте рухатися, ніби вітки дерев, коли їх гойдає вітер. Як тільки мелодія перестане звучати, ваша задача миттю зупинитися. Приготувалися. (звучить мелодія)

– Спасибі всім. Сідайте. Що ви відчули, коли музика перестала звучати і вам потрібно було миттю зупинитися?

– Що це – явище чи величина?     (явище)

– Яка його особливість?     (тіло продовжувало рухатися ще деякий час)

    Це явище називають «інерція».

   Арістотель  вважав, що рух тіла, викликаний рухом якогось іншого тіла, повинен сам припинитися, так як саме спокій є звичайним станом фізичного тіла, і всі тіла намагаються досягнути стану спокою. Він дивувався , чому камінь, випущений із його руки, продовжує рухатися, відірвавшись від руки. Відповідь на це питання дав через 200 років у  Італії вчений Галілео Галілей, а пізніше у 1678 році більш точно його сформулював Ісаак Ньютон: « Властивість тіла зберігати стан спокою  або рівномірного прямолінійного руху, коли на тіло не діють інші тіла, називається інерцією.» 

   Латинське слово «inertia» перекладається на нашу мову як «бездіяльність» і навіть … «лінь»! Тіло, до якого не прикладені сили, саме по собі свою швидкість не змінює –  йому ніби лінь це робити. Тому закон Галілея-Ньютона (перший закон Ньютона) і отримав назву закону інерції.

Рух по інерції враховується при забезпеченні безпеки руху. Автомобіль неможливо миттєво зупинити, повернути або зрушити з місця. Тому у світлофора є жовтий сигнал, а перед поворотами ставлять попереджувальний знак.

У  багатьох видах спорту використовується рух по інерції. Політ стріли, стрибок у довжину, рух м’яча при ударі спортсмена ногою – це приклади руху по інерції.

Зверніть увагу на терміни  інерція  та  інертність. Дехто думає, що це одне і те ж саме. Але хоч ці два слова близькі по звучанню, вони не є синонімами,  вони мають різний зміст. Що таке інертність пояснимо за допомогою демонстрації.

Демонстрація  5.

Давайте дослідимо рух двох візків різної маси.

      

–  Чи з однаковою швидкістю рухаються  візки після взаємодії?

–   Як залежить швидкість руху від маси візків? 

Як бачимо з проведеного досліду, та й з нашого повсякденного досвіду, внаслідок взаємодії різні тіла зазнають певної зміни швидкості за неоднакові інтервали часу: одні за більші, інші – за менші. Рух тіла, яке повільно змінює швидкість руху, більше нагадує рух за інерцією, тому кажуть, що воно більш інертне.  Часу  взаємодії (який однаковий для обох тіл) йому не вистачило, щоб змінити свою швидкість на стільки, на скільки  змінило друге тіло. Тобто тілу більш інертному потрібно більше часу, щоб змінити швидкість на задану величину, ніж тілу менш інертному.  Таким чином:

Інертність – властивість тіла, яка полягає у тому, що для зміни його швидкості під час взаємодії з будь-якими іншими тілами потрібний певний час.

Властивість інертності мають усі тіла.

Кількісною мірою інертності є маса тіла.

Маса тіла – це фізична величина, яка характеризує інертність тіла. Чим більша маса тіла, тим більш воно інертне.

  Поняття маси — одне з найскладніших у фізиці. У міру вивчення цієї науки ви будете  дедалі більш докладно знайомитися з цією фізичною величиною. Поки що ж ми повинні запам'ятати, що кожне фізичне тіло: Сонце, людина, краплина роси, мікрочастинка будь-якої речовини — має масу.

Існують різні методи визначення маси тіла. На практиці найзручнішим виявився метод вимірювання маси, пов'язаний з добре відомим явищем гравітаційної взаємодії всіх тіл із Землею. Ви всі добре знаєте, що всі тіла притягуються Землею. Якщо ми візьмемо в одну  руку сірникову коробку, а в другу –  дерев’яний  брусок, то більше навантаження відчуємо у руці, яка тримає брусок, тобто він має більшу масу, оскільки сильніше притягується Землею.

Але якщо маси тіл близькі за значенням, то порівняти їх масу на руках неможливо. Тому для визначення маси тіла користуються спеціальними приладами, які називаються терезами. Серед них найпоширеніші і найпростіші — важільні. На цих терезах порівнюють взаємодію із Землею тіла й еталонних важків, покладених на шальки терезів. На практиці застосовують також інші терези, які пристосовані до різних умов роботи і мають різні конструкції.       Визначення маси тіла за допомогою терезів називають зважуванням.

Маса тіла позначається латинською літерою m. За одиницю маси в СІ  прийнято один кілограм.

m  = 1 кг

Міжнародний зразок (еталон) кілограма зберігається в Міжнародному бюро мір і ваги у Франції , в м. Севрі, що поблизу Парижа. Він виготовлений з платиново-іридієвого сплаву і має форму циліндра діаметром і висотою 39 мм (малюнок).  За цим зразком з великою точність виготовлено копії для всіх країн світу.

