Урок № 20

Тема урока: Свободное падение тел.

Цели урока: Сформировать понятие о свободном падении. Путем исследования сделать вывод, что при свободном падении скорость тела не зависит от его массы.

Тип урока: комбинированный.

Задачи:

Образовательные задачи:

• вести понятие свободного падения тел и ускорение свободного падения;

• распространить применение уравнения равноускоренного движения на свободное падение;

• познакомить учащихся с сутью экспериментального метода познания;

Воспитательные задачи:

• активизировать деятельность учащихся на уроке.

• формировать умения применять уравнения равноускоренного движения для случая свободного падения при решении задач.

Оборудование:

• листы бумаги;

• картонный и металлический диски;

• портрет Аристотеля и Галилея.

Методы: Фронтальный опрос, рассказ-беседа, экспериментальное задание по группам, решение задач.

Формируемые умения: Наблюдать, сравнивать, анализировать, обобщать.

План урока:

1. Организационный момент - 3 мин.

2. Актуализация знаний: опрос - 7 мин.

3. Изучение нового материала - 25 мин.

4. Закрепление, отработка умений - 5 мин.

5. Подведение итогов урока - 3 мин.

6. Задание на дом - 2 мин.

Ход урока

I. Актуализация знаний.

Мы продолжаем с вами изучение равноускоренного движения. Темой сегодняшнего урока является частный случай равноускоренного движения – свободное падение.

Целью урока является изучение свободного падения.

Основные задачи, которые мы должны с вами решить:

1. Дать определение, что такое свободное падение.

2. Ответить на вопрос, который у нас стоит как эпиграф сегодняшнего урока. “Быстрее ли падает то, что тяжелее?”

З. Мы должны с вами доказать, что свободное падение является именно равноускоренным движением.

4. Записать формулы движения для случая свободного падения.

5. И на базе этих полученных формул рассмотреть решение задач на свободное падение тел.

Прежде чем перейти к рассмотрению новой темы, давайте вспомним то, что вам уже известно о равноускоренном движении. Пока один из вас запишет на доске формулы, описывающие равноускоренное движение, остальные ответят на мои вопросы. Записать формулы, описывающие равноускоренное движение (вызываю 1ученика).

Сначала вспомним определения:

1. Что такое равноускоренное движение.

2. Как называется величина равная изменению скорости в единицу времени.

3. В чем измеряется ускорение.

4. Ускорение равно 10 м/с², что это означает…

Подумаем над таким вопросом. 5. Тело прошло за первую секунду - 2 метра, за вторую - 4 метра, за третью секунду - б метров. Можно ли сказать, что данное движение равноускоренное. Почему? Нет, т.к. не выполняется первая закономерность равноускоренного движения без начальной скорости (модули векторов перемещений, совершаемых телом за последовательные равные промежутки времени, относятся как ряд последовательных нечётных чисел S1:S2:S3 = 1:3:5).

6. К концу первой секунды скорость тела была 2 м/с, к концу второй 4 м/с к концу третьей б м/с. Можно ли утверждать, что такое движение равноускоренное.

Да, т. к. скорость за одинаковые промежутки времени меняется одинаково на 2 м/с.

Проверили формулы на доске.

II. Изучение нового материала.

Ну а теперь приступим непосредственно к изучению нового материала.

Определение: Свободное падение - движение тел под действием силы тяжести.

Первое учение о падении тел принадлежит Аритотелю. Он считал, что тяжёлый камень падает быстрее сухого листа, т.е. полагал, что скорость падения тела пропорциональна его массе. Почти 2000 лет его учение вызывало благоговение и восторг, в том числе и это утверждение. Но в конце ХVI в. он о было опровергнуто великим итальянским физиком имя, которого вы мне сейчас назовете, ответив на стихотворный вопрос.

Быстрей ли то падает, что тяжелей?

И это проверить решил – Галилей.

Галилео Галилей установил закономерности свободного падения экспериментально, на основе проведённых опытов. Аристотель же пренебрегал экспериментом, считая физический труд уделом рабов. Главная научная заслуга Галилея заключается в том, что он первым не просто применил опыт, а ввёл экспериментальный метод познания. А как вы относитесь к опытам? Положительно!? Тогда и мы поспорим с Аристотелем.

Фронтальный эксперимент.

