[pic].
Согласно второго закона Ньютона [pic], [pic].
[pic] - формула Галилея.
Задачи по кинематическому движению можно условно разбить на три группы:
1. Задачи по кинематическому равномерному движению; 2. Задачи по
кинематическому равноускоренному движению; 3. Графические задачи.
9. Методика изучения основных понятий и законов динамики (Первый закон
Ньютона, масса).
Одним из фундаментальных понятий динамики является масса. Возникает вопрос:
как ввести это понятие в школе? С понятием масса ученики встречались в 7
классе. На основе взаимодействия двух тележек делаем, что если в результате
взаимодействия тележки разошлись на одно и то же расстояние от
первоначального положения, то говорят, что их масса одинакова. Здесь же
рассматривают способы определения массы с помощью рычажных весов.
В 9 классе понятие массы развивается дальше. Возникает вопрос: С какого же
проявления следует ввести понятие массы? Может быть следует ввести понятие
массы, используя формулу Эйнштейна E=mc2, нет, так как это явление серьезно
обобщено и для его осмысления необходимо определенные знания. Если ввести
массу как количество вещества, содержащегося в теле, то тела одинаковой
массы и при одинаковых условиях имеют одинаковое количество частиц, но если
условия разные, то равенство частиц нарушается.
Поэтому вводим понятие инерциальной массы. В начале даем понятие инертность
– свойство, присущее всем телам. Состоит оно в том, что доя изменения
скорости тел требуется некоторое время… Напомним учащимся, что тела после
взаимодействия приобретут ускорения: [pic], после взаимодействия [pic],
[pic]. Затем дают определение: масса тела – это величина, характеризующая
его инертность. Равна отношению ускорения эталона к ускорению тела
(выраженного в кг), полученного ими после взаимодействия.
Первый закон Ньютона формулируется так: Существуют такие системы отсчета
относительно которых поступательно движущиеся тело сохраняет свою скорость
постоянной, если на него не действуют другие тела или действие их
компенсируется. Такие системы отсчета, относительно которых тела движутся
равномерно и прямолинейно или находятся в покое называются инерциальными.
Одна из основных дидактических задач, которая стоит перед учителем
разъяснить, что ни один опыт не может подтвердить закон инерции, так как не
существует в природе свободных, ни с чем не взаимодействующих тел.
Традиционным опытом, который помогает учащимся осмыслить первый закон
Ньютона является опыт с желобом Галилея: а) шар скатывается в кучу песка б)
шар скатывается на шероховатую поверхность в) шар скатывается на гладкую
поверхность. Обращаем внимание, что по мере уменьшения сопротивления
движение шарика увеличивается во времени. Вывод: чем меньше взаимодействие,
тем медленнее изменяется скорость.
Продолжая рассуждения (на основе мысленных экспериментов) приходим к
выводу, что если бы на движущиеся тело не действовали другие тела или
действие других тел компенсировалось бы, то в этих случаях тело находилось
бы в покое или двигалось бы сколь угодно долго.
Другая трудность изучения этого вопроса заключается в том, что первый
закон является следствием второго. В основе классической механики лежит
определенные представления о свойствах пространства и времени. Эти
утверждения справедливы и для классической механики и для СТО. Например,
утверждение об однородности и изотропности пространства относительно
инерциальной системы отсчета. Однородность пространства означает, что в нем
нет выделеных точек, которые отличались бы от других. Изотропность
пространства означает одинаковость его свойств по всем направлениям. Это
значит, что если некоторое тело свободно от внешних воздействий, покоится в
какой-то момент времени относительно ИСО и сохраняет состояние покоя во все
остальные моменты, то пространство однородно относительно этой системы.
10. Методика изучения основных понятий и законов кинематики (Сила, Второй и
Третий законы Ньютона).
При изучении второго закона ньютона можно воспользоваться экспериментом
(существует много вариантов) наиболее приемлемым для учащихся. Опыт
проводим в следующей последовательности: 1. Находим зависимость ускорения
от силы, когда масса постоянна – ускорение прямо пропорционально силе. 2.
Зависимость ускорения от массы при постоянной силе – ускорение прямо
пропорционально силе, но обратно пропорционально массе.
Во втором закон Ньютона идет речь о равнодействующей силе. При изучении
третьего закона Ньютона можно использовать различные методические подходы.
Известно, что тела в результате взаимодействия приобретают ускорения.
Отношение ускорений равно обратному отношению масс.
Два тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной и той
же прямой, равными по модулю и противоположно направлены.
К этому же уравнению можно прийти и на основе эксперимента. Опыты: на
основе двух динамометров.
При изучении третьего закона Ньютона необходимо выяснить особенности сил о
которых идет речь в нем: 1) так как силы приложены к различным телам,
нельзя говорить о их равнодействующей; 2) силы, о которых идет речь в
третьем законе Ньютона, имеют одинаковую природу.
