Закони збереження. Закони збереження в механіці: Плани-конспекти урокiв з фізики

УРОК 1/56. ІМПУЛЬС. ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ІМПУЛЬСУ

Мета уроку: познайомити учнів із поняттями «імпульс тіла» та «імпульс сили»; дати уявлення про сутність закону збереження ім­пульсу.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Демонстрації:   1. Взаємодія двох куль, двох візків.

2. Демонстрація збереження імпульсу під час взаємодії тіл.

План викладу нового матеріалу:1. Передача руху від одного тіла до іншого під час їх взаємодії.

2.  Імпульс тіла та імпульс сили.

3.  Закон збереження імпульсу.

Виклад нового матеріалу

1.     Передача руху від одного тіла до іншого під час їх взаємодії.

На початку викладу нового матеріалу слід нагадати учням, що єдиний результат дії сили — надання тілу прискорення (тобто зміна швидкості руху тіла) — відбувається не миттєво, а лише за певний інтервал часу, протягом якого на тіло діє сила.₄ Величина зміни швидкості тіла зале­жить як від величини сили, так і від інтервалу часу, протягом якого вона діє. У багатьох випадках у процесі розв'язування основної задачі механіки визначення модуля сил, що діють на тіло, становить значні математичні труднощі. Багато задач неможливо розв'язати, безпосеред­ньо застосовуючи закони Ньютона. Наприклад, у випадках, коли невідо­мими є сили взаємодії між тілами,— у моменти зіткнень або під час руху по криволінійних траєкторіях.

2.     Імпульс тіла та імпульс сили. Нехай дві кулі масами і  рухаються зі швидкостями  і . У певний момент часу вони починають взаємодію, що триває At. При цьому механічний рух передається від однієї кулі до другої. У результаті взаємодії швидкості куль стають однаковими  і .

Згідно з третім законом Ньютона . Але , а Отже,

Прискорення, отримані кулями під час взаємодії, дорівнюватимуть:

,

Підставляючи значення прискорення в попередню рівність; дістанемо:

або

Звідки

З останньої рівності видно, що зміна швидкості тіл, які взаємодіють, буде різною, але зміна величини добутку буде однаковою в обох тіл.

Величина одержала назву імпульсу тіла. Вона є мірою механіч­ного руху. Під час взаємодії відбувається передача імпульсу від одного тіла до іншого.

Імпульс тіла — векторна величина, напрям вектора імпульсу збігаєть­ся з напрямом вектора швидкості.

Одиницею виміру імпульсу в СІ є = кг∙м/с.

Якщо на тіло діє сила, швидкість тіла змінюється. Отже, змінюєть­ся й імпульс тіла . Зміна імпульсу . Оскільки , одержуємо . Оскільки , можна записати:

Добуток сили  на час  дії Д£  називається імпульсом сили.

Одиниця виміру імпульсу сили в СІ —  Н∙с. Оскільки  одиниця виміру імпульсу сили збігається з одиницею виміру імпуль­су тіла.

Останнє рівняння показує, що якщо імпульс тіла змінюється за дуже короткий інтервал часу, то при цьому виникають великі сили (удар, поштовх, зіткнення).

Якщо ж потрібно уникнути занадто великих сил, збільшують час дії сили.

3. Закон збереження імпульсу. Якщо переписати рівність  вигляді: , то стане зрозу­мілим, що сума імпульсів двох тіл після взаємодії дорівнює сумі імпульсів

цих тіл до взаємодії.

Цей висновок можна узагальнити і для випадку взаємодії кількох тіл — важливо лише, щоб система цих тіл була замкнутою, тобто щоб тіла взаємодіяли тільки, одне з одним і не взаємодіяли з іншими тілами.

Отже, формулюємо закон збереження імпульсу: векторна сума імпульсів тіл, що складають замкнуту систему, залишається ста­лою за будь-яких взаємодій тіл одне з одним:

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1.  Яка величина зберігається під час взаємодії двох тіл?

