первый закон ньютона
план-конспект урока по физике (10 класс) на тему

первый закон ньютона

Цели и задачи:

• Повторение ранее изученного материала, необходимого для контроля знаний учащихся и лучшего усвоения новой темы «Законы Ньютона».
• Познакомить учащихся с первым законом Ньютона. Научить использовать его для объяснения физических процессов.
• Учить школьников пользоваться физическими приборами, выполнять физический эксперимент, делать выводы о наблюдениях.
• Вызвать интерес к изучению физики и биографиям великих людей науки.

Оборудование: Мультимедийная установка, опорные конспекты, бруски, грузы, клубок ниток, динамометры, карточки с описанием эксперимента.

Учитель: Мы сейчас с вами на уроках физике изучаем раздел « Механика». Механика объясняет закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение. Классическую механику называют «Механикой Ньютона». Она включает в себя кинематику, динамику и статику. Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причин, вызывающих эти движения. Мы изучали законы кинематики, которые помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.

А что является причиной движения тел? Приведите примеры движения тел и назовите причины, вызывающие это движение.

Ученики:

• Снег падает на Землю под действием силы тяжести.
• На машину при торможении действует сила трение.
• Мяч отскакивает от земли под действием силы упругости.
• Женщина везёт на санках ребёнка, преодолевая силу трения санок о снег и силу тяжести, действующие на ребёнка и санки.
• При полете самолета на самолёт действуют сила тяги двигателей, сила притяжения Земли, сила воздушных масс.

Учитель: Объясняя причины движения тел, учащиеся использовали слово «сила». Дайте определение этому физическому понятию.

Ученик: Сила является мерой взаимодействия тел. Это – векторная величина. Она имеет точку приложения, направление и величину (модуль). Обозначается буквой F, измеряется в ньютонах.

Учитель: Тело может придти в движение, если на него подействует другое тело или несколько тел. Как нам поступать в этом случае?

Ученик: Необходимо найти R-равнодействующую этих сил.

Учитель: Рассмотрим условия покоя и равномерного прямолинейного движения . Если тело находиться в покое, означает ли это, что на него не действуют другие тела? Приведите примеры.

Ученик: Книга лежит на парте, Она в покое относительно парты, потому что на неё действуют две силы: сила тяжести, и сила упругости стола. Равнодействующая этих сил равна нулю.

Учитель: Машина движется по дороге с постоянной скоростью 60 км/ч. Равнодействующая всех сил равна нулю?

Ученик: На машину действует сила тяги мотора и сила трения колёс о дорогу. Но так как машина не стоит на месте, а движется, то сила тяги – больше.

Учитель: Если машина движется равномерно, не меняя скорости и направления, этот ответ является ошибочным. Позже мы к этому вернёмся и всё разберём. Прошу прокатить металлический шарик по стеклу и ответить на мои вопросы. У него нет мотора, а почему он так долго движется?

Ученик: Шарик по гладкому стеклу движется по инерции.

Учитель: Дайте определение физическому понятию – инерция.

Ученик: Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией.

Учитель: Мы будем изучать законы Ньютона. Они относятся к разделу механики – «Динамика»

Ньютон объяснял движение тел в зависимости от действия на тело различных сил. Его труд имел название «Математические начала натуральной философии». Ньютон один из первых использовал формулы для объяснения движения тел.

Первый закон Ньютона называют «Законом инерции».

(Запись на доске или использование мультипроектора – Рисунок 1)

I закон Ньютона.

F=0, R=0  —> V=0 или V=const, (a=0)

Существуют такие системы отсчета (инерциальные системы отсчёта), относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела или равнодействующая всех сил равна нулю.

Инерциальная система отсчёта – система отсчёта, относительно которой свободная материальная точка, не подверженная действию других тел, движется равномерно и прямолинейно (по инерции).

Предлагаю прочитать текст в начале §10 .В нём рассказывается о теории Галилео Галилея и Аристотеля на характер движения тела при отсутствии внешнего воздействия на него.

