Урок "Закони динаміки. Види сил в природі."

Про матеріал

Розробка уроку містить теоретичний матеріал, розв'язки задач. Також розробка містить матеріал, що розкриває практичне значення фізичних знань.

Перегляд файлу

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПОЛТАВСЬКИЙ КОЛЕДЖ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Закони динаміки.

Види сил в природі.

План-конспект відкритого уроку з фізики

Полтава – 2019

План-конспект відкритого уроку з фізики «Закони динаміки. Види сил в природі»/Укладач: Романишина Е.Є. – Полтава:ПКХТ НУХТ, 2019.

Укладач: Романишина Е.Є., викладач вищої категорії Полтавського коледжу харчових технологій Національного університету харчових технологій.

Рецензент: Лейко С.В., викладач Полтавського коледжу харчових технологій Національного університету харчових технологій, кандидат педагогічних наук.

Розглянуто і схвалено

на засіданні циклової комісії

загальноосвітніх дисциплін

Протокол №___ від «___»______ 2019р.

_____________ Т.В. Сергєєва

Тема: Закони динаміки. Види сил в природі.

Мета:

навчальна: вивчити закони динаміки, сили, що існують природі; навчитися їх описувати та записувати, навчитися використовувати формули при розв’язуванні задач (графічних, алгебраїчних, дослідних);
розвиваюча: розширення меж практичності знань з фізики; ознайомлення студентів з найважливішими методами застосування фізичних знань на практиці, підвищення загальної культури, досвіду самостійної діяльності;
виховна: розвиток пізнавального інтересу до фізики, розвивати правильні прийоми використання сучасної техніки.

Обладнання: збірники задач, мультимедіа, смартфони, калькулятори,

динамометр, лінійка, посудина з водою, тряпка.

Демонстрації:

Дослід: «Дія архімедової сили».
Відеофільм «Стан невагомості».
Відеофільм «Сила пружності».
Відеофільм «Архімедова сила».

Хід заняття:

(Демонструється слайд 1)

Організаційний момент.
Мотивація. Постановка цілей та задач.

Викладач:

Тема заняття: Закони динаміки. Види сил в природі.

При роботі будемо використовувати слова видатного письменника та філософа Льва Толстого: «Важлива не кількість знань, а якість їх. Можна знати дуже багато чого, не знаючи найпотрібнішого».

Завдання заняття: записати та зрозуміти закони Ньютона; виявити сили, що діють в природі; описати їх, вияснити сутність прояву, фізичний зміст понять та явищ; їх застосування в побуті та на виробництві; навчитися розв’язувати задачі.

Актуалізація опорних знань.

А для кращого засвоєння нового матеріалу повторимо теоретичний матеріал попереднього розділу «Кінематика». Отже усна розминка:

Що вивчає механіка?
На які розділи поділяється механіка?
Які існують види руху?
Який об’єкт вивчає механіка?
Яке тіло називаємо матеріальною точкою?
Який рух називається поступальним?
Який рух називається обертальним?
Чи може поступальний рух бут рівномірним?
Який рух називається рівномірним?
Який рух називається прямолінійним рівномірним?
Який рух називається рівнозмінним?
Який рух називається прямолінійним рівнозмінним?
Чи може обертальний рух бут рівномірним?
Яким параметром характеризують рівномірний рух?
Що таке швидкість?
Які одиниці вимірювання швидкості?
Яким параметром характеризують рівнозмінний рух?
Що таке прискорення?
Які одиниці вимірювання прискорення ?
Назвіть рівняння, що описує рівномірний рух?
Що можна визначити за допомогою цього рівняння?
Назвіть рівняння, що описує рівнозмінний рух?
Що можна визначити за допомогою цього рівняння?
Назвіть ще одне рівняння, що описує рівнозмінний рух?
Що можна визначити за допомогою цього рівняння?
Що таке система відліку?
Для чого необхідна система відліку?

Які у вас є до мене питання? Якщо питань немає переходимо до вивчення нового матеріалу. Розпочинаємо вивчати новий розділ механіки – динаміку.

Вивчення нового матеріалу та розв’язування задач.

Динаміка – розділ механіки, що вивчає рухи тіл враховуючи сили, які діють на ці тіла. Розглядаємо прямолінійний рух.

