Методическая разработка "Закон сохранения импульса"
методическая разработка по физике (9 класс)

З.В.Пушкина

Практикум по  решению физических задач в 9 классе

по теме «Закон сохранения импульса»

Методические материалы к учебным занятиям

Йошкар-Ола

2021

Автор

Пушкина Земфира Васильевна, учитель математики и физики Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

«Средняя общеобразовательная школа №31 г. Йошкар-Олы»»

Пушкина З.В. Практикум по решению физических задач в 9 классе по теме «Закон сохранения импульса». Методическая  разработка. - Йошкар-Ола: ГБУ ДПО Республики Марий Эл «Марийский институт образования», 2021. – 17с.

Аннотация

Методическая разработка предназначена для учителей физики. Она представляет собой подборку текстовых задач по физике по теме «Закон сохранения импульса» для 9 класса. Методическая разработка содержит задания различного уровня сложности, которые можно использовать  на уроках закрепления знаний и формирования умений и навыков, на уроках обобщения и систематизации умений и навыков, на уроках контроля и коррекции знаний, умений и навыков учащихся по теме «Закон сохранения импульса».

В авторской редакции.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                    4

1.Решение физических задач - как один из основных методов обучения физики                                                                                                            5

1. Физические задачи. Типы задач. Приемы решения                        5
2. Алгоритм решения физических задач                                               8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                             12

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК                                                         13

ПРИЛОЖЕНИЯ                                                                                             14

Приложение 1. Задачи на применение закона сохранения импульса

Приложение 2. Задачи базового и повышенного уровня

Введение

Физика как наука о наиболее общих законах природы вносит решающий вклад в формирование знаний об окружающем мире. Решение физических задач - один из основных методов обучения физике. С помощью решения задач обобщаются знания о конкретных объектах и физических явлениях, создаются и решаются проблемные ситуации, формируются практические и интеллектуальные умения, сообщаются знания из истории, науки и техники. Так же  формируются такие качества личности как целеустремленность, настойчивость, аккуратность, внимательность, дисциплинированность, развиваются эстетические чувства, раскрываются творческие способности. Поэтому обучение решению задач – это один из самых важных и трудоемких для учащихся и учителя процессов.

Целью данной методической разработки является:

подбор физических задач различного уровня сложности на применение закона сохранения импульса.

Эти задачи можно решать на уроках различных типов по теме «Закон сохранения импульса» в 9 и 10 классах. Для успешного развития умений и навыков у учащихся, которые им нужны для решения физических  задач,  необходимо  предложить им алгоритм решения задач, и закрепить его при решении задач базового и повышенного уровня.

1. Решение физических задач - как один из основных

методов обучения физики

1.1.Физические задачи. Типы задач. Приемы решения.

Физической задачей называется небольшая проблема, которая решается на основе методов физики, с использованием в процессе решения логических умозаключений, физического эксперимента и математических действий. 

Физические задачи можно классифицировать по различным признакам: по содержанию, по целевому назначению, по степени сложности, по способам решения, по способам задания условия.

Физические задачи по содержанию: задачи по механике, электродинамике, молекулярной физике, квантовой физике…и т.д.

Физические задачи по способу выражения условия: текстовые, задачи-рисунки, экспериментальные, графические.

Физические задачи по способу решения:

1)качественные (задачи-вопросы),  

2)графические,

3)вычислительные (количественные),

4)экспериментальные.

Способы решения количественных физических задач: 

1. арифметический (по действиям),
2. графический (с использованием графика),
3. алгебраический (через общую формулу),
4. геометрический (с использованием геометрических соотношений).

Можно выделить основные этапы решения физической задачи. Помимо обобщенного алгоритма решения задач, есть частные алгоритмы решения задач, например, алгоритм решения задач по механике.

Приемы решения:

1. Аналитический - начинают с анализа вопроса задачи и записи формулы, в которую входит искомая величина.
2. Синтетический - начинают с выяснения связи величин, данных в условии задачи до тех пор, пока в уравнение в качестве неизвестной не войдет искомая величина.

Общие подходы к решению физических задач разных типов изложены в трудах ученых-методистов: А.В.Усовой, Н.Н.Тулькибаевой, В.П.Орехова, С.Е.Каменецкого, М.Е.Тульчинского.