Учитель: Как называется физическая величина, которая характеризует изменение скорости?

Ученик: Ускорением тела при его равноускоренном движении называется величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Ускорение обозначается буквой a, единица измерения – м/с2, является векторной величиной.

Учитель: Дайте определение физическому понятию – инертность тела. Сравните тела с разной инертностью.

Ученик: Инертность тел – свойство, присущее всем телам и заключающееся в том, что тела оказывают сопротивление изменению их скорости (как по модулю, так и по направлению).

Большой книжный шкаф обладает большей инертностью, чем детский стул. Этот шкаф сдвинуть с места и привести в движение труднее.

Учитель: Какая физическая величина является мерой инертности?

Ученик: Масса – мера инертности тела. Масса обозначается буквой – m, единица измерения – кг, является скалярной величиной.

Учитель: Приведите примеры, когда тела имеющие разную массу по-разному сохраняют свою скорость.

Ученик: Перед красным светом светофора тормозной путь грузовика больше, чем у легковой машины, если начальные скорости у них были одинаковые. Чем больше масса машины, тем медленнее она меняет свою скорость.

Учитель: Вспомним пример, когда машина двигалась с постоянной скоростью 60 км/ч по дороге. Этот случай объясняется первым законом Ньютона. При каком условии скорость тела бывает постоянной?

Ученик: Скорость тела постоянна, если сумма всех сил, действующих на тело равна нулю. Следовательно: сила тяги мотора машины равна силе трения колёс о дорогу.

Учитель: Назовите силы в природе, с которыми познакомились в 7 классе.

Ученик: Это – сила тяжести, сила упругости и сила трения.

Учитель: Дайте определение силы тяжести (Рисунок 2)

Ученик: Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести. Сила тяжести обозначается буквой F с индексом Fтяж. Это – векторная величина, вычисляется Fтяж= mg, измеряется в ньютонах.

Учитель: Приведите примеры её проявления

Ученик: Выпустим из рук камень, он упадет на землю. То же самое происходит с любым другим телом.

Учитель: Какие особенности действия силы тяжести вы знаете?

Ученик: Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз к поверхности Земли. Человечество не научилось преодолевать эту силу. Она действует на все тела на Земле.

Учитель: Дайте определение силы упругости (Рисунок 3)

Ученик: Сила, возникающая в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называется силой упругости. Сила упругости обозначается буквой F с индексом Fупр. Это векторная величина, вычисляется Fупр = kX, измеряется в ньютонах.

Учитель: Приведите примеры проявления силы упругости

Ученик:

• Когда мы стремимся порвать нить, мы ощущаем её сопротивление. Это проявление силы упругости нити.
• Когда спортсмены прыгают на батуте, они используют упругие свойства этого спортивного снаряда.

Учитель: Дайте определение силы трения. (Рисунок 4)

Ученик: Сила трения возникает на поверхности соприкосновения прижатых друг к другу тел при относительном перемещении их и препятствует их взаимному перемещению. Силу трения обозначают буквой F с индексом Fтр. Это векторная величина, вычисляется Fтр = μN, измеряется в ньютонах. μ -коэффициент трения скольжения, N-сила давления на поверхность.

Учитель: Приведите примеры проявления силы трения.

Ученик: Санки, скатившись с горы, постепенно останавливаются под действием силы трения санок о снег.

Учитель: Действие всех сил, которые мы с вами ранее изучали и сейчас повторили, мы должны будем учитывать при решении задач по динамике.

Учитель: Деревянный брусок лежит на горизонтальной поверхности стола. Назовите тела, с которыми он взаимодействует. Изобразите силы, действующие на брусок.

Ученик: На брусок действуют сила тяжести и сила упругости опоры (поверхности стола). Эти силы равны, но противоположно направлены.

Учитель: Маленький железный шарик подвешен на тонкой шелковой нити. С какими телами он взаимодействует? Изобразите силы, действующие на него.

Ученик: На шарик действуют сила тяжести и сила упругости нити. Эти силы равны, но противоположно направлены, поэтому шарик в равновесии.

