Конспект уроку на тему "Основне завдання механіки. Матеріальная точка. Шлях та переміщення"

Фізика – 10                        Урок 1/3                        Дата ____________________

 

Тема уроку. Основне завдання механіки. Матеріальная точка. Шлях та пере­міщення

Мета уроку: ознайомити учнів з основним завданням механіки й по­няттям «механічний рух», а

              також з кінематичними поняттями: матеріальна точка,траєкторія, шлях та

               переміщення, розвивати уважність, виховувати кмітливість.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

 

План уроку

 

Демонстрації	8хв.	Приклади механічного руху: поступальний та обертовий рухи. Відеофрагменти: «Системи відліку в механі­ці» та «Шляхи й переміщення». Приклади траєкторій тіл, що рухаються
Вивчення нового матеріалу	27 хв.	Механічний рух. Основне завдання механіки. Система відліку. Матеріальна точка. Траєкторія руху. Шлях та переміщення
Закріплення вивченого матеріалу	10 хв.	Розв'язуємо задачі. Контрольні запитання

 

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Механічний рух

Виклад навчального матеріалу рекомендується почати з нагаду­вання про те, що на уроках фізики у 8 класі учні вже ознайомилися з деякими поняттями механіки — науки про механічний рух тіл.

-   Механічним рухом називають зміну з плином часу положен­ня тіла відносно інших тіл.

Світобудову за розмірами матеріальних тіл у ній можна поді­лити на три частини: мікросвіт, макросвіт і мегасвіт.

До мікросвіту належать атоми, молекули та частинки, з яких вони складаються. Рух у мікросвіті описує квантова механіка; ма­кросвіт — люди, тварини, машини й механізми, річки й водоспа­ди, а також, власне, Земля. До мегасвіту належать планети Со­нячної системи, Сонце, зорі, галактики. Механічний рух — це рух об'єктів макро- й мегасвітів.

Механічний рух умовно можна поділити на два найпростіші види: поступальний рух та обертовий рух.

- Поступальний рух — це такий рух, коли усі точки тіла руха­ються однаково.

Під час поступального руху будь-який відрізок, що з'єднує дві точки тіла, залишається паралельним до самого себе.

- Обертовий рух — це такий рух, за якого всі точки тіла ру­хаються по колах, центри яких розташовані на одній прямій літі,— осі обертання.

Добовий рух Землі, рух дзиґи, рух Землі навколо Сонця — при­клади обертового руху.

 

2. Основне завдання механіки

Вивчити рух тіла — означає визначити, як змінюється його положення з плином часу. Якщо це відомо, можна дізнатися поло­ження тіла в будь-який момент часу. З огляду на це, можна сфор­мулювати основне завдання механіки:

- основне завдання механіки полягає в тому, щоб визначити положення тіла в будь-який момент часу.

Щоб сформулювати закони механіки й навчитися їх застосо­вувати, спочатку потрібно навчитися описувати положення тіла та його рух. Опис руху становить зміст першого розділу механіки, що називається кінематикою.

Для розв'язування задач у кінематиці найчастіше не має зна­чення, що саме рухається, де рухається, чому рухається саме так. Головне — як рухається.

 

3. Система відліку

З'ясуємо, як визначити положення тіла в просторі. Положення тіла в просторі завжди визначають відносно якого-небудь іншого тіла, що називається тілом відліку.

- Тіло відліку — це тіло, що в умовах задачі вважається нерухо­мим, і відносно якого розглядається рух усіх інших тіл у цій задачі.

Тіло відліку «присутнє» в будь-якій задачі про рух тіл, навіть тоді, коли воно явно не згадується. Дуже часто тілом відліку вва­жається Земля.

З тілом відліку пов'язують систему координат.

Положення точки в просторі задається трьома числами, які нази­ваються координатами точки й позначаються літерами х, у, z. Часто вдається обрати систему координат так, щоб одна або дві координа­ти тіла залишалися незмінними впродовж усього руху. Тоді описати рух тіла можна за допомогою лише однієї або двох координат.

Пов'язана з тілом відліку система координат й обраний спосіб вимірювання часу утворюють систему відліку.