(Демонструється слайд 2)

Першим нашим завданням є вивчити закони Ньютона. Отже, 1 закон Ньютона: Існують такі системи відліку, відносно яких тіло знаходиться у стані спокою або рухається прямолінійно рівномірно. Такі системи відліку називаються інерціальними.

З’явився новий термін пов'язаний з явищем інерції. Що ж це за явище?

(Демонструється слайд 3)

Інерція – це явище збереження швидкості руху тіла за відсутності або скомпенсовані дії на нього інших тіл.

Давайте розглянемо приклади. Уявіть, що ви їдете на велосипеді і різко загальмували. Що з вами буде відбуватися? (Студенти дають відповідь.) В цьому і появляється явище інерції.

Тепер ви їдете в автобусі до коледжу. Наведіть приклади прояву явища інерції. (Студенти наводять. Викладач аналізує та робить висновки).

Для запобігання явища інерції в автомобілях роблять паски безпеки і в правилах дорожнього руху написано, що паски обов’язково необхідно застібати, бо це може зберегти вам життя.

(Демонструється слайд 4)

Другий закон Ньютона: Прискорення, що набуває тіло внаслідок дії сили прямо пропорційне цій силі і обернено пропорційне масі тіла:

Для формулювання другого закону ми використали нове поняття сила а маса:

(Демонструється слайд 5)

- маса тіла – міра інертності тіла. Маса позначається буквою m і в системі СІ вимірюється у кілограмах (кг).

- сила – це фізична величина, що характеризує ступінь взаємодії тіл.

При дії неврівноваженої сили на фізичне тіло його рух змінюється, тобто тіло набуває прискорення. Сила є векторною величиною — крім числа, що позначає більшу чи меншу дію, вона характеризується ще й напрямком дії.

1Н - це сила, яка, діючи на тіло масою 1кг протягом 1с, змінює швидкість руху на 1м/с. Причиною зміни швидкості руху тіла є сила.

1 Н = 1кг •1м/с

(Демонструється слайд 6)

Інертність – це явище збереження прискорення сталою величиною.

Другий закон Ньютона можна сформулювати і так: Якщо рівнодійна всіх сил на тіло дорівнює нулю, то воно залишається в стані спокою.

Прикладом є відома байка про лебідь, рака та щуку.

Задача №1: Визначити силу , що діє на тіло масою 0,2кг в момент часу

t= 3с , якщо рівняння руху тіла має вид x = 3t²+ 2t + 3.

Дано: Розв’язання:

t = 3с Запишемо рівняння руху, що задане за умовою

m = 0,2кг задачі та рівняння руху в загальному виді та

x = 3t²+ 2t + 3 порівняємо їх:

x = 3t²+ 2t + 3

F(3) - ? S =

Звідси : = 3м,

= 2м/с,

= 3, a = 6 м/с²

Так як прискорення не залежить від часу, то рух є рівнозмінним, причому рівноприскореним, тому і в момент часу 3с прискорення дорівнює 6м/с².

Згідно другого закону Ньютона:

F = ma = 0,2 6 = 1,2Н

Відповідь: 1,2Н.

(Демонструється слайд 8)

Третій закон Ньютона: Тіла діють одне на одне iз силами, спрямованими вздовж однієї прямої, рівними за модулем i протилежними за напрямком.

= -

А зараз задача №2 (із збірника 2С2): При взаємодії двох тіл відношення модулів їхніх прискорень = 4. Чому дорівнює маса другого тіла, якщо маса першого 6кг?

Дано: Розв’язок:

= 4 Згідно 3 закону Ньютона:

Згідно 2 закону Ньютона: =

-? Тоді: ===· 6 = 4,5 кг

Відповідь: B

Розглянемо сили, що діють у природі:

(Демонструється слайд 9)

Силу, з якою Земля притягує до себе тіло, називають силою тяжіння. Ознакою дії сили завжди є зміна швидкості руху тіла. Виходячи з того, що під час вільного падіння швидкість будь-якого тіла збільшувалася щосекунди на 9,8 м/с. Ньютон довів, що сила тяжіння прямо пропорційна масі тіла, а коефіцієнт пропорційності — 9,8 Н/кг. Цей коефіцієнт називають прискоренням вільного падіння.