Як і для інших одиниць вимірювання, для кілограма застосовують похідні одиниці:

1 г = 0,001 кг = 10 3 кг;

1 мг = 0,000001 кг = 10 6 кг;

1 т = 1000 кг = 103 кг;

1 ц = 100 кг = 102 кг.  

Робота з підручником

Крім системних існують й інші одиниці маси . Прочитайте рубрику «Це цікаво знати» у підручнику на сторінці 57.  ( Один із учнів читає вголос).

Ви прочитали, що для вимірювання маси дорогоцінного каміння користуються одиницею … (карат). Цією мірою ювеліри користувалися ще в давнину. А в якості гирьок при зважуванні вони використовували насіння цератонії із сімейства цезальпінієвих, маса кожного з яких рівна 0,2 г.

  VІ. Закріплення вивченого матеріалу

   Усні  вправи

1.  Що таке інерція тіла?

2.  Чи однаково змінюються швидкості тіл однакової маси під  дією різних сил?

3. Що таке інертність?

4. Що таке маса?

5.  Які одиниці маси?

6. За допомогою якого приладу вимірюють масу?

7. Маса однієї кулі дорівнює 6 кг, а другої — 0,017 кг. Яку кулю важче зупинити,  якщо вони  котяться з однаковими швидкостями гладенькою горизонтальною поверхнею? 8. Водій  вантажного  автомобіля,   побачивши  червоний сигнал світлофора, натискує на гальма раніше, ніж водій легкового автомобіля, який рухається поруч з такою самого швидкістю. Чому? 9.     На кожне з двох тіл, що рухалися з однаковою швидкістю гладенькою поверхнею, подіяла       сила 10 Н. Одне з них зупинилося через 20 с, а друге — через 5 с. Яке з цих тіл має більшу масу?

10. Лисиця, втікаючи від собаки, часто спасається тим, що несподівано робить різкі рухи в сторону саме в ті моменти, коли собака готова схопити її зубами. Чому собаці важко спіймати лисицю?

Відповідь:  Лисиця несподівано міняє напрямок руху, тоді як собака ще якийсь час за інерцією рухається в початковому напрямку, тому не може наздогнати лисицю.

  Тестові завдання

  Учні отримують картки із тестовими завданнями.

   Письмові  вправи

 1. Подайте в кілограмах такі маси тіл: 5,3 т; 0,25 т; 4700 г; 150 г.

2. На лівій шальці зрівноважених терезів лежить тіло, масу якого необхідно виміряти, а на правій — такі гирі: одна 100 г, дві по 20 г, одна 5 г і одна 200  мг. Визначте  масу  зважуваного тіла й подайте її в грамах і кілограмах.  (145,2 г,  0,1452 кг)

 3. Маса склянки з соком складає 340 г 570 мг. Обчисліть масу налитого в склянку соку, якщо відомо, що маса склянки дорівнює 150 г 530 мг. ( 190 г 40 мг)     VІІ. Підсумок  уроку

    Інерція  – властивість тіла зберігати стан спокою  або рівномірного прямолінійного руху, коли на тіло не діють інші тіла.

    Інертність – властивість тіла, яка полягає у тому, що для зміни його швидкості під час взаємодії з будь-якими іншими тілами потрібний певний час.

      Маса тіла (m) — це фізична величина, яка характеризує здатність тіл притягатися до інших тіл завдяки гравітаційній взаємодії.      Одиницею виміру маси в СІ є кілограм (1 кг).      Масу тіла можна визначити за допомогою зважування.

    VІІІ. Домашнє  завдання

Опрацювати матеріал   §§ 14 – 16.

  Експериментальні завдання   1. Сконструюйте терези, використовуючи учнівську лінійку, дві пластикові склянки, нитки. Як тягарці візьміть різні монети (їхня маса є в таблиці). За допомогою виготовлених вами терезів визначте масу декількох невеликих тіл.

  2. Маючи терези, набір важків, піпетку, склянку з водою й порожню склянку, визначте середню масу однієї краплі води.

Тема. Другий закон Ньютона

Мета: сформулювати та записати в математичній формі другий закон Ньютона; пояснити залежність між величинами, що входять до формули цього закону; розвивати логічне мислення, вміння пояснювати вияви другого закону Ньютона в природі; формувати інтерес до вивчення фізики, виховувати працьовитість, відповідальність.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Демонстрації: залежність прискорення тіла від сили, що діє на нього.

Обладнання: візок з легенькими колесами, обертовий диск, набір тягарців, пружина, блок, брусок.

