Конспект уроку з фізики "Сила та одиниці сили. Графічне зображення сили. Рівнодійна сил. Додавання сил"

 Дата _____________

Тема. Сила та одиниці сили. Графічне зображення сили. Рівнодійна сил. Додавання сил

Мета уроку:

• Навчальна: ознайомити учнів з поняттям сили, як характеристики взаємодії тіл, рівнодійної сили; навчити визначати рівнодійну кількох сил, прикладених до тіла.

• Виховна: формування наукового світогляду.

• Розвиваюча: розвивати просторову уяву, логічне мислення.

Основні поняття: сила, точка прикладання, додавання сили, сила, рівнодійна сил.

Обладнання: набір приладів для демонстрації дії сил на тіла, таблиця: «Сили в природі».

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань

Інтерактивна вправа «Експрес – опитування».

Запитання для учнів:

• Що є причиною руху?
• Хто стверджував: «Для того, щоб тіло рухалось, його необхідно весь час рухати»?
• Які наслідки взаємодії тіл?
• Що таке інерція?
• За яких умов тіло може рухатися за інерцією?
• Наведіть приклади, коли тіло рухається за інерцією?
• Які висновки зробив Галілей в результаті своїх досліджень?
• Що таке інертність?
• Що є мірою інертності тіла?
• Чи залежить зміна швидкості тіла в результаті його взаємодії від його маси?
• Який вигляд має залежність маси тіл та зміни їх швидкості в результаті взаємодії?

Інтерактивна гра «Вірю не вірю».

Вчитель зачитує твердження, а учень відповідає «вірю», якщо вважає його вірним і «не вірю», якщо ні.

• Чи вірите ви, що можна миттєво змінити швидкість тіла?
• Чи вірите ви, що інертність – це здатність тіла змінити свою швидкість?
• Чи вірите ви, що для зміни швидкості тіла потрібен певний час?
• Чи вірите ви, що інертність характеризується масою тіла?
• Чи вірите ви, що маса – це міра взаємодії тіл?
• Чи вірите ви, що чим більша маса тіла, тим більшої швидкості воно набуває під час взаємодії?

ІІІ. Оголошення теми та мети уроку

Для пояснення явищ природи використовують різні фізичні величини. Для того, щоб описати якісно і кількісно взаємодію тіл, ввели фізичну величину, яку називають… А як її називають, як її визначити ми сьогодні і дізнаємося.

ІV. Формування нових знань

Ми з’ясували, що зміни швидкості тіла завжди зумовлюється дією на нього іншого тіла, того, з яким воно взаємодіє. Для позначення дії одного тіла на інше ввели поняття сили.

Сила може бути більшою або меншою. Наприклад, сила дії книжкової шафи на опору більша, ніж сила дії книжки.

Сила – це фізична величина, яка є мірою взаємодії тіл і є причиною зміни швидкостей тіл або їхніх частин.

Одне на одного діють не тільки дотичні тіла.

Наприклад, Земля притягує літаючих птахів, не доторкаючись до них.

Тоді постає питання: як дізнатися, що на тіло діє сила? Для цього існують ознаки дії сил: зміна швидкості, або напрямку руху тіла, зміна форми або розмірів тіла. Наприклад, припинивши змахувати крильми, птах буде летіти не тільки вперед, але й униз. Тобто тіло змінить напрям руху. У міру наближення до Землі, швидкість птаха теж не буде залишатися незміною, вона буде збільшуватися.

У фізиці часто не вказують яке тіло і як діє на тіло, а говорять на тіло діє сила, або до тіла прикладена сила.

Під дією сили може змінюватися швидкість не лише цілого тіла а й лише окремих його частин.

Під дією сили тіло змінює свою швидкість. Але чим більше маса тіла, тим повільніше змінюються його швидкість під дією певної сили. На підставі цього можна ввести одиниці вимірювання сили. Позначають F.

За одиницю сили приймають 1ньютон (1Н).

1Н -  це сила, що діє на тіло масою 1кг, змінюючи його швидкість щосекунди на 1м/с.

Застосовують і похідні одиниці вимірювання:

1кН = 1000Н,

1МН = 1000000Н

1мН = 0,001Н

1мкН = 0,000001Н та інші.

Кожна сила характеризується: значенням, напрямком, точкою прикладання.

Демонстрація дії сил на тіло.

Підвісимо на пружину одну гирьку. Пружина подовжиться. Якщо до неї підвісити дві гирьки, то вона подовжиться сильніше. Отже, дві гирьки діють на пружину з більшою силою, ніж одна.

