Урок 2: Масса. Сила. Второй закон Ньютона. Сложение сил
(2 часа)
Задача урока: Ввести одно из основных понятий механики - «массу», выяснить в чем состоит свойство инертности, сформулировать II-ой закон Ньютона.
Ход урока: I . Организационный момент.
II . Проверка домашнего задания.
Одна группа воспроизводит на доске Блок 1 и готовится к устному ответу.
Фронтальная работа с классом над вопросами:
а) Как формулируется I - ый закон Ньютона?
б) Что такое инерция?
в) Кто из ученых первым установил, что тело при отсутствии внешнего воздействия может не только покоится, но и двигаться прямолинейно и равномерно?
г) Приведите примеры движения тел по инерции.
Д)
В какой ситуации автомобиль движется по инерции? е) Какие системы называют инерциальными?
(После фронтального опроса класс слушает ответ учащихся но блоку, задает им интересующие их вопросы).
III. Самостоятельная работа по вариантам, заранее подготовленная на доске.
Постоянство отношения модулей ускорений двух тел при любых их взаимодействиях показывает, что тела обладают каким-то свойством, то которого зависит их ускорение при взаимодействии с другими телами. Мы видели, что модули ускорений двух взаимодействующих тел различны: одно больше, другое меньше. Но ускорение тела равно отношению изменения его скорости к времени, за которое произошло изменение:
→ v
а = —
t
Так как время действия тел друг на друга одинаково, изменение скорости больше у того тела, которое приобретает большее ускорение. Чем меньше изменяется скорость тела, тем ближе его движение к равномерному прямолинейному движению по инерции. Поэтому о теле, которое при взаимодействии изменило свою скорость на меньшее значение, говорят, что оно более инертно, чем другое тело, скорость которого изменилось на большее значение. Из двух взаимодействующих тел то из них менее инертно, которое за время взаимодействия «успело» больше изменить свою скорость, чем другое. Но любому телу для изменения скорости требуется какое-то время. Свойство инертности и состоит в том, что для
изменения V тела требуется t . и чем больше t инертнее тело. Из двух
взаимодействующих тел тело более инертно, которое медленнее изменяет свою скорость.
Пример:
[pic]
а) быстро
б) медленно
. Инертность - свойство тел, она может быть больше или меньше. Это заключается в том, что для изменения скорости тела на заданную величину нужно, чтобы действие на него определенного тела длилось некоторое время.
От свойства инертности зависит ускорение тела при его взаимодействии с другим телом.
На каком из участков тело движется по инерции?
Дать анализ движения по графику V—V(t)
Найти перемещение за t =40 С.
IV. Объяснение нового материала.
(Ученикам раздается Блок 2)
Основные этапы объяснения.
1 .Инертность
1 урок
2. Масса
3. Сила. Второй закон Ньютона
2 урок
4.Сложение сил.
1. (Смотреть Блок 2 а))
Причиной изменения скорости движения тела всегда является его взаимодействие с другими телами. Если мы наблюдает ускоренное движение тела, то всегда можно указать какое - то другое тело, действие которого это ускорение вызвано.
. Причина ускорения движения тел - действия на них других тел.
(Смотреть Блок 2 б))
При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости и первого, и второго тела, т. е. оба тела приобретают ускорения, направленные в противоположные стороны. Опыты показали, что модули ускорений двух взаимодействующих тел могут быть различными, но их отношение оказывается постоянным при любых взаимодействиях:
а 1
— = const
а 2
Для двух данных взаимодействующих тел отношение модулей их ускорений
j
всегда одно и тоже.
(Разобрать рис. 72 Ф-9)
2. В физике свойства изучаемых объектов характеризуются определенными величинами, которые можно измерять и выражать числами. Например, свойство тела занимать какую-то часть пространства характеризуется величиной, называемой объемом тела. Количественной мерой инертности тела является масса тела. Чем большей массой обладает тело, тем меньшее ускорение получает при взаимодействии, тем оно более инертно.
. Отношение модулей ускорений двух взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс.
а 1 m 2
— = — (1)
а 2 m 1
За единицу массы СИ принята масса специального эталона, изготовленного из сплава платины и иридия. Масса этого эталона называется килограмм (кг).
(Смотреть Блок 2 г))
Как измерить массу тела?
а) Массу пр- любого тела можно найти, осуществив взаимодействие этого тела с эталоном массой шЭт- После взаимодействия оба они, и тело и эталон, получат ускорения, которые можно изменить. Из (1) можно найти
аЭТ
тТ = тЭT __________
ат ’
. Масса тела - это величина, характеризующая его инертность. Она определяет
отношение модуля ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при их взаимодействии.
б) взвешиванием.