Часто приходится решать задачи когда в условии дается система связанных
тел. Рассмотрим случай, когда тела движутся равномерно без трения. Если при
этом даны массы обеих тел и необходимо найти ускорения тел и силу натяжения
нити, то система уравнений [pic] будет решаться в том случае, если нить
считается нерастяжимой и невесомой. Не растяжимость нити позволяет считать
ускорение одинаковым. Невесомость нити позволяет считать силы равными.
11. Анализ и методика изучения законов сохранения в механике (закон
сохранения импульса и энергии).
Изучение в школе законов сохранения (ЗС) имеет большое познавательное и
мировоззренческое значение. ЗС принадлежат к наиболее общим законам
природы. В отличии, например, от закона Паскаля, который справедлив лишь
для жидкостей и газов и других законов, имеющих ограниченную область
применения. ЗС энергии и импульса выполняется во всех физических процессах.
При изучении темы Законы сохранения в механике вводятся понятия,
определяющие область применимости ЗС импульса и энергии.
Замкнутая система. Физическая система считается замкнутой, если внешние
силы не действуют на эту систему.
Однако, поскольку действие, например, гравитационных сил простирается до
бесконечности, то очевидно понятие замкнутая система является абстракцией.
Это можно пояснить следующими примерами: система тел спутник, движется
вокруг Земли, электрон движется вокруг протона в атоме. В ряде случаев,
когда внешней силой можно пренебречь, систему можно считать замкнутой. В
замкнутой системе действуют силы, которые называются внутренними.
Консервативные силы – это силы работа которых не зависит от длины пути, а
зависит только от положения начальной и конечной точек пути. К
консервативным силам можно отнести нуклоновские силы, силу тяжести, силу
упругости.
Система тел, в которой действует консервативная сила называется
консервативной. Необходимо отметить, что если для применимости закона
сохранения импульса достаточно, чтобы система тел была замкнутой, то доя
применимости закона сохранения энергии, необходимо еще чтобы внутренние
силы, действующие в замкнутой системе были консервативными.
Импульс силы. Импульс тела.
Согласно второму закону Ньютона [pic], откуда [pic] (1). Из последнего
выражения видно, что изменение скорости одного и того же тела зависит не
только от силы, приложенной к телу, но и он времени ее действия. Это может
наблюдаться на ряде опытов. При быстром выдергивании листочка бумаги из под
стакана с водой, стакан остается на прежнем месте. Если привязать груз на
нить и резко дернуть нижнюю нить, оторвется нижняя нить. Если в
перечисленных опытах время действия силы увеличить, то даже при существенно
меньших действиях силы стакан и груз получат заметные скорости. Таким
образом учащиеся подводятся к понятию импульса силы – векторная величина,
которая равна произведению силы на время ее действия. Из (1) следует [pic]
(2), из (2) следует, что существует величина, одинаково изменяющаяся у тел
разной массы, если импульс действующих сил одинаков. Эту физическую
величину назвали импульсом или количеством движения. [pic].
Затем переходят к закону сохранения импульса [pic] . Необходимо отметить,
что при выводе формулы ЗС импульса учащимся надо объяснить, что в течение
времени взаимодействия (столкновении) тел модули сил с которыми тела
взаимодействуют, изменяются, оставаясь все время одинаковыми.
Полученный теоретический вывод иллюстрируется на опытах упругого и
неупругого столкновения тел.
Интересен вывод ЗС импульса, основанный на серии опытов, подводящих
учащихся к нему: а) при скатывании шара с наклонного желоба импульс
приобретаемый в конечной точке прямо пропорционален скорости полета. [pic];
б) при упругом соударении шара с таким же шаром, находящимся на
горизонтальной лотке, происходит обмен импульсами (удар центральный); в)
при упругом не центральном ударе направление разлета шаров оказывается
различным. Измерив расстояния и произведя векторные сложения перемещений,
получим ЗС импульса в векторной форме: [pic]. Закон сохранения энергии. На
первой ступени обучения физики учащиеся получили представления об энергии.
Если тело способно совершать работу, то оно обладает энергией. В 9 классе
это представление необходимо развить. Энергия – это физическая величина,
которая зависит от состояния тела (системы тел), ее перехода из одного
состояния в другое определяют величиной совершенной работы. Наиболее
простым видом механической энергии является кинетическая энергия, так как
во всех случаях она определяется mV2/2 и не зависит от того взаимодействует
это тело с другими телами или нет. Потенциальная энергия же энергия
относящаяся к системе взаимодействующих тел, ее рассчитывают в зависимости
от вида сил, обуславливающих существование этого взаимодействия.
Целесообразно начать формирование понятия энергии в механике с рассмотрения
кинетической энергии.
Кинетическая энергия. Используя определения работы и второй ЗН получим:
[pic] - теорема о кинетической энергии. Заметим, что если работа больше
ноля, то энергия возрастает в противном случае убывает. Энергия, как и
работы, является величиной относительной.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
