«Движение системы связанных тел».
план-конспект урока по физике (10 класс) на тему

     Тема урока: «Движение системы связанных тел».

     Цели (для учеников):

1. Систематизация знаний о равнодействующей всех сил, приложенных к телу.

2. Интерпретация  законов Ньютона относительно понятия равнодействующая сил.

3. Восприятие данных законов.

4. Применение полученных знаний к знакомой и новой ситуации при решении физических задач.

     Задачи урока (для учителя):

Образовательные:

1. Уточнить и расширить знания о равнодействующей силе и способах ее нахождения при движении системы тел.

2. Сформировать умения применять понятие равнодействующей силы к обоснованию законов движения (законов Ньютона)

3. Выявить уровень усвоения темы.

4. Продолжить формирование навыков самоанализа ситуации и самоконтроля.

Воспитательные:

1. Содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

2. Подчеркнуть значение модулирования в познаваемости материи;

3.Обратить внимание на формирование общечеловеческих качеств:
a) деловитость;
b) самостоятельность;
c) аккуратность;
d) дисциплинированность;
e) ответственное отношение к учебе.

Развивающие:

1. Осуществлять умственное развитие детей;

2. Работать над формированием умений сравнивать явления, делать выводы, обобщения;

3.Учить:
a) выделять признаки сходства в описании явлений,
b) анализировать ситуацию,
c) делать логические умозаключения на основе этого анализа и имеющихся знаний;

4. Проверить уровень самостоятельного мышления обучающегося по применению имеющихся знаний в различных ситуациях.

Оборудование: доска, мел, раздаточный материал.

Ход урока

Учитель: вспомним слова Р. Фейнмана: “Физик – это тот, кто видит решение задачи, не решая ее”. К этому можно прийти, прорешав несколько тысяч задач. Это немного, 3 – 4 задачника.

     На этом уроке нам предстоит научиться решать физические задачи, в основе которых лежат законы Ньютона. Иначе эти задачи называются динамическими задачами.

     На первом листе, который лежит перед вами, вы можете рассмотреть такие задачи.  

     Все задачи, требующие применения законов Ньютона, решаются по одному алгоритму. Давайте вспомним этот алгоритм.

Ученики пытаются вспомнить алгоритм решения задач.

Учитель: давайте прочитаем  и проанализируем этот алгоритм на листе № 2.

1. Внимательно прочитав условие задачи (если бы вы знали, сколько ошибок происходит от невнимательного прочтения условия задачи!), выясните физическое содержание задачи, какие процессы и явления включены в её условие. Ознакомившись с условием задачи, не следует пытаться сразу найти искомую величину. Помните, цель решения – свести задачу от физической к математической , записав её условие при помощи формул.

2. Выясните, какие силы действуют на тела, движением которых мы интересуемся. Все известные силы надо изобразить на рисунке. При этом надо отчетливо представлять себе, со стороны каких тел действуют рассматриваемые силы. Указать все величины, характеризующие данное явление. Не следует забывать, что действие одного тела на другое является взаимным. Следует говорить не о действии тел, а о взаимодействии их, подчиняющемуся третьему закону Ньютона.

3.  Выберите систему отсчета, относительно которой будете рассматривать движение тел. Выбор системы отсчета не влияет на ответ задачи, но удачно выбранное направление осей может облегчить решение задачи. В случае прямолинейного движения удобно одну из осей направить вдоль направления ускорения, а другую перпендикулярно ей.

4.  С помощью физических законов и формул установите математическую связь между всеми величинами. В результате получится одно или несколько уравнений – физическая задача сводится к математической.

5. Решить составленную систему уравнений, убедившись, что число уравнений равно числу неизвестных.

6.  Проанализировать полученный результат и числовой расчёт.  

Учитель: а сейчас заполните таблицу на листе № 3.

Ученики самостоятельно с пояснением заполняют таблицу.

Учитель: чертёж сделайте произвольный (либо на горизонтальной поверхности, либо по вертикали).

Учитель: чтобы заполнить третью колонку, ответьте сначала  на вопросы, расположенные ниже таблицы.

Задание на повторение:

1. Основной закон  -  второй закон Ньютона.
2.  Силы, действующие на  тела  – трения, упругости, тяжести, реакции опоры, натяжения нити, тяги, архимедова.
3. Как направлять ось координат?  - по направлению ускорения.
4. Назовите внешние силы - трения, упругости, тяжести, реакции опоры,  тяги, архимедова.
5. Назовите внутренние силы - натяжения нити.
6. Чему равен вес тел? -  силе натяжения нити.

Учитель:  сейчас решим первую задачу, при анализе задачи пользуйтесь памяткой на листе № 4:

Задача № 1. На гладкой горизонтальной поверхности находятся два тела, соединенные невесомой, нерастяжимой нитью. Масса левого тела m2=1 кг, правого – m1=2кг. К  правому грузу прикладывают силу F=3Н, направленную вдоль нити. Определите силу натяжения нити.