Курс физики без умения решать физические задачи не может быть усвоен в полном объеме. Очень многие учащиеся испытывают значительные затруднения при решении задач. Как помочь? Как правило, в классе на уроке решение задачи начинают с ее внимательного чтения, желания понять о чем идет речь, то есть определить с каким физическим явлением мы будем иметь дело. После прочтения можно попросить кого-нибудь из учащихся повторить условие задачи своими словами и постараться определить тип предложенной задачи: задача-вопрос; вычислительная задача; графическая и т.д., После прочтения и пересказа условие задачи учащимися может быть понято не до конца, поэтому желательно задать им несколько вопросов, например таких:

1. Какие факты изложены в задаче, причины и следствия, может быть о чем-то не сказано, почему?
2. О каком физическом явлении (или явлениях), физическом теле (телах) идет речь? Что с ними происходит?
3. Какие физические законы (формулы) мы сможем использовать для объяснения, происходящего в задаче?
4. Почему тело изменило свое положение и как? Назвать причины.
5. Вспомнить, может что-то подобное встречалось на уроках?

При решении задач - вопросов требуется объяснить что – то  или назвать физическое явление,  или предсказать, как будет протекать в определенных условиях физическое явление. Как правило, в содержании таких задач отсутствуют числовые данные. Необходимость обоснования ответов на поставленные вопросы приучает школьников рассуждать, помогает глубже осознать сущность физических законов.

К задачам - вопросам тесно примыкают задачи - рисунки. В них требуется устно дать ответы на вопрос или изобразить новый рисунок, являющийся ответом на рисунок задачи. Решение таких задач способствует воспитанию у учащихся внимания, наблюдательности и развитию графической грамотности.

Количественные задачи - это задачи, в которых ответ на поставленный вопрос не может быть получен без вычислений. Количественные задачи разделяют по трудности на простые и сложные.

Под простыми задачами понимают задачи, требующие несложного анализа, и простых вычислений, обычно в одно - два действия.

Для решения количественных задач могут быть применены разные способы: алгебраический, геометрический, графический. Алгебраический способ решения задач заключается в применении формул и уравнений. При геометрическом способе используют теоремы геометрии, а при графическом - графики.

В графических задачах в процессе решения используют графики. По роли графиков в решении задач различают такие: ответ, на который может быть получен на основе анализа уже имеющего графика, и в которых требуется графически выразить функциональную зависимость между величинами. Решение графических задач способствует уяснению функциональной зависимости между величинами, привитию навыков работы с графиком. В этом их познавательное и политехническое знание.

Физические задачи, в условии которых не хватает данных, для их решения называют задачами с неполными данными. Недостающие данные для таких задач находят в справочниках, таблицах и в других источниках. С такими задачами учащиеся будут часто встречаться в жизни, в связи с этим решение в школе подобных задач очень ценно.

1.2.Решение физических задач – один из основных

методов обучения физике

Для того, чтобы проявить учащимся интерес к решению задач необходимо их умело подбирать. Содержание задач должно быть понятным и интересным, кратко и четко сформулированным.

В учебном процессе по физике наиболее часто используют текстовые задачи, в которых условие выражено словесно, текстуально, причем в условии есть все необходимые данные, кроме физических постоянных. По способам решения их разделяют на задачи - вопросы и расчетные (количественные).

Задачи-вопросы решают устно. Для решения, как правило:

• не требуется никаких расчетов;
• требуется сообразительность и находчивость;
• необходимо отчетливое понимание сущности физических явлений и закономерностей.

Решение качественной задачи – это построение рассуждения, приводящее к ответу на поставленный вопрос. Решение качественных задач включает три этапа: чтение условия, анализ задачи и решение. При анализе содержания задачи используют, прежде всего, общие закономерности, известные учащимся по данной теме. После этого выясняют, как конкретно должно быть объяснено то явление, которое описано в задаче. Ответ к задаче получают как завершение проведенного анализа. В качественных задачах анализ условия тесно сливается с получением нужного обоснованного ответа.

Решение расчетных задач – это умение получать новое знание в процессе применения формул. Простые расчетные задачи – это задачи «на подстановку»: краткая запись условия, перевод в СИ, решение в общем виде, постановка данных в формулу и анализ результата.

Решение более сложных расчетных задач требует осуществления трех важных шагов: выяснить, о каком физическом явлении идет речь в тексте задачи; смоделировать ситуацию, описанную в тексте задачи, и представить модель ситуации в виде рисунка; подобрать законы или составить уравнения, которые описывают эту модель и позволяют получить ответ на вопрос задачи. 

Рекомендуется обучить сначала общей методике решения задач по физике. Например, методике решения задач по физике из восьми последовательных этапов. Выполнение каждого этапа своевременно мобилизует и последовательно направляет мышление и деятельность учащегося. Выделение именно этих этапов следует считать достаточно условным.

Этапы решения задач по физике:

1. Внимательно изучить условия задачи, попытаться понять физическую сущность явлений или процессов, рассматриваемых в задаче, уясните основной вопрос задачи.

2. Кратко записать условие задачи. Выписать все данные, известные и искомые величины, при этом перевести значения всех величин в СИ.