Учитель: Что произойдет, если сила тяжести, действующая на шарик ,будет больше силы упругости нити?

Ученик: Шарик будет падать вертикально вниз под действием его силы тяжести с ускорением =g

Учитель: Предлагаю сделать небольшой эксперимент с предложенными приборами и телами. (Приложение 1 и Приложение 2)

Изучение движения тела под действием силы.

Оборудование: Лист с описанием эксперимента, деревянный брусок, грузы, нить, измерительная линейка, секундомер, динамометр.

Указания к работе.

1. Укажите пределы измерения приборов, цену их деления и погрешность измерения.
2. Создайте соединение предметов, имеющих возможность двигаться горизонтально и самостоятельно.
3. Сравните скорость движения этой системы при различных вариантах соединения приборов.
4. Сделайте рисунки полученной установки. Запишите ваши выводы из наблюдений.

Таблица

Дайте ответы на вопросы.

1. Какая существует зависимость скорости движения тела от его массы, если сила тяги является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)
2. Какая существует зависимость скорости движения тела от силы тяги, если масса является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)

Выберите правильный вариант записи:

Vср~1/m; Vср~m ; Vср~1/F; Vср~F;

(Обычно всё заканчивается тем, что мальчики из двух брусков и двух круглых грузов делают машинку и продолжают с ней эксперимент.)

Ученик: Правильные выводы: скорость бруска - обратно пропорциональна его массе, скорость бруска - прямо пропорциональна силе действующей на него.

Учитель: Сегодня вы выполняли эксперимент, который поможет Вам лучше понять 2 закон Исаака Ньютона. Мы с этим законом познакомимся на следующем уроке более подробно.

Учитель: Предлагаю учащимся оценить свою работу и работу своих товарищей на этом уроке.

Домашнее задание: §10 (ответить на вопросы в конце §10), читать §11. Подготовить доклад об Исааке Ньютоне (по желанию).

Дополнительный материал для учащихся: Биография Ньютона (автор не указан) (Приложение 3).

Приложение 1

Изучение движения тела под действием силы.

 Приборы: деревянный брусок, грузы, нить, измерительная линейка, секундомер, динамометр.

Указания к работе.

1. Укажите пределы измерения приборов, цену их деления и погрешность измерения.
2. Создайте соединение предметов, имеющих возможность  двигаться горизонтально  и самостоятельно.
3. Сравните скорость движения этой системы при различных вариантах соединения приборов.
4. Сделайте рисунки полученной установки. Запишите ваши выводы из наблюдений.

Таблица

Дайте ответы на  вопросы.

1. Какая существует зависимость скорости движения тела от его массы, если сила тяги является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)
2. Какая существует зависимость скорости движения тела от силы тяги, если масса является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)

Выберите правильный вариант записи:

    Vср~;    Vср~m ;                    Vср~;    Vср~F;           Vср=S: t

Приложение 2.

Брусок придет в движение вдоль поверхности стола, если к бруску прикрепить с помощью нити груз и перекинуть нить через край стола. Массу бруска можно менять, добавляя сверху грузы. Силу тяги можно увеличить, прицепляя дополнительно грузы к нити.

Изменение скорости  (увеличение её или уменьшение) при движения груза по поверхности стола в этих опытах можно легко определить даже без вычислений.

                                     Нить

Стол_____________   __        

        Р        F        

Vср=S: t

Исаак Ньютон – биография.

(1643 – 1727)

Исаак Ньютон, будущий великий математик и физик, родился хилым ребенком. При рождении имел такой невзрачный вид, что окружающие думали, что он протянет всего несколько часов. Две женщины, посланные в город за лекарствами, не торопились возвращаться, полагая, что, пока они придут обратно, новорожденного не будет в живых. Каково же было их удивление, когда, возвратившись, они увидели ребенка живым и издающим внушительные крики!