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація опорних знань учнів

Ланцюжок формул (відтворити формули):

 

II. Мотивація навчальної діяльності учнів

Учитель. За допомогою законів Ньютона можна не лише пояснювати спостережувані механічні явища, а й передбачати їх перебіг. Нагадаємо, що пряма основна задача механіки полягає в знаходженні положення і швидкості тіла в будь-який момент часу, якщо відомі його положення і швидкість у початковий момент часу і сили, які діють на нього. Ця задача розв’язується за допомогою другого закону Ньютона, який сьогодні ми будемо вивчати.

 

III. Сприйняття нового матеріалу

1. Залежність прискорення тіла від сили, що діє на нього

Залежність прискорення тіла від сил, що діють на нього. Встановити дослідним шляхом зв’язок між прискоренням і силою абсолютно точно неможливо, оскільки будь-яке вимірювання дає лише наближене значення вимірюваної величини. Але визначити характер залежності прискорення від сили можна за допомогою нескладних дослідів. Уже прості спостереження показують: чим більша сила діє на тіло, тим швидше змінюється швидкість тіла, тобто тим більше його прискорення. Природно припустити, що прискорення прямо пропорційне силі. Перевіряти це припущення зручно на прикладі поступального руху візка з легенькими колесами, який рухається з малим тертям і у якого маса коліс мала порівняно з масою візка. На основі дослідів роблять висновок: набуте тілом прискорення прямо пропорційне силі,що на нього діє. На дослідах з обертовим диском показати, що під час руху по колу прискорення теж пропорційне прикладеній силі. Силу, що діє на візок, можна змінювати, заміняючи підвішений тягар. Візок із тягарцем під дією тієї самої сили набуває меншого прискорення, ніж порожній. Ця відмінність зумовлена властивістю тіла, що називається інертністю. Інертність — властивість, яка полягає в тому, що для зміни швидкості тіла на задану величину необхідно, щоб дія на нього певного іншого тіла тривала певний час. Чим більшим є цей час, тим інертнішим є тіло.

Коефіцієнт пропорційності між силою та прискоренням для різних тіл може бути різним. Цей коефіцієнт пропорційності є мірою інертності певного тіла і називається його масою. Чим більшою є маса тіла, тим більшу силу потрібно прикласти, щоб надати тілу певного прискорення.

Більш інертне тіло має більшу масу, менш інертне — меншу:

2. Другий закон Ньютона

Кількісна залежність між прискоренням, діючою силою й масою тіла виражає важливий закон природи — другий закон Ньютона. У фізиці дію одного тіла на інше, дію, яка спричиняє прискорення, називають силою. Можна сказати, що сила — це і причина прискорення. Саме так означав силу І. Ньютон: «Прикладена сила є дія, виконування над тілом, щоб змінити його стан спокою або рівномірного прямолінійного руху». Цю дію виконує якесь інше тіло. Якщо, наприклад, тіло, яке вільно падає, рухається з прискоренням, то воно спричинене дією на це тіло Землі. Прискорення тіла, яке падає, спричинене силою, прикладеною до нього (або яка діє на нього). Цю силу називають силою тяжіння.

Інший приклад. Нехай один кінець спіральної пружини закріплено. Прикріпимо до другого кінця брусок — він залишається в спокої. Видовжимо пружину на At і знову прикріпимо до неї брусок.

Відпустивши розтягнуту пружину, побачимо, що брусок рухається з прискоренням. Очевидно, воно спричинене взаємодією бруска й пружини. Але тепер на брусок діє сила з боку пружини, яка й спричинила прискорення бруска. Цю силу називають силою пружності.

Другий закон динаміки Ньютона встановлює зв’язок між кінематичними та динамічними величинами. Найчастіше він формулюється так: прискорення, якого набуває тіло, прямо пропорційне масі тіла і має той самий напрям, що й сила:

 

 

 

 

де   — прискорення,  — рівнодійна сил, що діють на тіло, Н; m — маса тіла, кг.

Якщо з цього виразу визначити силу  , то одержимо другий закон динаміки у такому формулюванні: сила, що діє на тіло, дорівнює добутку маси тіла на прискорення, якого надає ця сила.

Ньютон сформулював другий закон динаміки дещо інакше, використавши поняття кількості руху (імпульсу тіла). Імпульс — добуток маси тіла на його швидкість (те саме, що й кількість руху) — одна з мір механічного руху:   Імпульс (кількість руху) є величиною векторною. Оскільки прискорення  , то

Ньютон сформулював свій закон так: зміна кількості руху тіла пропорційна діючій силі і відбувається у напрямі тієї прямої, вздовж якої ця сила діє.

Варто розглянути ще одне з формулювань другого закону динаміки. У фізиці широко використовується векторна величина, яка називається імпульсом сили, — це добуток сили на час її дії:   Використовуючи це, дістанемо  . Зміна імпульсу тіла дорівнює імпульсу сили, яка на нього діє.