Отже, система відліку складається з таких компонентів:

1)   тіла відліку;

2)   пов'язаної з ним системи координат;

3)   способу відліку часу.

 

4. Матеріальна точка

Матеріальне тіло в механіці описують його розмірами (об'ємом, формою) і масою. Наприклад, планета Земля має форму, близь­ку до кулі з радіусом 6400 км, а маса Землі приблизно дорівнює 6 ^.10²⁴ кг. Човен же має набагато складнішу форму (див. рис). Роз­міри човна (довжина, ширина й висота) становлять від 0,5 м до 2 м, а маса — близько 100 кг.

Для того, щоб визначати зміну положення тіла в просторі, по­трібно, насамперед, уміти визначати це положення. Виникає пи­тання: чи завжди необхідно знати об'єм, форму й розміри тіла?

На щастя, для розв'язування багатьох задач розмірами тіла можна знехтувати, розглядаючи тіло як одну точку. При цьому опис руху тіла набагато спрощується.

- Матеріальна точка — це фізична модель, що застосовується для спрощення опису руху тіла й відповідає тілу, розмірами якого в умовах певної задачі можна знехтувати.

За допомогою моделі «матеріальна точка» зручно описувати рух багатьох тіл, наприклад, рух потяга між двома станціями (рис. 1).

Якщо ж потяг зупинився біля перону станції, то ця модель уже не застосовується (рис. 2).

Рух Землі навколо Сонця можна описувати, використовуючи модель «матеріальна точка», а описувати добове обертання Землі за допомогою цієї моделі вже не можна.

Отже, ми бачимо, що модель «матеріальна точка» має певні об­меження для використання під час розв'язування конкретних задач.

 

5. Траєкторія руху

У процесі руху матеріальна точка займає різні положення в про­сторі відносно обраної системи відліку. При цьому точка, що ру­хається, «описує» в просторі певну лінію. Іноді ця лінія видима, наприклад, літак, що високо летить, може залишати за собою слід у небі (рис. 3), або сліди крейди на дошці (рис. 4).

-   Траєкторія руху матеріальної точки — це лінія її руху в про­сторі.

Дуже часто траєкторія є невидимою лінією. Траєкторія точки, що рухається, може бути прямою або кривою лінією. Відповідно до форми траєкторії, рух буває прямолінійним і криволінійним.

Слід звернути увагу учнів на те, що траєкторія руху тіла зале­жить від того, відносно якого тіла відліку спостерігають за рухом цього тіла.

 

6. Шляхта переміщення

З поняттям траєкторії тісно пов'язане поняття шляху.

- Шлях — це фізична величина, що чисельно дорівнює довжині ділянки траєкторії, пройденої матеріальною точкою за про­міжок часу.

Шлях, зазвичай, позначають символом l. Одиницею шляху в СІ служить метр (м).

Шлях збільшується, якщо тіло рухається і залишається не­змінним, якщо тіло перебуває в стані спокою. Отже, шлях не може зменшуватися з плином часу.

Шлях, пройдений тілом, дозволяє визначити положення тіла в будь-який момент часу лише в тому випадку, коли відома тра­єкторія руху. Для цього достатньо відкласти пройдений шлях від початкового положення тіла вздовж траєкторії в напрямі руху тіла.

Однак, якщо траєкторія руху тіла не відома (або не відомий на­прям руху), то положення тіла, що рухається, у будь-який момент визначити вже неможливо.

Щоб визначити положення тіла, що рухається, у будь-який мо­мент, вводять фізичну величину «переміщення».

- Переміщенням називають вектор, проведений від початково­го положення тіла до його положення в певний момент часу.

Отже, переміщення одночасно вказує і на напрям руху, і на від­стань між початковим і кінцевим положеннями тіла, що рухається.

Переміщення позначають символом  s. Одиницею модуля пере­міщення в СІ, як і шляху, є метр.

Довжину переміщення, узяту зі знаком «+» або «—», називають проекцією вектора переміщення на координатну вісь.

Якщо точка А — початкове положення тіла, зумовлене коорди­натою х₀, а точка В — його кінцеве положення, зумовлене коорди­натою х, то в загальному випадку можна записати:

x = x_o + s_x.