3. При выяснении понятия массы было показано, что тела получают ускорения только при действии на них других тел. Описывая действие одного тела на другое, мы часто говорим о слабом, сильном или очень сильном действии. В физике для количественного выражения действия одного тела на другое вводится понятие «сила».
Итак, термин «сила» в механике в отличие от его применения в быту имеет однозначный смысл. Он применяется вместо выражения «действие одного тела на
другое тело, приводящее к изменению скорости». И использование этого термина вместо длинного выражения целесообразно не только потому, что упрощает язык механики, формулировки ее законов. В этом есть и более глубокий смысл. В механике не обязательно знать, какова природа взаимодействия тел. Эти взаимодействия могут быть самыми различными - они могут осуществляться при непосредственном контакте между телами, а также и тогда, когда тела находятся на огромных расстояниях друг от друга. Применяя термин «сила», в механике
отвлекаются от природы взаимодействия; важно лишь знать, чему равна сила
количественно. Итак, сила - физическая величина.
Взаимодействие тел может приводить к различным изменениям их скоростей как по модулю, так и по направлению. Поэтому сила характеризуется не только
числом, но и направлением. Сила - величина векторная, ее обозначают буквой F
За направление вектора силы принимается направление вектора ускорения тела, на которое действует сила.
В СИ за единицу силы принимается сила, которая телу массой 1кг сообщает ускорение 1м/с² . эта единица называется ньютоном (Н): [pic]
Давайте выясним чему же равна сила? Как она связана с ускорением?
Обратимся к опыту.
Демонстрация по рис. 77 Ф-9.
[pic]
Опыт: К тележке массой m прикрепим один конец пружины, а другой конец прикрепим к нити с грузом, перекинутой через блок. Груз под действием силы
тяжести двигается вниз и растягивает пружину. Растянутая на определенную длину
∆l пружина действует на тележку и сообщает ей ускорение а.
Повторим опыт, но не с одной, а с двумя тележками, их общая масса 2т. Измерим их ускорение при том же удлинении пружины ∆l, т.е. при той же силе упругости (меняем груз на нити). Опыт показывает, что ускорение двух тележек
равно. Значит, что при действии одной и той же силы на разные тела оказывается
одинаковым произведение массы тела на его ускорение.
На основании опытов И. Ньютон сформулировал один из основных законов механики:
. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение: [pic]
Не стоит делать вывод, что сила зависит от массы и ускорения тела или масса тела зависит от его ускорения и действующей силы. Смысл второго закона Ньютона заключается в том, что действующие на тело силы определяют изменение скорости тела, а не скорость движения тела.
Второй закон Ньютона выполняется только в ИСО, также как и первый закон
Ньютона. Из II закона Ньютона => , что если F = 0 , то а = 0, т.е. в отсутствии силы тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Однако это не значит, что I закон - следствие II - закона. I-ый закон имеет глубокое самостоятельное значение. Из него следует фундаментальное свойство всех реальных тел - инертность, тогда как II закон выражает количественную связь
между F, а, т, являющейся мерой инертности. То обстоятельство, что следствие II закона совпадает с одним из положений, содержащихся в I законе, указывает лишь на непротиворечивость этих двух законов.
При одновременном действии на одно тело нескольких тел тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые возникли бы под действием каждого тела в отдельности. Действующие на тело силы, приложенные к одной точке тела, складываются по правилу сложения векторов. Векторная сумма всех одновременно действующих на тело сил называются
равнодействующей. В формуле F-m-a под F следует понимать именно результирующую силу.
I -ый закон Ньютона, исходя из вышесказанного можно сформулировать:
. Существуют такие системы отсчета относительно которых поступательно
движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если результирующая всех сил, приложенных к телу, равна 0.
VI. Закрепление нового материала.
1в: Что является причиной ускорения тела?
2в: Что можно сказать об ускорениях 2-х взаимодействующих тел?
Зв: В результате взаимодействия 2-х тел скорость одного из них увеличилась. Как изменилась скорость второго тела?
4в: Молено ли мгновенно изменить скорость тела?
5в: В чем состоит свойство инертности?
6в: Какой величиной характеризуется инертность тела?
7в: Как связаны между собой массы взаимодействующих тел и ускорения, возникающие при их взаимодействии?
8в: Каким образом молеет быть измерена масса отдельного тела?
9в: Что такое сила?
10в: Можно ли, исходя из формулы F-m-a, утверждать, что сила, приложенная
к телу, зависит от массы тела и его ускорения?
11в: Как формируется I-ый закон Ньютона, если пользоваться понятием силы? 12в: 12в: Что такое результирующая сила?
13в: Тело движется по окружности и поэтому обладает центростремительным ускорением. Как направлена приложенная к телу сила?
