Методика изучения основных понятий и законов кинематики (Сила, Второй и Третий законы Ньютона)

10. Методика изучения основных понятий и законов кинематики (Сила, Второй и Третий законы Ньютона).

При изучении второго закона ньютона можно воспользоваться экспериментом (существует много вариантов) наиболее приемлемым для учащихся. Опыт проводим в следующей последовательности: 1. Находим зависимость ускорения от силы, когда масса постоянна – ускорение прямо пропорционально силе. 2. Зависимость ускорения от массы при постоянной силе – ускорение прямо пропорционально силе, но обратно пропорционально массе.

Во втором закон Ньютона идет речь о равнодействующей силе. При изучении третьего закона Ньютона можно использовать различные методические подходы. Известно, что тела в результате взаимодействия приобретают ускорения. Отношение ускорений равно обратному отношению масс.

Два тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположно направлены.

К этому же уравнению можно прийти и на основе эксперимента. Опыты: на основе двух динамометров.

При изучении третьего закона Ньютона необходимо выяснить особенности сил о которых идет речь в нем: 1) так как силы приложены к различным телам, нельзя говорить о их равнодействующей; 2) силы, о которых идет речь в третьем законе Ньютона, имеют одинаковую природу.

Часто приходится решать задачи когда в условии дается система связанных тел. Рассмотрим случай, когда тела движутся равномерно без трения. Если при этом даны массы обеих тел и необходимо найти ускорения тел и силу натяжения нити, то система уравнений  будет решаться в том случае, если нить считается нерастяжимой и невесомой. Не растяжимость нити позволяет считать ускорение одинаковым. Невесомость нити позволяет считать силы равными.

11. Анализ и методика изучения законов сохранения в механике (закон сохранения импульса и энергии).

Изучение в школе законов сохранения (ЗС) имеет большое познавательное и мировоззренческое значение. ЗС принадлежат к наиболее общим законам природы. В отличии, например, от закона Паскаля, который справедлив лишь для жидкостей и газов и других законов, имеющих ограниченную область применения. ЗС энергии и импульса выполняется во всех физических процессах.

При изучении темы Законы сохранения в механике вводятся понятия, определяющие область применимости ЗС импульса и энергии.

Замкнутая система. Физическая система считается замкнутой, если внешние силы не действуют на эту систему.

Однако, поскольку действие, например, гравитационных сил простирается до бесконечности, то очевидно понятие замкнутая система является абстракцией. Это можно пояснить следующими примерами: система тел спутник, движется вокруг Земли, электрон движется вокруг протона в атоме. В ряде случаев, когда внешней силой можно пренебречь, систему можно считать замкнутой. В замкнутой системе действуют силы, которые называются внутренними.

Консервативные силы – это силы работа которых не зависит от длины пути, а зависит только от положения начальной и конечной точек пути. К консервативным силам можно отнести нуклоновские силы, силу тяжести, силу упругости.

Система тел, в которой действует консервативная сила называется консервативной. Необходимо отметить, что если для применимости закона сохранения импульса достаточно, чтобы система тел была замкнутой, то доя применимости закона сохранения энергии, необходимо еще чтобы внутренние силы, действующие в замкнутой системе были консервативными.

Импульс силы. Импульс тела.

 Согласно второму закону Ньютона , откуда  (1). Из последнего выражения видно, что изменение скорости одного и того же тела зависит не только от силы, приложенной к телу, но и он времени ее действия. Это может наблюдаться на ряде опытов. При быстром выдергивании листочка бумаги из под стакана с водой, стакан остается на прежнем месте. Если привязать груз на нить и резко дернуть нижнюю нить, оторвется нижняя нить. Если в перечисленных опытах время действия силы увеличить, то даже при существенно меньших действиях силы стакан и груз получат заметные скорости. Таким образом учащиеся подводятся к понятию импульса силы – векторная величина, которая равна произведению силы на время ее действия. Из (1) следует  (2), из (2) следует, что существует величина, одинаково изменяющаяся у тел разной массы, если импульс действующих сил одинаков. Эту физическую величину назвали импульсом или количеством движения. .

Затем переходят к закону сохранения импульса  . Необходимо отметить, что при выводе формулы ЗС импульса учащимся надо объяснить, что в течение времени взаимодействия (столкновении) тел модули сил с которыми тела взаимодействуют, изменяются, оставаясь все время одинаковыми.

Полученный теоретический вывод иллюстрируется на опытах упругого и неупругого столкновения тел.