Другий закон динаміки Ньютона узагальнив виключно важливий факт: дія сил не спричиняє власне руху, а лише змінює його; сила викликає зміну швидкості, тобто прискорення, а не саму швидкість. Напрям сили збігається з напрямом швидкості лише в частковому випадку прямолінійного рівноприскореного (Δ  > 0) руху. Наприклад, під час руху тіла, кинутого горизонтально, сила тяжіння напрямлена вниз, а швидкість утворює із силою певний кут, що під час польоту тіла змінюється. А у випадку рівномірного руху тіла по колу сила весь час напрямлена перпендикулярно до швидкості руху тіла.

Одиницю виміру сили в СІ визначають на основі другого закону Ньютона. Одиниця виміру сили називається [H] і визначається так: сила в 1 ньютон надає тілу масою 1 кг прискорення 1 м/с2. Таким чином,

Приклади застосування другого закону Ньютона

Як приклад застосування другого закону Ньютона можна розглянути, зокрема, вимірювання маси тіла за допомогою зважування. Прикладом вияву другого закону Ньютона в природі може бути сила, що діє на нашу планету з боку Сонця, і т. ін.

Межі застосування другого закону Ньютона:

1) система відліку має бути інерційною;

2) швидкість тіл має бути набагато меншою, ніж швидкість світла (для швидкостей, близьких до швидкості світла, другий закон Ньютона використовується в імпульсному вигляді:  ).

 

IV. Закріплення матеріалу

Розв'язування задач

1. На тіло масою 500 г одночасно діють дві сили 12 Н і 4 Н, напрямлені в протилежному напрямку уздовж однієї прямої. Визначити модуль і напрямок прискорення.

 

 

Рис. 1

 

Дано: m = 500 г = 0,5 кг, F1 = 12 Н , F2 = 4 Н.

Знайти: а - ?

Розв’язання

Згідно з другим законом Ньютона:  , де   Проведемо вісь Ox, тоді проекція F = F1 -F2. Таким чином,

Відповідь: 16 м/с2, прискорення напрямлене у бік дії більшої сили.

 

2. Координата тіла змінюється за законом x = 20 + 5t + 0,5t2 під дією сили 100 Н. Знайти масу тіла.

Дано: х = 20 + 5t + 0,5t2, F = 100H

Знайти: m - ?

Розв’язання

Під дією сили тіло рухається рівноприскорено. Отже, його координата змінюється за законом:

Згідно з другим законом Ньютона:

Відповідь: 100 кг.

 

3. Тіло масою 1,2 кг набуло швидкості 12 м/с на відстані 2,4 м під дією сили 16 Н. Знайти початкову швидкість тіла.

Дано:   = 12 м/с, s = 2,4m, F = 16H, m = 1,2 кг

Знайти:  0 - ?

Розв’язання

Під дією сили тіло набуває прискорення згідно з другим законом Ньютона:

Для рівноприскореного руху:

З (2) виразимо час t :

і підставимо для t в (1):

Підставимо вираз для прискорення:

Відповідь: 8,9 м/с.

 

V. Підсумки уроку

Фронтальна бесіда за запитаннями

1. Як зв’язані між собою такі фізичні величини, як прискорення, сила і маса тіла?

2. Чи можна за формулою   стверджувати, що сила, яка діє на тіло, залежить від його маси і прискорення?

3. Що таке імпульс тіла (кількість руху)?

4. Що таке імпульс сили?

5. Які формулювання другого закону Ньютона ви знаєте?

6. Який важливий висновок можна зробити з другого закону Ньютона?

 

VI. Домашнє завдання

• Опрацювати відповідний параграф підручника.

• Розв’язати задачі:

1. Знайдіть модуль прискорення тіла масою 5 кг під дією чотирьох прикладених до нього сил, якщо:

а) F1 = F3 = F4 = 20 H, F2 = 16 H;

б) F1 = F4 = 20 H, F2 = 16 H, F3 = 17 H.

 

 

Рис. 2

 

2. Тіло масою 2 кг, рухаючись прямолінійно, за 4 с змінило свою швидкість з 1 м/с до 2 м/с.

а) З яким прискоренням рухалося тіло?

б) Яка сила діяла на тіло у напрямку його руху?

в) Як змінився імпульс тіла (кількість руху) за розглянутий час?

г) Який імпульс сили, що діяла на тіло?

д) Яку відстань пройшло тіло за розглянутий час руху?