Первый этап: анализ задачи (анализ физического явления).

Учитель: какое движение совершает система связанных тел под действием внешней силы F? Действуют ли в этом случае силы трения?

Ученик: движение будет прямолинейным равноускоренным. По условию поверхность гладкая, значит, силой трения можно пренебречь.

Учитель: какие силы возникают между телами, связанными нерастяжимой нитью? Одинаковые ли ускорения получают тела?

Ученик: между телами возникают силы взаимодействия, которые будут равны по III закону Ньютона. Так как нить не растяжения, то ускорения обоих тел одинаково.

Учитель: как вы думаете. Одинаковые ли будут силы натяжения в первом и втором случае? В каком случае эти силы будут больше?

Ученик: силы натяжения будут больше, когда внешняя сила приложена к телу меньшей массой. (Если ученики затрудняются, приступаем к решению)

Второй этап: план решения.  Один ученик решает задачу на доске.

Учитель: выполним рисунок. Выберем ИСО (одна ось, связанная с опорой). Введём соответствующие обозначения. Запишем краткие условия задачи.

     Общей идеей решения является описание движения двух материальных точек с помощью законов Ньютона. С учётом третьего закона это описание можно разделить на два: описание движения одной материальной точки и описание движения другой. Таким образом, получим систему двух уравнений.  На этом заканчивается этап постановки задачи. Мы выполнили работу физика. Теперь необходимо перейти в состояние математика и решить полученную нами систему уравнений. Это второй этап, математический.

Третий этап: осуществление плана, или решение

Четвёртый этап: обсуждение решения (анализ, рефлексия)

    Получив решение задачи в общем, виде, необходимо перейти в состояние физик и заняться анализом решения. Прежде всего, необходимо проверить размерность.

     Выводы. В центре решения любой задачи стоит математическое описание (моделирование) физических явлений. Вот почему, во-первых, следует выделить нужные физические явления, и, во-вторых, описать их физическими законами. На первом и втором этапах решения задачи идёт подготовка к математическому моделированию физического явления. На третьем этапе – работа с математической моделью. Здесь важно правильно и умело выполнить все нужные математические операции: составить системы уравнений, спроецировать их на оси системы отсчёта, произвести алгебраические преобразования, выразить нужную физическую величину и найти её числовое значение. Ясно, что при выполнении всех действий нужно быть внимательным – ошибка в каком-либо действии делает всю остальную работу напрасной. Вот почему следует постепенно, аккуратно выполнять чертёж, математические действия и др. Успешное решение любых задач требует этих качеств. Если, например, на чертеже не указано какой-то силы, то неправильно будет составлено уравнение, труд по его решению окажется напрасным.

Задача № 2.  К концам нити, перекинутой через неподвижный блок, подвешены два груза массами 90 г и 110 г. Первоначально они находятся на одном уровне. С каким ускорением движутся тела? На сколько опустится больший груз за 2 с?

Анализ задачи:

1. Если массы грузов будут одинаковые, то чему будет равно ускорение грузов? (нулю).
2. Как будут двигаться грузы? (равномерно или покоится).
3. Чему будет равна сила натяжения нити и вес каждого из грузов? (mg).
4. Если масса второго груза намного больше массы первого груза, то чему будет равно ускорение грузов в этом случае? (a = g  по модулю).
5. Куда будет направлен ускорение более массивного груза? (вниз).

Задача № 3.  На концах и в середине длинной пружины жесткостью k закреплены три тела с массами m1 = m2 = m и M = 2m (см. рис.). Все тела располагаются на гладком горизонтальном столе. К телу массой M приложена горизонтальная внешняя сила, модуль которой равен F . Найдите удлинение всей пружины.

     На грузы в горизонтальном направлении действуют силы натяжения со стороны пружины. Считая пружину невесомой, запишем уравнение второго закона Ньютона для каждого тела:

     Отсюда, после подстановок, получаем

     Эти же силы растягивают половинки пружины:

                – жесткости половинок пружины.

     Общее удлинение пружины равно:

Подведение итогов

Учитель: подведем итоги урока. Мы повторили законы Ньютона, решали качественные и количественные задачи на применение законов.

     Заключение: механика Ньютона была первой в истории физики законченной теорией, правильно описывающей обширный класс явлений - движение тел. Один из современников Ньютона выразил свое восхищение этой теорией в стихах, которые в переводе С. Я. Маршака звучат так (эпиграф на доске).

"Был этот мир глубокой тьмой окутан.

Да будет свет. И вот явился Ньютон".

     Законы физики позволяют в принципе решить любую задачу механики.