конспект Материальная точка. Система отсчета. Вводный инструктаж по Т.Б.
план-конспект урока

Урок 1.

Материальная точка. Система отсчета. Вводный инструктаж по Т.Б.

Цели урока:

Объяснить необходимость изучения механики. Показать возможности ее практического применения. Сформировать у учащихся представление о материальной точке.

Ход урока

I. Вступление

Во вступительной части учитель рассказывает, что будут изучать учащиеся в этом учебном году, какие задания их ждут. Так же необходимо напомнить технику безопасности на уроках физики и во время проведения лабораторных работ.

Далее необходимо вспомнить, что такое физика.

Физика - это наука, занимающаяся изучением самых общих свойств окружающего нас материального мира.

Физика - наука экспериментальная, ее цели, во-первых, отыскать наиболее общие законы природы, во-вторых, объяснить конкретные процессы действием этих общих (фундаментальных) законов. В то же время физика и количественная наука. Все основные законы физики формируются на математическом языке. И этот язык надо знать, а он не прост.

Основные разделы физики:

♦ Механика

♦ Термодинамика

♦ Электродинамика

II. Новый материал

Механика, к изучению основ которой мы приступаем, - это наука о движении и взаимодействии макроскопических (от греческого слова makros - большой, длинный) тел. Название «механика» происходит от греческого слова mechanike, что означает наука о машинах, искусство постройки машин. Первые простейшие машины (рычаг, клин, колесо, наклонная плоскость и т. д.), которые теперь называют простыми механизмами, появились в древности. Первое орудие человека - палка - это рычаг. Каменный топор - сочетание рычага и клина. Колесо появилось в бронзовом веке, позже стали применять наклонную плоскость.

Уже в V в. до н. э. в афинской армии применялись стенобитные машины - тараны, метательные приспособления - баллисты и катапульты. Строительство плотин, мостов, пирамид, а также ремесленное производство, с одной стороны, способствовали накоплению знанию о механических явлениях, а с другой стороны, - требовали от них новых знаний. В ответ на запросы практики в новых знаниях и возникла наука механика.

Первые дошедшие до нас сочинения по механике, в которых описаны простейшие машины, принадлежат ученым Древней Греции. К ним относится сочинение «Физика» Аристотеля (IV в. до н. э.), в котором впервые введен в науку термин «механика». В III в. до н.э. древнегреческий ученый Архимед впервые применил математику для анализа и описания механических явлений. Архимед сформулировал закон равновесия рычага и закон плавания тел. С этого времени начинается развитие механики как науки.

Новый этап связан с работой Г. Галилея, сформулирован закон инерции, установил законы падения тел и колебаний маятника. Английский физик И. Ньютон, опираясь на работы Галилея и его современников, а так же на результаты своих собственныхисследований, создал цельное учение о механическом движении и взаимодействии тел, которое получило название классической механики. Классическая механика состоит из трех частей: кинематика, динамика, статика.

Слово кинематика происходит от греческого слова kinematos - движение. Кинематика изучает, как движется тело, но не изучает, почему тело движется так, а не иначе. Основными задачами кинематики являются:

а) Описание с помощью математических формул, графиков или таблиц совершаемых телом движений.

б) Определение кинематических величин, характеризующих это движение.

Для описания движения в кинематике вводятся специальные понятия (материальная точка, система отсчета, траектория) и величины (путь, перемещение, скорость, ускорение), которые важны не только в кинематике, но и в других разделах физики.

Первое, что бросается в глаза при наблюдении окружающего мира, - это его изменчивость.

— Какие изменения вы замечаете? (Ночь меняет день, вода при охлаждении замерзает, падают капли, лает собака, едет автомобиль, двигаются литься деревьев в ветреную погоду.)

— Поведем итог: наиболее частые ответы связаны с изменением положения тел относительно друг друга.

Изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени называются механическим движением.

Однако одно и то же тело одновременно может и двигаться и не двигаться, если наблюдать его с различных точек зрения.

Пример 1. В купе вагона на столике лежит яблоко. Пассажир видит, что расстояние до яблока с течением времени сохраняется. Яблоко не совершает механического движения. Но с точки зрения провожающего, яблоко движется, т.к. расстояние от яблока до перрона с течением времени растет.

Пример 2. Вы находитесь в классе в покое (сидя за партой) относительно Земли, но движетесь вместе с Землей вокруг Солнца.

Из этих примеров следует: нет, и не может быть абсолютно неподвижных тел.

Даже самое простое движение тела оказывается сложным для изучения. Для того чтобы облегчить исследования, вводят ряд упрощений. Если мы рассматриваем движение автомобиля, длина которого 5 м, прошедшего 100 км, то пройденное им расстояние в 200000 раз больше его собственной длины. Очевидно, что автомобиль можно рассмотреть как точку. В этом случае пользуются термином материальная точка. Но если мы будем исследовать силу сопротивления воздуха, действующего на движущийся автомобиль, считать его материальной точкой нельзя, т. к. сила сопротивления зависит от размеров автомобиля. Материальная точка - это абстрактное понятие, введенное для упрощения изучения многих физических явлений.

Материальной точкой называют тело, размерами и формой которого в рассматриваемом случае можно пренебречь.

— Как же определить положение тела (материальной точки)?

В одном древнем документе, относящемуся к началу нашей эры, сказано: «Стань у восточной стены крайнего дома лицом на север, и, пройдя 120 шагов, повернись лицом на восток. Затем, пройдя 200 шагов, вырой яму в 10 локтей и найдешь 100 золотых монет».

— Если бы этот документ попал в Ваши руки, смогли бы найти клад? (У каждого человека разные шаги и локти. Не указан населенный пункт. Местность сильно изменилась. Нет дома, от которого нужно считать.)

Итак, необходимо тело отсчета. Если через него провести оси координат, то положение тела в пространстве можно задать его координатами. Но при движении тела его положение меняется с течением времени. Значит, нужен прибор для измерения времени (часы), связанные с телом отсчета.

Все вместе: а) тело отсчета, б) система координат, в) прибор для определения времени, - образуют систему отсчета.

Система отсчета может быть: а) одномерной, когда положение тела определяется одной координатой (рис. 1); б) двухмерной, если положение тела определяется двумя координатами (рис. 2); в) трехмерной, т.е. положение тела определяется тремя координатами (рис. 3).

III. Упражнения и вопросы для повторения

— В каких из перечисленных случаев можно считать тела материальными точками, а в каких - нельзя?

1. На станке изготавливают спортивный диск. (Не материальная точка.)

2. Тот же диск после броска спортсмена летит на расстояние 55 м. (Материальная точка.)

3. Конькобежец проходит дистанцию соревнования. (Материальная точка, но не всегда: не надо забывать про фотофиниш.)

4. Фигурист выполняет упражнения произвольной программы. (Не материальная точка.)

5. За движением космического корабля следят из Центра управления полетов на Земле. (Материальная точка.)

6. За тем же кораблем наблюдает космонавт, осуществляющий с ним стыковку. (Нематериальная точка.)

7. Земля вращается вокруг своей оси. (Нематериальная точка.)

8. Земля движется по круговой орбите вокруг Солнца. (Материальная точка.)

Домашнее задание

1. Выучить материал § 1, записи в тетради;

2. Упражнение 1 (учебник, стр. 9);

3. Материал для повторения математики:

а) Из формулы v = at выразите а через v и t; t через а и v.

б) Из формулы v=v0 + at выразите v0, a, t.