Результат дії одного тіла на інше залежить від значення прикладеної сили.

Чим щільніше зачинені двері,тим з більшою силою ми повинні їх штовхати або тягнути на себе, щоб відчинити. Щоб легше було їх відчинити, ручку дверей прикріплюють якомога далі від петель. Спробуйте їх відкрити, штовхаючи у точці, яка розміщується поблизу петель. Ви переконаєтесь, що це зробити важче, ніж за допомогою ручки. Результат дії одного тіла на інше залежить від точки прикладання сили.

Для одержання певного результату дії, наприклад, розтягнути чи стиснути пружину, двері зачинити чи відчинити, потрібно прикладати силу у певних напрямках.

Результат дії одного тіла на інше залежить від напряму дії сили.

 На кресленнях сили, як й інші векторні величини, позначають стрілками.

Початок стрілки збігається з точкою прикладання сили, напрямок вказує на напрямок сили, а довжина стрілки пропорційна модулю сили.             

Щоб графічно зобразити силу, необхідно послідовно виконати деякі дії.

Нехай на брусок, який лежить на столі, діє сила, що паралельна поверхні стола і дорівнює 10Н.

• Знаючи, що кожна сила має певну точку прикладання, зобразимо на малюнку брусок і покажемо на ньому цю точку. Це точка А.
• Кожна сила діє в певному напрямку. Тому з точки прикладання проведемо промінь у напрямку дії сили.
• Щоб відобразити на малюнку значення сили, виберемо масштаб для зображення сили.
• За вибраного масштабу, відрізок 1см відповідає силі 2Н. очевидно, що для зображення 10Н на промені від точки прикладання відкладемо п’ять відрізків по 1см завдовжки.
• Закінчуючи побудову, біля кінця п’ятого відрізка поставимо стрілку і запишемо значення сили.

Відповідно до взаємодії тіл сили поділяють на три основні види.

Силами тяжіння називають сили, з якими тіла притягуються до Землі у даному місці. Під дією сили тяжіння вільні тіла падають на Землю.

Силами пружності називають сили, які виникають під час зміни форми чи об’єму тіл. Прикладами цих сил є дія розтягнутої чи стиснутою пружини, зігнутої пластинки. Сила пружності спрямована перпендикулярно до поверхні опори. Тому її часто називають силою нормальної реакції, оскільки перпендикуляр називають також нормаллю.

Силами тертя називають сили, які виникають на поверхні зіткнення двох тіл внаслідок їх відносного руху. Про природу цих сил ми дізнаємося пізніше.

В результаті повсякденних спостережень за тілами, що нас оточують неважко зробити висновок, що у природі найчастіше на тіло діє кілька сил, або іншими словами дане тіло взаємодіє з кількома іншими тілами. Так, на всі тіла, що є на Землі, діє сила тяжіння і, відповідно, реакція опори (підвісу).

Космічний корабель, що прямує до Місяця, взаємодіє із Землею, Місяцем, Сонцем. Для розрахунку траєкторії його руху слід розрахувати три сили: силу взаємодії корабля з Землею, силу взаємодії корабля з Сонцем та силу взаємодії із Місяцем. Під дією цих сил швидкість корабля змінюється. Коли ми намагаємося погойдатися на гойдалці, на нас діятимуть одночасно сила тяжіння, сила реакції опори, сила натягу мотузки, сила опору повітря і результат залежить від дії усіх сил. Так із задач практичного змісту виникає необхідність знаходження рівнодійної всіх сил, що діють на тіло.

Нехай автомобіль рухається з деякою швидкістю на горизонтальній ділянці шляху. На нього одночасно діятимуть чотири сили: сила тяжіння - спрямована вертикально вниз, реакція опори – спрямована вертикально вгору, сила тяги двигуна – спрямована в горизонтальному напрямку, сила опору (сила тертя) – спрямована протилежно напрямку сили тяги двигуна. Щоб визначити, як буде рухатись автомобіль, необхідно перш за все, визначити рівнодійну усіх сил, що на нього діють.

Сила, яка чинить на тіло таку саму дію, які кілька одночасно діючих сил, називається рівнодійною цих сил.

Сили, що діють на автомобіль, в розглянутому нами випадку, діють попарно вздовж двох взаємно перпендикулярних прямих. Сила тяжіння та сила реакції опори однакові за модулем і зрівноважують одна одну (в сумі отримаємо нуль). Якщо сила тяги більша за силу опору, то автомобіль має змогу рухатися з наростаючою швидкістю. Рівнодійна цих сил буде спрямована в бік дії більшої сили, а модуль рівнодійної буде дорівнювати різниці модулів.