Отже, за відомим вектором переміщення тіла та його початко­вою координатою можна визначити його кінцеву координату, тоб­то знайти положення тіла відносно обраної системи відліку в будь-який момент часу.

Питання до учнів під час викладення нового матеріалу

1. Поступальним або непоступальним рухом є:

        а) рух хвилинної стрілки годинника;

        б) рух кабінки «оглядового колеса»?

2. Що беруть за тіло відліку, коли кажуть:

        а) автомобіль їде зі швидкістю 60 км/год;

        б) провідник іде по вагону зі швидкістю 2 км/год;

        в) Земля рухається по своїй орбіті зі швидкістю 3 км/с?

3. У якій системі відліку простіше описувати:

        а) рух потяга?

        б) рух предметів усередині вагона?

        в) рух планет?

4. Наведіть приклади, які доводять, що одне й те саме тіло в умо­вах однієї задачі можна вважати матеріальною точкою, а в умо­вах іншої задачі — не можна.
5. Траєкторії   руху   двох   матеріальних   точок   перетинаються. Чи означає це, що тіла зіштовхуються? Доведіть на прикладі.
6. Наведіть приклади, які показують, що траєкторія руху тіла за­лежить від обраної системи відліку.
7. Чим відрізняється шлях від переміщення? Чи може шлях уна­слідок руху тіла зменшуватися?
8. Що показує лічильник спідометра автомобіля: шлях чи модуль переміщення?

 

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

 

1.   Тренуємося розв'язувати задачі

1. Уявіть собі, що вам електронною поштою призначили зустріч відразу чотири товариші.  Один написав так:   «Зустрінемо­ся о 15.00 за 100 м від кав'ярні в напрямі до метро». Другий повідомив: «Зустрінемося о 15.00 за 100 м від кав'ярні "Вер­ховина" у напрямі до метро». Третій надіслав такого листа: «Зустрінемося о 15.00 за 100 м від кав'ярні "Верховина"». А четвертий написав таке: «Зустрінемося за 100 м від кав'ярні "Верховина" у напрямі до найближчої станції метро». З ким зустріч відбудеться напевно? Чому з іншими друзями вона може не відбутися?
2. У деякій системі відліку координата χ тіла залишається не­змінною. Чи обов'язково тіло є нерухомим у цій системі від­ліку? Указівка. Слід брати до уваги, що інші координати тіла можуть змінюватися.

 

2.   Контрольні запитання

1. Навіщо потрібна система відліку? З чого вона складається?
2. Якою системою координат ви скористаєтеся, розглядаючи такі рухи: політ бджоли; спуск із гори на лижах; катання на ковза­нах; падіння каменю; забіг на 60 м; гра у футбол?
3. Наведіть приклади, коли зручно користуватися тривимірною системою координат; двовимірною; одновимірною.
4. Що означають слова: «Оберіть певну систему відліку»?
5. Автомобіль рухається по прямому шосе. Які з перелічених нижче частин автомобіля рухаються при цьому поступально:

      а) вітрове скло;

      б) колеса;

      в) стрілка спідометра?

 

 

Що ми дізналися на уроці

•   Механічним рухом називається зміна з плином часу положення тіла відносно інших тіл.

•   Поступальний рух — це такий рух, коли усі точки тіла руха­ються однаково.

•   Обертовий рух — це такий рух, коли усі точки тіла рухаються по колах, центри яких розташовані

    на одній прямій лінії — осі обертання.

•   Основне завдання механіки полягає в тому, щоб визначити по­ложення тіла в будь-який момент

    часу.

•   Тіло відліку — це тіло, що в умовах задачі вважається нерухо­мим ,і відносно якого розглядається

    рух усіх інших тіл у цій за­дачі.

•   Пов'язана з тілом відліку система координат та обраний спосіб вимірювання часу утворюють

    систему відліку.

 

Домашнє завдання

1.    П.:§5.

2.    36:

р1) — № 2.3; 2.6; 2.8; 2.11; 2.12;

р2) — № 2.29; 2.30; 2.31; 2.33, 2.36;

рЗ) — № 2.50, 2.51; 2.52; 2.56; 2.58.