Импульс тела. Закон сохранения импульса. 9-й класс
методическая разработка по физике (9 класс) по теме

Тема урока: "Импульс тела. Закон сохранения импульса". 9-й класс

Статья отнесена к разделу: Преподавание физики 

Цели урока:

• образовательные: формирование понятий “импульс тела”, “ импульс силы”; умения применять их к анализу явления взаимодействия тел в простейших случаях; добиться усвоения учащимися формулировки и вывода закона сохранения импульса;
• развивающие: формировать умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала по основам механики, навыки поисковой познавательной деятельности, способность к самоанализу;
• воспитательные: развитие эстетического вкуса учащихся, вызвать желание постоянно пополнять свои знания; поддерживать интерес к предмету.

Оборудование: металлические шарики на нитях, тележки демонстрационные, грузы.

Средства обучения: компьютер с мультимедийным проектором, презентация урока, учебное электронное пособие Физика 7-11 классы. Библиотека наглядных пособий, карточки с тестами.

Ход урока

1. Организационный этап (1мин)

Доклад дежурного. Пожелание активно поработать и проявить свои лучшие способности.

2. Повторение изученного материала. (10 мин) <Слайд №2 >

Вопросы: (дети отвечают устно, по желанию)

1. Приведите примеры (из области астрономии), доказывающие, что при отсутствии сил сопротивления тело может неограниченно долго двигаться по замкнутой траектории под действием силы, меняющей направление скорости движения этого тела.

2. Почему спутники, обращаясь вокруг Земли под действием силы тяжести, не падают на землю?

3. Можно ли считать обращение спутника вокруг Земли свободным падением?

4. Что надо сделать с физическим телом, чтобы оно стало спутником земли?

5. Формула для расчета первой космической скорости спутника, движущегося по круговой орбите вблизи поверхности Земли.

6. Как движется спутник, обладающий второй космической скоростью?

7. Как движется спутник обладающий, третьей космической скоростью?

Тестовое задание. (Тесты оформлены в двух вариантах, после выполнения проводится взаимоконтроль,учащиеся обмениваются тетрадями и сверяют правильность ответов записанных на слайде. )

Тест на тему: “Закон всемирного тяготения. Движение тела по окружности”

Вариант 1.

1. Автомобиль движется на повороте по круговой траектории радиусом 50м с постоянной по модулю скоростью 10 м/с. Каково ускорение автомобиля?

а) 1м/с2; б) 2м/с2; в)5м/с2; г) 0м/с2.

2. Тело движется по окружности радиусом 10м. Период его обращения равен 20с. Чему равна скорость тела?

а) 2 м/с2 ; б) м/с2; в)2 ? м/с2; г) 4 м/с2.

3. Тело движется по окружности в направлении по часовой стрелке. Как направлен вектор ускорения при таком движении тела?

а) 1 ; б) 2; в)3; г) 4 .

4. Две материальные точки движутся по окружности с радиусами R1=R и R2=2R с одинаковыми скоростями. Сравните их центростремительные ускорения.

а) а1=а2 ; б) а1=2а2; в) а1=а2/2; г) а1=4а2.

5. Гравитационная постоянная равна.

а) 9. 8 Н* м2/кг2 ; б) 9. 8 кг* м/с2; в) 6,672*10-11 Н* м2/кг2; г) 6,672*10-11 кг* м/с2

Вариант2.

1 Тело движется по окружности радиусом 5м. Период его обращения равен 10с. Чему равна скорость тела?

а) 2 м/с2; б) м/с2; в)2 м/с2; г) 4 м/с2.

2. Скорость крайних точек точильного круга радиусом 10 см равна 6 м/с. Чему равно их центростремительное ускорение?

а) 6м/с2; б) 360м/с2; в)3600м/с2; г) 36000м/с2.

3. Тело движется по окружности в направлении по часовой стрелке. Как направлен вектор ускорения при таком движении? (рис. 2)

.

а) 1; б) 2; в)3; г) 4 .

4. Две материальные точки движутся по окружности с радиусами R1=R и R2=2R с одинаковыми периодами. Сравните их центростремительные ускорения.

а) а1=а2 ;

б) а1=2а2;

в) а1=а2/2;

г) а1=а2 /4.

5. Из закона всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их…. и обратно пропорционален …..

а) сил и массе; б) масс и квадрату расстояния между ними; в) сил и квадрату расстояния между ними; г) сил и квадрату расстояния между ними.

Ответы:

Вариант1 (1б; 2б;3в; 4б; 5в. )

Вариант2 (1б; 2б;3в; 4в; 5б. )

3. Изучение нового материала. (18мин)

<Слайд №1>

Ребята тема нашего урока “Импульс тела. Закон сохранения импульса”

Цели урока: усвоить понятие импульса тела, понятие замкнутой системы, закон сохранения импульса, научится решать задачи на закон сохранения

Вступление. < Слайд №3>

Изучение нового материала разрешите начать с высказывания Леонардо да Винчи (1452 -1519) его мы знаем как художника, но он был не только великим живописцем, но и великим математиком, механиком и инженером, которому обязаны важными открытиями самые разнообразные отрасли физики. (На слайде появляются известные картины художника, его портрет с высказыванием Обращаю внимание детей на автопортрет, выполненный левой рукой незадолго до смерти. )

Высказывание “Знание – дочь опыта”; “Истолкователем природы является опыт. Он не обманывает никогда…”; “Теория – полководец, практика – солдаты”. Но эксперимент сам по себе, без применения математического аппарата, остается наблюдением.

“Никакое человеческое исследование не может претендовать на то, чтобы быть истинной наукой, если оно не использует математических доказательств, и нет никакой уверенности там, где нельзя применить одну из математических наук”.

Сегодня на уроке мы с вами не только будем ставить опыты, но и доказывать их математически.

Введение понятия импульса <Слайд№4>

Зная основные законы механики, в первую очередь три закона Ньютона, казалось бы, можно решить любую задачу о движении тел. Ребята, я вам продемонстрирую опыты, а вы подумайте можно ли в этих случаях используя только законы Ньютона решить задачи?

Проблемный эксперимент.

Опыт №1. Скатывание легкоподвижной тележки с наклонной плоскости. Она сдвигает тело, находящееся на ее пути.

Взаимодействие тележки (кратковременное столкновение тележки и тела, удар) очень мало и поэтому силу их взаимодействия определить трудно.

Опыт №2. Скатывание нагруженной тележки

Сдвигает тело дальше

Опыт№3 Изменения угла наклона плоскости для увеличения скорости нагруженной тележки

Тело сдвигается на большее расстояние.

Вывод:

Законы Ньютона позволяют решать задачи связанные с нахождением ускорения движущегося тела, если известны все действующие на тело силы, но часто бывает очень сложно определить действующие на тело силы. Как это было в наших опытах.

Подумайте, а с помощью, каких физических величин можно охарактеризовать движение тела?

Вывод: для характеристики движения надо знать массу тела и его скорость.

Поэтому для решения задач используют еще одну важнейшую физическую величину - импульс тела.

Найдем взаимосвязь между действующей на тело силой, временем ее действия, и изменением скорости тела.

<Слайд№5>. (формулы в слайде появляются по очереди). Пусть на тело массой m, которое покоится (v0 = 0), начинает действовать сила F. Тогда из второго закона Ньютона ускорение этого тела будет а.

? Вспомните как читается 2 закон Ньютона?

Запишем закон в виде F = ma

С другой стороны: а=v/t

Или Ft=mv

Обозначим произведение mv через р: p=mv

Произведение массы тела на его скорость называется импульсом тела.

Историческая справка “Рене Декарт” < Слайд№6>

Понятие импульса первым ввел Декарт.

Правда, величину p=mv он назвал “количеством движения”. Слово “импульс” в переводе с латинского означает “толчок”.

Импульс р – векторная величина. Он всегда совпадает по направлению с вектором скорости тела. Любое тело, которое движется, обладает импульсом.

Как любая физическая величина, импульс измеряется в определенных единицах.

? Кто желает вывести единицу измерения для импульса? (Ученик у доски делает записи. )

(р) = (кг м/с. )=(Нс)

<Слайд№5> Вернемся к нашему равенству Ft=mv. В физике произведение силы на время действия называют импульсом силы.

Импульс силы показывает, как изменяется импульс тела за данное время.

Если же начальная скорость не равна нулю, тогда получим:

Ft=m(v-v0) = mv – mv0 = p –p0

Получили формулу2 законом Ньютона в импульсной форме. <Слайд№7>

Историческая справка “Христиан Гюйгенс”. < Слайд№8>

Хотя Декарт установил закон сохранения количества движения, однако он не ясно представлял себе, что количество движения является векторной величиной. Понятие количества движения уточнил Гюйгенс, который, исследуя удар шаров, доказал, что при их соударении сохраняется не арифметическая сумма, а векторная сумма количества движения.

Замкнутая система. < Слайд№9>

При взаимодействие тел их импульсы могут изменяться.

Эксперимент (на нитях подвешиваются два шарика) по рис. 42 учебника

Правый отклоняют и отпускают. Вернувшись в прежнее положение и ударившись о неподвижный шарик, он останавливается. При этом левый шарик приходит в движение и отклоняется практически на тот же угол, что и отклоняли правый шар.