VI. Домашнее задание: § 11 учить.
Блок 2 - учить.(Составить план ответа по Блоку 2)
Урок 2: Масса. Сила. Второй закон Ньютона. Сложение сил
(2 часа)
Задача урока: Ввести одно из основных понятий механики - «массу», выяснить в чем состоит свойство инертности, сформулировать II-ой закон Ньютона.
Ход урока: I . Организационный момент.
II . Проверка домашнего задания.
Одна группа воспроизводит на доске Блок 1 и готовится к устному ответу.
Фронтальная работа с классом над вопросами:
а) Как формулируется I - ый закон Ньютона?
б) Что такое инерция?
в) Кто из ученых первым установил, что тело при отсутствии внешнего воздействия может не только покоится, но и двигаться прямолинейно и равномерно?
г) Приведите примеры движения тел по инерции.
Д)
В какой ситуации автомобиль движется по инерции? е) Какие системы называют инерциальными?
(После фронтального опроса класс слушает ответ учащихся но блоку, задает им интересующие их вопросы).
III. Самостоятельная работа по вариантам, заранее подготовленная на доске.
Постоянство отношения модулей ускорений двух тел при любых их взаимодействиях показывает, что тела обладают каким-то свойством, то которого зависит их ускорение при взаимодействии с другими телами. Мы видели, что модули ускорений двух взаимодействующих тел различны: одно больше, другое меньше. Но ускорение тела равно отношению изменения его скорости к времени, за которое произошло изменение:
→ v
а = —
t
Так как время действия тел друг на друга одинаково, изменение скорости больше у того тела, которое приобретает большее ускорение. Чем меньше изменяется скорость тела, тем ближе его движение к равномерному прямолинейному движению по инерции. Поэтому о теле, которое при взаимодействии изменило свою скорость на меньшее значение, говорят, что оно более инертно, чем другое тело, скорость которого изменилось на большее значение. Из двух взаимодействующих тел то из них менее инертно, которое за время взаимодействия «успело» больше изменить свою скорость, чем другое. Но любому телу для изменения скорости требуется какое-то время. Свойство инертности и состоит в том, что для
изменения V тела требуется t . и чем больше t инертнее тело. Из двух
взаимодействующих тел тело более инертно, которое медленнее изменяет свою скорость.
Пример:
[pic]
а) быстро
б) медленно
. Инертность - свойство тел, она может быть больше или меньше. Это заключается в том, что для изменения скорости тела на заданную величину нужно, чтобы действие на него определенного тела длилось некоторое время.
От свойства инертности зависит ускорение тела при его взаимодействии с другим телом.
На каком из участков тело движется по инерции?
Дать анализ движения по графику V—V(t)
Найти перемещение за t =40 С.
IV. Объяснение нового материала.
(Ученикам раздается Блок 2)
Основные этапы объяснения.
1 .Инертность
1 урок
2. Масса
3. Сила. Второй закон Ньютона
2 урок
4.Сложение сил.
1. (Смотреть Блок 2 а))
Причиной изменения скорости движения тела всегда является его взаимодействие с другими телами. Если мы наблюдает ускоренное движение тела, то всегда можно указать какое - то другое тело, действие которого это ускорение вызвано.
. Причина ускорения движения тел - действия на них других тел.
(Смотреть Блок 2 б))
При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости и первого, и второго тела, т. е. оба тела приобретают ускорения, направленные в противоположные стороны. Опыты показали, что модули ускорений двух взаимодействующих тел могут быть различными, но их отношение оказывается постоянным при любых взаимодействиях:
а 1
— = const
а 2
Для двух данных взаимодействующих тел отношение модулей их ускорений
j
всегда одно и тоже.
(Разобрать рис. 72 Ф-9)
2. В физике свойства изучаемых объектов характеризуются определенными величинами, которые можно измерять и выражать числами. Например, свойство тела занимать какую-то часть пространства характеризуется величиной, называемой объемом тела. Количественной мерой инертности тела является масса тела. Чем большей массой обладает тело, тем меньшее ускорение получает при взаимодействии, тем оно более инертно.
. Отношение модулей ускорений двух взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс.
а 1 m 2
— = — (1)
а 2 m 1
За единицу массы СИ принята масса специального эталона, изготовленного из сплава платины и иридия. Масса этого эталона называется килограмм (кг).
(Смотреть Блок 2 г))
Как измерить массу тела?
а) Массу пр- любого тела можно найти, осуществив взаимодействие этого тела с эталоном массой шЭт- После взаимодействия оба они, и тело и эталон, получат ускорения, которые можно изменить. Из (1) можно найти
аЭТ
тТ = тЭT __________
ат ’
. Масса тела - это величина, характеризующая его инертность. Она определяет
отношение модуля ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при их взаимодействии.
б) взвешиванием.
