Изучение нового материала.

Урок № 11 (повторение) 10 класс

Тема. Механическое взаимодействие тел. Сила. Виды сил в механике. Измерение сил. Сложение сил.

Цель: обучающая – ознакомить учащихся с понятиями динамики как раздела

физики, взаимодействием как неотъемлемой частью материи; раскрытие

понятия силы как меры взаимодействия, рассмотрение видов сил, изучаемых

в механике; учить детей измерять силы и складывать их; уточнить и

расширить знания о равнодействующей силе и способах ее нахождения;

развивающая - формировать интерес к физическому эксперименту способствовать активизации творческого мышления; формировать умение выдвигать гипотезы, делать предположения и проверять их;

воспитательная - формировать интерес к изучению предмета.

Приборы и материалы: тележки, грузики, видеофрагменты.

Иллюстрации: эскиз к басне И.А. Крылова “Лебедь, рак и щука”, эскиз картины И. Репина “Бурлаки на Волге”, к задаче “Репка”, стрелки цветные на полиэтиленовой основе, копировальная бумага.

Тип урока: урок изучения новых знаний.

Оформление доски:

“Если вы в этом разберетесь как следует, вы лучше сможете следить за ходом моей мысли при изложении дальнейшего”.
М.Фарадей

План урока.

1. Организационный этап. Сообщение темы и целей урока. (2 мин.)

2. Мотивация учебной деятельности. Эксперимент. (6 мин.)

3. Изучение нового материала. (20 мин.)

4. Закрепление. Рефлексия. (14 мин.)

5. Подведение итогов. (2 мин.)

6. Домашнее задание. (1 мин.)

Ход урока.

Организационный этап. Сообщение темы, целей урока.

Приветствие. Организация рабочих мест. Учитель сообщает тему и цели урока.

Мотивация учебной деятельности. Эксперимент.

Изучая законы кинематики и решая основную задачу механики мы с вами не выясняли причины вызвавшие перемещение. На сегодняшнем уроке нам предстоит разобраться, что является причиной движения тела.

Вопросы:

1. Чем отличается подвижное тело от неподвижного?

2. Может ли тело начать двигаться само стоятельно?

3. Приведите в движение покоящуюся тележку.

Изучение нового материала.

При движении тела его скорость может изменяться по модулю и направлению. Это означает, что тело двигается с некоторым ускорением . В кинематике не ставится вопрос о физической причине, вызвавшей ускорение движения тела. Как показывает опыт, любое изменение скорости тела возникает под влиянием других тел. Динамика рассматривает действие одних тел на другие как причину, определяющую характер движения тел.

Взаимодействием тел принято называть взаимное влияние тел на движение каждого из них.

Раздел механики, изучающий законы взаимодействия тел, называется динамикой.

Законы динамики были открыты в 1687 г. великим ученым И. Ньютоном. Сформулированные им законы динамики лежат в основе так называемой классической механики. Законы Ньютона следует рассматривать как обобщение опытных фактов. Выводы классической механики справедливы только при движении тел с малыми скоростями, значительно меньшими скорости света c.

Итак, причиной изменения скорости движения тела всегда является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания движения тела под воздействием других тел необходимо ввести две новые физические величины – массу тела и силу.

Масса – это свойство тела, характеризующее его инертность. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях – значительно медленнее. Принято говорить, что второе из этих двух тел обладает большей инертностью, или, другими словами, второе тело обладает большей массой. Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, т. е. в процессе взаимодействия оба тела приобретают ускорения. Отношение ускорений двух данных тел оказывается постоянным при любых воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны ускорениям, приобретаемым телами в результате их взаимодействия.

В этом соотношении величины и следует рассматривать как проекции векторов и на ось OX (рис. 1). Знак «минус» в правой части формулы означает, что ускорения взаимодействующих тел направлены в противоположные стороны.

В Международной системе единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг). Масса любого тела может быть определена на опыте путем сравнения с массой эталона (m_эт = 1 кг). Пусть m₁ = m_эт = 1 кг. Тогда

Масса тела – скалярная величина. Опыт показывает, что если два тела с массами m₁ и m₂ соединить в одно, то масса m составного тела оказывается равной сумме масс m₁ и m₂ этих тел:

Рисунок 1. Сравнение масс двух тел.

Сила – это количественная мера взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела. В механике Ньютона силы могут иметь различную физическую природу: сила трения, сила тяжести, сила упругости т. д. Сила является векторной величиной.

Сила – физическая величина, количественно характеризующая действие одного тела на другое.

Признаки действия силы: изменение скорости или направления движения, изменение формы или размеров тела.

Рисунок 2.

На рисунках и чертежах силу изображают в виде стрелки, называемой вектором силы. Его направление символизирует направление действия силы, а длина – числовое значение силы.

Для измерения сил служит измерительный прибор динамометр (греч. «динамис» – сила). Основные его части – упругая пружина со стрелкой и корпус со шкалой (рис. 2, 6). Единица силы называется 1 Ньютон (1 Н). Силой в 1 Ньютон назвали такую силу, которая, будучи приложенной к покоящемуся телу массой 1 кг, будет ежесекундно увеличивать его скорость на 1 м/с.

Для измерения сил необходимо установить эталон силы и способ сравнения других сил с этим эталоном. В качестве эталона силы можно взять пружину, растянутую до некоторой заданной длины. Модуль силы F₀, с которой эта пружина при фиксированном растяжении действует на прикрепленное к ее концу тело, называют эталоном силы. Способ сравнения других сил с эталоном состоит в следующем: если тело под действием измеряемой силы и эталонной силы остается в покое (или движется равномерно и прямолинейно), то силы равны по модулю F = F₀ (рис. 3). Если измеряемая сила F больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно (рис. 4). В этом случае измеряемая сила равна 2F₀. Аналогично могут быть измерены силы 3F₀, 4F₀ и т. д.

Рисунок 3. Сравнение силы с эталоном.

Рисунок 4. Сравнение силы с эталоном.

Измерение сил, меньших 2F₀, может быть выполнено по схеме, показанной на рис. 5.

Рисунок 5. Сравнение силы с эталоном.

Рисунок 6. Измерение силы по растяжению пружины. При равновесии

Сделаем вывод, что теласами по себе не изменяют ни своё положение, ни скорость. Вывод - причиной изменения ско р ости тела является действие на него другого т ела. Это действие называется СИЛОЙ. Аристотель ошибочно считал, что тело останавливается, когда сила, двигающая его, исчезает.

Проблемный момент.

“Однажды Лебедь, Рак да Щука
Везти с поклажей воз взялись
И вместе, трое, все в него впряглись;
Из кожи лезут вон,
А возу все нет ходу!
Поклажа бы для них казалась и легка:
Да Лебедь рвется в облака,
Рак пятится назад,
А Щука тянет в воду!
Кто виноват из них, кто прав –
Судить не нам;
Да только воз и ныне там! ”

(И.А.Крылов)

Рисунок 7.

В басне выражено скептическое отношение к Александру I, она высмеивает неурядицы в Государственном Совете 1816 г. реформы и комитеты, затеваемые Александром I не в силах были стронуть с места глубоко увязший воз самодержавия. В этом-то, с политической точки зрения, Иван Андреевич был прав. Но мы давайте выясним физический аспект. Прав ли Крылов? Для этого необходимо подробнее познакомиться с понятием равнодействующая сил, приложенных к телу.

Сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу (точке) сил, называется равнодействующей или результирующей силой.

Рисунок 8.

т. е. |F₁ | = |F₂| (вводится определение равнодействующей).