Застосування законів динаміки: Плани-конспекти урокiв з фізики

2. ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНІВ ДИНАМІКИ (12 годин)

УРОК 1/39. РУХТІЛУГОРИЗОНТАЛЬНОМУ І ВЕРТИКАЛЬНОМУНАПРЯМАХ

Метауроку:  познайомитиучнівзалгоритмомрозв'язуваннязад» нарухтілугоризонтальномуівертикальномунапрямах

Типуроку:  уроквивченняновогоматеріалу.

Планвикладуновогоматеріалу:1. Алгоритмрозв'язуваннязадачіздинаміки.;

2.  Прикладирозв'язуваннязадач.

Перед початком вивчення нової теми необхідно проаналізувати резулн тати тематичного оцінювання з теми «Закони динаміки». Для цього можна скористатися методичними рекомендаціями, поданими до уроку № 17/17 (с. 87).

Виклад нового матеріалу

У попередньому розділі програми («Закони динаміки») було розглянуто всі принципові питання динаміки: вивчено три закони Ньютону введено основні поняття (маса, сила), з'ясовано особливості сил природи, що виявляють себе в механіці, показано розв'язання основні задачі механіки.

У цьому розділі («Застосування законів динаміки») ставиться не менш важливе завдання — навчити школярів застосовувати на практиці всі q знання. Цей розділ дозволяє також на новому, більш високому рівні пщ вторити й основні розділи кінематики та динаміки. Цьому значною мірою сприяє те, що часткові задачі динаміки в даному розділі класифікуються не за видами рухів, а за видами сил, що діють на тіла.

1. Алгоритм розв'язування задач із динаміки. Якщо в задачі потрібні розглянути рух тіла під дією кількох сил, рекомендується діяти в такому порядку.

1.  Запишіть коротко умову задачі й подайте всі числові дані в системі СІ.

2.  Зробіть креслення, показавши на ньому всі сили, що діють на тіло і напрям прискорення. Щодо кожної сили, яка діє на дане тіло, визначте

а)     з боку якого тіла діє ця сила;

б)     якою є фізична природа цієї сили (тяжіння, пружність чи тертя

3.  Запишіть другий закон Ньютона у векторному вигляді.

4.  Запишіть додаткові рівняння (наприклад, формули для сил або рівняння кінематики).

5.  Виберіть зручну систему координат і запишіть рівняння другого закону Ньютона в проекціях на осі координат.

6.  Розв'яжіть одержану систему рівнянь у загальному вигляді.

7.  Проаналізуйте одержаний результат (перевірте одиниці виміру розгляньте часткові або граничні випадки).

8.  Знайдіть числові значення шуканих величин. Оцініть правдоподібність одержаних результатів.

9.  Запишіть відповідь у загальному вигляді (у вигляді формули), а також числові значення шуканих величин із зазначенням їх одиниць виміру.

10. Якщо розглядається рух системи тіл, пункти 3 і 5 необхідно виконати для кожного з тіл, а в пункті 4 слід урахувати кінематичні зв'язки.

2. Приклади розв'язування задач. По гладкому столу за допомогою горизонтального шнура тягнуть брусок, прикладаючи до шнура силу F. Маса бруска , маса шнура . Знайдіть силу , з якою шнур діє на брусок. Доведіть, що якщо масою шнура можна знехтувати, то ця сила дорівнює .

Розв'язання.

1.  На рисунку показано сили, що діють на брусок і шнур. Запишемо для кожного з цих тіл другий закон Ньютона у векторному вигляді:

,

.

2.  Запишемо другий закон Ньютона в проекції на вісь :

, .

3.  Згідно з третім законом Ньютона .

4.  Підставивши  в систему рівнянь (див. пункт 2), знаходимо .

5.  Перевіряємо й аналізуємо одержану відповідь:  .

Якщо , дійсно одержуємо .

Відповідь: .

Задачі, розв'язувані на уроці

1.   Сталевий магніт масою = 100 г «прилип» до вертикальної сталевої плити, притягуючись до неї з силою = 10 Н. Яку напрямлену вниз силу потрібно прикласти до магніта, щоб він ковзав по плиті? Коефіцієнт тертя дорівнює  = 0,3 . (36: № 16.28).

Розв'язання. На рисунку показано сили, що діють на магніт. Магніт ковзає по плиті, якщо. Сила тертя ковзання , звідки .