3. Начертить рисунок, схему или чертеж. На рисунке показать все векторные величины (скорости, ускорения, силы, импульсы, напряженность электрического поля, индукцию магнитного поля и т.д.).

4. Выяснить, с помощью, каких физических законов можно описать рассмотренную в задаче ситуацию. Написать уравнения состояния или процессов в общем виде. Если в закон входят векторные величины, то записать этот закон в векторном виде.

5. Применяя условия задачи, конкретизировать общие уравнения. При этом получается система уравнений, описывающих данную задачу. Выбрать направления координатных осей и записать векторные соотношения в проекциях на оси координат в виде скалярных уравнений, связывающих известные и искомые величины.

6. Решить полученное уравнение (или систему уравнений)относительно искомой величины. В результате будет выведена формула, представляющая собой алгебраическое решение задачи. Проверить правильность решения с помощью обозначений единиц физических величин (размерностей).

7. Подставить в общее решение числовые значения физических величин и произвести вычисления с учетом правил приближенных вычислений.

8. Проанализировать и проверить полученный результат, оценить его реальность. Записать его в единицах СИ или в тех единицах, которые указаны в условии задачи. Анализируя ход решения и результат, дать ответ на вопрос, поставленный в задаче.

Сформулированную методику можно применять при решении достаточно большого количества физических задач на различные темы, например, для решения задач на закон сохранения импульса.

Алгоритм решения задач на закон сохранения импульса:

1. Внимательно изучить условия задачи, попытаться понять физическую сущность явлений или процессов, рассматриваемых в задаче, уяснить основной вопрос задачи. Выяснить упругий или неупругий удар.

2. Кратко записать условие задачи. Выписать все данные, известные и искомые величины, при этом перевести значения всех величин в СИ.

3.  Нарисовать рисунок до и после взаимодействия тел.

4. Записать закон сохранения импульса в векторном виде и проекциях на оси.

5.  Записать закон сохранения импульса в виде проекции на выбранную ось.

6.  Выразить из закона сохранения импульса искомую величину.

7.Подставить в расчетную формулу значения физических величин и произвести вычисления с учетом правил приближенных вычислений.

8. Проанализировать и проверить полученный результат, оценить его реальность. Записать его в единицах СИ или в тех единицах, которые указаны в условии задачи. Анализируя ход решения и результат, дать ответ на вопрос, поставленный в задаче.

Примеры задач представлены в приложении1 и приложении 2.

Заключение

Многократное выполнение одного и того же алгоритма способствует лучшему его запоминанию и пониманию. В результате учащиеся быстро запоминают последовательность действий для решения данного типа задач. Это в свою очередь способствует формированию интереса к самому процессу решения физических задач.

Библиографический список

1.Лукашик В.И.Сборник задач по физике.7-9классы:пособие для общеобразоват.учреждений/ В.И.Лукашик, Е.В.Иванова._М.: Просвещение, 2011.-240с

2.Мякишев, Г.Я. Физика 10 класс: учеб.  Для общеобразоват. организаций: базовый и углубл.уровни/ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н.Сотский.-М.:Просвещение, 2021.-432с

3. Перышкин, А.В.Физика: 9 класс: учебник/А.В. Перышкин, Е.М.Гутник.-М.:Дрофа,2020.-350с.

4.Рымкевич, А.П.Физика. Задачник.10-11кл.:пособие для общеобразоват. учреждений /А.П.Рымкевич._М.: Дрофа,2013.-188с

5.https://urok.1sept.ru/articles/671090

6. https://portal.tpu.ru/SHARED/p/PE/academic/Tab/Problemsinphysics.pdf

7.https://infourok.ru/metodicheskaya-razrabotka-reshenie-zadach-na-zakon-sohraneniya-impulsa-1398755.html

Приложение 1.

Задача 1. По железнодорожному полотну движется платформа массой 20 т со скоростью 5 м/с. Сверху на платформу насыпают уголь, масса которого 30 т. С какой скоростью будет двигаться платформа после загрузки угля?

Задача 2. По железнодорожному полотну движется платформа с песком массой 20 т со скоростью 1 м/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 застрявшим в песке снарядом?

 Задача 3. По горизонтальному желобу скользит без трения шар массой 5 кг; его скорость 2 м/с. Навстречу ему по этому же желобу такой же по размерам шар массой 2 кг со скоростью 6 м/с. После неупругого удара шары движутся вместе. С какой скоростью и в какую сторону будут двигаться шары?

Задача 4. 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; оно приобретает при этом скорость 20 м/с относительно льда. С какой скоростью будет двигаться сам спортсмен после толчка?

Задача5.Пуля вылетает из винтовки в горизонтальном направлении со скоростью 800м/с. Какова скорость винтовки при отдаче, если ее масса в 400 раз больше массы пули?

