Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью. Центростремительное ускорение
план-конспект урока

                                                                     ГБПОУ ЯНАО "НУрМК"

                                                      Абалымова Алевтина Васильевна

23.11.2018 г.

ОУД.13 Физика

Тема урока: «Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью. Центростремительное ускорение»

Цели:     

Изучить особенности криволинейного движения и, в частности, движения по окружности.

Ввести понятие     центростремительного ускорения и центростремительной силы.

Продолжить работу по формированию ключевых компетенций обучающихся: умения сравнивать, анализировать, делать выводы из наблюдений, обобщать опытные данные на основе имеющихся знаний о движении тела формировать умения использовать основные понятия, формулы и физические законы движения тела при движении на окружности.

Воспитывать самостоятельность, учить сотрудничеству, воспитывать уважение к мнению других, пробуждать любознательность и наблюдательность.

Задачи:

Образовательные:

Повторить виды механического движения. Познакомить с новыми понятиями: движение по окружности, центростремительное ускорение, период, частота.

Выявить на практике связь периода, частоты и центростремительного ускорения с радиусом обращения. Использовать учебное лабораторное оборудование для решения практических задач.

Развивающие:

        Развивать умения применять теоретические знания для решения конкретных задач, развивать культуру логического мышления, развивать интерес к предмету; познавательную деятельность при постановке и проведении эксперимента.

Воспитательные:

Формировать мировоззрение в процессе изучения физики и аргументировать свои выводы, воспитывать культуру физического мышления, умения работать самостоятельно, в паре, поддерживать интерес к уроку физики.

Воспитание коммуникативной и информационной культуры учащихся.

Формируемые универсальные учебные действия:

 1.Личностные: развитие самостоятельности, эрудиции, формирование условий для саморазвития личности.

2.Коммуникативные: участие в коллективном обсуждении и решении проблемы, делать выводы, умение слушать,  вступать в диалог.

3. Познавательные: умение анализировать, выдвигать гипотезу, делать выводы, принимать решение, построение речевого высказывания.

 4. Регулятивные: принятие цели, развитие умения сравнивать, производить оценку.\

Планируемый результат:

 Предметные:

- знать новые понятия: движение по окружности, центростремительное ускорение, период, частота. ;

- Выявить на практике связь периода, частоты и центростремительного ускорения с радиусом обращения. Использовать учебное лабораторное оборудование для решения практических задач.

Личностные:

- понимать смысл поставленной задачи; инициатива, находчивость, активность при решении физических задач.

Метапредметные:

- умение видеть физическую задачу в контексте проблемной ситуации;

- понимание сущности алгоритмических предписаний и умение действовать в соответствии с предложенным алгоритмом.

Базовые знания:

•        механическое движение;

•        скорость;

           ускорение;

Тип урока:  открытие новых знаний.

 Вид урока: комбинированный с элементами исследования, фронтальной лабораторной работой. 

Методы работы:

•        проблемный;

•        частично-поисковый.

Форма организации обучения: фронтальная, индивидуальная, групповая 

Мотивация познавательной деятельности: на занятии необходимо предоставить студентам возможность проявить сообразительность, смекалку в формировании навыков самостоятельной работы, работы с учебником, навыков самостоятельного добывания знаний.

Время проведения: 45 минут

Оснащение урока:  карточки с заданиями, :  секундомер, линейка и тело  на нити.  

Ход урока

1. Организационный момент.

     Мотивация к учебной деятельности

 Ребята, это 7 урок по разделу «Кинематика» .Этот урок я хочу начать со слов: " В механике примеры учат не меньше, чем правила". И. Ньютон.

II. Актуализация опорных знаний.

Физический диктант:

1. Изменение положения тела в пространстве с течением времени. (Механическое движение)
2. Формула перемещения при неравномерном движении. 
3. Формула координаты тела при неравномерном движении.
4. Закон прямолинейного равномерного движения.
5. Формула ускорения тела.
6. Единицы измерения ускорения. 
7. Формула скорости при равномерном движении.
8. Формула скорости движения при равноускоренном движении.
9. Формула кинетической энергии
10. Формула потенциальной энергии.

III. Открытие новых знаний.

Назовите два вида движения, которые мы уже изучили.

(Равномерное прямолинейное и равноускоренное прямолинейное движения)

Хорошо. Вспомним, что называется траекторией.

