Відкритий урок "Рух тіла під дією кількох сил", 10 клас

Урок: Рух тіла під дією кількох сил

Тип уроку: урок удосконалення навичок розв’язання задач.

Мета:

1. узагальнити отримані теоретичні та практичні знання на уроках фізики за темою «Рух тіла під дією кількох сил», навчити учнів складати рівняння руху з урахуванням усіх сил, які діють на тіло, показати нерозривний зв'язок між фізикою та лірикою, продемонструвати, що розгляд фізичних питань не тільки вимагають знань математики але тісно зв’язані з літературою;
2. розвивати логічне мислення, пам'ять, самостійність;
3. формувати комунікативну і емоційну культуру, продовжувати показ тісного зв'язку фізики з різними предметами та виховувати інтерес до такого складного предмета, як фізика.

Хід уроку

1.Організаційний момент. (Перевірка відсутніх. Повідомлення теми, мети та завдань уроку, перевірка домашнього завдання.)

Ми вже вивчили основні питання динаміки:закони Ньютона,ввели основні поняття сил та ваги, з’ясували  особливості сил, які існують у механіці. Наша мета навчитись використовувати ці знання практично та показати, що фізичні явища  надихають митців на написання різних цікавих творів

2. Актуалізація опорних знань та вмінь.

1) Що називають силою тяжіння? Як обчислити цю силу? Як вона напрямлена?

2) Що називається силою реакції опори? Як обчислюють цю силу? Як вона напрямлена?

3) Як обчислити силу тертя? Як вона напрямлена?

4) 1 закон Ньютона, 2 закон Ньютона, 3 закон Ньютона.

5) Чи правий барон Мюнхаузен, який всім нам відомий  своїми неймовірними пригодами?  « Це було під час війни з турками. Одного разу втікаючи від турків, я спробував перескочити болото верхи на коні, але кінь не дострибнув до берега , і ми впали в болото. Потрібно було вибирати одне з двох: загинути або врятуватися. І я вирішив врятуватися. Ані мотузки, ані палиці під рукою не було. Я рвонув себе за чуба і таким чином витягнув себе з болота разом із конем, якого стиснув обома ногами» (Барон не міг підняти себе за волосся, бо сила, яка діє на голову вгору, дорівнює силі, яка діє вниз)

6) Пливли ми радісно гуртом;

Ті  парус прямо нагинали,

Ті  одностайно ударяли

Об воду веслами.

Максим Рильський (Складання сил)

7) Не кінь везе , а дорога. (якщо дорога нерівна, багато ямок та виступів збільшується сила тертя)

3. Мотивація навчальної діяльності

Сьогодні ми розберемо цікаві задачі і докажемо, що в байкарях ховаються фізики. Всі ми знаємо байку Івана Крилова у геніальному переводі на українську мову Леоніда Глібова .

  «Лебідь, рак та щука»…

Колись-то Лебідь, Рак та Щука
Приставить хуру узялись.
От троє разом запряглись,
Смикнули — катма ходу…
Що за морока? Що робить?
А й не велика, бачся, штука,—
Так Лебідь рветься підлетіть,
Рак упирається, а Щука тягне в воду.
Хто винен з них, хто ні — судить не нам,
Та тільки хура й досі там.

Проста байка або протиріччя механіки?

Історія про те, як «лебідь, рак та щука везти з поклажею віз взялися», відома всім. Але навряд чи хтось  у ті часи пробував розглядати цю байку з точки зору механіки.  Результат вийде зовсім несхожий на висновок українського байкаря Леоніда Глібова. Переведемо байку «Лебідь, Щука і Рак» на мову формул.

Перед нами механічна задача на складання кількох сил, що діють під кутом одна до одної. Одна сила, тяга лебедя, спрямована вгору; інша, тяга раку назад; третя, тяга щуки убік. Не забудемо, що є ще й четверта сила вага воза, яка спрямована прямовисно вниз. Байка стверджує, що «хура й досі там», іншими словами, що рівнодіюча всіх прикладених до воза сил дорівнює нулю.

Чи так це?

4.  Осмислення об’єктивних зв’язків. 

Розглянемо декілька різних випадків (силою тертя нехтуємо).

В умови цього завдання ми будемо вважати, що лебідь, рак і щука справді не зрушать віз, враховуючи, що сили їх рівні по модулю і що тертя між возом і землею не існує ... Не буду сперечатися, що постановка задачі кілька абсурдна, складно уявити собі, що сили лебедя, рака і щуки рівні по модулю, але в математиці і фізиці абстрагуватися дуже навіть треба вміти !!

1.Перший випадок

Лебідь, який рветься до хмар, не заважає роботі рака і щуки, навіть допомагає їм: тяга лебідя, спрямована проти сили тяжіння, зменшує тертя коліс об землю, полегшуючи тим вагу воза, а може бути, навіть цілком врівноважуючи її, адже вантаж невеликий ( «поклажа б для них здавалася і легка»).

Це означає (див. Рис. 1), що одна сила, тяга лебедя (OA), спрямована вгору; інша, тяга щуки (OB), - убік; третя, тяга раку (OC), - у другий бік. Не забудемо, що існує ще четверта сила - вага воза, яка спрямована прямовисно вниз. Байка стверджує, що «хура  й досі там», іншими словами, що рівнодіюча всіх прикладених до воза сил дорівнює нулю.