Третій закон Ньютона. Мета уроку: розкрити зміст третього закону Ньютона, поглибити знання про взаємодію тіл. Розвивати образне та критичне мис¬лення, творчу уяву. Виховувати почуття відповідальності, праце¬любність, самостійність, уважність. Обладнання: плакат, підручник Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу Орієнтовний план проведення уроку  І. Організаційна частина (2 хв)  ІІ. Повторення вивченого матеріалу й набутих знань і умінь (5 хв)  ІІІ. Мотивація навчальної діяльності (2 хв)  IV. Оголошення теми й мети уроку (2 хв)  V. Вивчення нового матеріалу (30 хв)  VI. Підведення підсумків роботи (4 хв) Хід уроку І. Організаційна частина • Перевірка присутніх. • Призначення чергових. ІІ. Актуалізація опорних знань учнів 1. Як спрямоване прискорення тіла, якщо відомо напрямок сили, що діє на нього? 2. Використовуючи другий закон Ньютона, поясніть:  а) чому падіння на мерзлу землю більш небезпечне, ніж на пух¬кий сніг;  б) чому, стрибнувши з висоти кількох поверхів на натягнутий брезент, можна залишитися неушкодженим? 3. Яка сила надає прискорення останньому вагону пасажирського потяга, що відходить від станції? 4. До тіла в стані спокою прикладають силу. Чи можна визначити, куди рухатиметься тіло? А якщо тіло вже рухалося? 5. Що можна сказати про швидкість і прискорення тіла, до якого не докладено ніякої сили? ІІІ. Мотивація навчальної діяльності Ми вже багато разів говорили про геніального англійського вченого Ісаака Ньютона. За свої наукові заслуги він навіть одержав лицарське звання й титул лорда. «Природа для нього була відкритою книгою, яку він читав без зусиль», – писав про цього вченого Альберт Ейнштейн. У роботі «Математичні начала натуральної філософії» (1687) Ньютон сформулював «аксіоми руху» – їх тепер називають законами Ньютона. Про третій закон Ньютона – останній закон руху – йтиметься на цьому уроці. IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку Учитель записує на дошці тему уроку, повідомляє навчальну мету та визначає такі завдання уроку: V. Вивчення нового матеріалу Третій закон Ньютона Другий закон Ньютона встановлює залежність прискорення одного з тіл, що взаємодіють, від його маси та сили, яка діє на ньо¬го. Однак у результаті взаємодії кожне тіло отримує прискорення, а отже, на кожне з тіл, що взаємодіють, діє сила. Досліди показу¬ють, що в усіх видах взаємодій прискорення тіл, які взаємодіють, обернено пропорційні масам цих тіл: З цього співвідношення з урахуванням того, що прискорення, яких набувають тіла в процесі взаємодії, спрямовані в протилеж¬них напрямках, можна записати: m1a1=-m2a2 Відповідно до другого закону Ньютона, m1a1= F1 і m2a2= F2 де F1 — сила, що діє на перше тіло, а F2 — на друге. Тому F1 = - F2  Ця рівність виражає третій закон Ньютона: тіла взаємодіють одне з одним із силами, однаковими за моду¬лем і протилежними за напрямком. Третій закон Ньютона стверджує, що сили завжди «виника¬ють» парами. Ці сили іноді називають силами дії та протидії. При цьому байдуже, яку з двох сил назвати силою дії, а яку — силою протидії. Властивості сил, із якими тіла взаємодіють Сили, з якими взаємодіють два тіла: а) мають ту саму фізичну природу, оскільки зумовлені тією са¬мою взаємодією; б) однакові за модулем і спрямовані вздовж однієї прямої про¬тилежно одна одній; в) прикладені до різних тіл і тому не можуть компенсувати одна одну. Приклади прояву третього закону Ньютона Третій закон Ньютона показує, що дія одного тіла на інше має взаємний характер. Однак часто ми бачимо (або відчуваємо) дію, що чиниться лише на одне з двох тіл, які взаємодіють, у той час як дія на інше тіло залишається непоміченою. Відповідно до третього закону Ньютона, камінь притягує Зем¬лю з такою ж силою, з якою Земля притягує камінь. Тому, коли камінь падає, він і Земля — обидва — рухаються з прискореннями назустріч одне одному. Однак прискорення Землі в стільки ж ра¬зів менше за прискорення каменя, у скільки разів маса Землі біль¬ша від маси каменя. Тому ми й «помічаємо» часто лише одну силу взаємодії із двох — силу, що діє на камінь з боку Землі. А така сама за модулем сила, що діє на Землю з боку каменя, залишається не¬поміченою. На завершення уроку можна розглянути ще кілька прикладів. 1. Явище віддачі. Сила, що діє на снаряд з боку гармати, дорівнює за модулем силі, що діє на гармату з боку снаряда в момент по¬стрілу. В автоматичній стрілецькій зброї явище віддачі вико¬ристовується для перезаряджання зброї. 2. Реактивний рух. Викидаючи з величезною швидкістю про¬дукти згоряння палива назад, ракета діє на них із величезною силою. Із такою ж за модулем, але спрямованою вперед силою продукти згоряння діють на ракету. 3. Взаємодія Землі й Сонця, Місяця й Землі, рух планет та інших небесних тіл. 4. Рух транспортних засобів. Запитання до учнів під час викладу нового матеріалу 1. Яке співвідношення існує між силами, з якими взаємодіють два тіла? 2. Що спільного мають дві сили, з якими взаємодіють два тіла? 3. Чим відрізняються сили, з якими взаємодіють два тіла? 4. Чи існує фізична відмінність між дією і протидією? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Учимося розв’язувати задачі 1. Чому в разі зіткнення легкової машини з вантажівкою пошко¬дження в легкової машини завжди більші, ніж у вантажної? 2. Тіло масою 100 г плаває у воді. З якою силою вода діє на тіло? тіло на воду? 3. Автомобіль розганяється, відштовхуючись від дороги. А від чого відштовхується ракета, що розганяється у відкритому космосі? 4. Терези, на яких стоїть склянка з водою, зрівноважені. Чи порушить¬ся рівновага, якщо занурити у воду палець, не торкаючись дна? 2. Контрольні запитання 1. Чи можна обчислити рівнодіючу сил дії та протидії? 2. У якому випадку дві сили компенсують одна одну? Про що ми дізналися на уроці - Третій закон Ньютона:  тіла взаємодіють одне з одним із силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямком: F1 = - F2