Задача 6.Взрыв разрывает камень на три части. Два куска летят под прямым углом друг к другу: кусок массой m1 = 1кг со скоростью V1=12м/с и m2 =2 кг со скоростью V2= 8м/с. Третий кусок отлетает со скоростью V3= 40 м/с. Какова масса третьего осколка и в каком направлении он летит?

Задача 7. Груз массой m1 соскальзывает без трения с наклонной доски на неподвижную платформу. С какой скоростью начнет двигаться платформа, когда груз упадет на нее. Масса платформы m2, высота начального положения груза над уровнем платформы h, угол наклона доски к горизонту α. Трение отсутствует.

Задача 8. Человек, находящийся в лодке, отталкивается багром от свободно плывущей баржи. Масса  человека с лодкой 150кг, а масса  баржи 10т. Лодка от толчка приобретает скорость 2м/с. Пренебрегая сопротивлением воды, определить, какую скорость получает баржа от толчка багром.

Задача 9. Человек решил перейти от кормы к носу лодки, плывущей по течению реки. Как при этом изменится импульс человека, лодки, системы человек-лодка относительно берега реки?

Задача 10. Почему при стрельбе из ружья рекомендуется плотно прижимать приклад к плечу?

Задача11. Мяч массой 100г, летевший со скоростью 20м/с, ударился о горизонтальную плоскость. Угол падения ( угол между напрвлением скорости и перпендикуляром к плоскости) равен 600 . Найти изменение импульса мяча , если удар абсолютно упругий. А угол отражения равен углу падения.

Задача12. С лодки массой 200кг, движущейся со скоростью 1 м/с, ныряет мальчик массой 50 кг, двигаясь в горизонтальном направлении. Какой станет скорость лодки после прыжка мальчика, если он прыгает: а) с кормы со скоростью 4 м/с; б) с носа со скоростью 2 м/с?

Приложение 2.

Задачи базового уровня

1. Мяч массой 100 г, летящий со скоростью 1,5 м/с пойман на лету. С какой средней силой мяч действует на руку, если его скорость уменьшается до нуля за 0,03 с. (Ответ: 5 Н.)

2. Пуля вылетает из винтовки со скоростью 2 м/с. Какова скорость винтовки при отдаче, если ее масса больше массы пули в 400 раз. (Ответ: 0,005 м/с.)

3. Два кубика массами 1 кг и 3 кг скользят навстречу друг другу со скоростями 3 м/с и 2 м/с соответственно. Найдите сумму импульсов этих тел после их абсолютно неупругого удара. (Ответ: 3 кг·м/с.)

4. Шар массой 100 г движется со скоростью 5 м/с. После удара о стенку он движется в противоположном направлении со скоростью 4 м/с. Чему равно изменение импульса шара в результате удара о стенку? (Ответ: 0,9 кг·м/с.)

Задачи повышенного уровня

1. С лодки массой 240 кг, движущейся без гребца со скоростью 1 м/с выпал груз массой 80 кг. Какой стала скорость лодки?

2. От двухступенчатой ракеты, общая масса которой равна 1 т, в момент достижения скорости 171 м/с отделилась вторая ступень массой 0,4 т. При этом ее скорость увеличилась до 185 м/с. Найдите скорость, с которой стала двигаться первая ступень ракеты.

3. Граната, летевшая горизонтально со скоростью 10 м/с, разорвалась на два осколка. Масса первого равна 1 кг, масса второго 1,5 кг. Больший осколок после взрыва продолжает лететь в том же направлении, и его скорость равна 25 м/с. Определите направление движения и скорость меньшего осколка.

4. Два тела движутся по взаимно перпендикулярным направлениям. Масса первого тела равна 2 кг, а его скорость 3 м/с. Масса второго тела равна 4 кг, скорость 2 м/с. Определите полный импульс системы.

5. Взрыв разрывает камень на три части. Два осколка летят под прямым углом друг к другу: осколок массой 1 кг летит со скоростью 12 м/с, а осколок массой 2 кг - со скоростью 8 м/с. Третий осколок отлетает со скоростью 40 м/с. Какова масса третьего осколка и в каком направлении он летит?

6. Охотник стреляет с легкой надувной лодки, находящейся в покое. Какую скорость приобретет лодка в момент выстрела, если масса охотника вместе с лодкой равна 120 кг, масса дроби равна 35 г, начальная скорость дроби равна 3220 м/с? Ствол ружья во время выстрела направлен под углом 60° к горизонту.

7. Человек, находящийся в неподвижно стоящей на озере лодке, переходит с носа на корму. На какое расстояние переместится лодка, если масса человека равна 60 кг, масса лодки 120 кг, а длина лодки равна 3 м?