Рівномірний прямолінійний рух.

Цей матеріал учні частково вивчали у 8-му класі, тому з метою наступності курсу фізики основної і старшої школи доцільно нагадати, як вводилось поняття швидкості в основній школі.

Потім переходять до уточнення й розвитку поняття швидкості. Учням пояснюють, що швидкість є однією з кінематичних характеристик руху тіла або матеріальної точки. Швидкість визначається відношенням переміщення до часу.

Саме переміщення, а не шляху.

Фізичний зміст швидкості при t = 1с.

Після введення поняття швидкості треба показати як розв'язується основна задача механіки для випадку рівномірного прямолінійного руху. Коли відома швидкість , то легко знайти переміщення .

Розглянути випадки:

Знаходження положення матеріальної точки – це знаходження її координати.

=>

Важливо звернути увагу учнів, що проекція може бути як додатньою так і від’ємною. Координата х₀ теж може бути додатньою або від'ємною.

Щоб навчити учнів розв'язувати основну задачу механіки потрібно розв'язати з ними достатню кількість задач на знаходження S_x, S і x.

Підбираючи задачі слід уникати громіздких. Розбирати ті, в яких яскраво представлена фізика явища.

Розглядаючи механічний рух слід особливу увагу звернути на графічний спосіб його представлення, адже це сприяє глибшому засвоєнню функціональних залежностей між величинами. Простота і наочність графіків дозволяє визначити характер руху і проаналізувати його особливості, тому необхідно навчати учнів не лише будувати їх, але й «читати».

Наголошуємо, що графіки будують лише для скалярних величин

Слід розглянути випадок зміни напрямку руху тіла:

Етапи руху:

1. ОА (х₀ =0; х₁) V_x >0; t₁

2. AB (x1; 0) V_x < 0; t₂

З'ясовують, що означають розриви на графіку? (швидкість змінила напрям стрибком. Напр. рух м'яча до стінки і назад. Для цієї зміни потрібен час, яким в окремих випадках нехтують).

Чи можуть бути розриви на графіку та зломи на графіку ?

Нерівномірний прямолінійний рух.

Поняття нерівномірного руху формується ще в 8-му класі основної школи. Вводиться поняття середньої швидкості як відношення шляху пройденого тілом за деякий проміжок часу до цього проміжку. Тому вивчення матеріалу про нерівномірний рух починають з повторення вже відомого учням.

- скалярна величина ( шляхова швидкість)

(коли кажуть, що спортсмен пробіг дистанцію з середньою швидкістю 6,5м/с , то мають на увазі V_с шляху). Це скалярна величина, яка характеризує швидкість проходження шляху, але не дає уявлення про V руху на окремих ділянках шляху і не визначає напрям руху.

У 10-му класі для характеристики результату руху вводиться векторна величина – переміщення . Тоді середня швидкість переміщення:

- векторна величина.

Середня швидкість у 10-му класі вводиться як допоміжне поняття, частково відоме учням, тому немає потреби витрачати багато часу на вправи і розв'язування задач на V_ср . Досить розв'язати 2-3 задачі і показати, що на різних ділянках траєкторії середня швидкість різна і в загальному випадку не рівна середньому арифметичному швидкостей.

З'ясовуємо чи можна визначити координату тіла в будь-який момент часу, знаючи . Значення дає можливість знайти переміщення , але ця формула дає вірний результат для ділянки траєкторії для якої вона визначена. Наприклад, потяг за 10 год пройшов 600 км, то в середньому за кожну годину він проходить 60 км. Якщо ж користуючись значенням знайти переміщення потягу за 2, 4 чи 5 год, то ми отримаємо невірний результат. V_cp за час 10 год ≠ V_с за 2 год, за 4 год чи за 5 год.

Тобто значення середньої швидкості не дає можливість розв'язати основну задачу механіки для змінного руху. Середня швидкість характеризує швидкість руху за кінцевий проміжок часу. Зменшуючи цей проміжок ми прийдемо до фізичної величини, яка характеризує швидкість руху в даний момент часу – миттєва швидкість. Складність введення цього поняття пов'язана з необхідністю використання граничного переходу, який учням невідомий. Тому при введенні цього поняття використовують не математичний, а фізичний граничний перехід: замість нескінченно малої величини розглядають малий, але кінцевий проміжок часу.

(Символ lim означає математичну операцію переходу до границі. Під символом записуються умови, при яких виконується даний граничний перехід.

Введення поняття миттєвої швидкості супроводжують експериментом. Для засвоєння поняття миттєвої швидкості доцільно розглянути такі приклади .

Пасажирський потяг пройшов повз світлофора зі V = 25км/год, V потягу, що курсує між Москвою і Санкт-Петербургом 100 км/год.

Знак, що обмежує V руху автомобілів 60 км/год. Про яку V йде мова?

Прийом, що використовується для пояснення змісту миттєвої швидкості полягає в наступному. Ділянку траєкторії, яка включає точку, в якій визначається V_м і час за який проходить ділянку мислено поступово зменшуємо поки її не відрізняють від точки і нерівномірний рух від рівномірного. (Цей прийом є основою диференціального числення).

Учням пояснюють як обчислювати середню швидкість для випадку рівноприскореного руху.

Підкреслюють, що поняття миттєвої швидкості стосується будь-якого руху: і прямолінійного і криволінійного.

Вектор напрямлений по дотичній до траєкторії. Учням пояснюють, що на транспорті миттєву швидкість показують спідометри. Пояснюють принцип дії їх (звичайно спрощено, адже в учнів ще мало знань з явищ електро-магнітної індукції).

Рівнозмінний рух

До введення формул швидкості, прискорення, координати і переміщення в рівноприскореному русі треба коротко проаналізувати цей вид руху, звернувши увагу учнів на його істотні ознаки.

Спочатку демонструють цей вид руху за допомогою кульки, що котиться по жолобу або за допомогою машини Атвуда.

Істотною ознакою такого руху є те, що миттєва швидкість тіла за будь-які однакові проміжки часу змінюється на одну й ту саму величину.

Тут учнів слід застерегти від принципової помилки: вони часто однакову зміну швидкості замінюють на умову однакових відрізків шляху.

Вводять поняття прискорення.

,

Прискорення характеризує бистроту зміни швидкості.

Після цього визначають напрям вектора прискорення при прямолінійному русі. Він напрямлений так як і вектор зміни швидкості:

Учням нагадують одне з правил віднімання векторів: різницю шукають як суму векторів

Виконують малюнки для: