Конспект уроку "Взаємодія тіл"

Тема: Інерція. Взаємодія тіл. Маса як міра інертності тіла.

Мета: формувати в учнів знання про явища взаємодії; розкрити суть поняття «маса тіла»; розвивати в учнів уміння спостерігати та описувати різні прояви та наслідки механічної взаємодії; розкрити роль фізичного знання в житті людини суспільному виробництві й техніці; спонукати учнів до критичного мислення, застосовувати набуті знання у практичній діяльності.

Тип уроку: комбінований.

Зміст нового навчального матеріалу:

1. Інерція.
2. Поняття взаємодії.
3. Поняття інертності.
4. Характеристика інертності (маса).
5. Еталон маси.

Список використаних літературних джерел:

1.          Божинова Ф. Я. Фізика. 8 клас: Підручник / Ф. Я. Божинова, І. Ю. Ненашев, М. М. Кірюхін. – Х.: Видавництво «Ранок», 2008. – 256 с.: іл.
2.          Татарчук Н. В. Фізика. 8-11 класи: Навч. посібник. – Х.: Країна мрій^тм, 2006. – 256 с.
3.          [Електронний ресурс]. – Режим доступу: URL: http://osvitaportal.com.ua/index.php/vykladachu/predmety/fizyka/item/440-fizyka-testy-8-klas-vzaiemodiia-til-inertsiia/– Назва з екрана.

Хід уроку

I. Повторення пройденого матеріалу

Методом евристичної бесіди з’ясовуємо суть таких питань:

1. Що розуміють під поняттям «фізичне тіло», або просто «тіло»? (Тіло – це певна сутність, яку можна розглядати як єдине ціле й характеризувати певними фізичними величинами)

2. Що називають механічним рухом? (Механічним рухом називають зміну положення тіла відносно інших тіл з часом)

3. Який рух називають рівномірним? нерівномірним? (Рівномірний рух – механічний рух, під час якого тіло за певні проміжки часу проходить однаковий шлях.)

4. Наведіть приклади взаємодії тіл?

5. Чи можна миттєво змінити швидкість тіла? (Так)

II. Виклад нового навчального матеріалу

Демонстрація дослідів.

З числа бажаючих обираю 3 учнів, які допомагають у проведенні дослідів.

Дослід 1. Тіло підвішене на мотузці. Якщо різко смикнути, то  порветься тільки нижня мотузка. Якщо повільно тягнути за мотузку, то обірветься верхня. Чому? (через перевантаження на верхню нитку, яке пов’язане з прискоренням вона обірветься).

Дослід 2. Склянка з водою стоїть на аркуші паперу. Якщо аркуш тягнути повільно то склянка рухається разом з аркушем. Якщо аркуш швидко висмикнути, то склянка лишиться на місці. Чому? (внаслідок явища інерції).

Дослід 3. Біля кінців зігнутої металевої лінійки розташовані 2 візки (однакової і далі різних мас). З’ясувати, якої швидкості і які відстані пройдуть набудуть візки при випрямленні лінійки.

Є на світі люди діяльні, рухливі. Вони не можуть і хвилини всидіти на місці. У механіці такі тіла також 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 лег­ко не зрушиш. Штовхаєш, штовхаєш – і все дарма. Зате коли таке тіло розігнати, то все – тікай з дороги! Зупинити його так само важко, як і розігнати. Думав-гадав професор Галілей, як усе це коротко назвати. І назвав властивість тіла не відволікатися на дрібниці «бездіяль­ністю». А оскільки він української не знав, ви­користав слово з латини. «Бездіяльність» там читається як «інерція». Отож, ознайомимося з поняттям  «інерція».

1. Інерція.

Як ми 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. Запитання, чому тіла рухаються, віддавна хвилювало мислителів і викликало не менше суперечок, ніж теорія бу­дови навколишнього світу. Перша теорія руху тіл була створена давньогрецьким мислителем Аристотелем.

Він помітив, що тіла нерухомі доти, доки на них не діють інші тіла. Це спостереження підтверджу­вали тоді і підтверджують зараз численні досліди: м'яч, що лежить на землі, починає рухатися тоді, коли на нього налетить інший м'яч або коли по ньому вдарять ногою. Але якщо на м'яч не діють інші тіла, то він сам не змінить своєї швидкості, не почне рухатися.

