ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВО «КамчатГТУ»)
Колледж
Ронжин Д.В.
ФИЗИКА
Конспект урока
Тема: Движение под действием нескольких сил.
для студентов и курсантов специальностей
среднего профессионального образования
очной формы обучения
г. Петропавловск – Камчатский
2023г.
Конспект урока
Тема: Движение под действием нескольких сил.
Тип занятия: обобщающее занятие.
Цель занятия: обобщение знаний полученных при изучении темы
«Кинематика» и «Динамика» раздела «Механика», создать условия для
восприятия и осмысления учащимися блока информации о движении тел под
действием нескольких сил и движении связанных тел.
Задачи:
Образовательная:
- научить учащихся разбираться в условии задачи и пользоваться
математическим аппаратом;
-продолжить развитие умений анализировать условия задач и ответов;
-продолжить формирование умений решать задачи.
Развивающая: Продолжить формирование у учащихся навыков умений
мыслить, анализировать и делать выводы. Формирование таких приѐмов
умственной
деятельности,
как:
выделение
главного,
обобщение,
систематизация, постановка и решение проблемы и т.д. Развитие активности
мышления, его самостоятельности, систематичности, гибкости.
Развитие внимания, памяти, воображения
Воспитательная: Формирование таких качеств личности, как творческий
подход к решению познавательных и практических задач, чѐткость и
организованность в труде, умение контролировать свою деятельность,
оценивать еѐ.
Оборудование к занятию: Набор «демонстрационная механика» Lмикро, скамья с упором, оптодатчики - 2 шт, транспортир с отвесом,
деревянный брусок, измерительный блок L-микро, набор грузов 1 кг, малый
груз, динамометр, капроновая нить, компьютер.
План занятия:
1.Организационный момент.
2. Мотивация. Сообщение темы, цели и задач урока.
3. Актуализация знаний. Объяснение нового материала.
4.Закрепление.
5.Подведение итогов и Д/З
Ход занятия:
1.Организационный момент.
Проверка готовности обучающихся к уроку. Повторение материала.
2Мотивация. Сообщение темы, цели и задач урока
Сегодня к уроку вы должны были подготовить материал движение под
действием силы тяжести, силы трения, вес тела. Материал надо было оформить
в свою рабочую тетрадь по физике. Он содержит нужный нам алгоритм
решения задач по динамике. И сегодня мы будем знакомиться с данным
алгоритмом, и применять его для решения конкретных физических задач. Надо
заметить, что данный вид задач и соответствующий алгоритм встречается не
только в разделе физики «механика». С ним вы будете работать, изучая законы
электромагнетизма,
оптики,
ядерной
физики,
механических
и
электромагнитных колебаний, законы гидростатики и аэродинамики, то есть
практически, везде всегда. Более 50% заданий ЕГЭ по физике невозможно
решить, не приобретя те навыки и умения, которыми мы сегодня будем
овладевать.
3. Актуализация знаний. Объяснение материала.
Сегодня на занятие применим знания при решении практических задач,
когда на тело действуют не одна, а несколько сил, в зависимости от условий
задачи. Вот одна из них:
Задание №1
Проводим эксперимент.
Для проведения экспериментального занятия установим скамью
на классную доску таким образом, чтобы ровная поверхность пластика
была обращена вверх (а магнитные направляющие, соответственно,
вниз). Для измерения угла наклона к скамье прикрепим транспортир и
подвесим маятник (шарик на нити), который в данном случае выполняет
роль отвеса (см. рис.). На
скамью поместим деревянный
брусок с двумя флажками
расположенными
на
расстоянии l=5 см, и установим
ограничитель в нижней точке
наклонной
плоскости.
Оптодатчики разместим на
расстоянии s=50-60 см друг от
друга
и
подключим
к
универсальному разъему.
Запускаем программу L-digit.exe и выбираем в появившемся меню пункт
«Движение тела по наклонной плоскости с трением». Программа данного
опыта настроена таким образом, что в два окна в середине экрана выводятся
интервалы времени движения бруска мимо первого и второго оптодатчиков
соответственно. Результаты измерений и вычислений заносим в таблицу.
