Урока: Опрос по теме «Импульс тела» беседа, опыты, решения задач Изучение нового материала: вывод формулы закона сохранения импульса опыты, беседа
|
Скачать 84.77 Kb.
|
Тема: «Закон сохранения импульса» Разработала: учитель физики 1 категории Джалилова Е.А. Знания и умения
Вывод формулы закона сохранения импульса. Замкнутая система тел – система, на которую не действуют внешние силы.
Оборудование: мультимедийный проектор, баллистический пистолет, игрушки (автомобиль, вагон, тележки) План урока:
Основная цель данного урока - сформировать у учащихся знания о законе сохранения импульса и проиллюстрировать его примерами взаимодействия тел. С этой целью используется циклическое построение учебного материала. Изложение его начинается с опытов и завершается экспериментом. Вывод самого закона осуществляется теоретически. Учитель: На прошлом уроке мы познакомились с одним из основных понятий механики - импульсом тела. Что называется импульсом тела? Ученик: Произведение массы тела на скорость называется импульсом тела Учитель: Могут ли разные тела иметь одинаковые импульсы? Ученик: Разные тела могут иметь одинаковые импульсы. При этом, если масса одного тела меньше массы другого тела в несколько раз, то скорость этого тела должна быть во столько же раз больше скорости первого тела. Учитель: Что еще необходимо сказать о скоростях: тел с одинаковыми импульсами? Ученик: Скорости таких тел должны быть сонаправлены. Учитель: Почему? Ученик: Импульс тела - величина векторная, совпадающая по направлению со скоростью тела» Учитель: Какие же величины мы называем векторными? Ученик: Векторными величинами называют величины, которые имеют численное значение и направление в пространстве. Графически они изображаются стрелками в определенном масштабе. . Учитель: Скажите, почему было необходимо ввести в физику понятие импульса? Ученики: Затрудняются дать ответ на предложенный вопрос. Учитель: Вы не достаточно внимательно прочитали параграф учебника. Прочитайте еще раз и найдите в тексте то место, где дается обоснование введения этой величины. Ученик: (читает): "Импульс тела замечателен тем, что он изменяется под действием данной силы одинаково у всех тел, если время действия одинаково". Учитель: К сказанному необходимо добавить, что введя понятие импульса тела, мы получаем новую форму второго закона Ньютона. Новая форма используется при решении многих практических задач, в которых требуется определить конечный результат действия силы – удар молота, столкновение шаров, забивки свай. Кроме того, пользуясь обычной формулой второго закона Ньютона мы не можем решить задачу о движении тел переменной массы, например, ракеты. Есть другие случаи, например, при изучении движения электрона ваттами. Это заставляет нас найти такую форму второго закона Ньютона, в которой действие силы связывается непосредственно с начальными и конечными скоростями тел. Как же можно получить другую форму второго закона Ньютона? Ученик записывает на доске и поясняет свою запись  Учитель: Как называются наблюдаемые в опыте взаимодействия тел? Ученик: Абсолютно упругий центральный удар  Учитель: Какова роль механического удара в технике? Например, почему при ковке развиваются больше силы? Ученик: При ударе молота о подковку время взаимодействия очень мало. Изменение же импульса за это время велико вследствие большой массы и скорости молоте. Это приводит к тому, что на молот действует большая сила. В соответствии с третьим законом Ньютона, такая же большая сила действует и на подковку. В ходе беседы разбираются качественные задачи. 1. Как объяснить разрыв троса при буксировании автомобиля, если водитель резко трогает с места? 2. Каково назначение мягкой упаковки душ елочных игрушек? 3. Почему при аварии скоростного самолета летчику необходимо катапультироваться вместе с кабиной? (При резком изменении скорости возникает большой импульс силы, а, следовательно, и большая сила, действующая на летчика). Учитель: Итак, мы знаем, что при взаимодействии тел их импульсы изменяются. Рассмотрим один из случаев взаимодействия – «дорожное происшествие». Учитель демонстрирует опыт.  Учитель: Как изменились импульсы взаимодействующих тел? Ученик: Первоначальный импульс вагона был равен нулю, а после столкновения он увеличился. Импульс же автомобиля уменьшился. Учитель: Что же можно сказать о количественном соотношении между импульсами взаимодействующих тел? Может ли у вагона импульс стать больше, чем был у автомобиля до столкновения? Вот этого как раз быть не может! Мы не можем заранее оказать о величинах импульсов этих тел после их взаимодействия. Но совершенно точно можно сказать, что суммарный импульс этих тел не изменился. Этот вывод следует из фундаментального закона природы - закона сохранения импульса. Учитель записывает на доске тему урока.  Группы тел, движение которых рассматривается совместно и одновременно, в механике называют механической системой тел. Рассмотрим систему из двух тел массами m1 и m2 движущихся со скоростями v1 и v2. Так как скорость второго тела больше по модулю, чем первого и направлены они по одной прямой, то через некоторое время наступит взаимодействие. Я специально показываю силы, приложенные не к месту соприкосновения тел, а в центре тел, т.к. взаимодействие может происходить и на расстоянии (взаимодействие магнитов и электрических зарядов)» При выводе формулы закона сохранения импульса я задаю учащимся вопросы: . 1. Что можно сказать о силах F1 и F2? 