Тема. Три закони Ньютона. Узагальнювальний урок

Мета: узагальнити та систематизувати знання учнів про закони Ньютона, удосконалити вміння розв'язувати якісні та розрахункові задачі, виконувати завдання на основі відомих законів і закономірностей; розвивати вміння застосовувати одержані знання на практиці, працювати в групі; виховувати взаємоповагу, наполегливість у здобутті знань.

Тип уроку: узагальнення та систематизації знань.

Обладнання: картки для роботи в групах, аркуш самооцінювання.

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація опорних знань

Ланцюжок запитань (один учень починає, інший відповідає, а потім сам ставить наступне запитання):

1. Що вивчає динаміка?

2. У чому полягає перший закон Ньютона?

3. Що таке сила?

4. Які дії виконують з силами?

5. Чим характеризується сила?

6. Як записується другий закон Ньютона?

7. Які досліди підтверджують справедливість першого закону Ньютона?

8. Які закони підтверджують справедливість другого закону Ньютона?

9. Який зміст третього закону Ньютона?

10. Яка причина виникнення прискорення?

11. Як визначається рівнодійна двох сил?

12. Що таке рівнодійна?

13. Що таке маса?

14. Який зв’язок між прискоренням і силою?

15. Який зв’язок між прискоренням і масою?

16. Як визначають масу тіла?

17. У яких одиницях вимірюється сила?

18. Де спостерігається прояв явища інерції в техніці і побуті?

19. Які системи відліку називають інерційними?

20. За яких умов тіла рухаються прямолінійно і рівномірно?

 

ІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів

Механіка Ньютона — перша в історії фізики (та й взагалі науки) завершена теорія, яка правильно описує широкий клас явищ — рухи тіл. Один із сучасників Ньютона так висловив своє захоплення цією теорією:

Імлою світ було цей оповито.

Хай буде світло! І з’явився Ньютон.

Закони Ньютона в принципі дозволяють розв’язати будь-яку задачу механіки. Якщо відомі сили, прикладені до тіла, можна знайти прискорення тіла в будь-який момент часу, в будь-якій точці його траєкторії.

Сьогодні ми узагальнимо та систематизуємо знання про три закони Ньютона.

До цього уроку ви готувалися протягом усього часу вивчення цих питань. Тому сподіваюся, що ваші відповіді будуть правильними, а ви будете уважними та наполегливими.

 

ІІІ. Розв'язування задач

1. Закони Ньютона у народних прислів’ях.

Пояснити прислів’я:

• Коси коса, поки роса, а як роса додолу — ми додому. (Коли роса випаде на траву, то маса трави зросте і вона буде більш інертною. Внаслідок взаємодії коси і трави трава «не встигатиме» змінювати свою швидкість за косою і залишиться скошеною на місці  . Крім того, роса виконує роль мастила.)

• Кінь не цвях, пане, зразу не стане. (Цвях зупиняється, опираючись шляпкою (більша площа опори ) об дошку. Кінь, маючи значну масу, досить інертний, і для зміни його швидкості до нуля потрібний певний час.)

• Добре ковадло не боїться молота. (Не «боятиметься» молота не ковадло, маса якого досить велика, бо воно тоді буде більш інертним і, взаємодіючи з молотом, практично не змінюватиме швидкість, тобто стоятиме на місці.)

• Як не кинь кота на землю, а він на лапи стане. (Як відомо для зміни напрямку швидкості тіла потрібна дія на нього іншого тіла. Кіт у повітрі взаємодіє зі своїм хвостом.)

 

2. Робота в групах. Групи створюються за рівнем знань. (Учень самостійно обирає групу, в якій працюватиме.)

Початковий рівень

1. Чи може шайба, кинута хокеїстом, рухатися рівномірно по льоду?

