Муниципальное общеобразовательное учреждение

Донская средняя общеобразовательная школа

Открытыйурок

по физике в 10 классе

«Вес тела. Невесомость»

Учитель: Лохматова О.А.

Тема урока: Вес тела. Невесомость.

Цель урока:

Образовательная: Дать учащимся представление о понятии «вес тела». Раскрыть понятие невесомости и перегрузок.

Вывести формулы для веса тела движущегося с ускорением вертикально вверх и вниз.

Закрепить их на примерах из жизни.

Сформировать представления учащегося, где эти знания применяются.

Развивающая: развивать интерес к физике;

Воспитательная: воспитывать аккуратность.

Тип урока: комбинированный урок.

Оборудование: два бруска, металлическая планка, груз, штатив, пружина, динамометр, фильм "Невесомость", пружинные весы, диафильм "Явление тяготения".

Демонстрации:

1. Определение веса покоящегося тела;

2. Демонстрация состояния невесомости.

3. Определение веса тела, движущегося с ускорением.

План урока.

I. Мотивация.

Ребята, наш сегодняшний урок я хочу начать со слов К.Э.Циолковского: "Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство".

На сегодняшний день люди сумели проникнуть за пределы атмосферы, но еще пока не завоевали все околосолнечное пространство. Какие были трудности и сложности в самом начале этого тернистого пути? Да и вообще нужно ли было человечеству осваивать космос? На эти вопросы нам предстоит ответить на уроке.

Итак, тема нашего урока: "Вес тела. Невесомость. Перегрузки".

II. Ход урока.

"Как это удивительно - обнаружить, что все явления природы управляются небольшим числом сил!" (М.Фарадей).

В механике выделяют силы тяготения, упругости, трения.

1. Актуализация знаний.

1)Сила упругости - Что ребята вы знаете о F_упр.?

План ответа:

а) что называется силой упругости.

б) когда возникает сила упругости.

в) куда направлена.

г) чему пропорциональна, формула.

2)Сила тяжести - Что ребята вы знаете о F_тяж.?

а) что называется?

б) куда направлена.

в) от чего зависит? Формула.

е) что такое g? g = ? Особенности g ?

ж) к чему прикладывается? Куда направлена?

3) Почему мяч, брошенный вертикально вверх, падает на землю?

4) Где больше сила тяжести, действующая на тело: на поверхности земли или на высоте 300км над землей? Почему?

5) Что общего между движением искусственных спутников земли и свободным падением тел в трубке, из которой откачан воздух?

2. Изучение нового материала.

А что такое вес тела?

В обиходе часто вес путают с массой, силой тяжести: "Сколько весит ведро воды?" или "Взвесьте 0,5 кг конфет". Чтобы в дальнейшем избежать путаницы, дадим определение понятия "вес тела": сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. Обратим внимание: вес действует на опору или подвес, а не на тело.

Фрагмент презентации.

Учитель:

Возникает неожиданный вопрос: а почему, собственно, тела действуют на опоры и подвесы?

Ученик I.

Обычный ответ: "Потому что тело притягивается к Земле". Согласны все?

Учитель:

Возражаю: действительно, тело притягивается к Земле с силой тяжести F = mg, но ведь это взаимодействие тела и Земли, при чем здесь опора?

Ученик I.

Другой аргумент: если бы не было опоры, то тело падало бы, а опора этому препятствует силой упругости, возникающей при её деформации.

Учитель:

Тоже верно, но это объясняет только действие опоры на тело, а не тела на опору, и вопрос остался открытым.

Ученик I.

Вспомним третий закон Ньютона: "Если опора действует на тело, то и тело должно действовать на опору с такой же по значению силой". Действие и противодействие - силы одной природы. Реакция опоры N есть сила упругости, значит, и вес тела возникает при деформации тела. Не только тело, падая, деформирует опору или подвес, но и опора деформирует тело. Да-да, все тела, стоящие сейчас на столе перед вами, слегка сжаты, настолько мало, что никто на это не обращает никакого внимания. И лично вы, встав с постели на пол ногами и деформируя пол, сами деформируетесь (сжимаетесь) на 2-3см.

Учитель.

И действительно, деформацию тела пронаблюдать трудно, а вот деформацию опоры и подвеса - пожалуйста.

Опыт:

1) Два бруска, металлическая планка, груз.

Под действием силы тяжести некоторое время груз будет двигаться вниз, прогибая доску, а затем, остановится, при этом возникает сила, с которой опора действует на тело. Деформируется не только опора, но и тело притягивается Землей.

2) Штатив, пружина, груз.

Пружина окажется деформированной, появится сила упругости пружины, но возникнет ещё одна сила - сила упругости деформированного тела.

Когда тело находится в покое или движется прямолинейно и равномерно относительно инерциальной системы отсчета, то вес тела по модулю равен силе тяжести.

Вес тела

а) что называется весом покоящегося тела?

б) какая природа этой силы?

в) на что действует? (к чему приложена)

г) формула. P = mg - если тело покоится или равномерно движется.

Б) P = mg и F = mg

- Одинаковы ли эти силы?

1. разная природа

2. действуют на разные тела

3. различны точки приложения.

В) работа на интерактивной доске

Вопросы:

1. Какая сила изображена?

2. Чем отличаются изображённые силы?