Зменшення швидкості руху та зупинка тіла та­кож не відбуваються самі собою, а спричиняються дією інших тіл. М'яч, що котиться, зупиняється внаслідок тертя об землю.

Напрям швидкості також змінюється під дією якого-небудь тіла. Кинутий м'яч змінює напрям руху від удару об стінку або руку.

Демонстрація. На столі похило вста­новлено дошку. На невеликій відстані від кінця дошки насипано купку піску. На похилу дошку поставимо візок. Візок, скотившись на стіл і по­трапивши в пісок, зупиняється. Вирівнявши пісок, знову пускають візок по дошці з попередньої ви­соти. Тепер візок, перш ніж зупинитися, пройде певну відстань. Отже, чим менша дія іншого тіла на візок, тим довше зберігається його рух, тим цей рух ближчий до рівномірного.

Отже, перший висновок Аристотеля був та­ким: спокій – це природний стан тіла. А поруши­ти свій природний стан спокою тіло може тільки тоді, коли на нього діють інші тіла.

Аристотель зробив також і другий висно­вок – навіть для того, щоб тіло рухалося рівною горизонтальною поверхнею, його треба штовхати або тягти.

Лише через 2000 років народився геніальний учений, фізик і математик Галілео Галілей, який засумнівався у правильності другого висновку Аристотеля. Якщо стосовно стану спокою він ціл­ком сприймав Аристотелеву точку зору, то на рух тіла рівною горизонтальною поверхнею у Галілея був свій погляд. Він довів, що тілу так само при­родно здійснювати горизонтальний рух із незмін­ною швидкістю, як і перебувати у стані спокою.

Відкрите Галілеєм явище  збереження тілом стану спокою або рівномірного і прямолінійного руху отримало назву інерції («інерція» в перекладі з латини означає «бездіяльність, нерухомість»).

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

Про явище інерції можна сказати так: інерція – це властивість тіла зберігати свою швидкість незмінною тоді, коли на нього не діють інші тіла.

Явище інерції, відкрите Галілеєм, виявилося настільки важливим, що на ньому, як на фундамен­ті, тримається все вчення про рух тіл. Через рік по смерті Галілея в Англії народився ще один ге­ній – Ісаак Ньютон, який створив нову науку – класичну механіку. Явище інерції відображається у класичній механіці в першому законі Ньютона.

2. Поняття взаємодії.

Демонстрація. До візка прикріпимо пружну пластинку. Пластинку зігнемо і зв'яжемо ниткою. Візок пере­буває в спокої відносно стола. Чи почне він руха­тися, якщо пластинка випрямиться? Перевірмо. Перепалимо нитку. Візок залишився нерухомим.

Тепер дослід повторимо, тільки з другого боку від пластинки поставимо ще один такий самий ві­зок. Коли перепалити нитку, обидва візки почнуть рухатися і роз'їдуться в різні боки. Отже, щоб змі­нити швидкість візка, потрібне друге тіло. Обидва тіла подіяли одне на одне, тобто можна сказати, що відбувається не просто дія, а взаємодія. Коли ви кулаком стукнете об стіл, то на ваш кулак також подіяв стіл і ви це відчули. Під час пострілу куля і рушниця взаємодіють і рухаються в різні боки. Відбувається явище відбою.

Іноді, прокинувшись уранці, ми маємо поганий настрій. І ми не можемо зрозуміти, звідки така напасть. А буває, що настрій псується, коли хтось штовхає нас у переповненому автобусі. Тоді ми знаємо, хто зробив нам зле. Ньютон у автобусах не їздив, але чітко знав, що говорити про силу можна лише за умови існування хоча б двох тіл: тоді зрозуміло, хто штовхається, а в кого псується настрій. Утім, сам же Ньютон і довів, що під час штовханини настрій у першого тіла також не по­кращиться – дія сили завжди супроводжується такою самою протидією!

3. Поняття інертності.

Демонстрація. Тепер на один із візків покладемо додатковий вантаж. Перепаливши нитку, ми бачимо, що візки роз'їжджаються з різними швидкостями. Більш навантажений ві­зок рухався з меншою початковою швидкістю і в результаті цього пройшов менший шлях. Чим ви можете це пояснити?