Импульс обладает интересным свойством, которое есть лишь у немногих физических величин. Это свойство сохранения. Но закон сохранения импульса выполняется только в замкнутой системе.

Система тел называется замкнутой, если взаимодействующие между собой тела, не взаимодействуют с другими телами.

Импульс каждого из тел, составляющих замкнутую систему, может меняться в результате их взаимодействия друг с другом.

Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел.

В этом заключается закон сохранения импульса.

Примеры: ружье и пуля в его стволе, пушка и снаряд, оболочка ракеты и топливо в ней.

(Некоторые примеры можно показать используя учебное электронное пособие. )

Закон сохранения импульса.

Учебное электронное пособие 7-11 класс “Физикон”, Модели, “Взаимодействие шаров” (На этой модели два шара разных цветов, двигаются в одном натравление с разными скоростями)

Закон сохранения импульса выводится из второго и третьего законов Ньютона. Рассмотрим замкнутую систему, состоящую из двух тел – шаров с массами m1 и m2, которые движутся вдоль прямой в одном направлении со скоростью v1 и v2. С небольшим приближением можно считать, что шары представляют собой замкнутую систему.

Из опыта видно, что второй шар движется с большей скоростью

(вектор изображен более длинной стрелочкой). Поэтому он нагонит первый шар и они столкнуться. (Просмотр эксперимента с комментариями учителя).

Математический вывод закона сохранения. < Слайд№10>

А сейчас мы с вами побудим “полководцами”, используя законы математики и физики сделаем математический вывод закона сохранения импульса.

Учитель задает наводящие вопросы по каждой формуле, записанной на слайде. Дети их фиксируют в тетрадь. При этом каждую объясненную формулу в презентации выделяет цветом или подчеркивает с помощью указателя, доступном в данном редакторе. Делает математические выкладки, вовлекая в работу учеников.

4. Закрепление изученного материала. (4мин.) <Слайд№11>

На слайде появляются вопросы по очереди:

1) Что называется импульсом тела ?

2) Почему импульс векторная величина?

3) Назовите единицы измерения импульса тела в СИ?

4) В чем заключается закон сохранения импульса?

5) При каких условиях выполняется этот закон?

6) Какую систему называют замкнутой?

7) Почему происходит отдача при выстреле из ружья?

5. Решение задач (10мин.)

Задача№1. < Слайд№12>

По железнодорожному полотну движется платформа с песком массой 20т со скоростью 1м/с. Ее догоняет горизонтально летящий со скоростью 800 м/с снаряд массой 50 кг и врезается в песок без взрыва. С какой скоростью будет двигаться платформа, с застрявшем в песке снарядом?

Рисунок к задаче < Слайд№13>

Учитель коментирует рисунок к задаче.

Дополнительные вопросы к задаче.

В каком случае вагон уменьшит свою скорость, но сохранит направление движения? Остановится? Откатится назад? Увеличит свою скорость?

Решение №1(ученик работает у доски, учитель ему помогает)

Ответ: Скорость платформы со снарядом равна приближенно 3м/с.

Ответы на дополнительные вопросы.

№2. На гладком льду стоит спортсмен (его масса 80 кг) на коньках и держит в руках ядро для метания массой 8 кг. Затем он бросает ядро горизонтально; последнее приобретает при этом скорость 20м/с относительно льда. С какой скоростью будет двигаться сам спортсмен после толчка?

Задача разбирается у доски учеником под руководством учителя.

7. Подведение итогов урока; домашнее задание (2 мин)

Учитель. Ребята я надеюсь, вы теперь сможете, на научной основе опровергнуть хвастливые рассказы барона Мюнхгаузена, уверявшего, что ему удалось вытащить себя из болота за свои собственные волосы.

Домашнее задание: § 21,22 упр. 20(2),21(1) (учебник А. В. Перышкин, Е. М. Гутник “Физика-9”. По желанию можно нарисовать рисунки по изученной теме, или сочинить стихи, рассказ-сказку.

Литература: 

1. В. Я. Лыков Эстетическое воспитание при обучении физике. Книга для учителя. -Москва “ПРОСВЯЩЕНИЕ”1986.
2. В. А. Волков Поурочные разработки по физике 9 класс. - Москва “ ВАКО”2004.
3. А. А. Харитонова История физики учебное пособие - Саранск 2003.
4. Под редакцией профессора Б. И. Спасского. Хрестоматия по физике. -МОСКВА “ПРОСВЯЩЕНИЕ”1987.
5. И. И. Мокрова Поурочные планы по учебнику А. В. Перышкина “Физика. 9класс”. - Волгоград 2003.