(Траектория – линия, вдоль которой движется тело)

Верно. Какие виды траекторий вам известны? (Прямолинейная и криволинейная траектории)

Если внимательно рассмотреть криволинейное движение, то можно, разбив его на небольшие участки, описать такое движение, как движение по окружностям разных радиусов.

Тема нашего урока  "Движение тела по окружности”

Учитель. Мы достаточно часто наблюдаем такое движение тела, при котором его траекторией является окружность. По окружности движется, например, точка обода колеса при его вращении, конец стрелки часов.

Учитель. Прямолинейное движение – это движение, траектория которого - прямая линия, криволинейное – кривая. Приведите примеры прямолинейного и криволинейного движения, с которыми вы встречались в жизни. 

Движение тела по окружности является частным случаем криволинейного движения.

Любую кривую можно представить как сумму дуг окружностей разного (или одинакового) радиуса.

Криволинейным движением называют такое движение, которое совершается по дугам окружностей.

Введём некоторые характеристики криволинейного движения.

Криволинейное движение с постоянной по модулю скоростью. Движение с ускорением, т.к. скорость меняет направление.

Пусть тело движется по криволинейной траектории из точки А в точку B. Пройденный телом при этом путь – это длина дуги AB, а перемещение – это вектор, направленный по хорде AB. Проведем между точками ряд хорд и представим, что тело движется по этим хордам. На каждой из них тело движется прямолинейно, и вектор скорости направлен вдоль хорды, т.е.вдоль вектора перемещения. Продолжая уменьшать длину прямолинейных участков, мы как бы стягиваем их в точки, и ломаная линия превращается в плавную кривую. Скорость оказывается направленной по касательной к кривой в этой точке.

Мгновенная скорость тела в любой точке криволинейной траектории направлена по касательной к траектории в этой точке.

Ускорение тела направлено к центру окружности.

При равномерном движении тела по окружности вектор  ускорения всё время перпендикулярен вектору скорости, который направлен по касательной к окружности.

Тело движется по окружности при условии, что вектор линейной скорости перпендикулярен вектору центростремительного ускорения.

Центростремительное ускорение - ускорение, с которым тело движется по окружности с постоянной по модулю скоростью, всегда направлено вдоль радиуса окружности к центру: aц=  

При движении по окружности тело через определённый промежуток времени вернётся в первоначальную точку. Движение по окружности –периодическое.

Период обращения – это промежуток времени Т, в течение которого тело (точка) совершает один оборот по окружности. 

Единица измерения периода - секунда

Частота вращения ν – число полных оборотов в единицу времени.

Единица измерения частоты [ν ] = с-1 = Гц

Связь периода с частотой:

Если за время t тело совершило N полных оборотов, то период обращения равен:

Период и частота – это взаимообратные величины: частота обратно пропорциональна периоду, а период обратно пропорционален частоте

Сообщение ученика 1.  Период - это величина, которая часто встречается в природе, науке и технике.  Земля вращается вокруг своей оси, средний период этого вращения составляет 24 часа; полный оборот Земли вокруг Солнца происходит примерно за 365,26 суток;  период кровообращения у человека равен примерно 21 - 22 с

Сообщение ученика 2. Частоту измеряют специальными приборами – тахометрами.

Частота вращения технических устройств: ротор газовой турбины вращается с частотой от 200 до 300 1/с; пуля, вылетевшая из автомата Калашникова, вращается с частотой 3000 1/с.

Учитель. При равномерном движении по окружности модуль его скорости не изменяется. Но скорость -  векторная величина, и она характеризуется не только числовым значением, но и направлением. При равномерном движении по окружности всё время изменяется направление вектора скорости. Поэтому такое равномерное движение является ускоренным.

Линейная скорость:                        

Центростремительное ускорение:                      

Центростремительная сила. 

Сила, удерживающая вращающееся тело на окружности и направленная к центру вращения, называется центростремительной силой.

Чтобы получить формулу для расчёта величины центростремительной силы, надо воспользоваться вторым законом Ньютона, который применим и к любому криволинейному движению.

Подставляя в формулу   значение центростремительного ускорения  aц=   , получим формулу центростремительной силы

 F =  .

Из первой формулы видно, что при одной и той же скорости чем меньше радиус окружности, тем больше центростремительная сила.