Интересен вывод ЗС импульса, основанный на серии опытов, подводящих учащихся к нему: а) при скатывании шара с наклонного желоба импульс приобретаемый в конечной точке прямо пропорционален скорости полета. ; б) при упругом соударении шара с таким же шаром, находящимся на горизонтальной лотке, происходит обмен импульсами (удар центральный); в) при упругом не центральном ударе направление разлета шаров оказывается различным. Измерив расстояния и произведя векторные сложения перемещений, получим ЗС импульса в векторной форме: . Закон сохранения энергии. На первой ступени обучения физики учащиеся получили представления об энергии. Если тело способно совершать работу, то оно обладает энергией. В 9 классе это представление необходимо развить. Энергия – это физическая величина, которая зависит от состояния тела (системы тел), ее перехода из одного состояния в другое определяют величиной совершенной работы. Наиболее простым видом механической энергии является кинетическая энергия, так как во всех случаях она определяется mV²/2 и не зависит от того взаимодействует это тело с другими телами или нет. Потенциальная энергия же энергия относящаяся к системе взаимодействующих тел, ее рассчитывают в зависимости от вида сил, обуславливающих существование этого взаимодействия. Целесообразно начать формирование понятия энергии в механике с рассмотрения кинетической энергии.

Кинетическая энергия. Используя определения работы и второй ЗН получим:  - теорема о кинетической энергии. Заметим, что если работа больше ноля, то энергия возрастает в противном случае убывает. Энергия, как и работы, является величиной относительной.

Потенциальная энергия. При изучении этого вида механической энергии важно, чтобы школьники усвоили, что потенциальная энергия в механике – это энергия взаимодействия по крайне мере двух тел; понятие потенциальной энергии относится к системе тел, а не к одному телу. Это основная задача, которую решает учитель при формировании этого понятия. Вторая задача расширить представление о потенциальной энергии, полученное учащимся на первой ступени. Необходимо подчеркнуть, что потенциальной энергией обладает не только тело поднятое над Землей, но и упруго деформирующаяся пружина или другое деформирующееся тело. Дать понятие и характеристику потенциальной энергии. Третья задача, показать что нулевой уровень состояния системы произволен, так как разность энергий инвариантно, относительно этого выбора, хотя потенциальная энергия и зависит от выбора этого уровня.

При выводе формулы, связывающей изменение потенциальной энергии с работой сил, одно из тел системы принимается за неподвижное. Поэтому потенциальную энергию двух тел учащиеся привыкают рассматривать как энергию одного тела. Это осложняет процесс формирования понятия об этом виде энергии. Чтобы избежать осложнений, правильнее будет раскрывать следующее положение: изменение потенциальной энергии двух тел, взаимодействующих с силами, зависящими только от расстояния между ними, равно работе, взятой с противоположным знаком. Существует несколько способов вывода ЗС энергии. Рассмотрим некоторые из них: 1. В учебнике физика 9 Никонин предлагается следующий методический подход: Рассматривается замкнутая система тел, в которой действуют только консервативные силы. Опираясь на теорему о кинетической энергии записываем, что A (например, при падении тела с высоты h₁ на высоту h₂) ,  - механическая энергия.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой только консервативными силами, остается постоянной. 2. Выражение полученное для измерения полной механической энергии под действием внешних сил и внутренних консервативных сил. В этом случае получим выражение . Анализируя выражение приходим к выводу, что сумма кинетической и потенциальной энергии их взаимодействия остается постоянной, если выполнятся условия: 1) работа внешних сил равна нулю; 2) работа внутренних сил равна нулю и работа внешних сил равна нулю. Первое условие выполняется для замкнутой системы, второе требует, чтобы в рассматриваемой системе тел не действовали неконсервативные силы, то есть силы от относительных скоростей взаимодействующих тел, силы трения и т.д. При таком подходе определяется область применимости ЗС механической энергии.

Похожие работы

Государственные и муниципальные финансы

Скачать

407279

22

5

... , единые процедуры бюджетного процесса; Стимулирования - осуществление деятельности, направленной на реализацию целей; Контроля. Можно выделить некоторые принципы организации государственных и муниципальных финансов: - единство законодательной и нормативной базы; - открытость и прозрачность; - разграничения полномочий и предметов ведения; - целевой ориентированности: - научного подхода; ...

Шпаргалки по учету, анализу и аудиту в РБ

Скачать

535429

4

4

... снижается, и наоборот. Влияние этого фактора определяют сравнением уровней издержек обращения до и после приема или передачи магазинов, филиалов и т.д.ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА по специальности Э.01.07 І Бухгалтерский учет, анализ и аудитІ на 2002-2003 учебный год. Финансовый учет Сущность и принципы финансового учета. Сравнительная характеристика финансового и ...