Тому модуль сили тяжіння можна виразити через масу тіла m й прискорення вільного падіння g так:

F = m

(Демонструється слайд 10)

З дією сили тяжіння пов’язана інша сила – вага. Вага – це сила, з якою тіло під дією сили тяжіння діє на опору або розтягує підвіс.

Ці сили діють на різні тіла: сила тяжіння – на саме тіло, а вага – на підставку або підвіс. Якщо тіло нерухоме або рухається рівномірно, то сила тяжіння та вага рівні за модулем. Вагу позначають буквою і вимірюють, як і будь-яку силу у ньютонах.

(Демонструється слайд 11)

Задача №3: Спортсмен утримує на витягнутих руках штангу вагою 800Н. Яка маса штанги?

Дано: Розвязок:

P = 800H Так як вага тіла: P=mg, то його маса:

m === 80 кг

m-? Відповідь: 80кг.

Тепер усне завдання. Воно дасть мені можливість зрозуміти мені: чи засвоїли ви пройдений матеріал.

Яка маса вашого тіла?(Опитую студентів.)
А тепер встановіть свою вагу.(Опитую студентів.)
А чи може тіло мали масу, але його вага дорівнюватиме нулю? (Опитую студентів.)

Так дійсно така ситуація можлива.

(Демонструється слайд 12)

Стан при якому вага тіла відсутня називається станом невагомості. Пропоную передивитися відеофільм «Стан невагомості».

(Демонструється слайд 13)

Наступна сила відома в механіці називається силою всесвітнього тяжіння. Сила всесвітнього тяжіння діє між об’єктами космосу. Гравітаційна взаємодія найслабша із фундаментальних взаємодій, однак її характерною особливістю є те, що тіла, які мають масу, завжди притягаються одне до одного. Закон всесвітнього тяжіння: що сила притягання між двома тілами (матеріальними точками) прямо пропорційна добутку їхніх мас, і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

F = G

Задача №4: Визначити силу всесвітнього тяжіння між Землею та Сонцем. Вважати, що маси тіл та відстань між ними відомі.

Дано: Розв’язок:

= 2 · кг Згідно закону всесвітнього тяжіння:

= 6 · кг F = G ,

R=1,5·м де G = 6,67· Н / - гравітаційна стала.

F-? Знайдемо дані в Інтернеті. З таблиці сталих

величин визначаю:

масу Землі: = 6 · кг,

масу Сонця: = 2 · кг,

відстань від Сонця до Землі: R=1,5·м

Тоді сила всесвітнього тяжіння:

F= 6,67· = 35,6·=3,56·Н

Відповідь: 3,56·Н

(Демонструється слайд 14)

Сила пружності – це сила, яка виникає при деформації та напрямлена протилежно до зовнішньої сили, яка спричиняє цю деформацію. Природа виникнення сил пружності: при деформації тіл їх частинки зміщуються одна відносно іншої. Внаслідок цього змінюються відстані між атомами чи молекулами, з яких складаються тіла. Це приводить до зміни сил взаємодії між частинками. Якщо відстані між ними збільшуються (наприклад, при розтягуванні), то силою міжмолекулярної взаємодії є сила притягання. Якщо відстані між частинками зменшуються (наприклад, при стискуванні), то силою міжмолекулярної взаємодії є сила відштовхування. Тобто при деформації тіла у ньому виникають сили, що прагнуть повернути його у попередній стан. Сила пружності, що виникає при пружній деформації тіла, прямо пропорційна абсолютному видовженню тіла і напрямлена в сторону протилежну до зміщення частин тіла – закон Гука.

F = k

K – жорсткість або коефіцієнт пружності.

(Демонструється слайд 15)

Деякі сили пружності мають свої назви:

Якщо тіло тисне на опору, то опора деформується, деформація опори викликає появу сили пружності, яка діє на тіло перпендикулярно до поверхні опори. Цю силу називають силою нормальної реакції опори і позначають буквою ;
Якщо тіло розтягує підвіс( нитку, пружину, джгут, шнур), то виникає сила пружності, напрямлена вздовж підвісу. Ця сила називається силою натягу і позначають буквою .

Задача № 5(із збірника 2С15): За графіком залежності проекції сили пружності від видовження (див. рисунок) визначить жорсткість гумового шнура.

Розв’язок: Згідно закону Гука: F = k ,

тоді коефіцієнт пружності: .