3. При выяснении понятия массы было показано, что тела получают ускорения только при действии на них других тел. Описывая действие одного тела на другое, мы часто говорим о слабом, сильном или очень сильном действии. В физике для количественного выражения действия одного тела на другое вводится понятие «сила».
Итак, термин «сила» в механике в отличие от его применения в быту имеет однозначный смысл. Он применяется вместо выражения «действие одного тела на
другое тело, приводящее к изменению скорости». И использование этого термина вместо длинного выражения целесообразно не только потому, что упрощает язык механики, формулировки ее законов. В этом есть и более глубокий смысл. В механике не обязательно знать, какова природа взаимодействия тел. Эти взаимодействия могут быть самыми различными - они могут осуществляться при непосредственном контакте между телами, а также и тогда, когда тела находятся на огромных расстояниях друг от друга. Применяя термин «сила», в механике
отвлекаются от природы взаимодействия; важно лишь знать, чему равна сила
количественно. Итак, сила - физическая величина.
Взаимодействие тел может приводить к различным изменениям их скоростей как по модулю, так и по направлению. Поэтому сила характеризуется не только
числом, но и направлением. Сила - величина векторная, ее обозначают буквой F
За направление вектора силы принимается направление вектора ускорения тела, на которое действует сила.
В СИ за единицу силы принимается сила, которая телу массой 1кг сообщает ускорение 1м/с² . эта единица называется ньютоном (Н): [pic]
Давайте выясним чему же равна сила? Как она связана с ускорением?
Обратимся к опыту.
Демонстрация по рис. 77 Ф-9.
[pic]
Опыт: К тележке массой m прикрепим один конец пружины, а другой конец прикрепим к нити с грузом, перекинутой через блок. Груз под действием силы
тяжести двигается вниз и растягивает пружину. Растянутая на определенную длину
∆l пружина действует на тележку и сообщает ей ускорение а.
Повторим опыт, но не с одной, а с двумя тележками, их общая масса 2т. Измерим их ускорение при том же удлинении пружины ∆l, т.е. при той же силе упругости (меняем груз на нити). Опыт показывает, что ускорение двух тележек
равно. Значит, что при действии одной и той же силы на разные тела оказывается
одинаковым произведение массы тела на его ускорение.
На основании опытов И. Ньютон сформулировал один из основных законов механики:
. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение: [pic]
Не стоит делать вывод, что сила зависит от массы и ускорения тела или масса тела зависит от его ускорения и действующей силы. Смысл второго закона Ньютона заключается в том, что действующие на тело силы определяют изменение скорости тела, а не скорость движения тела.
Второй закон Ньютона выполняется только в ИСО, также как и первый закон
Ньютона. Из II закона Ньютона => , что если F = 0 , то а = 0, т.е. в отсутствии силы тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Однако это не значит, что I закон - следствие II - закона. I-ый закон имеет глубокое самостоятельное значение. Из него следует фундаментальное свойство всех реальных тел - инертность, тогда как II закон выражает количественную связь
между F, а, т, являющейся мерой инертности. То обстоятельство, что следствие II закона совпадает с одним из положений, содержащихся в I законе, указывает лишь на непротиворечивость этих двух законов.
При одновременном действии на одно тело нескольких тел тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые возникли бы под действием каждого тела в отдельности. Действующие на тело силы, приложенные к одной точке тела, складываются по правилу сложения векторов. Векторная сумма всех одновременно действующих на тело сил называются
равнодействующей. В формуле F-m-a под F следует понимать именно результирующую силу.
I -ый закон Ньютона, исходя из вышесказанного можно сформулировать:
. Существуют такие системы отсчета относительно которых поступательно
движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если результирующая всех сил, приложенных к телу, равна 0.
VI. Закрепление нового материала.
1в: Что является причиной ускорения тела?
2в: Что можно сказать об ускорениях 2-х взаимодействующих тел?
Зв: В результате взаимодействия 2-х тел скорость одного из них увеличилась. Как изменилась скорость второго тела?
4в: Молено ли мгновенно изменить скорость тела?
5в: В чем состоит свойство инертности?
6в: Какой величиной характеризуется инертность тела?
7в: Как связаны между собой массы взаимодействующих тел и ускорения, возникающие при их взаимодействии?
8в: Каким образом молеет быть измерена масса отдельного тела?
9в: Что такое сила?
10в: Можно ли, исходя из формулы F-m-a, утверждать, что сила, приложенная
к телу, зависит от массы тела и его ускорения?
11в: Как формируется I-ый закон Ньютона, если пользоваться понятием силы? 12в: 12в: Что такое результирующая сила?
13в: Тело движется по окружности и поэтому обладает центростремительным ускорением. Как направлена приложенная к телу сила?
VI. Домашнее задание: § 11 учить.
Блок 2 - учить.(Составить план ответа по Блоку 2)
[pic]