2. Чому не можна перебігати вулицю перед транспортом, що близько їде? У чому причина того, що водій не може відразу зупинити автівку?

3. Чи може автомобіль рухатись рівномірно по горизонтальному шосе з вимкнутим двигуном? Відповідь поясніть.

Середній рівень

1. З яким прискоренням рухається під час розгону реактивний літак масою 60 т, якщо сила натяги двигунів 90 кН?

2. Визначте масу футбольного м’яча, якщо після удару він набув прискорення 500 м/с2, а сила удару дорівнювала 420 Н.

3. М’яч масою 0,5 кг після удару, що тривав 0,02 с, набуває швидкості 10 м/с2. Визначте середню силу удару.

4. На тіло масою 5 кг уздовж однієї прямої діють дві сили: 12 Н і 8 Н. Визначте прискорення цього тіла у випадках: а) кут між ними складає 0°; б) кут між ними — 180°.

5. Барон Мюнхгаузен стверджував, що сам витяг себе з болота за волосся. Обґрунтуйте неможливість цього.

6. Чи розірветься мотузка, що може витримати силу натягу 150 Н, якщо двоє тягнуть за мотузку в різні сторони із силою по 120 Н?

Достатній рівень

1. Лисиця, тікаючи від переслідувача — собаки, часто рятується тим, що робить різкі раптові рухи вбік саме в той час, коли собака готовий схопити її зубами. Чому собака при цьому промахується?

2. Чому людина, що біжить і бажає швидко і круто обігнути стовп або дерево, хапається за нього рукою?

3. Якими засобами насаджують сокиру на топорище? Як пояснити явища, що відбуваються при цьому?

4. Хокейна шайба масою 250 г, що перебувала у спокої, після удару ключкою, що тривав 0,02 с, ковзає по льоду зі швидкістю 30 м/с2. Визначте середню силу удару.

5. Знайти проекцію сили Fx, що діє на тіло масою 500 кг, якщо тіло рухається прямолінійно і його координата змінюється за законом x = 20 – 10t + t2.

6. Лижник масою 60 кг, маючи в кінці спуску з гори швидкість 10 м/с2, зупинився через 40 с після закінчення спуску. Визначте модуль сили опору руху.

7. Чому човен не зрушується з місця, коли людина, що знаходиться в ньому, тисне на борт, і починає рухатись, якщо людина вийде з човна і штовхатиме його з такою ж силою?

Високий рівень

1. Система відліку жорстко пов’язана з ліфтом. У яких із наведених нижче випадках систему відліку можна вважати інерційною? Ліфт: 1) вільно падає; 2) рухається рівномірно вгору; 3) рухається прискорено вгору; 4) рухається уповільнено вгору; 5) рухається рівномірно вниз.

2. Тіло масою 400 г під дією сили 8 Н набуло швидкості 36 км/год. Визначте, який шлях при цьому пройшло тіло.

3. Визначте початкову швидкість тіла масою 600 г, якщо під дією сили 8 Н на відстані 120 см воно досягло швидкості 6 м/с, рухаючись прямолінійно.

4. Трактор тягне сівалку. За третім законом Ньютона сила, з якою трактор діє на сівалку, дорівнює силі, з якою сівалка діє на трактор. Чому ж сівалка рухається за трактором, а не навпаки?

 

IV. Підсумки уроку

Учитель оцінює роботу кожної групи. Члени груп здійснюють самооцінювання за аркушем самооцінювання.

 

Аркуш самооцінювання

Прізвище______________

ім’я__________________

Оцініть себе за кожним із визначених напрямків (від 0 до 2 балів)

1. Брав активну участь у проведенні уроку.

2. Вносив вдалі пропозиції, коли працював у групі.

3. Надавав підтримку іншим членам групи, класу, заохочував їх до роботи.

4. Висував нові ідеї, що сподобались іншим.

5. Вдало узагальнював думки інших.

6. Робив повідомлення.

Усього балів

 

V. Домашнє завдання

Розв’язати задачі:

1. Автомобіль масою 2 т, рушивши з місця, за 40 с набрав швидкість 36 км/год., потім рухався прямолінійно рівномірно. Загальмувавши перед перехрестям, автомобіль зупинився за 8 с. Якою була рівнодійна прикладених до нього сил під час розгону? під час прямолінійного рівномірного руху? під час гальмування?

2. Літак масою 30 т торкається посадкової смуги на швидкості 144 км/год. Якою є сила опору рухові, якщо літак до зупинки пробігає по смузі 800 м?

3. Поїзд почав гальмувати на швидкості 54 км/год., не    доїжджаючи до семафора 200 м. Маса поїзд 2000 т, під час гальмування діє сила тертя 2 МН. На якій відстані від семафора був поїзда через 10 с після початку гальмування? через 30 с?

4. Під дією сили 100 Н тіло рухається прямолінійно так, що його координата змінюється на законом x = 100 + 5t + 0,5t2. Якою є маса тіла?