Відповідь: не менш ніж 2 Н.

2.  З яким прискоренням підіймальний кран підіймав бетонну плиту масою 500 кг, якщо її вага при цьому дорівнювала 6 кН? (Відповідь 2,2 м/с².)

3.  Тіло масою 2 кг тягнуть по рівній горизонтальній поверхні за допомогою пружини, що розтяглася під час руху на 1 см. Жорсткість пружини 100 Н/м. Визначте прискорення, з яким рухається тіло. (Відповідь: 0,5 м/с².)

Домашнє завдання

Основне:

1.  К: § 28 (стор. 91—97).

2.  Г: § 15 (15.1).

3.  1)   Під час рівномірного підіймання на дротині тягаря масою 15 кг дріт видовжився на 3 мм. Якою є жорсткість цієї дротини? Яким буде видовження дротини, якщо тягар підіймати з прискоренням 4,9 м/с²? Опускати з прискоренням 4,9 м/с²? (36: 15.18Н

2)  Автобус масою 10 т, рушаючи з місця, розвиває силу тяги 9 кН. Через який час він розженеться до швидкості 50 км/год, якщо коефіцієнт опору рухові дорівнює 0,06? (36: № 16.25) 

3)  Яку масу повинний мати тепловоз, щоб забезпечити рівномірний рух горизонтальним шляхом поїзда масою 3000 т?

Коефіцієнт тертя спокою коліс об рейки дорівнює 0,2, а коефі­цієнт опору рухові дорівнює 0,008. (36: № 16.26)

4) Електровоз, який розвиває максимальне тягове зусилля 350 кН, може надати залізничному составу на горизонтальній ділянці дороги прискорення, що не перевищує 0,15 м/с². Якою є маса состава, якщо коефіцієнт опору рухові дорівнює 0,004? (36: № 16.27)

4. Д: підготуватися до самостійної роботи №21.

Додаткове:

1.  Ф-9: § 37, 38.

2.  36: № 15.32, 16.36.

Самостійна робота № 21 «Рух тіл у горизонтальному і вертикальному напрямах»

Початковий рівень

1.  За якого співвідношення сил, що діють на автомобіль, він буде рухатися горизонтальною ділянкою дороги, з урахуванням сил опору рухові, рівноприскорено? Розв'язання супроводьте малюнком.

2.  За якого співвідношення сил, що діють на бульбашку повітря, яка підіймається з дна водойми, рух бульбашки стає рівномірним? Розв'язання супроводьте рисунком.

Середній рівень

1.  У шахту почали опускати цебер масою 0,5 т з початковою швидкістю, яка дорівнювала нулю. За 0,2 хв він пройшов 35 м. Знайдіть силу натягу каната, до якого підвішено цебер. (Відповідь: 4,65 кН.)

2.  Лижник масою 60 кг, який має наприкінці спуску швидкість 10 м/с, зупиняється на горизонтальній ділянці після закінчення спуску за 40 с. Визначте величину сили опору. (Відповідь: 15 Н.)

Достатній рівень

1.  3 висоти 25 м предмет падав протягом 2,5 с. Яку частину від сили тяжіння складає середня сила опору повітря? (Відповідь: 0,2.)

2.  Мотоцикліст рушає з місця і під дією сили тяги у 214 Н розганяється. На горизонтальній ділянці шляху довжиною 250 м. Коефіцієнт опору рухові 0,04. Скільки часу триває розгін? Яка швидкість досягається? Маса мотоцикла з мотоциклістом — 180 кг. (Відповідь: 25 с, 14 м/с.)

Високий рівень

1.  Ящик масою 10 кг пересувають по підлозі, прикладаючи до нього певну силу під кутом 30° до горизонту. Протягом 5 с швидкість ящика зросла з 2 м/с до 4 м/с. Коефіцієнт тертя ковзання між ящиком і підлогою дорівнює 0,15. Визначте цю силу. Під яким кутом до горизонту має бути прикладена сила, щоб вона була мінімальною? (Відповідь: 13,7 Н; 45°.)

2.  До стелі ліфта, що рухається, на нитці підвішено гирю масою 1 кг. До цієї гирі прив'язано іншу нитку, на якій підвішено гирю масою 2 кг. Знайдіть силу натягу Т верхньої нитки, якщо сила натягу нитки між гирями дорівнює = 9,8 Н. (Відповідь: 14,7 Н.)