Цей дослід, а також повсякденний досвід свід­чить про те, що всі тіла мають спільну властивість: швидкість руху різних тіл у процесі їх взаємодії змінюється по-різному і протягом певного часу. Ця властивість тіл дістала назву інертності. Всі тіла інертні, але інертність різних тіл різна. Із двох тіл, що взаємодіють, інертність більша у того тіла, яке в результаті взаємодії повільніше змінює швид­кість. Отже, інертність – це швидкість зміни швидкості.

4. Характеристика інертності (маса).

Для характеристики інертності тіл використо­вують уже відому нам фізичну величину (здога­дайтесь, яку ...) – масу.

Головне завдання маси як фізичної вели­чини – оцінити здатність тіла до інерції. Тіло малої маси легко змінює свою швидкість: вітерець дмухнув – пір'їна полетіла. Маса її маленька, здатність до інерції – не велика. А спробуйте дмухнути на свинцеву шротину – легко вона на цю дію не піддасться: маса шротинки більша, ніж маса пір'їни. Коли біжить носоріг, усі йому посту­паються дорогою. Тіло з такою масою зупинити непросто. Але й носорогу бажано знати закон інер­ції: розігнавшись, повернути праворуч або ліворуч буде нелегко.

Маса – міра інертності.

Масу мають усі тіла – від порошинки до Галактики.

Масу тіл визначають зважуванням на терезах.

Під час зважування тіла його масу порівнюють із масою зразка (еталона).

5. Еталон маси.

Еталоном маси ще від часів французької рево­люції (1799 р.) було визнано один кубічний санти­метр води, узятий за температури 4 °С. Ця одиниця називалася грам. Для практичних потреб вона була замалою, і поруч із грамом використовувала­ся одиниця у тисячу разів більша – кілограм. Це рівно один кубічний дециметр, або один літр води, узятої за температури 4 °С. Возитися із водою дуже незручно, тому вчені виготовляли зі спеціального сплаву платини тіло у формі циліндра, обробляли і полірували його доти, доки він не врівноважувався на шальках терезів одним літром води.

В усьому світі до еталонів фізичних величин ставляться дуже серйозно. Перший еталон кі­лограму у вигляді платино-іридієвого циліндра був виготовлений у Франції. Його помістили у Національному Архіві Франції і відтоді називають «кілограмом Архіву». У 1821 р. дві ретельно ви­готовлені копії міжнародного еталона кілограма були відправлені до США. Наприкінці XIX ст. Міжнародний конгрес видатних учених виконав величезну роботу з перегляду усіх еталонів. Тоді ж були виготовлені нові дублікати еталону маси і надіслані в різні країни світу.

Знадобилися спеціальні і дуже ретельні дослі­ди, які б засвідчили, що штучно обраний еталон маси підходить, як еталон інертних властивостей тіл. Фізики їх виконали, і тепер ніяких обмежень щодо застосування одиниці маси – кілограма – немає.

Зараз еталон кілограма зберігається у Міжнародному бюро мір і ваг, яке розміщене у па­лаці Бретель, що у місті Севр поблизу Парижа.

На практиці використовують і інші одиниці:

1 тонна (т) = 1000 кг,

1 центнер (ц) = 100 кг,

1 грам (г) = 0,001 кг,

1 міліграм (мг) = 0,000001 кг,

1 карат = 200 мг.

Способи визначення маси.

1. Зважування.

2. Порівняння швидкостей, яких набувають тіла в результаті взаємодії (можна визначити, у скільки разів маса одного тіла більша, ніж маса другого).

3.  Якщо відомі густина та об'єм, то можна ви­значити масу за формулою т = ρ∙V

ІІІ. Закріплення знань

Брейн-ринг. Учні діляться на дві команди, та відповідають на швидкість, на задані їм запитання.