Заботами матери маленький Ньютон стал заметно поправляться и полегоньку расти. Действительно, как и полагала мать, сельский воздух, деревенские игры и забавы благотворно повлияли на укрепление организма Ньютона. В детстве он получил хорошую физическую закалку. Забегая вперед, нужно сказать что, родившись слабым ребенком, Ньютон прожил до глубокой старости (умер 85 лет). Он не знал очков и за всю жизнь у него не выпало ни одного зуба. Умер он от каменной болезни, признаки которой обнаружил за три недели до своей смерти.

Мать воспитывая свое дитя, думала больше о его физическом здоровье, чем об умственном развитии. На 12-м году жизни она отдала ребенка в частное городское училище (пансион) Кларка - грантемского аптекаря Ньютон не обнаруживал особой любви к наукам и учился довольно посредственно. Перелом в учебе в лучшую сторону произошел в конце двухлетнего пребывания в пансионе. Этому способствовал следующий любопытный случай.

Как-то на перемене один из учеников ударил Ньютона по животу. Удар был настолько силен, что Ньютон чуть не потерял сознания Долго думал обиженный Ньютон и, наконец, нашел весьма оригинальный способ мщения. Его недруг превосходил Ньютона не только в физической силе, он был первым учеником класса. И вот ради мести Ньютон решил немедленно начать хорошо учиться, обогнать своего соперника по учебе и, став первым учеником класса, навсегда отнять у него пальму первенства.

Свой план Ньютон выполнил как нельзя лучше. Оказывается, он обладал исключительными способностями. Он без большого труда стал первым учеником в классе и по умственному развитию оказался выше всех своих товарищей на целую голову. В дальнейшем по успеваемости с ним уже никто не мог состязаться. Прошло всего несколько месяцев, а учитель уже при всех учениках во всеуслышание хвалил юного Ньютона, как образцового ученика, с которого всем надо брать пример.

Чтобы как-то приобщить молодого Ньютона к хозяйству, она посылала его со старым работником в город на базар. Нужно было продать кое-что из продуктов, кое-что купить для своих нужд. Но и к этим поручениям Ньютон относился безучастно. Не доезжая до города, он просил работника выполнить, что приказывала мать, а сам, заранее обзаведясь книгой, садился у дороги под дерево или под первый попавшийся плетень и принимался за чтение. Чтение для него в то время было страстью. На обратном пути работник забирал юношу и привозил его как ни в чем не бывало домой.

В часы отдыха между чтением книг Ньютон выкраивал время для своих невинных забав. Уединившись, он любил что-нибудь мастерить. Один раз он изготовил водяные часы, другой раз сконструировал весьма оригинальную ветряную мельницу. В эту последнюю модель была посажена мышь, которая выполняла роль мельника. Однажды ночью Ньютон запустил змея собственного изготовления, снабженного светящимися фонарями. Жители соседних деревень, не зная, в чем дело, думали и гадали, что это может быть, и решили, что это, наверное, кометы.

Обнаружив в юноше большой талант к науке, дядя немедленно обратился к его матери с просьбой отправить молодого Ньютона опять в Грантемскую школу с тем, чтобы, окончив ее, он мог поступить в университет. "Семнадцати лет от роду Ньютон поступил учиться в Кембриджский университет. Здесь он с жадностью изучал сочинения древних ученых, в частности «Начала» Евклида. Затем он перешел к изучению исследований крупнейших ученых нового времени. Его внимание привлекли геометрия Декарта, арифметика Валлиса и математические сочинения Кеплера. Чтение этих трактатов у него не было механическим. Усваивал он их критически, глубоко осмысливая прочитанное. Прочитанному он, как правило, противопоставлял свою точку зрения и незаконченные мысли автора доводил до «логического конца».

Уже в студенческие годы Ньютон зарекомендовал себя пытливым, упорным и настойчивым исследователем. Так, будучи студентом, Ньютон доказал теорему о биноме. С тех пор формула бинома стала называться «биномом Ньютона». Студентом же он вплотную подошел к проблеме всемирного тяготения. Позднее этой проблеме он посвятил целый трактат «Принципы натуральной философии». Этот капитальный труд прославил автора на весь мир и сделал его «великим из великих» ученых. Окончил университет Ньютон со степенью магистра.