З графіка залежності визначаємо, що для = 1 см = 1м сила пружності: F = 3Н. Тоді

= 300 Н/м.

Відповідь: Г.

Пропоную переглянути відоефільм «Сила пружності».

(Демонструється слайд 16)

Сила тертя. Тертя — це механічна взаємодія між тілами, яка виникає в місцях їх дотику і перешкоджає відносному переміщенню тіл у напрямі, який лежить у площині їх дотику. Сила тертя — це сила, яка виникає під час взаємодії стичних тіл (частин тіл) і яка перешкоджає їх відносному переміщенню. Причини виникнення сили тертя:

нерівність дотичних поверхонь;
взаємне притягування молекул дотичних поверхонь;
швидкості руху тіл відносно одне одного;
стану поверхонь тіл (взаємодія твердих тіл);
розмірів і форми тіла (рух твердого тіла в рідині або газі);
ваги тіла.

(Демонструється слайд 17)

Які існують види сили тертя?

Сила тертя спокою. Виникає між нерухомими твердими тілами та напрямлена паралельно стичним поверхням протилежно силі, що хоче зрушити тіло з місця і рівна їй за модулем

F =

Отже, сила тертя пропорційна силі реакції опори N з коефіцієнтом пропорційності μ, який називається коефіцієнтом тертя.

Сила тертя ковзання. Виникає при дотику двох поверхонь твердих тіл, що рухаються та напрямлена паралельно стичним поверхням рухомих тіл. Не залежить від площі стичних поверхонь та швидкості руху тіл.
Сила тертя кочення. Якщо тіло котиться по поверхні іншого тіла, то силу, яка виникає при цьому називають силою тертя кочення.

Дія сили тертя приводить до зменшення абсолютного значення швидкості тіла. Тертя — явище, яке супроводжує нас завжди і всюди. В одних випадках воно корисне, і його намагаються збільшити. В інших — шкідливе, і його намагаються зменшити.

Наприклад, якщо ви пишете ручкою у зошиті, то слова з’являються за допомогою сил тертя, що виникають між листом зошита та кулькою ручки. Аналогічна ситуація, коли ви хочете отримати інформацію з мобільного телефону, тобто водити пальцями руки по екрану мобільного. Якщо сили тертя достатні, то інформацію отримаєте, якщо ні телефон працювати не буде. Це користь.

Наприклад, для того щоб гарно кататися на санчатах, ковзанах, лижах, сила тертя повинна бути мінімальною.

Якщо взяти автомобіль, то взимку потрібно збільшити силу тертя, тому використовують зимові шини. Влітку можна зменшити сили тертя, то автомобіль «взувають» у літню гума. Це дає можливість економити пальне. І так далі. Можна навести багато прикладів, як сила тертя впливає на наше життя.

На ваш погляд, як можна зменшити прояв сил тертя? (Студенти

відповідають. Викладач узагальнює.)

(Демонструється слайд 18)

Так дійсно зменшити сили тертя можна за рахунок:

змащення поверхонь;
використання кулькових та роликових підшипників;
використання повітряної подушки.

(Демонструється слайд 19)

Остання сила, про яку ми будемо сьогодні говорити – сила Архімеда. Вона діє на тіла і в рідині, і в газі. Має напрям вертикально вгору. Значення сили визначив Архімед та обчислюється за формулою:

де – густина рідини;

– прискорення вільного падіння;

– об’єм тіла.

Отже, архімедова сила дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі тіла, якщо воно занурене цілком. Якщо тіло занурене частково, то сила дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі зануреної частини тіла.

ÐÐ°ÑÑÐ¸Ð½ÐºÐ¸ Ð¿Ð¾ Ð·Ð°Ð¿ÑÐ¾ÑÑ ÐºÐ°ÑÑÐ¸Ð½ÐºÐ° Ð´Ð¾ÑÐ»ÑÐ´ Ð°ÑÑÑÐ¼ÐµÐ´Ð° Задача №6 (дослідна): Визначити густину тіла, яке занурюється у воду. Для проведення експерименту дано: динамометр, вантаж, лінійка, ємність з водою. Експеримент здійснюється згідно схеми (див. рисунок). Отримані дані експерименту вносимо в умову задачі. Сталі величини виписуємо з таблиць сталих величин.