Взаємодія тіл. Інерція

Питання:

1.          3 якими тілами взаємодіє книжка, що лежить на столі?
2.          Чи взаємодіє з якимось тілом птиця, що летить?
3.          Дія яких тіл викликає зміну швидкості волейболь­ного м’яча під час гри?
4.          Яке явище призводить до того, що обледенілим тро­туаром небезпечно пересуватися?
5.          Яке явище призводить до того, що під час різкого гальмування автобуса пасажирів «кидає» вперед?
6.          Судно заходить у порт. Капітан віддає команду «Стоп машина», але судно продовжує рухатися. Прикладом якого фізичного явища є цей випадок?
7.          У супермаркетах для зручності покупців біля кас встановлено транспортні стрічки. Поряд з ними часто розміщують надписи з проханням: «Для запобігання биття скляної тари високі пляшки кладіть на стріч­ку». Чому небезпечно ставити пляшки на стрічку?
8.          Під час транспортування автомобілів або інших га­баритних вантажів їх ретельно закріплюють на за­лізничних платформах. Для чого?
9.          Якщо швидко спускатися сходами, то на поворотах потрібно триматися за поручні. Для чого?
10.     Човняр зупинився на середині озера. До берега не­далеко, але весла загублені, а на дні човна є трохи води. Чи почне човен рухатися до берега, якщо по­судиною вичерпувати з нього воду? Якщо так, то в який бік її потрібно виливати?
11.     У човні, що нерухомо тримається біля причалу, стоїть хлопчик і збирається зробити крок. Чи однаковими будуть наслідки цього руху у двох випадках: коли хлопчик зробить крок у човні та з човна на причал?
12.     Якщо велосипед під час руху раптово наїде на перешкоду, яка гальмує переднє колесо, то він обов’язково полетить уперед. Чому?
13.     Коли розкривається парашут, його лямки досить сильно смикають парашутиста. Чому?
14.     Якщо автомобіль, що їде першим, різко гальмує, автомобіль, що їде за ним, може не встигнути за­гальмувати. При цьому водій та пасажири першого автомобіля можуть отримати травми шиї. Які кон­структивні особливості крісел сучасних автомобілів застосовують для запобігання таких травм?
15.     У стволі рушниці куля рухається під дією газів, які виникають при спалюванні пороху. На кулю, що ви­летіла зі ствола, гази перестають діяти, та вона все одно продовжує рухатися. Чому куля рухається піс­ля того, як залишає ствол?
16.     Наприкінці XIX – початку XX ст. був популярним такий цирковий трюк. Атлет лягав на підлогу, йому на груди клали важке ковадло і били по ньому мо­лотками. Якби молотками били просто по грудях, то атлет отримав би тяжкі травми, а завдяки ковадлу удари молотками не завдавали ніякої шкоди. Чому?
17.     Ви подорожуєте вночі сучасним автобусом. За ві­кнами салону суцільна темрява. За якими ознака­ми можна зрозуміти, що автобус рушає із зупинки? Шуму двигуна не чути.
18.     Коли електричка переїжджає через переїзд, її хитає з боку в бік. Чому в такі моменти пасажирам, які стоять у проході, важко втримати рівновагу?
19.     Автобус повертає праворуч. У який бік «кидає» па­сажирів?
20.     Завдяки якому явищу витрушується пил з ковдри? Поясніть, що при цьому відбувається.
21.     Щоб позбавитися пилу у ковдрі, її або витрушують, або вибивають. У чому полягає різниця?
22.     У кузові вантажівки звільнився від кріплення лег­ковий автомобіль. Чи буде він рухатися, якщо ван­тажівка збільшить швидкість? якщо загальмує? Якщо буде рухатися, то в який бік?
23.     Якої форми (приблизно) набуває поверхня бетонного розчину, який перевозять у кузові вантажівки, при розгоні? при гальмуванні? Чому?
24.     Залізничні цистерни з нафтопродуктами для більшої безпеки під час руху заповнюють повністю. Чому цистерна, яку заповнено наполовину, може створи­ти небезпечну ситуацію під час транспортування?
25.     Коли буксирування несправного автомобіля здій­снюється на жорсткому зчепленні, то водій у цьо­му автомобілі не потрібен, а коли буксирування здій­снюється на буксирному тросі, водій потрібен і має бути дуже уважним. Чому?
26.     Кальмари, каракатиці та восьминоги плавають за­вдяки тому, що дуже швидко викидають воду з по­рожнини свого тіла. Яким чином викидання води до­зволяє рухатися цим молюскам? Як збігаються на­прями викиду води та їхнього руху?
27.     Космонавт перебуває на зовнішній поверхні косміч­ної станції і разом зі станцією рухається зі швид­кістю 8 км/с. У руках у нього ящик з інструмента­ми. Що космонавт має зробити з ящиком, щоб ви­передити станцію? відстати від неї?
28.     На одній шальці терезів стоїть банка, на дні якої сидить муха. Терези зрівноважено. Чи порушиться рівновага терезів, якщо муха почне літати всереди­ні банки?
29.     Для того щоб зрушити з місця довгий товарний потяг, досвідчені машиністи спочатку трохи пересувають локомотив назад, а потім рушають уперед. У чому полягає секрет такого способу зрушення з місця?
30.     Якщо у велосипеді прокололася шина заднього ко­леса й отвір маленький, велосипедисти інколи ра­зом з повітрям накачують у шину воду. Вода не дає виходити повітрю з шини. Але якщо у такий спо­сіб накачати шину переднього колеса, то керувати велосипедом набагато важче. Чому?