1. Возьмите два одинаковых листа бумаги. Что вы можете сказать о их массе? (Одинакова). Один скомкайте, другой оставьте в расправленном виде. Поднимите оба тела на одинаковую высоту и отпустите. Что наблюдаете? (скомканный лист достигает парты раньше, следовательно, время падения при одинаковой массе зависит от формы тела). А как вы думаете, почему скомканный лист упал быстрее? Ведь сила тяжести, дейтсвующая и на первый лист и на второй одинакова. (Разная сила сопротивления воздуха)

2. Повторите опыт с двумя одинаковыми по форме телами: скомканным листом бумаги и кусочком ваты. Что вы можете сказать о их массе? Что наблюдаете? (Оба тела достигают парты практически одновременно, следовательно, у тел одной и той же формы, но разной массы, время падения практически одинаково).

3. Перед вами два диска пластмассовый и металлический.

1 опыт: Поднимите оба диска на одинаковою высоту от стола и отпустить их. Что наблюдаете? Посмотрите, какой из дисков упал первым? (Значит, у тел одинаковой формы,, но разной массы время падения разное?)

2 опыт: Положите пластмассовый диск на металлический, и подняв их на высоту тоже отпустите. Одновременно ли упали эти диски или нет. Сделайте вывод, влияет ли масса тела на скорость движения. (Нет). А что влияет в сравнении с первым опытом? (Сила сопротивления воздуха). Во втором опыте, положив пластмассовый диск сверху металлического, мы приближаем условия падения дисков к тем, которые были бы в безвоздушном пространстве.

Многие наблюдают падение тел, но не задают себе вопросов «как»? «почему»?, не выделяют что главное в этом явлении, а что второстепенное.

Что же счёл второстепенным Галилей? Сопротивление воздуха. Если бы воздуха не было, то все падающие тела достигала бы поверхности земли одновременно: «В пустоте лёгкое птичье пёрышко упадёт одновременно с тяжёлым камнем».

*** Давайте посмотрим.

Делаем вывод. Если тела под действием силы тяжести достигают поверхности земли одновременно, значит сила тяжести сообщает всем телам одинаковое ускорение (в силу 2 закона Ньютона).

Значит, свободно падающее тело движется с постоянным ускорением, т.е. равноускоренно.

Опыты подтверждают этот вывод. Откройте страницу 53 вашего учебника и посмотрите на рисунок 27. Здесь показаны положения свободно падающего шарика, который фотографировали через каждые 0,1 секунды с момента начала движения. Такие фотографии делают стробоскопическим методом. Свободно падающий в темноте шарик освещают кратковременными вспышками света через равные промежутки времени. Положения шарика в моменты вспышек фиксируются на плёнке фотоаппарата, затвор которого открыт в течение всего времени падения шарика. Если найти модули векторов перемещений шарика за последовательные равные промежутки времени (это 0,1 с.), то они относятся как ряд последовательных нечётных чисел. А это свидетельствует о том, что шарик в свободном падении двигался равноускоренно.

Вывод: Свободное падение – движение равноускоренное. К нему можно применять кинематические формулы, описывающие равноускоренное движение.

Определение: Ускорение, с которым движутся свободно падающие тела, называют ускорением свободного падения.

Учитель: Вычислим величину ускорения свободного падения, пользуясь результатами опыта по данным рисунка 27.

Из формулы , где v0=0, выразим а: а = 2s/t².

s=1,23 м. t=0,5 c.

g ~ 9,8 м/с².

Все тела вблизи поверхности земли падают с ускорением g ~ 9,8 м/с².

Как направлен вектор g?

Сонаправлен с вектором силы тяжести. Всегда вертикально вниз.

g – не зависит от массы, плотности, формы тела.

g - зависит от географической широты местности и высоты подъёма над землёй.

III. Закрепление, отработка умений.

Ну, а, теперь, используя формулы свободного падения, решим задачу на данную тему.

В 1589 г. Галилей, изучая законы свободного падения, бросал без начальной скорости разные предметы с наклонной башни в городе Пиза. Какова высота пизанской башни и какова скорость тела в момент удара, если тело находилось в полет 3,4 с.

g = 9,8 [pic]

t=3,4 с.

h-?

Решение:

Выберем за начало отсчета точку - место бросания тела.

Следовательно [pic] , [pic] . Высота Пизанской башни равна перемещению тела

[pic]

[pic] [pic]

[pic]

IV. Подведение итогов.

Сегодня мы познакомимся со свободным падением тел.