2. Что можно сказать о времени действия этих сил на тела? 3. Чему равно произведение F1*Δt и F2*Δt? Учитель: Учитывая, что силы и время их действия на тела равны между собой, то можно приравнять правые части равенства. Продолжайте работать самостоятельно. В результате работы сравните импульсы взаимодействующих тел до столкновения и после него. Небольшая пауза, в течение которой учащиеся получают окончательное выражение закона сохранения импульса для двух взаимодействующих тел. Один из учеников работает у доски; Учитель: К какому же выводу вы пришли? Ученик: Геометрическая сумма импульсов тел после взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этих тел до взаимодействия. Учитель: Совершенно верно. А теперь обратите внимание на то, что в нашем примере взаимодействовали тела только друг с другом. Никакие другие тела не участвовали в этом взаимодействии. Как бы вы назвали силы F1 и F2, возникающие при этом взаимодействии тел внутри системы? Ученик: Эти силы можно назвать внутренними силами. Учитель: Верно. Силы, которые создаются телами, принадлежащими к данной системе, называются внутренними силами. Силы же, создаваемые телами, не принадлежащими к данной системе тел, называются внешними. Скажите, если действуют только внутренние силы, может ли измениться общий импульс системы? Ученик: Внутренние силы системы не могут изменить суммарный импульс системы, Учитель: Верно. Внутренние силы изменяют импульсы отдельных тел системы, но изменить импульс системы они не могут. Итак, мы показали сохранение общего импульса системы тел для случая, когда внешние силы не действуют на данную систему. Такая система называется замкнутой или изолированной. Кто даст полное определение изолированной системы? Ученик: Если на систему тел не действуют никакие внешние силы, то такая система называется замкнутой или изолированной Учитель: Как же теперь можно полностью сформулировать закон сохранения импульса с учетом введенного ограничения в виде понятия изолированной системы? Ученик: Сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел между собой. Учитель: Верно. Но все реальные системы, строго говоря, не являются замкнутыми. Тем не менее, во многих случаях закон сохранения импульса можно применять. В каких же случаях это допустимо? Иными словами, когда действие внешних сил на систему будет несущественно? Ученик: Если величины внешних сил малы по сравнению с внутренними. Учитель: Верно. Кто дополнит ответ? Ученик: Когда внешние силы компенсируют друг друга, Учитель: К сказанному надо добавить. Закон сохранения импульса можно применять еще в том случае, если начальные и конечные состояния системы отделены малым интервалом времени (взрыв гранаты, выстрел из орудия). За это время такие внешние силы, как силы тяжести и трения, заметно не изменят импульс системы. Скажите, система тел на Земле или вблизи поверхности Земли является ли замкнутой? Например, два шарика и тележка (рис.4). Ученик: Нет, т.к. на эти тела действует сила тяжести, которая является внешней силой. Учитель: Рассмотрим пример: два одинаковых шарика скатываются по желобу с одинаковой высоты и попадают в тележку. На дно тележки помещена магнитная ткань. Что можно сказать о горизонтальных и вертикальных проекциях их импульсов в момент падения? Ученик: Вертикальные проекции импульсов шариков будут равны, а горизонтальные - противоположны по знаку. Учитель: Будем рассматривать шарики и тележку как одну механическую систему. Как вы думаете, какая проекция импульса системы не будет изменяться при взаимодействии шарика с тележкой? Ученики затрудняются дать ответ, учитель демонстрирует видеоролик «Опыт с шарами», тележка сдвинулась при падении шарика.  Ученик: Сохранилась горизонтальная проекция импульса. На видео демонстрируется опыт с другим шариком, где отпускаются оба одновременно. После просмотра данного опыта учащимся предлагается сделать вывод. Ученик: Горизонтальные проекции импульсов шариков равны и противоположны по знаку, их сумма равна нулю. При падении в тележку сумма проекций импульсов на горизонтальное направление не изменяется. Учитель: Это происходит потому, что в горизонтальном направлении на тела не действует сила тяжести, а сила трения мала. Следовательно, по направлению, перпендикулярному действию внешних сил механическая система тел может считаться замкнутой и закон сохранения импульса применим к проекциям импульса на это направление. Демонстрируются следующие опыты. Взаимодействие легкоподвижных тележек: а) одинаковой и разной массы; б) при столкновении движущейся тележки о неподвижной; в) тележек, движущихся навстречу друг другу; г) упругое и неупругое столкновения. При проведении опытов учитель задает учащимся ряд вопросов. Учитель: Можно ли считать систему из двух тележек замкнутой в строгом смысле? Ученик: Нет, т.к. на тележки действуют внешние силы: тяжести, упругости, трения. Учитель: А можно ли к данной системе применить закон сохранения импульса? Ученик: Можно, потому что внешние силы компенсируют друг друга, если считать, что сила трения очень мала.  Учитель: Изменится ли суммарный импульс тележек после их взаимодействия? Ученик: Суммарный импульс не изменится, т.к. первая тележка остановилась, а вторая получила скорость. Аналогично обсуждаются последующие опыты. Учитель: Суммарный импульс изолированной системы обладает замечательным свойством оставаться постоянным не только при механических взаимодействиях, но и при любых других процессах (взрыв, химическая реакция, ядерное превращение). Этот закон принадлежит к числу наиболее фундаментальных законов природы, лежащих в основе не только механики, но и всей современной физики. При закреплении темы предлагаю учащимся посмотреть несколько видеороликов с опытами взаимодействия тел и объяснить их, применяя закон сохранения импульсов.  Рис. Выстрел из пушки  Рис. Стрельба из баллистического пистолета Домашнее задание. §40-41, прочитать текст, выучить вывод закона для взаимодействия двух тел, знать его формулировку; привести примеры учета закона на практике. Выполнить упражнение 8(1-4) |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 