5Таким  чином можна зробити висновок вага хури повністю або частково врівноважується тягою лебедя. Інші дві сили: тяга раку і тяга щуки теж рівні між собою. Про направлення цих сил говориться, що «Рак упирається, а Щука тягне в воду». Само собою зрозуміло, що вода перебувала не попереду воза, а де-небудь збоку (не потопити ж хуру збиралися «глібовські трудівники»). Значить, сили рака і щуки спрямовані по одній прямій та компенсують одна одну.

2.Другий випадок  Якщо прикладені сили однакові за модулем та  не лежать на одній прямій але лежать у одній площині, вага воза мала «А й не велика, бачся, штука» (інші сили можна не враховувати) то випадок (див Рис 2.)

Відповідь: у одній площині під кутами 120^о одна до одної

Але фізики дуже допитливі, тому  ліричний відступ для допитливих

місцями біофізичний, місцями сатиричний ... 

Лебідь. Довжина тіла від 120 до 180 см, розмах крил від 200 до 240 см, важать до 8-13 кгУ польоті швидкість може досягати 60-80 км / ч. Захищаючи своє потомство, лебідь ударом крила, без особливих зусиль може легко проломити череп рудої шахрайці лисиці або страшному сірому вовкові.

Рак. Довжина тіла широкопалого річкового рака може досягати 25 см і більше. Максимальна маса раку - 11 кг. В річці рак і плаває, і ходить головою вперед. А задкує, коли чогось злякається. Якщо рак помітив небезпеку, велику хижу рибу, наприклад, то, рятуючись, він розвиває пристойну «задню швидкість», в чому йому допомагає його незамінний помічник-хвіст. Але швидкість складає не більше 2 км / год.

Щука. Довжина тіла до 1,5 м, маса до 35 кг (зазвичай до 1 м і 8 кг). Щука - хижачка (годується переважно рибою). Швидкість з якою щука атакує свою жертву становить 100 км / ч, правда тривалість кидка складає всього частку секунди. Потрапивши на рибальський гачок, доросла щука без праці може вирвати з рук вудку навіть у досвідченого рибалки.

У всякому разі спираючись на ці знання, ні Глібов, ні Крилов не могли з упевненістю стверджувати, що «Та  тільки хура й досі там». Ясно, що рівнодіюча сила повинна зрушити віз з місця.

Це, втім, не змінює сенсу байки, Мораль тієї байки така - якщо за щось збираєтеся взятися, то спочатку обговоріть як це збираєтеся робити. Адже тільки спільними зусиллями ваш коефіцієнт корисної дії примножується в рази!

Якщо перевести на сучасний лад, то мова йде про те, що в кожному колективі потрібно допомагати один одному, а самому по-собі буде нелегко. І завжди повинна бути дружба і взаєморозуміння в колективі. Приблизно так.

Для допитливих:

Згідно з однією з версій, сюжет байки Крилова «Лебідь, Щука і Рак» містить натяк на події того часу, а саме, на невдоволення російського суспільства діями політичних союзників імператора Олександра I (війна Шостий коаліції проти Наполеона); за іншою версією, сучасники пов'язували сюжет байки з потворними негараздами між членами Державної ради - реформи і комітети, що затіваються Олександром I не в силах були зрушити з місця глибоко зайшов в розбіжностях віз самодержавства. У цьому-то, з політичної точки зору, Іван Андрійович Крилов був таки правий.  І ці політичні негаразди майстерно зобразив у своїй ілюстрації до байки «Лебідь, Щука і Рак» один з найпопулярніших дитячих ілюстраторів минулого століття Євген Михайлович Рачёв.

5. Вирішення задач.

Перейдемо до прикладів вирішення задач на рівнодіючі сили:

1. Щоб відірвати онуку від інтернету треба прикласти силу 67 Н  дід приклав силу  - 30 Н, бабка – 20 Н, Жучка – 10 Н, Мурка - 5 Н, мишка – 2, 5 Н. Чи відірвуть вони онуку від інтернету?

2. Ракетний двигун в ступі Баби-Яги розвиває зусилля в 4,0 кН. Яке прискорення в вертикальному напрямку може отримати Баба Яга, якщо її маса разом зі ступою складає 200 кг?
3. Брат Чук тягне  свого брата- близнюка Гека масою 35 кг, що сидить на санках масою 5,0 кг під вуглом 30^о  з силою 100 Н, З яким прискоренням рухалися санки, якщо коефіцієнт тертя саней 0,02? Який шлях вони проїхали за 5 с?

6. Підбиття підсумку урока. (Мікрофон)

1..  Що ми робили на уроці?

2.  Чи досягли очікуваних результатів ви особисто, клас у цілому? Чому ви так вважаєте?

3.  Що могло б бути організовано краще, корисніше?

4.  Над чим ще треба працювати?

Домашнє завдання

 Підготуватися до фізичного диктанту по темі «Закони Ньютона та сили в природі»

Підготувати повідомлення на тему «Дія сил в природі» (1 сторінка, можна від руки)

Литература

1. Перышкин А.В. Физика 7 класс.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений.-М.: Дрофа,

2. «Задачи по физике на основе литературных сюжетов. Для толковых детей и сообразительных взрослых. 7-11 классы» – А.П. Усольцев, Екатеринбург, У-Фактория, 2003.

2.Перельман Я.И. Занимательная физика. Большая энциклопедия «Кирилл и Мефодий» на электронном носителе

3. https://fizikaedu.ru/2020/01/17/razbor-8-zadaniya-vpr-2019-po-fizike-iz-obrazcza/

4. https://school.home-task.com/mexanichna-vzayemodiya-sila-vidi-sil-u-mexanici-vimiryuvannya-sil-dodavannya-sil/

5. https://prosto-o-slognom.ru/fizika/09