  Отже, досліди показують, що втих випадках, коли розмірами тіла можна знехтувати (учням рекомендується пригадати, що це за умови), дію на тіло кількох  сил можна замінити дією однієї сили, яку називають рівнодійною цих сил.

Знаходження рівнодійної декількох сил називають складанням цих сил. Оскільки сили є векторними величинами, тобто характеризуються не лише числовим значенням, а й напрямком, то правила математичних дії над ними мають особливий характер.

Розглянемо складання двох сил, що діють уздовж однієї прямої.

Якщо дві сили спрямовані однаково, їх рівнодійна спрямована так само, а модуль рівнодійної дорівнює сумі модулів сил-доданків .

Якщо дві сили нерівні за модулем спрямовані протилежно, їх рівнодійна спрямована як більша із цих сил, є модуль рівнодійної дорівнює різниці модулів сил-доданків (складових сил).

Якщо рівнодійна всіх сил, що діють на тіло, дорівнює нулю, говорять, що ці сили врівноважують (компенсують) одна одну. Урівноважити одна одну можуть також сили, що діють на тіло, яке рухається. У такому випадку швидкість цього тіла залишається незмінною (за модулем і за напрямком).

V. Закріплення вивченого матеріалу

Інтерактивна вправа «Хто більше?».

Учнів парах перевіряють один одного на  знання фізичних величин. Виграє той, хто більше назве вимірювальних приладів протягом однієї хвилини. Час засікає вчитель. Найкращий результат оголошується в класі.

Бесіда з учнями за запитаннями:

• Яка величина характеризує взаємодію тіл і причину зміни їх швидкості?
• Як позначають силу?
• Назвіть одиниці вимірювання сили?
• Наведіть приклади, які показують, що швидкість тіла змінюється внаслідок дії на нього іншого тіла.
• Що відбувається з тілом, якщо на нього не діють інші тіла?
• Як графічно зобразити силу, що діє на тіло?
• Чому сила характеризується не лише значенням, а й напрямком?
• Чи важливо вказувати точку прикладання сили?
• Двоє хлопчиків везуть сани. Один штовхає сани позаду із силою 20Н, а другий тягне їх за мотузку із силою 30Н. Зобразити діючі сили графічно, вважаючи, що вони спрямовані горизонтально. (Виконати вправу письмово.)

Розв’язування задач:

• На тіло в горизонтальному напрямку діють дві сили – 10Н і 20Н. Зобразіть ці сили. Скільки варіантів рисунка ви можете зробити?
• На тіло уздовж однієї прямої діють дві сили – 2Н і 5Н. Чому може дорівнювати рівнодійна цих сил?
• Одна із двох сил, що діють на тіло уздовж однієї прямої, дорівнює 5Н. Рівнодійна цих сил дорівнює 8Н. Якою може бути за величиною інша сила? Як вона може бути спрямована? Намалюйте рисунок.
• На тіло діють три сили, спрямовані уздовж однієї прямої, причому перша сила рівна 4Н, друга – 7Н. Чому дорівнює третя сила, якщо рівнодійна всіх трьох сил дорівнює 12Н? Скільки розв’язків має задача? Зобразіть графічно.

VІ. Підсумок уроку

Робота з підручником.

• Учні складають опорний конспект.
• Оформлюють таблицю «Фізичні величини».

Наприклад

Інтерактивна вправа «Метод ПРЕС».

Учні висловлюють свою думку за схемою:

Я вважаю, що…      …тому що…     …наприклад,…          Отже,…

VІІ. Домашнє завдання

Опрацювати:

• Конспект.

Розв’язати:

• Одна із двох сил, що діють на тіло уздовж однієї прямої, дорівнює 10Н. Рівнодійна цих сил дорівнює 15Н. Якою може бути за величиною інша сила? Як вона може бути спрямована? Намалюйте рисунок.

Усе! Ви вже досягли мети! Єдине що залишилось, то це перечитати свої відповіді, щоб впевнитись у їх правильності, віддати роботу вчителеві і сказати «Який я розумний та працьовитий» чи «Яка я розумна та працьовита».

Вчитель збирає зошити учнів з виконаними завданнями, дає відповіді на запитання учнів.

Учні діляться емоціями від уроку: чи складно було справитися із завданнями; які завдання були найлегшими; чи задоволені вини своєю роботою.

ІV. Домашнє завдання

Повторити основні відомості про взаємодію тіл та сили.