Что такое свободное падение? (Движение под действием силы тяжести)

Закономерности этого движения были установлены известным итальянским ученым …(Галилеем)

Все его законы были открыты … (экспериментальным методом).

Свободное падение – частный случай … (равноускоренного движения).

Влияет ли масса на скорость движения тела при свободном падении? (Нет)

Каковы особенности свободного падения? (Это движение с постоянным ускорением направленным постоянно вниз).

Домашнее задание.

§13, упр.13 (1,3) .

Записи на доске.

Тема урока: Свободное падение тел.

“Быстрей ли то падает, что тяжелей?”

На это ответить решил Галилей.

На широте Москвы g=9,8156 [pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

g=9,8 [pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Вот и сегодня мы с вами проведем несколько экспериментов и ответим на поставленные в начале урока задачи.

1. Что такое свободное падение.

2.

3. Доказать, что свободное падение - равноускоренное движение.

4. Вывести формулы.

5. Дать определение g.

Для этого разделимся на 5 групп, каждая из которых получает карточку с заданиями. Внимательно читает и проделывает эксперимент и делает выводы по увиденному.

1 карточка.

1. Перед вами два диска А - картонный, В - металлический.

1 опыт:

2 опыт: Положите картонный диск на металлический, и подняв их на высоту тоже отпустите.

Одновременно ли упали эти диски или нет.

Сделайте вывод, влияет ли масса тела на скорость движения.

ВЫВОД: Тела разной массы падают то по - разному, то одинаково (есть сопротивление воздуха).

2 карточка.

Перед вами два одинаковых листка бумаги, что можно сказать про их массы.

Один листок, другой сомните в комок. Поднимите оба тела на одинаковую высоту и отпустите. Какое упало быстрее. Почему?

ВЫВОД: Тела одинаковой массы падают по-разному (есть сопротивление воздуха)

Рассмотрим движение различных тел: с разной массой и разной формы в вакууме, где нет сопротивления воздуха.

3 карточка.

Рассмотрите движение тел в трубке Ньютона, из которой выкачан воздух. Ответить на вопрос: как падают эти тела, одинаково ли меняются их скорость. Высокий вакуум [pic] Па 1 приборах 100 Па.

ВЫВОД: Тела разных масс и разной формы падают одинаково (с одной скоростью), если нет сопротивление воздуха.

Теперь докажем, что свободное падение есть частный случай равноускоренною движения.

Рассмотрим результаты эксперимента проведенного 4 и 5 группами.

4 карточка.

Разделитесь на две подгруппы:

• первая выполняет задание 4а,

• вторая выполняет задание 46.

Перед вами установка из лабораторной работы №1: измерение ускорения тела при равноускоренном движении.

Используя данную установку и пользуясь формулой ускорения (через S и t если [pic] ) [pic]

Рассчитайте ускорение при угле наклона [pic] и [pic] .

ВЫВОД: в каком случае ускорение больше.

5 карточка

Рассчитайте ускорение при угле наклона [pic] и [pic] .

ВЫВОД: сделайте вывод, в каком случае ускорение больше, и какой должен быть угол чтобы ускорение было максимальное.

ВЫВОД: Если [pic] , то мы получим максимальное ускорение, а при [pic] движении тела можно рассматривать как свободно падающие. Свободное падение это равноускоренное движение.

Но так как все тела падают одновременно [pic] , величина постоянная u= 9, 8 м/c. Эту величину назвали ускорением свободного падения. Ускорение свободного падения различно в различных точках Земного шара.

Почему так происходит?

Подробно мы рассмотрим это в 9 классе, но чуть позже. Зависит это от того, что Земля не идеальный шар.

На широте Уфы g=9,8135 [pic]

На широте Москвы g=9,8156 [pic] . .

Ускорение свободного падение [pic] [pic] ; [pic] [pic]

1970-1971 сов. Физика Брагинского определяет g=9,8 [pic] с точностью до 12 знаков.

Что показывает g.

Следовательно, доказав, что свободное падение частный случай равноускоренного движения с ускорением g, мы можем записать физические формулы, описывающие свободное падение.

[pic]

Д/з §13, 32 читать, конспект учить наизусть. Решить эту же задачу, выбрав за начало отсчета Землю, направив ось вверх.