КОНСПЕКТ УРОКУ З ФІЗИКИ

Тема уроку:	Розв’язування задач по темі “Закони Ньютона. Гравітаційна взаємодія”
Мета уроку:	узагальнити та систематизувати навчальний матеріал з вивченої теми, скорегувати знання учнів, підготувати їх до виконання контрольної роботи
Тип уроку :	урок узагальнення, систематизації знань учнів, удосконалення навичок розв’язування задач.
Технічні засоби та ППЗ:	Комп'ютер, мультимедійний проектор, презентація до уроку, програмне середовище «Жива фізика».
Прилади для експериментальної задачі:	Штатив, кулька на нитці, лінійка, секундомір.
Структура уроку :	1. Організаційний момент.	1 хв.
	2. Актуалізація опорних знань учнів	7 хв.
	3. Фізичний диктант (взаємоперевірка)	10 хв.
	4. Розв’язування задач різних категорій.(груповий метод):	25 хв.
	- закони Ньютона;	6 хв.
	- вага тіла;	6 хв.
	- закон всесвітнього тяжіння;	6 хв.
	Розв’язування задачі на рух тіла під дією сили тяжіння	7 хв.
	6. Підсумки уроку	1 хв.
	7. Домашнє завдання	1 хв.

ХІД УРОКУ.

1. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ.

Вч. Учні, ми сьогодні завершуємо вивчення першої частини теми «Динаміка». На наступному уроці ви напишете контрольну роботу по темі, а сьогодні наша мета узагальнити та систематизувати ваші знання по темі, розв’язати щонайбільше різнопланових задач.

2. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ.

Тож давайте пригадаємо ту мудрість, той теоретичний фундамент який ми заклали у свої мозгові клітини і який нам знадобиться для розв’язування задач.

Повторення теоретичного матеріалу ми проведемо у формі гри. Закони Ньютона у всіх як правило асоціюються з яблуками, тому ми будемо з вами «кусати» ці Ньютонові яблука і пригадувати матеріал вивчений протягом теми. (Див презентацію)

***

Коротка інформація учня про яблуню Ньютона

Добре відомо, що легенда про Ісаака Ньютона, згідно з якою йому впало на голову яблуко, після чого він придумав закон всесвітнього тяжіння, не є істинною. Біограф Ньютона Вільям Стаклі писав про цей випадок: «Він розповів мені, що рівно в такій же ситуації – під час відпочинку в саду під яблунями – йому і спала на думку ідея про гравітацію. Це відбулося абсолютно випадково – він лише сидів серед дерев в глибокій задумливості, а в цей час з одного з них впало яблуко. Чому яблуко повинне рухатися перпендикулярно до землі при падінні, запитав він себе?»

Цей текст став надбанням громадськості після того, як Британське королівське товариство на честь свого 350-річчя опублікувало високоякісні цифрові знімки фрагментів рукопису повної біографії Ньютона. Зараз же британці вирішили відзначити «круглу дату» ще однією подією. Вони вирішили відправити до космосу невеликий шматок (швидше тріску) від тієї самої яблуні, під якою, за легендою, сидів Ньютон. Цей шматок легендарної деревини на орбіту МКС доставить астронавт NASA британського походження Пірс Селлерс, який є членом екіпажа шатлу «Атлантіс».

«Думаю, серу Ісааку Ньютону сподобалася б ця ідея, яка дозволила б йому зайвий раз переконатися в справедливості його першого закону», – заявив ВВС Селлерс.

Запуск «Атлантіса» стане останнім в історії цього шатла у зв'язку із завершенням американської космічної програми Space Shuttle.

3. ФІЗИЧНИЙ ДИКТАНТ (ВЗАЄМОПЕРЕВІРКА)

Теоретичний матеріал ми успішно повторили і зараз напишемо невеличкий фізичний диктант, який буде містити завдання початкового, та середнього рівня. (Див презентацію)

Після закінчення написання диктанту, учні обмінюються роботами і працюють над перевіркою роботи сусіда. Правильні відповіді аналізуються і висвічуються на екрані.

4. РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ РІЗНИХ КАТЕГОРІЙ.

(ГРУПОВИЙ МЕТОД):

Попередню тему можна умовно розділити на такі категорії:

Вага тіла

Закони Ньютона

Закон Всесвітнього тяжіння

Рух тіла під дією сили тяжіння

Приступаємо до основної частини нашого уроку до розв’язування задач достатнього та високого рівня.

Відбувається поділ учнів на групи. Кожна група отримує одну задачу з різних категорій. У групі обирають кількох доповідачів, за рівнем навчання (наприклад слабші учні можуть записати короткий запис, намалювати малюнок, здійснити перевірку розмірностей та обчислення, а сильніші будуть виводити робочу формулу). Після обговорення та розв’язання задачі у групі учні-доповідачі пояснюють розв’язок на дошці