Рабочая программа элективного курса по физике «Решение нестандартных задач по разделу «Механика» для 9 класса»
элективный курс по физике (9 класс) на тему

Муниципальное бюджетное  общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 4»

Чистопольского муниципального района РТ

                 Рассмотрено                             Согласовано                             Утверждено

            на заседании ПГ                   зам. директора                            и введено в действие

            протокол № 1                               «26» августа 2013г.                         приказ № 193

            от 23» августа 2013г.                                                                        от«31» августа 2013                                                                                                                        

                 Алиева Э. Р.                                 Николаева С. А.                           Г.Г. Нуруллина  

Рабочая программа

элективного курса по физике

 «Решение нестандартных задач

 по разделу «Механика» для 9 класса»

Составитель: учитель I квалификационной категории

Шведчикова Татьяна Николаевна

2013-2014 учебный год.

                                          Пояснительная записка.

Рабочая программа  элективного курса «Решение нестандартных задач по разделу «Механика» для 9 класса составлена на основе сборников задач для 9-го класса следующих авторов: К.А. Коровина, Г.Н. Степанов, В.И. Лукашик, А.П. Рымкевич.  

Курс рассчитан на 17 часов, что соответствует учебному плану школы на 2013-2014 учебный год.  

  К началу изучения элективного курса «Решение нестандартных задач по разделу «Механика» для 9 класса учащиеся уже приобрели определенный набор знаний и умений по физике.

А именно они знают:             

смысл основных физических понятий,  величин и  законов. Они умеют: описывать и объяснять физические явления, использовать физические приборы и инструменты для измерения физических величин, представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости, выражать результаты измерений и расчетов Международной системы. Учащиеся способны приводить примеры практического использования физических  знаний  об электромагнитных и квантовых явлениях, решать задачи на применение изученных физических законов, осуществлять самостоятельный поиск информации естественно – научного содержания с использованием различных источников (учебных текстов, справочных и научно - популярных изданий, компьютерных баз данных ресурсов Интернета), ее обработку и представление в разных формах (словесно, с помощью графиков, математических символов, рисунков и структурных схем), использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни.

Исходя из этого, целью элективного курса «Решение нестандартных задач по разделу «Механика» для 9 класса» является закрепление  ранее приобретенных знаний  и  умений, расширение кругозора, и на этой основе:

• Дать возможность реализовать свой интерес к физике;
• Изучить различные методы решения одной задачи и целесообразность их использования в конкретных ситуациях;
• Рассмотреть применение основ механики в различных областях техники, начиная от применения в разнообразных видах металлорежущих станков, турбин, электродвигателей и кончая использованием в наземном, речном, воздушном транспорте, космической и военной технике.
• Учить исследовательской работе, используя вычерчивание графиков исследуемой зависимости;
• Уточнить готовность и способность ученика осваивать физику на повышенном уровне.
• Систематизировать знания, полученные на занятиях в виде подбора задач по механике самими учащимися.

                              Содержание программы

Относительность движения(2ч).

Решение задач на определение скорости, времени, перемещения тела относительно разных систем координат и систем отсчёта.

Падение тел в воздухе(2ч).

Решение задач на свободное падение тел, движение тела, брошенного вертикально вверх.

Равномерное движение по окружности(2ч).

Решение задач на определение скорости, ускорения, силы, радиуса кривизны траектории движения тела.

Гравитационное взаимодействие(2ч).

Решение задач на определение массы взаимодействующих тел, расстояния между ними, силы взаимодействия тел.

Подъёмная сила  крыла самолёта(1ч).

      Реактивное движение. Космические полёты(2ч).

      Решение задач на определение первой космической скорости планет, затрат энергии

      при полётах, состояния невесомости.      

Законы  Ньютона(3ч).

Решение задач на определение равнодействующей всех сил, действующих на тело, направления движения, ускорения и скорости движения, характера движения, под действием нескольких сил.

Механические колебания и волны. Звук(2ч).

Решение задач  на определение вида колебаний и волн, периода, частоты, амплитуды колебаний, длины волны и её скорости, резонанса.

      Вихрь задач (1ч).                      

                                 Тематическое планирование

                     Требования к уровню подготовки учащихся.

             В процессе обучения учащиеся 9-го класса приобретают следующие умения:

• самостоятельный перенос ранее усвоенных знаний и умений в новую ситуацию, способность использовать эти знания для поиска решения;
• видение новой проблемы в знакомой ситуации;
• самостоятельное комбинирование известных способов деятельности в новой ситуации;
• оперативность мышления, видение различных способов решения данной проблемы;
• нахождение принципиально нового способа решения, не являющегося комбинацией известных способов.