2.  За якої умови імпульс тіла не змінюється?

3.  Як змінюється імпульс тіла, коли на нього діє сила?

4.  Чому під час удару виникають великі сили?

Задачі, розв'язувані на уроці

1.  Яке з тіл має, більший імпульс: автобус масою 8 т, що рухається зі швидкістю 18 км/год, чи снаряд масою 6 кг, що летить зі швидкістю 500 м/с? (36: № 23.1. Відповідь: автобус.)

2.  Сталева куля рухається зі швидкістю 2 м/с, а алюмінієва куля такого самого радіуса — зі швидкістю 6 м/с. Яка з куль має більший імпульс? (36: № 23.3. Відповідь: алюмінієва куля)

3.  Координата тіла змінюється за законом , а імпульс — за законом . Знайдіть масу тіла і силу, що діє на нього. (36: № 23.6. Відповідь:  = 4 кг; = -2Н.)

До конспекту учня

Імпульсом тіла Називається добуток маси тіла на його швидкість: .

Імпульсом сили називається добуток сили на час її дії .

Зміна імпульсу тіла дорівнює імпульсу сили, що діє на тіло: (інша форма запису другого закона Ньютона).

Закон збереження імпульсу: векторна сума імпульсів тіл, що склада­ють замкнуту систему, залишається сталою за будь-яких взаємодій тіл одне з одним.

Домашнє завдання

Основне:

1.  К: § 38, 39, 40, 41.

2.  Г: § 19(19.1, 19.2, 19.3).

3.  1)   3 висоти 80 м без початкової швидкості відпустили чавунне ядро масою 20 кг. На якій висоті його імпульс дорівнюватиме 400 кг∙м/с ? (36: № 23.4)

2)  На тіло масою 2 кг, початкова швидкість руху якого  = -2  м/с, діє в додатному напрямі осі Ох стала сила 6 Н. Запишіть закон зміни швидкості й імпульсу тіла. (36: № 23.5)

3)  Хлопчик, стоячи на роликових ковзанах, відбив м'яч, який летів горизонтально, так, що напрям руху м'яча змінився на протилежний. При цьому хлопчик набрав швидкість 0,2 м/с, а швидкість м'яча за модулем не змінилася. Яку швидкість набрав би хлопчик, якби швидкість м'яча після удару подвоїлася? (36: № 23.11)

4)  Порожня залізнична платформа, що рухалася зі швидкістю 1 м/с, після зіткнення з навантаженою платформою почала рухатися у зворотному напрямі зі швидкістю 0,6 м/с. Навантажена платформа набрала в результаті удару швидкість 0,4 м/с. З якою швидкістю рухалися б платформи, якби під час удару спрацювало автозчеплення? (36: № 23.12)

Додаткове:

1. Ф-9: § 46, 47.

2. 36: № 23.13, 23.20.

21-й навчальний тиждень

УРОК 2/57. РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ НА ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ІМПУЛЬСУ

Мета уроку: розширити уявлення учнів про сферу використання закону збереження імпульсу; навчити їх застосовувати свої знання для розв'язування конкретних задач.

Тип уроку: урок закріплення знань.

Задачі, розв'язувані на уроці

Глибокому засвоєнню теоретичного матеріалу про закон збереження імпульсу сприяють правильно організовані заняття з розв'язування за­дач. Залежно від рівня підготовленості класу вчитель має дібрати такі задачі, які повною мірою відповідають пізнавальним запитам учнів.

Якісні задачі

1.  Чи на однакову відстань можна кинути камінь уперед: а) стоячи на землі; б) стоячи на ковзанах на льоду?

2.  Метеорит згоряє в атмосфері, не досягаючи поверхні Землі. Що відбувається при цьому з його імпульсом?

3.  Чому людина може бігти по дуже тонкій кризі, але не може стояти на ній, не провалюючись?

4.  Чи може людина, яка стоїть на ідеально рівному горизонтальному льодовому майданчику, зрушити з місця, не впираючись гострими предметами в лід?