Законы сохранения при упругом и неупругом взаимодействиях
План-конспект урока физики. 10-й класс
Использование компьютерных технологий на уроках физики становится не только возможным, но и необходимым элементом школьной программы. Это позволяет повысить заинтересованность в изучении предмета, сделать урок более наглядным. Возрастает число обучающих программ как на дисках, так и на сайтах интернета. Но для экономии рабочего времени требуются разработки конкретных уроков, которые можно проводить и в компьютерном классе с самостоятельной работой учащихся на компьютере, и в кабинете физики с использованием презентаций. В предлагаемой разработке используются программы «Упругие и неупругие соударения» из пакета учебных программ (ПУП) «Открытая физика» фирмы «Физикон»
Проведение подобного урока во многом было спраовоцировано желанием практически опровергнуть возможность возникновения ситуации предложенной в качестве условия олимпиадной задачи по физике для учеников районной олимпиады 10 класса в 2010 -2011 учебном году.
Частица массы 2m налетает на неподвижную частицу массы m. После столкновения частицы разлетаются симметрично под углом 45 градусов к направлению начальной скорости. Во сколько раз возросла суммарная кинетическая энергия после столкновения?
Цели и задачи урока: познакомить учащихся с понятием упругий и неупругий удары; на конкретных примерах рассмотреть, как выполняются законы сохранения энергии и импульса в применении к упругим и неупругим взаимодействиям. Ввести понятие компьютерная модель; закрепить полученные знания в ходе компьютерного моделирования физического эксперимента, приближенного к реальному.
Ход урока
1. Формулируется цель и задачи урока. С целью повторения материала проводится фронтальная беседа: какие силы называются консервативными? дайте определение полной механической энергии тела; энергия – величина векторная или скалярная? как записывается выражение для изменения механической энергии при наличии неконсервативных сил? какая система тел называется замкнутой? сформулируйте закон сохранения энергии; дайте определение импульса тела; импульс – величина векторная или скалярная? чему равен импульс системы тел? сформулируйте закон сохранения импульса
2. Вводится понятие абсолютно упругого удара – столкновения тел, в результате которого их внутренние энергии остаются неизменными. При абсолютно упругом ударе сохраняется не только импульс, но и механическая энергия системы тел. Примеры: столкновение бильярдных шаров, атомных ядер и элементарных частиц. Даётся пояснение упругого центрального и нецентрального ударов. На доске выполняется рисунок:
[pic]
В результате центрального упругого удара двух шаров одинаковой массы, они обмениваются скоростями: первый шар останавливается, второй приходит в движение со скоростью, равной скорости первого шара.
3. Вводится понятие абсолютно неупругого удара: так называется столкновение двух тел, в результате которого они соединяются вместе и движутся дальше как одно целое. При неупругом ударе часть механической энергии взаимодействующих тел переходит во внутреннюю, импульс системы тел сохраняется. Примеры неупругого взаимодействия: столкновение слипающихся пластилиновых шаров, автосцепка вагонов и т.д. Обсуждается вопрос: можно ли поймать рукой летящую пулю и положить её в карман? Важен не только правильный ответ, но и пояснения к ответу. На доске выполняется рисунок:
[pic]
После неупругого соударения два шара движутся как одно целое со скоростью, меньшей скорости первого шара до соударения.
После пояснения основного материала проводится демонстрационный эксперимент с одинаковыми стальными и пластилиновыми шарами, подвешенными на тонких нитях. Левый шар отводится в сторону и отпускается. После столкновения приходит в движение крайний правый шар, который отклоняется на такой же угол. Пластилиновые шары после соударения движутся как одно целое.
4. Совместно с учителем проводится работа с рабочим листом 1. Делаются необходимые пояснения: направление движения левой тележки совпадает с направлением оси X, при движении тележек не учитываются силы трения; в окне указаны только начальные параметры движения тележек, окна с указанием параметров тележек после взаимодействия на рисунке нет. Учащиеся вместе с учителем выполняют необходимые расчёты: энергия и проекция импульса каждой тележки до и после соударения, полная механическая энергия и импульс системы тел до и после соударения. Все расчёты проводятся для двух типов соударений: упругого и неупругого. Отмечается, что при упругом взаимодействии сохраняется полная механическая энергия и импульс системы тел, а при неупругом – только импульс системы тел, а полная механическая энергия уменьшается. Обсуждается вопрос, за счёт чего происходит изменение механической энергии. После заполнения рабочего листа 1, учащиеся занимают свои рабочие места за компьютерами.
[pic]
5. Самостоятельная работа за компьютером. Учащиеся запускают пакет прикладных программ «Открытая физика», в перечне компьютерных моделей выбирают модель, соответствующую теме урока. Учитель поясняет функции кнопок в рабочем окне программы, затем предлагает в течение нескольких минут понаблюдать за компьютерным экспериментом (режим упругого взаимодействия). Обращает внимание на то, как меняются значения проекции скорости, энергии проекции импульса в результате взаимодействия тележек, а также на то, что эти данные отображаются в рабочем окне программы, следовательно, их можно не рассчитывать в каждом конкретном случае.
После этого учащиеся выполняют самостоятельную работу на рабочем листе 2: устанавливают в рабочем окне программы параметры системы тележек (массу и начальную скорость каждой) по своему усмотрению и проводят компьютерный эксперимент либо в пошаговом, либо в непрерывном режиме. Сначала устанавливают режим упругого взаимодействия В рабочий лист 2 записывают полную механическую энергию системы и импульс до взаимодействия тележек и после, формулируют вывод. Затем нажимают «Сброс», устанавливают режим неупругого взаимодействия и повторяют всю работу. Рабочие листы 2 сдают учителю на проверку. В оставшееся время учащиеся либо просматривают видеозапись эксперимента, имеющегося в ПУП, либо решают задачу, предлагаемую программой с дальнейшей реализацией параметров и находят ответ к задаче в компьютерном эксперименте.
[pic]