                         Календарно-тематическое планирование

1. Пояснительная  записка
2. Занятие №1 «Относительность  движения»                        
3. Занятие №2 «Относительность  движения»

      4.   Занятие №3 «Падение тел в воздухе»                                    

      5.   Занятие №4 «Падение тел »                                      

      6.   Занятие №5 «Равномерное  движение по окружности»

      7.   Занятие №6 «Равномерное  движение по окружности»                                  

      8.   Занятие №7  «Гравитационное  взаимодействие»                      

9.   Занятие №8  «Гравитационное  взаимодействие»                      

10. Занятие №9  «Подъёмная сила  крыла самолёта»                    

11. Занятие №10 «Реактивное движение. Космические полёты»                                      

      12. Занятие №11 «Реактивное движение. Космические полёты»

13.  Занятие №12 «Законы  Ньютона»

14.  Занятие №13 «Законы  Ньютона»

15.  Занятие №14 «Законы  Ньютона»

16.  Занятие №15 «Механические колебания и волны»

17.  Занятие №16 «Механические колебания и волны»                                          

      18.  Занятие №17 «Вихрь задач»                                                            

      10.Литература.                  

                       Цель  занятия: Формировать представление  о  том,  что ни одна система отсчета не является « истинной», «настоящей», выбор каждой из них определяется лишь соображениями удобства, целесообразности. С точки зрения кинематики, например, системы мира  Птолемея и Коперника равноправны. Именно поэтому спор о сущности движения продолжается несколько тысячелетий. Только уяснив принцип относительности, можно понять, почему трудно заметить движение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, несмотря на большую скорость этих движений.  

ЗАДАЧА №1

Когда две лодки равномерно движутся навстречу друг другу  - одна по течению, а другая против течения реки, то расстояние между ними сокращается на 20 м за каждые 10 с. Если же лодки

с прежними по модулю скоростями будут двигаться по течению реки, то расстояние между ними за то же время будет увеличиваться на 10 м. Каковы скорости лодок  относительно воды?

РЕШЕНИЕ:

Свяжем систему отсчета с водой. В этой системе отсчета необходимо брать только скорости каждой лодки относительно неподвижной воды.

   Относительная скорость vотн . сближения лодок составит в первом случае Vотн.=V1+V2,во втором случае Vотн.=V1-V2 (считаем, что V2>V1)

  Получим из двух уравнений значения скоростей V1 и V2:

Vотн. =L1/T1=V1+V2        L1/T1+L2/T2=2V2,         V2=(L1/T1+L2/T2)/2

V отн 2=L2/T2=V2-V1        L1/T1-L2/T2=2V1         V1=(L1/T1-L2/T2)/2.

Вычислим результаты: V2=(20/10+10/10)/2=1,5(м/c)

                                         V1=(20/10-10/10)/2=0,59(м/с)                    

ЗАДАЧА № 2

Человек бежит по эскалатору. В первый раз он насчитал 50 ступенек, во второй раз, двигаясь в ту же сторону со скоростью втрое больше, он насчитал 75 ступенек. Сколько ступенек он насчитал бы на неподвижном эскалаторе?

        РЕШЕНИЕ: Если бы скорость человека была направлена противоположно

 направлению движения эскалатора, то он насчитал

бы там меньше ступенек, чем быстрее шел (но не меньше N)

. В нашем же случае направления скоростей человека и эскалатора совпадают.

        Пусть v-скорость движения эскалатора; l- его длина и n- число ступенек на неподвижном эскалаторе. Число ступенек, приходящихся на единицу длины эскалатора, равно n/l. Поэтому, если человек идет со скоростью u относительно эскалатора, то время его пребывания на эскалаторе l/(v+u), а путь, пройденный по эскалатору, ul/(v+u). При этом человек насчитает число ступенек  n1=ul/(v+u) *n/l.

Аналогично во втором случае он насчитает   n2=3ul/(v+3u)*n/l.

Таким образом, мы получаем систему уравнений:

        U/(V+U) * N=N1        1+V/U=N/N1

                         3U/(V+3U) * N=N2                      1+V/3U=N/N2

Отсюда, исключая отношение V/U, находим

                                                                             N=2N1N2/(3N1-N2)=100.

ЗАДАЧА № 3

Колонна войск во время похода движется со скоростью 5 км/ч, растянувшись по дороге на расстояние 400 м. Командир, находящийся в хвосте колонны, посылает велосипедиста с поручением головному отряду. Велосипедист отправляется и едет со скоростью 25 км/ч и, на ходу выполнив поручение, сразу же возвращается обратно с той же скоростью.

Через сколько времени после получения поручения он вернулся обратно?  

Цель  занятия: Формировать представление  о  том,  что ни одна система отсчета не является « истинной», «настоящей», выбор каждой из них определяется лишь соображениями удобства, целесообразности. С точки зрения кинематики, например, системы мира  Птолемея и Коперника равноправны. Именно поэтому спор о сущности движения продолжается несколько тысячелетий. Только уяснив принцип относительности, можно понять, почему трудно заметить движение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, несмотря на большую скорость этих движений.  

ЗАДАЧА № 1        4.25 (В.И. Лукашик, Е.В. Иванова  Сборник задач по физике 7-9 классы

 Москва Оникс  2006)

ЗАДАЧА № 2        4.34 (В.И. Лукашик, Е.В. Иванова  Сборник задач по физике 7-9 классы

 Москва Оникс  2006)

ЗАДАЧА № 3        4.36 (В.И. Лукашик, Е.В. Иванова  Сборник задач по физике 7-9 классы

 Москва Оникс  2006)

ЗАДАЧА № 4        4.22 (В.И. Лукашик, Е.В. Иванова  Сборник задач по физике 7-9 классы

 Москва Оникс  2006)

ЗАДАЧА № 5        4.29 (В.И. Лукашик, Е.В. Иванова  Сборник задач по физике 7-9 классы

 Москва Оникс  2006)

…Во-первых, удивительно, что эта закономерность

наблюдается не только в Пизе и не только во времена Галилея, но и в любом другом месте земного шара: она была и будет всегда верной… вторая удивительная особенность… состоит в том, что она не зависит от многих условий, от которых в принципе могла бы зависеть.

                                                                               Е. Вигнер

.

Цель занятия: Овладение учащимися методами решения задач,

так как человеческое познание есть непрекращающийся процесс постановки и разрешения новых проблем. Поэтому одну задачу будем решать несколькими способами.

ЗАДАЧА.

Два тела брошены вертикально вверх из одной и той же точки с одинаковой начальной скоростью V0 с промежутком времени T.Через какое время после бросания второго тела и на какой высоте встретятся тела?                            

1-й способ:(аналитический)

Используем тот факт, что в момент встречи координаты обоих тел равны. Аккуратно запишем уравнения движения каждого тела, положив t=0 в момент бросания второго тела.

    Второе тело имеет координату в момент t=0  x02=0 и скорость v02=v0. Первое тело к этому моменту переместилось на какое-то расстояние вверх и его скорость успела измениться:

X01=v0t-gt2/2;     (1)        v01=v0-gt.        (2)

Тогда уравнения движения запишутся в виде:

X1=v0t-gt2/2+v0t-gtt’-gt’2/2;        (3)

 X2=v0t’-gt’2/2.        (4)

Найти место и время встречи тел означает на языке алгебры решить совместно систему уравнений(3) и (4), так как в момент встречи координаты и время равны. Приравнивая левые части, найдем время встречи:

Gt’=v0-gt/2        t=v0/g-t/2.        (5)

Подставляя полученный результат в (4), получаем

                 H=v0(v0/g-t/2)-g/2(v0g-t/2)2=v02/2g-gt2/8.

Итак, встреча произойдет на высоте

        H=v02/2g-gt2/8.                (6)

Обсуждение.

Данный способ позволяет очень часто получить решение, даже не вдаваясь в «физику» задачи. Способ в «лоб», в чем, с одной стороны, его достоинство. С другой стороны, он громоздок, требует аккуратности и внимательности при вычислениях. Обязательно следует сделать в заключении проверку, чтобы проконтролировать полученный результат.

2-й  способ  (по  относительности   движения)

Заметим, что  свободно  падающие  тела  движутся  друг  относительно  друга  равномерно. При  анализе этой  задачи  полезно обсудить  это  обстоятельство. В  любом случае задачи на встречу при равномерном движении решаются с применением понятия относительного движения; применим этот способ и здесь.

     В системе отсчета, связанной со вторым телом, скорость первого равна

       Vотн =v1-v2=-gt

Опять-таки получаем, что сначала скорость первого тела убывает от начального значения  v0 до значения v0-gt, с момента начала движения второго тела скорость первого отрицательна и постоянна всегда меньше, чем  скорость второго тела (рис 1).

                У

                Х

В нулевой момент времени расстояние между телами выражается формулой х01=v0t-gt2/2

Скорость первого тела в данной системе координат постоянна, движение равномерное, следовательно, время, за которое тело окажется в точке с нулевой координатой, равно

        T=(x-x0)/v=(0-v0t+gt2/2)/(-gt)

В результате получаем выражение (5)

За данное время начало координат (второе тело) переместится на расстояние, выражаемое формулой (4) относительно Земли. Подставляя в это выражение значение t, получим высоту.

Обсуждение.

Если движение тел происходит с одинаковым ускорением, то решение можно свести к более простому варианту равномерного движения. Тогда относительная скорость от времени не зависит. В методической литературе этот метод часто предлагается для решения задач, в которых рассматривается движение двух падающих тел. Принципиально важно, что область применения этого подхода значительно шире. Независимо от направления движения тел, задача сводится к равномерному движению, если ускорение объектов одинаково или если их движение происходит под действием одной и той же силы.

3-й способ (графический).

Вспоминаем известный факт: площадь фигуры под графиком скорости численно равна перемещению (изменению координаты).Так как начальные координаты одинаковы и равны нулю, площадь фигур численно равна координате тела. Условие встречи выразится через равенство площадей:

       Skla  -soac=sk’l’oc’                                         

Это условие выполняется, только если

        Soca-samn=soc’b’

        Из равенства треугольников следует

                Оа=оb. Так как ab=t,Oa=t/2.Встреча произойдет

через интервал времени t/2 после прохождения первым телом высшей точки .

До вершины тело движется в течение времени v0/g.

Из графика видно, что время до встречи равно

                                        T=v0/g-t/2

Что повторяет (5). Чтобы найти высоту, на которой произошла встреча, надо найти площадь трапеции k’l’oc’;

Sk’l’oc’=Sk’l’b-Soc’b=1/2v0(v0/g)-1/2*t/2*(gt/2).

                  Здесь v0/g –время движения до вершины, равное длине отрезка l’b,а gt/2-скорость второго тела в момент встречи (длина отрезка c’o). После преобразования получим выражение (6).

Из графика видно, что если начальная скорость недостаточно велика, то встреча не состоится, то есть первое тело упадет раньше, чем подбросят второе. Задача имеет решение при выполнении условия

        T<2v0/g.

ОБСУЖДЕНИЕ.  Этот способ позволил нам при решении задачи выявить физический смысл каждого слагаемого в итоговых формулах. Анализ графика выявляет соотношение между начальными параметрами задачи и граничные условия.

Цель занятия: Овладение учащимися методами решения задач

ЗАДАЧА №1

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №206

ЗАДАЧА №2

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №212

ЗАДАЧА №3

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача№216

ЗАДАЧА №4

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №217

ЗАДАЧА №5

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №218

        Текли дугою звезды-

                                                            И до нас  и до нас!

                                                            Сияли людям зори-

                                                                              - и до нас!

                                                                       Омар Хайями

Цель занятия:

         Новая для учащихся тема «Вращательное движение тел» имеет большое значение для реализации принципа политехнизма. При изучении темы можно на конкретных примерах рассмотреть широкое использование вращательного движения в различных областях техники, начиная от применения в разнообразных видах металлорежущих станков, турбин, электродвигателей и кончая использованием в наземном, речном, воздушном транспорте, космической и военной технике.

Задача №1.

Мотоциклист едет по горизонтальной дороге со скоростью 72 км/ч, делая поворот радиусом кривизны 100 м. На сколько при этом он должен наклониться, чтобы не упасть на повороте?

Дано:                                                          N

V=72 км/ч

R=100 м

Найти:

а-?

решение:        Fтр

Для того, чтобы мотоциклист мог двигаться по окружности, он должен наклониться так, равнодействующая приложенных к нему трех сил:

                            Силы тяжести-mg

                            Силы нормальной реакции дороги-N

                             Силы трения о дорогу- Fтр

Сообщала ему центростремительное ускорение.

Так как центр тяжести мотоциклиста не перемещается по вертикали, то N=mg. Центростремительное ускорение сообщается в конечном итоге силой трения:

                                      Mv2/R=Fтр

Равнодействующая  R=N+Fтр, очевидно, должна проходить через центр тяжести мотоциклиста (момент равнодействующей относительно центра тяжести должен быть равен нулю).

                   Поэтому  ctg a=N/Fтр = gR/V2.

Вычислим:           ctg a= 9,8 * 100/(20м/с)2.

ОТВЕТ:    а=220                                     

ЗАДАЧА № 2

Шофер, едущий на автомобиле, внезапно заметил впереди себя забор, перпендикулярный направлению его движения. Что выгоднее сделать, чтобы предотвратить аварию: затормозить или повернуть в сторону?

  Решение:

При торможении сила трения Fтр должна совершить работу

A=FS (S-тормозной путь), равную кинетической энергии, которую имел автомобиль до включения тормозов:

                                               FтрS+mv2/2.

Отсюда тормозной путь:   S=mv2/2(2Fтр).

Если же водитель, не тормозя, повернет в сторону, автомобиль будет ехать по дуге окружности, а центростремительное ускорение  ацс=v2/R (R- радиус кривизны) будет сообщать автомобилю та же сила трения.                    

Из уравнения движения Fтр=mv2/R найдем, что радиус поворота равен

                                     R=mv2/Fтр, то есть он вдвое больше «тормозного пути».Это означает, что затормозить выгоднее, чем повернуть в сторону.

ЗАДАЧА № 3

Какую силу нужно прикладывать к веревке, намотанной на однородный цилиндр массой 200 кг и диаметром 12 м, чтобы раскрутить его из состояния покоя до 200 об/ м за 3 минуты? Чему при этом равно угловое ускорение цилиндра?   Ось вращения совпадает с осью симметрии цилиндра.

ЗАДАЧА № 4

      Рассчитайте момент сил, необходимый для раскручивания карусели из состояния покоя до скорости 3рад/с за 34 с. Карусель считать однородным плоским диском радиусом 8 м и массой 31000 кг.

      Цель занятия:  Новая для учащихся тема «Вращательное движение тел» имеет большое значение для реализации принципа политехнизма. При изучении темы можно на конкретных примерах рассмотреть широкое использование вращательного движения в различных областях техники, начиная от применения в разнообразных видах металлорежущих станков, турбин, электродвигателей и кончая использованием в наземном, речном, воздушном транспорте, космической и военной технике.

 ЗАДАЧА №1

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №100

ЗАДАЧА №2

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №102

ЗАДАЧА №3

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №107

ЗАДАЧА №4

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №109

ЗАДАЧА №5

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №111

                                     …Поразительнее всего то, что закон тяготения прост. Его легко сформулировать так, чтобы не оставалось никаких лазеек для двусмысленности и для иного толкования. Он прост и поэтому прекрасен.

        Р. Фейнман

Цель занятия: Показать значимость закона всемирного тяготения. Зачитать учащимся отрывок из книги Г. И. Покровского: « Если бы, например, люди жили в пещерах внутри земного шара и никогда не видели Солнца, планет, Луны и звезд, то они могли бы обнаружить движение своей планеты вокруг Солнца и ее вращение вокруг своей оси. Анализируя это движение с точки зрения закона всемирного тяготения, пещерные жители смогли бы установить существование Солнца и даже рассчитать его массу. Более тонкие наблюдения за движением Земли дали бы возможность людям обнаружить также действие тяготения Луны и в дальнейшем некоторых близких планет».

Задача № 1

Космический корабль движется по круговой орбите вокруг Земли в плоскости орбиты Луны с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Луны вокруг Земли. Во время движения корабль находится между Землей и Луной на прямой, соединяющей их центры. Расстояние от корабля до Земли таково, что силы притяжения, действующие на корабль со стороны Земли и Луны, равны друг другу. Работают ли двигатели корабля? Каков вес космонавта, находящегося на корабле? Масса космонавта 70 кг. Период обращения Луны вокруг Земли 27,3 сут. Масса Земли в 81 раз больше массы Луны, а расстояние от Земли до Луны равно 60 Земных радиусов. Радиус Земли принять равным 6400 км.

ДАНО:        РЕШЕНИЕ:

M=70 кг        ЛУНА      

Т=27,3 сут.

Мз=81Мл

Rзл=60Rз                                                               F2

Rз=6400 км.                  

                                                       F3   

НАЙТИ:

F-?                                                  F1 

                                                                     R                  60R

ЗЕМЛЯ

Поскольку во время движения корабль находится на прямой, соединяющей центры Луны и Земли, то и период его обращения вокруг Земли равен периоду обращения Луны вокруг Земли, а его центростремительное ускорение равно

                           А=4п2/т2 *R

Для нахождения веса космонавта, находящегося на корабле, то есть для решения обратной задачи механики, следует воспользоваться вторым законом Ньютона: сумма всех сил, действующих на космонавта, равна произведению массы космонавта на ускорение:

                      F1+F2+F3=ma

F1=GmM3/R2; F2=GmMл/(60R0+R) 2

Если за положительное направление выбрать направление от Луны к Земле, то можно записать:

GmM3/R2-GmMл/(60R0-R)2 + F3= 4п2/T2 *Rm.

Из условия, что силы притяжения космонавта Землей и Луной равны друг другу, получим:

          GmM3/R2 = GmMл/(60R0-R)2;

          R2 = (60R0-R)2 M3/Mл

          2R2-243 R0R + 7290=0;

R12 = (243R0 +- |59049R02 – 58320R02 )/4 = (243R0+-27R0)/4

         R1=67,5R0       R2 =54R0

Первый корень не удовлетворяет условию задачи, так как расстояние R1 ,больше расстояния между Землей и Луной (60R)/ Итак, космический корабль находится на расстоянии 54R0 от центра Земли, а следовательно, сила F3, с которой корабль действует на космонавта, равна

        F3=4п2/T2 * R2m;

           F3=4*10/( 27,3 * 86400)2 *54 *6,4 * 106 *70 = 0,17 (Н)

     Эта сила сообщает космонавту центростремительное ускорение, следовательно, она направлена к Земле. Для этого реактивные двигатели корабля должны работать,  выбрасывая газы в сторону Луны.  Вес космонавта, то есть сила, с которой он давит на стенку корабля, равен 0,17 Н и направлен вдоль  прямой, соединяющей центры Земли и Луны.

ЗАДАЧА № 2

Какими должны быть радиус обращения искусственного спутника Земли по круговой орбите и его линейная скорость, чтобы период обращения спутника был таким же, как у Земли? Какую траекторию будет описывать спутник при наблюдении с Земли? В какой плоскости должна находиться траектория полета спутника, чтобы наблюдателю, находящемуся на Земле, спутник казался неподвижен?

ЗАДАЧА № 3

Почему космические ракеты, как правило, запускают в направлении с запада на восток? Почему наиболее выгодно запускать ракеты в плоскости экватора?

ЗАДАЧА № 4

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.      

Задача №243

Цель занятия:  Показать значимость закона всемирного тяготения. Зачитать учащимся отрывок из книги Г. И. Покровского: « Если бы, например, люди жили в пещерах внутри земного шара и никогда не видели Солнца, планет, Луны и звезд, то они могли бы обнаружить движение своей планеты вокруг Солнца и ее вращение вокруг своей оси. Анализируя это движение с точки зрения закона всемирного тяготения, пещерные жители смогли бы установить существование Солнца и даже рассчитать его массу. Более тонкие наблюдения за движением Земли дали бы возможность людям обнаружить также действие тяготения Луны и в дальнейшем некоторых близких планет».

ЗАДАЧА №1

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №241

ЗАДАЧА №2

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №189

ЗАДАЧА №3

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №194

ЗАДАЧА №4

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №196

ЗАДАЧА №5

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №198

        ИСТИНА – ЭТО ТО, ЧТО ВЫДЕРЖИВАЕТ

                  ПРОВЕРКУ  ОПЫТОМ.

                                                                           А. Эйнштейн.

Цель занятия: Исследовать зависимость подъемной силы крыла самолета и силы лобового сопротивления от угла атаки и скорости воздуха. Провести исследования в виде выполнения лабораторной работы, основной задачей, стоящей перед учениками, является экспериментальное изучение взаимодействие модели крыла самолета с воздушным потоком и вычерчивание графиков исследуемой зависимости.

Если опыт проводится с прибором, изображенном на рисунке 1, то перед выполнением работы обе шкалы прибора следует проградуировать в Ньютонах. С  помощью динамометра точность градуировки получается не высокой, удобнее ее производить с помощью весов и разновесов

   При наличии проградуированного прибора учащиеся смогли не только построить график зависимости подъемной силы крыла самолета от угла атаки и скорости потока воздуха, но и сравнить экспериментально полученное значение подъемной силы с расчетом.

Расчет подъемной силы можно производить по формуле:

    F=(P2-Р1) S=(P0+^P2-P0-^P1)=(^P2-^P1)S

Где  S-площадь поверхности крыла

        Р1-статическое давление воздуха над крылом

        Р2-статическое давление воздуха под крылом.

        Р0-атмосферное давление.

        ^P1  ^P2-изменения давления вблизи поверхности крыла. Оба давления можно измерить, используя микроманометр и трубку-зонд.

Изменить скорость потока можно двумя способами: варьируя напряжение, подаваемое на электродвигатель аэродинамической трубы, либо изменяя расстояние от трубы до модели крыла самолета

Скорость воздушного потока можно измерить с помощью анемометра.

Результаты измерений и расчета подъемной силы крыла самолета при двух значениях скорости воздушного потока приведены в таблице:

Расчеты:F1=(-5-(-20))*33*10-4=0,049 (H)

                F2=(-5-(-30))*33*10-4=0,081 (H)

На рисунках 2 и 3 представлены экспериментально полученные графики зависимости подъемной силы и силы лобового сопротивления от угла атаки для двух значений скоростей потока воздуха.

Вывод занятия:

Исследовав зависимость подъемной силы крыла самолета и силы лобового сопротивления от угла атаки и скорости воздуха получили экспериментальное подтверждение теоретическим расчетам. Значения примерно равны с небольшой погрешностью. Научились анализировать графики зависимости и делать соответствующие выводы.

Цель занятия:

Формировать представление о том, что обе задачи механики, прямая и обратная имеет широкое применение. При запуске искусственных спутников Земли  и межпланетных  станций приходится решать  обе  задачи  механики. Сначала на  основе  имеющейся  информации  о  зависимости  сил  всемирного  тяготения  от  координат  производится  расчет  координат  и  скорости  космического  аппарата  в  любой  момент  полета, то  есть  решается  прямая  задача  механике. Затем, решая  обратную  задачу  механике, по  отклонениям  в  его  движении  от  расчетной  орбиты, уточняют  сведения  о  зависимости  сил  тяготения  от  координат.   Полученная  информация  позволяет  ученым  рассчитывать  траекторию  движения  каждого  следующего  космического  аппарата  со  все  большей  точностью.

Задача№1.

Какова  первая  космическая  скорость  для  планеты, масса  и  радиус  которой  в2 раза  больше  чем  у  Земли?

Дано:        решение:

М=2Мз        Первая космическая скорость – это скорость спутника

R=2Rз        движущегося круговой орбите вокруг планеты вблизи

 V1-?        Ее поверхности. Потому

        MV2/2=GmM/R2

                 Откуда V1=  GM/R      Так как M/R=Mз/Rз

GM з =gRз2

        V1=   gR3

V=8 км/с Такая же, как у Земли.

Задача № 2

Найти отношение затрат энергии на поднятие спутника на высоту 3200 км. И на запуск его по круговой орбите на той же высоте ?

ДАНО:         Решение: Если потенциальную энергию тела массой

H1=3200 км        m в поле тяжести считать равной нулю бесконечно далеко от Земли ( масса М), то на расстоянии R от центра Земли она должна быть равна

        GMm/R

А/А1-?        (эту формулу легко получить исходя из аналогии гравитационного и электростатического полей или рассмотрев работу, совершаемую при перенесении тела на малом отрезке )

    Для поднятия спутника на высоту Н над поверхностью Земли нужно совершить работу, равную изменению потенциальной энергии спутника:

                             А=ПR+h-ПR=-GMm/(R+h)-(-GMm/Rз)=

        =mgR32(1/R3-1/(R+h))=mghR/(R+h), так как g=GM/R2

Для того, чтобы запустить спутник на эту высоту, ему нужно сообщить кинетическую энергию mv2/2, то есть совершить работу  А=mv2/2

Для того, чтобы спутник мог вращаться по орбите на высоту h от Земли ему нужно сообщить скорость

        V=R | g(R+h)

Тогда  А=mgR2/2(R+h)    Отношение работ  А/A1=2h/R

        При h=3200 км      А/А1=1

Задача № 3

Как измерить массу тела в состоянии невесомости?

Решение: Возможны многие способы, основанные на применении второго и третьего законов Ньютона. Например:

1. измерить отношение скоростей, приобретаемых телами с известной и неизвестной массами после пережигания нити, сжимавшей пружину между телами.
2.  Подействовать на тело известной силой F и измерить ускорение  а , полученное телом при этом, тогда m=F/a.
3. Измерить силу натяжения предварительно отградуированной пружины при вращении тела, прикрепленного к этой пружине, с известной постоянной угловой скоростью.

Задача № 4

В какой стадии движения межпланетного корабля космонавт почувствует состояние невесомости?

Задача № 5

Как изменяется ход маятников («ходиков») и пружинных (наручных) часов в межпланетном корабле?

Задача № 6

Можно ли создать состояние весомости внутри космического корабля?

Цель занятия:

Формировать представление о том, что обе задачи механики, прямая и обратная имеет широкое применение. При запуске искусственных спутников Земли  и межпланетных  станций приходится решать  обе  задачи  механики. Сначала на  основе  имеющейся  информации  о  зависимости  сил  всемирного  тяготения  от  координат  производится  расчет  координат  и  скорости  космического  аппарата  в  любой  момент  полета, то  есть  решается  прямая  задача  механике. Затем, решая  обратную  задачу  механике, по  отклонениям  в  его  движении  от  расчетной  орбиты, уточняют  сведения  о  зависимости  сил  тяготения  от  координат.   Полученная  информация  позволяет  ученым  рассчитывать  траекторию  движения  каждого  следующего  космического  аппарата  со  все  большей  точностью.

ЗАДАЧА №1

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №80

ЗАДАЧА №2

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №83

ЗАДАЧА №3

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №86

ЗАДАЧА №4

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №93

ЗАДАЧА №5

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №91

        НАБЛЮДАТЬ,

ИЗУЧАТЬ,

        РАБОТАТЬ.

        М. Фарадей.

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:

Показать ученикам, что при решении различных задач механики ставятся основных два вопроса:

1.По заданным силам и начальным условиям определить зависимость координаты тела от времени.

2. По заданной зависимости координат тела от времени определить силы, действующие на них.

Оба эти вопроса решаются на основе второго закона Ньютона. Однако, как отмечает Р. Фейнман, «чтобы пользоваться законами Ньютона, мы должны иметь какую то форму для сил, ведь эти законы говорят нам: «ПОДУМАЙТЕ О СИЛАХ».

Задача № 1

После прекращения тяги состав остановился на горизонтальном участке пути через 60 с. Определите расстояние, пройденное поездом за это время, если известно, что сила сопротивления движения не зависит от скорости и составляет 2% веса всего состава.

ДАНО:        Сделаем пояснительный рисунок

Т=60 с.

Fс=kP              F c   a     N          v0     x       

K =0,02

S-?

        mg

        Запишем II pзакон Ньютона в векторном и скалярном виде.        Ma= Fc +N +mg

                 Max=Fcx+Nx+mgx

                 May=Fcy+Ny-mgy

Ax=-a       Fcx=-Fc         Nx=0        mgx=0

Ay=0         Fcy=0          Ny=N         mgy =-mg

      -ma =-Fc                                 ma=Fc                            a=Fc/m

       0=N-mg                     N=mg                          

По определению, Fc=kN,   где N-реакция опоры   N=P, P-вес тела

Итак,  ma=Fc=kP=kmg,    a=kg

S= v0t-at2/2       v=v0-at=0 (в точке остановки состава)

V0=at       v0=kgt          S=kgt2-kgt2/2=kgt2/2

    S=kgt2/2     Вычислим результат

                        S=0,02*9,8*602/2=352,8 (м)

ЗАДАЧА № 2

Две гири 1 и 2 находящиеся на блоках, установлены на высоте 3 м друг от друга (рис 1) Предоставленные самим себе, грузы через 1 с после начала движения оказались на одной высоте. Какова масса гири 1, если масса гири 2 равна 0,3 кг? Чему равно натяжение нити и сила давления на ось неподвижного блока? Массой блоков и трением пренебречь.   Рис.1                 рис. 2  T1                     T3   рис3           рис 4

ДАНО:                                                                           Y

H=3м                  a2      

Т=1с

M2=0,3кг         T1``       T1``

 M1-?            A1                                         

t-?        1

t4-?        Y             m1g           m2g

                                                                                                      T3`  T3

        2

Условие невесомости нити и блоков, отсутствие трение в системе позволяют сделать следующий вывод:

Т1=Т1’=T2”=T2=T            T3=T3’=2T2=2T  (рис4)

При движении системы ускорение гирь связаны соотношением

,а2=а1/2 Определим ускорение а1 и а2 грузов при движении системы.

   , M1a1=m1g-T1=m1g-T   (рис. 2)              m1a1=m1g-T     (1)

    , M2a2=T3-m2g=2T-m2g (рис 3)              m2a1/2=2T-m2g  (2)  

          2m1a1=2m1g-2T              a1=2m1-m2/(2m1+m2/2) * g =2(2m1-m2)

m2a1/2=2T-m2g        *g        

        4m1+m2

a2=a1/2=2(m1-m2)/(4m1+m2)*g    (3)

Перед тем как гири оказались на одной высоте, каждая из них совершила перемещение h1 и h2

  H1=a1t2/2       h2=a2t2/4=a1t2/4

Сумма перемещений гирь за время t равна первоначальному расстоянию между ними:

           H=h1+h2           h = a1t2/2+a1t2/4=3a1t2/4

Тогда  a2=a1/2=2 (м/с2) Из выражения (3) найдем массу гири 1

A2=2(m1-m2)/4(m1+m2)*g        4m1a1+m2a2=2m1g-m2g

2m1(g-2a2)=m2(a2+g)             m1=(a2+g)/2(g-2a2) *m2

m1=2+9,8 / 2(9,8-4)*0,3=0,3 (кг)

Определим силу натяжения нити из (1)

T=m1g-m1a1=m1(g-a1)              T=0,3(9,8-4)=1,7 H

Участок нити, накинутый на неподвижный блок, действует на него с силой T4=2T1’=2T1’’=2T1=2T (рис 4)

С этой силой неподвижный блок давит на ось

T4=2T=2*1,7=3,4 (H)

Задача № 3

За какое время тяжелое тело спустится с вершины наклонной плоскости высотой 2 м и углом наклона 450, если предельный угол, при котором тело может находиться на наклонной плоскости в покое равен 300?

Задача № 4

Буксир при буксировке баржи вверх по реке развивает скорость 10 км/ч относительно берега, натягивая буксирный канат с силой 11,7кН. Считая силу сопротивления воды пропорциональной скорости, определите, с какой скоростью баржа будет двигаться самосплавом, если скорость течения реки составляет 2 км/ч, а уклон реки составляет 10м на 1км. Масса баржи 5000 кг.

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:    Показать ученикам, что при решении различных задач механики ставятся основных два вопроса:

1.По заданным силам и начальным условиям определить зависимость координаты тела от времени.

2. По заданной зависимости координат тела от времени определить силы, действующие на них.

ЗАДАЧА №1

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №40

ЗАДАЧА №2

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №42

ЗАДАЧА №3

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №43

ЗАДАЧА №4

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №50

ЗАДАЧА №5

В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы Москва Просвещение  2009

Задача №48

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:    Показать ученикам, что при решении различных задач механики ставятся основных два вопроса:

1.По заданным силам и начальным условиям определить зависимость координаты тела от времени.

2. По заданной зависимости координат тела от времени определить силы, действующие на них.

ЗАДАЧА №1

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача № 150

ЗАДАЧА №2

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №151

ЗАДАЧА №3

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №154

ЗАДАЧА №4

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №155

ЗАДАЧА №5

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №158

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Научить учащихся решать нестандартные задачи по теме  «Механические колебания волны и звук», используя различные способы.

ЗАДАЧА №1

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача № 417

ЗАДАЧА №2

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №427

ЗАДАЧА №3

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №421

ЗАДАЧА №4

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №437

ЗАДАЧА №5

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №442

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:

Научить учащихся решать нестандартные задачи по теме « Механические колебания волны и звук», используя различные способы.

ЗАДАЧА №1

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача № 416

ЗАДАЧА №2

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №423

ЗАДАЧА №3

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №428

ЗАДАЧА №4

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №438

ЗАДАЧА №5

Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Задача №448

Цель занятия:

Систематизировать знания, полученные на занятиях в виде подбора задач по механике самими учащимися. В настоящее время нет недостатка в сборниках задач повышенной  сложности, из которых можно подобрать задачи на любую тему. Хотя условие нестандартной задачи обычно содержит в себе какие-то элементы, требующие отгадки, основная цель задач выработка умений применять теоретические знания по физике на практике.

Урок «вихрь задач» проходит в виде презентации задачи, которую ученик нашел сам, используя дополнительную литературу. Во время представления своей задачи ученик дает полное решение и обосновывает, на каких законах механики делаются такие выводы. Чтобы занятие такого типа было полезно для всех участников, отбираемые для решения задачи должны быть новыми для всех, а по уровню сложности – рассчитанными на более сильных учащихся. После некоторого времени, предоставленного ребятам на обдумывание на доске решается данная задач. Коллективный анализ содержания задачи и возможных путей ее решения способствует более быстрому развитию навыков самостоятельного решения физических задач у всех участников группы.

Список литературы для учителя:

1. Н. И.Гольдфарб. Физика. Задачник 9-11 класс. Дрофа. 2002 г.
2. К.А.Коровин, Г.Н. Степанова. Сборник задач для проведения устного экзамена по физике за курс основной школы. 9класс. Дрофа.2001г.
3. В.А. Шевцов. Задачи для подготовки к олимпиадам в 9-11 классах (Механика). Волгоград. Учитель. 2003 г.
4. Газета «физика» № 28. 2001г.
5. Г. И. Покровский  Гравитация и инерция. – М.: Знание 1967 г.
6. О.Ф.Кабардин  Методика факультативных занятий по физике. Просвещение, 1996г

7. И.М. Низамов  Задачи по физике с техническим содержанием. Москва  Просвещение 1980г

8. В.И. Лукашик, Е.В. Иванова  Сборник задач по физике 7-9 классы

 Москва Оникс  2006

9.  В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы

         Москва Просвещение  2009  

10. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.

Список литературы для учащихся:

1. В.И. Лукашик, Е.В. Иванова  Сборник задач по физике 7-9 классы

 Москва Оникс  2006

2.  В. И. Лукашик, Е.В. Иванова Сборник задач по физике 7-9 классы

         Москва Просвещение  2009  

3. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. Для 9-11 классов. М. Просвещение, 2008 г.