Ньютон внес замечательный вклад и не только в математику, но и в физику, и в астрономию.

Несмотря на свои величайшие заслуги перед наукой, Ньютон был удивительно скромным человеком. О себе он говорил так: «Не знаю, каким я кажусь людям. Самому же себе я кажусь ребенком, который играет на берегу моря и радуется, когда ему удается отыскать гладкий камушек или красивую раковину не совсем обыкновенного вида, в то время как необозримый океан истин лежит передо мною неисследованным».

По описанию тех, кто его знал, Ньютон был мужчиной среднего роста, весьма солидной полноты. Согласно традиции того времени, голову покрывал париком. У него были умные, живые глаза.

Ньютон вел уединенный образ жизни. Погруженный в глубокие размышления, часто не замечал окружающих и был весьма рассеян. Иногда по утрам, вставая с постели, вдруг задумывался и в таком положении, как зачарованный, мог просидеть долгие часы, пока кто-нибудь не выводил его из этого состояния. Увлекшись работой, совершенно забывал о еде.

Когда друзья, преклоняясь перед его гением, спрашивали Ньютона, каким образом он открыл законы тяготения, он отвечал: «Непрерывным размышлением о них». При этом свой метод исследований он объяснял следующим образом: «Я постоянно обращаю внимание на предмет моих изысканий и жду, пока дело начинает медленно разъясняться, мало-помалу, пока не станет вполне и всецело ясно». Свой век Ньютон прожил холостяком. Биографы полагают, что о женитьбе ему некогда было подумать.

Астрономические открытия Ньютона нанесли сокрушительный удар по авторитету церкви и обнаружили полную несостоятельность церковных догматов. В своем капитальном труде «Математические начала натуральной Философии» (1687) он доказал, что движение небесных тел происходит строго по закону всемирного тяготения, носящему универсальный (всеобщий) характер.

В свете закона всемирного тяготения звучит сказкой, например, утверждение библии о том, что Иисус Навин якобы остановил на время Солнце, чтобы при дневном свете закончить сражение с аммонитянами. Закон всемирного тяготения, одинаково справедливый на Земле и на небе, положил конец религиозным басням о коренном различии «небесного» и «земного». С выводами Ньютона никак не согласуются религиозные мифы о хождении Христа по поверхности воды, о его вознесении «во плоти» и другие несуразности. «Начала натуральной философии» полностью развенчали геоцентризм, как опору религиозного мировоззрения. Однако сам Ньютон не был атеистом. Уподобляя Вселенную большому «часовому механизму», он пришел к выводу, что этот механизм раз и навсегда когда-то заведен «богом» и им же был дан «первый толчок», в результате чего механизм «сработал» и только после этого все небесные тела пришли в вечное движение.

Еще при жизни Ньютон вкусил сладость величайшей славы. Он был почетным членом многих научных обществ и академий. Последние 23 года своей жизни был президентом Королевского лондонского общества. Королева Анна даровала ему титул рыцаря и возвела в дворянское достоинство. Весь мир преклонялся перед его гением. Казалось, ничего не оставалось желать Ньютону. «Он был в таком почете — говорит Фонтенель,—что смерть не могла принести ему новых почестей, он достиг своего апофеоза».

Погребен Ньютон в английском национальном пантеоне в Вестминстерском аббатстве, месте упокоения всех великих людей Англии. При погребении ему были оказаны почести, какие обычно воздавались только членам королевского двора. На могильном памятнике имеется латинская надпись, которая гласит: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, который почти божественной силой своего ума впервые объяснил с помощью своего математического метода движения и формы планет, пути комет, приливы и отливы океана. Он первый исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов, каких до того никто не подозревал... Пусть смертные радуются тому, что в их среде жило такое украшение рода человеческого».

В Кембридже, по преданию, известна комната в которой жил Ньютон. В этом же городе в Trinity College, показывают глобус Ньютона, сделанные им солнечные часы, компас и локон его серебристых волос, который хранится под стеклянным колпаком.