Давайте вместе с вами решим эту задачу. Ваша задача внимательно следить за
каждым шагом решения и помогать мне. А помогать мне можете, если будем
вместе дискутировать, обсуждать, отвечать на вопросы.
Первый вопрос: С чего обычно начинается решение задач.
Ответ: Правильно, с анализа условия и записи дано.
Вопрос: Далее, на ваш взгляд, что мы должны сделать?
Ответ: Сделать пояснительный чертѐж. Начертили опору и тело. Далее
расставляем силы, действующие на тело и покажем направление ускорения.
Заметьте, что расставляем силы, действующие на ТЕЛО!!!
Вопрос: Какие силы действуют на тело? Перечислите их.
Ответ: Сила тяжести m , сила реакции опоры N, сила трения Fтр. Вес тела
не рассматривается, так как действует не на тело, а на опору.
Составим таблицу:
а,
t1,с
t2.с
I.
Определим ускорение а.
l,м
s,м
P, H
m,кг
Fтр Н
α
μ
Мгновенные скорости находится по
формуле,
на
основании
экспериментально полученных данных
𝑣0 = ,
𝑣= .
Перемещение s и расстояние l известно
из условия эксперимента.
Подбираем формулу связывающую эти величины с искомым ускорением а.
𝑣
sx = 𝑥
𝑣0𝑥
𝑎𝑥
Чтобы перейти из векторной формы к скалярной нужно найти проекции
векторных величин на оси. По чертежу определяем знаки проекции:
s=
выражаем ускорение:
a=
подставляем выражения для скоростей:
a=
упрощаем, проводим проверку по единиц ам измерений:
a=
⟦
(
)
⟧
Теперь найдем численное значение и проанализируем ответ. Подставляем
экспериментально полученные данные, вычисляем ускорение а.
II.
Определим силу трения.
Давайте вспомним из условия задачи как движется тело?
Ответ: Правильно, равноускорено.
Следовательно, какой закон Ньютона приемлем для решения задачи?
Ответ: Второй закон Ньютона в векторной форме.
𝑭
𝒎𝒂
Для решения задачи нам понадобится масса тела m,еѐ найдѐм через вес бруска:
P=m ,
Отсюда:
m=
Равнодействующая сил состоит из трѐх сил.
+ +
=
Чтобы перейти из векторной формы к скалярной нужно найти проекции
векторных величин на оси.
(Fтр)х+Nx+m x=max
-Fтр +m
=ma
Откуда:
Fтр = m
- ma
упрощаем:
Fтр = m 𝒈 𝐬𝐢𝐧 𝜶- a)
Чтобы проверить правильность решения задачи, давайте проверим размерность
найденной величины. Если получится единица измерения Ньютон, значит мы
правильно выразили еѐ.
*
III.
(
)
( )
Определим коэффициент трения μ.
Fтр = μN
+ +
=
+
Чтобы перейти из векторной формы к скалярной нужно найти проекции
векторных величин на оси:
(Fтр)y+Ny+m y=may
N-m
=0
N= m
Fтр = μ m
μ=
𝑭
𝒎 𝒈 𝒄𝒐𝒔 𝜶
[[ ]
[ ]]
Теперь найдем численное значение и проанализируем ответ. Подставляем
экспериментально полученные данные, вычисляем коэффициент трения μ.
Задание №2
Возьмѐм тонкую упругую нить и проденем еѐ через небольшую трубочку.
С одной стороны нити подвесим груз большой массы, с другой малой.
Продемонстрируем что первый груз перевешивает второй. Затем приведем груз
малой массы во вращательное движение как показано на рисунке, при этом груз
большей массы начинает двигается вверх. Подбираем такую скорость вращения
при которой грузы будут находиться в равновесии.
Результаты заносим в таблицу:
m1,кг
P2.H
m2,кг
r,м
При оформлении задачи поясняем,
что силы, действующие со стороны
связей могут быть самыми разными и
ведут себя по разному - нет единого
подхода к их описанию.
Силы инерции обусловлены не
взаимодействием тел, а свойствами
самих
неинерциальных
систем
отсчета. На силы инерции законы
Ньютона не распространяются.