Відповіді.

1.          Із Землею і столом.
2.          Із Землею і повітрям.
3.          Дія рук гравців, Землі і повітря.
4.          Явище інерції.
5.          Явище інер­ції.
6.          Явища інерції.
7.          Під час переміщення стрічки пляшки можуть впасти.
8.          Щоб вантажі не пересунулися і не пошкоди­лися.
9.          Щоб дія перил допомагала змінити напрям швидкості.
10.     Можна, Якщо виплескувати воду з човна в напрямку, проти­лежному до вибраного напрямку руху.
11.     Ні. Крок у човні не приведе до помітного пересування човна, а крок на берег викличе значне пересування човна від берега.
12.     Це прояв явища інер­ції.
13.     Під дією лямок швидкість падіння парашутиста значно зменшується, тому ця дія дуже помітна.
14.     Високі підголовники врятують водія і пасажирів від відхилення голови назад.
15.     Уна­слідок явища інерції.
16.     Чим більшою була маса ковадла порівня­но з масою молотка, тим меншої швидкості набувало ковадло і менш помітними для атлета були удари.
17.     По тому, що пасажирів при­тискає до сидінь.
18.     Щоб розгойдуватися разом із вагоном, паса­жир має взаємодіяти з поручнями або іншими тілами, які жорстко закріплені у вагоні. В іншому разі – балансувати, щоб втримати рівновагу.
19.     Ліворуч відносно салону автобуса.
20.     Явище інер­ції. Ковдрі надають швидкості, а потім зупиняють, пил по інерції продовжує рухатися й вилітає з ковдри.
21.     Витрушуючи, ковдру зупиняють, а пил продовжує рухатися; вибиваючи, ковдрі стриб­ком надають швидкості, а пил залишається у спокої.
22.     Буде: назад при збільшені швидкості й уперед при зменшені швидкості.
23.     Форму похилої площини: нахил униз до кабіни при розгоні та нахил униз до задньої стінки кузова при гальмуванні.
24.     У на­половину заповненій цистерні під час транспортування поверхня рідини буде коливатися, що приведе до коливань самої цистерни.
25.     Жорстке зчеплення діє на автомобіль, який буксирують, як уперед так і назад, а трос – тільки вперед.
26.     Вода, яка викида­ється назад, діє на тіло молюска і штовхає його вперед.
27.     Кинути його в напрямку протилежному напрямку руху станції. У напрям­ку руху станції.
28.     Ні.
29.     Зчеплення між вагонами мають не­ великий вільний хід. Локомотив пересувається назад – зчеплення перестають бути натягнутими. Потім рушає і спочатку тягне перший вагон, потім другий і т. д. Зрушити вагони по черзі набагато про­стіше, ніж усі разом.
30.     Колесо, яке обертається і має більшу масу обода, має більшу інертність, отже, повернути його важче, ніж колесо з меншою масою обода.

ІV. Домашнє завдання

1. § 9.  

2. Яка маса правого візка, якщо він набув у 1,5 рази більшої швидкості, ніж лівий візок, маса якого 450 г?