Урок "Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу"

Про матеріал

Розробка уроку "Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу" містить матеріал, що може допомогти вчителю при проведенны уроку. Також містить варіанти рисунків з демонстраціями та приклад вихідного контролю

Перегляд файлу

Тема уроку: Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу.

Мета уроку: засвоїти поняття імпульсу тіла, поняття замкнутої системи, вивести закон збереження імпульсу, навчиться вирішувати завдання на закон збереження.

Завдання:

• Формувати поняття «імпульс тіла», «імпульс сили»;

• Виводити закон збереження імпульсу.

• Розв'язувати задачі з урахуванням теоретичних знань.

Обладнання: металеві кульки, візки демонстраційні, жолоб лабораторний металевий, штатив з муфтою і лапкою

ХІД УРОКУ

1. Актуалізація знань. Повторення вивченого матеріалу

1. У чому полягає основне завдання механіки?

2. Як формулюється другий закон Ньютона?

3. Про що свідчить третій закон Ньютона?

2. Вивчення нового матеріалу

Закони руху дозволяють вирішувати завдання механіки, якщо відомі сили, прикладені до тіл. Але в багатьох випадках закони руху не можна використовувати для вирішення завдань саме тому, що невідомі сили. Коли, наприклад, доводиться розглядати зіткнення двох тіл, будь то зіткнення автомобілів, більярдних куль, важко визначити значення виникають сил. Значить, крім сили у фізиці є інша величина, яка дозволяє вирішувати завдання при взаємодії тел. Це імпульс тіла.

Учні, тема нашого уроку «Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу ».

Імпульсом тіла називається величина, що дорівнює добутку маси тіла на його швидкість. Позначимо імпульс (його також називають іноді кількістю руху) буквою . Тоді З формули видно, що імпульс - векторна величина. Напрямок вектора імпульсу тіла завжди збігається з напрямком вектора швидкості руху. Одиниця імпульсу не має особливого назви. Її найменування виходить з визначення цієї величини:

[p] = [m] · [] = 1 кг · 1 м/с = 1 кг·м/с .

При розрахунках користуються рівнянням для проекцій векторів: px = m x. Запишемо другий закон Ньютона у вигляді:

З іншого боку

Підставами цей вислів в формулу другого закону Ньютона. Після перетворення, отримаємо

Дана формула встановлює взаємозв'язок між діючою на тіло силою, часом її дії і зміною швидкості тіла. Зміна імпульсу дорівнює добутку сили, прикладеної до тіла, на час її дії. Величина імпульс сили. Зміна імпульсу тіла дорівнює імпульсу сили.

Імпульс володіє цікавою і важливою властивістю, яке є у небагатьох фізичних величин - це властивість збереження.

Дослід 1

Рисунок 1

Рисунок 2

Що відбувається з імпульсом? Зник?

Учень. Імпульс зберігся.

Дослід 2

Рисунок 3

Учитель. Візок має імпульс?

Учень. Ні, тому що його швидкість дорівнює нулю.

Учитель. Кулька має імпульс?

Учень. Володіє.

Учитель. Що відбувається з імпульсом?

Учень. Імпульс зберігається в повному обсязі.

Дослід 3

Рисунок 4

Учитель. Що відбувається з імпульсом?

Учень. Імпульс пропав.

Учитель. Залежно від випадку імпульс зберігається, зберігається в повному обсязі, зникає. Чи подобається такий закон?

Учитель. У природі все тіла і явища взаємопов'язані і взаємообусловлюють один одного. Але, незважаючи на це, при вирішенні деяких завдань механіки можна не враховувати впливу на деяку групу тіл всіх інших тіл. Така умовно виділена група тіл, котрі взаємодіють з зовнішніми тілами, носить назву замкнутої системи.

У природі замкнутих систем тіл немає. Іноді можна виключити дію зовнішніх сил (рушницю і куля в його стовбурі, Сонце і планети, гармата і снаряд).

Розглянемо пружне зіткнення, де немає втрат енергії.

Рисунок 5

Нехай замкнута система складається з двох тіл масами m1 і m2, які до зіткнення мають швидкості ы см. Малюнок 5), а після зіткнення -

Система буде замкнута, так як сили тяжіння урівноважені силами пружності поверхні, а сили опору малі. Під час зіткнення виникають сили

За другим законом Ньютона кожну з цих сил можна замінити твором маси на прискорення, отримане кожним з куль при взаємодії:

Прискорення, як ми знаємо, визначаються з рівності:

Замінивши в рівнянні (2) прискорення відповідними виразами з рівнянь (3) і (4), отримаємо:

Або

Згрупуємо члени рівняння (6) у такий спосіб:

Враховуючи, що запишемо рівняння (7) в такому вигляді:

Ліві частини рівнянь (7) і (8) представляють собою сумарний імпульс куль після їх взаємодії, а праві - сумарний імпульс до взаємодії. Значить, не дивлячись на те, що імпульс кожного з куль при взаємодії змінився, векторна сума їх імпульсів після взаємодії залишилася такою ж, як і до взаємодії. Рівняння (7) і (8) є математичною записом закону збереження імпульсу

Таким чином, векторна сума імпульсів тіл, що складають замкнуту систему, не змінюється з плином часу при будь-яких рухах і взаємодіях цих тіл. У цьому полягає закон збереження імпульсу.

Взаємодії бувають: 1) пружними, 2) непружними.

Алгоритм рішення задач:

1. Записати умову.

2. Схематично показати взаємодію тіл до і після взаємодії.

3. Записати для даного завдання закон збереження імпульсу в векторній формі.

4. Знайти проекції швидкостей на вісь ОХ.

5. Замінити вектори швидкостей їх проекціями.

6. З отриманого рівняння знайти шукану величину

3. Рішення задач

З візки, що рухається зі швидкістю 2 м / с, зістрибує хлопчик зі швидкістю 1 м / с, спрямованої горизонтально проти ходу візка. Маса хлопчика дорівнює 45 кг, а маса візка - 30 кг. З якою швидкістю буде рухатися візок відразу після того, як хлопчик зістрибнув з неї?

Рішення.