Центростремительная сила зависит от линейной скорости: с увеличением скорости она увеличивается. Это хорошо известно всем конькобежцам, лыжникам и велосипедистам: чем с большей скоростью движешься, тем труднее сделать поворот. Водители очень хорошо знают, как опасно круто поворачивать автомобиль на большой скорости. Тела могут двигаться по окружности под действием сил разных видов. Например: шар легкоатлетического молота движется по окружности под действием силы упругости троса; планеты обращаются вокруг Солнца, а спутники – вокруг планет под действием силы всемирного тяготения. Под действием этих сил возникает ускорение, меняющее направление скорости тела, благодаря чему оно движется по окружности или ее дуге.

Тела могут двигаться по окружности под действием сил разных видов 

Сообщение ученика 3. В Средние века каруселями (слово тогда имело мужской род) называли рыцарские турниры. Позднее, в XVIII веке, для подготовки к турнирам, вместо схваток с реальными соперниками, стали использовать вращающуюся платформу, прообраз современной развлекательной карусели, которая тогда же появилась на городских ярмарках.

В России первый карусель был построен 16 июня 1766 года перед Зимним дворцом. Карусель состоял из четырёх кадрилей: Славянской, Римской, Индийской, Турецкой. Второй раз карусель была построена на том же месте, в том же году 11 июля. Подробное описание этих каруселей приводятся в газете Санкт-Петербургские ведомости 1766 года.

Карусель, распространённая во дворах в советское время. Карусель может приводиться в движение как двигателем (обычно электрическим), так и силами самих крутящихся, которые перед тем как сесть на карусель, раскручивают её. Такие карусели, которые нужно раскручивать самим катающимся, часто устанавливают на детских игровых площадках.

Кроме аттракционов, каруселями часто называют другие механизмы, имеющие сходное поведение — например, в автоматизированных линиях по разливу напитков, упаковке сыпучих веществ или производству печатной продукции.

В переносном смысле каруселью называют череду быстро сменяющихся предметов или событий.

IV. Закрепление нового материала.

Учитель. Сегодня на этом уроке мы познакомились с описанием криволинейного движения, с новыми понятиями и новыми физическими величинами.  

Беседа по вопросам:

1. Что называется периодом и частотой? Как связаны между собой эти величины? В каких единицах измеряются?
2. Что называется линейной скоростью? В каких единицах она измеряется? Как можно её рассчитать?
3. Как направлено центростремительное ускорение? По какой формуле оно рассчитывается?
4. Как направлена центростремительная сила? По какой формуле она рассчитывается?

Применение знаний и умений в новой ситуации.

Перейдем к практической задаче (Работа в группе)

У вас на столах есть оборудование:  секундомер, линейка и тело  на нити. Задача: Определите период, частоту, скорость и центростремительное ускорение вращательного движения. Для этого:

Измерьте время t 10 полных оборотов вращательного движения, радиус R вращения.

Вычислите период Т и частоту v, скорость вращения v, центростремительное ускорение ац. 

Выполнение лабораторной работы.

Результаты заносим в таблицу.

Сделайте вывод о зависимости периода, частоты и ускорения от радиуса вращения (чем меньше радиус вращения, тем меньше период обращения, скорость движения и больше значение частоты).

Фронтальная работа

1. Тело движется по окружности с постоянной по модулю скоростью. Как изменится его центростремительное ускорение при уменьшении радиуса окружности в 3 раза?
2. В центрифуге стиральной машины белье при отжиме движется по окружности с постоянной по модулю скоростью в горизонтальной плоскости. Как при этом направлен вектор его ускорения?
3. Конькобежец движется со скоростью 10 м/с по окружности радиусом 20 м. Определите его центростремительное ускорение.
4. Куда  направлено ускорение тела при его движении по окружности с постоянной по модулю скоростью?
5. Материальная точка движется по окружности с постоянной по модулю скоростью. Как изменится модуль ее центростремительного ускорения, если скорость точки увеличить втрое?
6. Колесо машины делает 20 оборотов за 10 с. Определите период обращения колеса?

V. Подведение итогов урока.  Домашнее задание.

Выставление оценок.

Рефлексия.

Оцените свою работу на уроке. Заполните таблички на листочках.  

Задание для работы в группах

Измерьте время t 10 полных оборотов вращательного движения, радиус вращения  R.

Вычислите период Т и частоту v, скорость вращения v, центростремительное ускорение ац.с. 

Результаты заносим в таблицу.