Можно в неинерциальной системе
воспользоваться законами Ньютона, если
ввести силы инерции. Силы инерции
вводят специально, чтобы воспользоваться
уравнениями Ньютона в неинерциальной
системе.
Одной из таких сил является
а,
T,с
f,
центробежная сила Fцб.
Fцб
⬚
Fцс
Для решения задачи теперь можно воспользоваться вторым законом Ньютона:
𝐹
𝑚𝑎
Но так как у нас взаимодействуют два тела, то составляем уравнения для
каждого тела:
{
Спроецируем векторные величины на координатные оси. С учетом того что
тела связаны:
Так как в конечном итоге скорости тел становятся постоянными, 𝑣= const :
Получаем:
{
Или
{
Отсюда:
С другой стороны
𝒂
𝒗𝟐
𝒓
⟦
𝒗
𝒎𝟏 𝒈 𝒓
√
𝒎𝟐
√
√
⟧
Вычислим скорость 𝑣 используя экспериментально полученные данные.
Определим центростремительное ускорение,
𝒗
𝟐𝝅𝒓
𝑻
.
𝟐𝝅𝒇𝒓
Учитывая что:
Центростремительное ускорение можно рассчитать по формуле:
𝒗𝟐
𝒓
𝒂
𝟒𝝅𝟐 𝒓
𝑻𝟐
𝟒𝝅𝟐 𝒇𝟐 𝒓
Нам наиболее подходит
[
Подставляем значения
]
и r , получаем значение
.
Определим угловую скорость .
Учитывая
𝑣
𝜔𝑟
или
Можно рассчитать
𝜔
𝑣
𝑟
𝑎
𝑟
𝑎
𝜔 𝑟
Учитывая
𝜔
2𝜋
𝑇
2𝜋𝑓
Можно рассчитать период вращения:
2𝜋
𝜔
𝑇
[
[ ]
[ ]
]
И частоту:
𝜔
2𝜋
𝑓
[ ]
[
[ ]
]
4. Закрепление.
Давайте мысленно пройдем этапы решения задачи.
Удобно задачи к данному разделу механики разбить на следующие
группы:
- движение тела по горизонтали и вертикали
- тело на наклонной плоскости
- движение системы тел
- движение тела по окружности
При этом алгоритм решения задач из любой указанной выше группы
стандартный:
1. На рисунке изображаем все тела и их связи, все силы, приложенные к
каждому телу, вектор ускорения.
2. Выбираем систему отсчета (если надо, то для каждого тела выбрать свою
систему отсчета) Для удобства начало СО надо поместить в центре тела,
ось Х направить по перемещению. А если тело покоиться, то
ось Х следует направить в сторону возможного или совершенного
движения. Ось Y проводим перпендикулярно оси Х.
3. Для каждого тела записываем второй закон Ньютона в векторном виде, то
есть записываем уравнение, в одной части которого произведение массы
на ускорение, а в другой - векторная сумма всех сил, действующих на
тело.
4. Проектируем данное уравнение на координатные оси и вместо активных
сил подставляем соответствующие выражения:
Fтp=μN
Fapx=ρVg
Fтяж = mg и т. д.
5. Решаем полученную систему уравнений относительно неизвестного. Если
уравнений недостаточно, и по условию задачи даны кинематические
величины, то добавляем формулы кинематики
Примечание.
Если тела соединены нерастяжимой нитью, то у них одинаковое
ускорение.
Если нить невесома, то по всей ее длине одинаковая сила упругости.
Если в задаче речь идет о весе тела, то его заменяем силой реакции
опоры N или силой реакции подвеса Т.
Если не надо учитывать силу трения скольжения, то проектировать на
ось Y нет необходимости.
5. Подведение итогов и домашнее задание.
Сегодня мы рассмотрели новый вид задачи, который лежит в основе
решения многих задач по физике. Знания плана решения поможет вам успешно
решать задачи других разделов физики, решать задачи по спецдисциплинам.
Знание законов вращательного движения пригодится при изучении
периодических процессов, электромагнитных колебаний и переменного тока.