Г) От чего зависит

F_т ? - зависит от m - массы тела

F_у? - зависит от x-удлинения

P ? - от массы тела, при условии, что тело находится в покое или движется равномерно вместе с опорой (или подвесом)

. Выясним, что происходит с (весом), когда тело движется по вертикали вниз.

Учащиеся самостоятельно проделывают опыт на столах и убеждаются в результате опыта.

Учитель проговаривает: а) учащиеся держат динамометр с грузом в руке

- Что происходит под действием груза?

- Какие силы возникают?

- Чему по модулю равен вес?

- Сравнить можно силы только … (одной природы)

- Что происходит со стрелкой динамометра, когда опускают динамометр с грузом вниз?

- Стрелка возвращается на «0» т.е. вес уменьшается.

- Докажем это.

Сделаем рисунок, обозначим все действующие силы.

- Выберем ось по направлению ускорения.

- Какой закон описывает это движение?

- Какие силы действуют?

Вывод (сами учащиеся формируют):

Если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, которое направлено вниз, то его вес уменьшается по сравнению с весом покоящегося тела.

Рассмотрим второй способ движения.

Когда груз вместе с динамометром движется вверх. Учащиеся самостоятельно проделывают этот опыт и убеждаются, что стрелка отклоняется вниз.

- Что пронаблюдали?

Меняется F_y т. е. меняется и P - он увеличивается - докажем.

Запишем II закон Ньютона - уравнение

О_y: - F_y + mg = - ma

mg + ma = F_y , т.к. | F_y | = | P |, то

m (g + a) = P

Сравним P₀= mg и P = m(g + a)

P₀ < P т.к. g < (g + a)

Вывод (дети сами): Если тело движется с ускорением вверх, то его вес больше веса покоящегося тела.

- Может ли увеличиться вес тела, движущегося по окружности? (да)

- А в какой точке больше в верхней или в нижней?

Задача:

Рассчитать вес летчика массой m, выводящего самолёт из пикирования со скоростью v, и радиусом окружности r?

Учащиеся самостоятельно выполняют эту задачу, один у доски проговаривая каждый шаг.

О_y: - mg + N = ma | N | = | P |

P = m (g + a) a = v²/R

Р = m(g + v²/R)

Вывод: вес лётчика увеличится.

Если вес человека, в данном случае лётчика, увеличивается, при движении вверх, то этот человек испытывает перегрузку.

Ребята, перегрузки влияют на организм человека, так как увеличивают свой вес внутренние органы летчика, увеличивается сила, с которой они действуют друг на друга и на самолет или кабину космического корабля. Это вызывает болезненные ощущения. Здоровый человек может без вреда выдерживать кратковременные трехкратные перегрузки, т. е. увеличение веса в три раза. Космонавтам при старте и посадке космического корабля приходится выдерживать многократные перегрузки. Чтобы это не нанесло ущерба здоровью космонавтов, их тренируют на земле с помощью специальных аппаратов.

Привести примеры перегрузки.

а) космонавт при старте ракеты - испытывает 10кратные перегрузки.

- Мы с вами на поверхности Земли можем испытывать перегрузку?

б) качели - «лопенги».

в) поднимаемся на 5-й, 9-й этажи.

г) прыгаем на физкультуре, подымаемся по шведской стенке.

Но эти перегрузки незначительны.

Рассмотрим ещё один вид движения.

Опыт (проделывают учащиеся самостоятельно и наблюдают):

Динамометр с грузом подняли и выпустили из рук. Что произошло со стрелкой?

- Она вернулась на «0»?

- Что это значит?

Нет F_y, F_у = 0 → P = 0 т. е. вес отсутствует.

Это явление называется невесомостью.

- При каком условии P = 0? При свободном падении, т. е. а = g

P = (g - g) = 0.

Вес исчез: груз, как говорят, стал невесомым. В чем состоит причина невесомости?

Ученик.

Невесомость объясняется тем, что сила всемирного тяготения, а значит и сила тяжести, сообщают всем телам одинаковое ускорение g. Поэтому всякое тело, на которое действует только сила тяжести или вообще сила всемирного тяготения, находится в состоянии невесомости. Но надо помнить, что если в нашем опыте стрелка весов стоит на нуле, то это не значит, что исчезла сила тяжести. Исчез вес, т.е. сила, с которой груз действует на подвес. Сила тяжести остается - она причина свободного падения.

Кратковременное состояние невесомости испытывал каждый. В таком состоянии находится прыгун с момента отрыва от Земли и до момента приземления; пловец, прыгающий с вышки, до соприкосновения с водой. Даже бегун в короткие промежутки времени между касаниями ногой земли. Длительное состояние невесомости возникает при свободном полете космического корабля.

(Фрагмент фильма "Невесомость").

А все-таки невесомость - друг или враг? (Выслушиваю ответы учащихся).

Вывод: невесомость далеко не безобидна для человеческого организма, но для науки она открывает новые возможности. Можно, например, смешивать жидкости, которые на Земле невозможно перемешать; получать в 50-100 раз быстрее и в 10-20 раз чище, чем на Земле, вещества, необходимые для изготовления лекарств и полупроводников, и многое другое…

3. Итог урока

• Весом тела называется сила, с которой тело, вследствие его притяжения к земле, давит на опору или растягивает подвес.

• Вес покоящегося тела и тела, движущегося с постоянной скоростью, равен силе тяжести: Р = mg

• Вес тела, движущегося с ускорением а, выражается формулой Р = m(g - a)

• Тело находится в состоянии невесомости, если на него действует только сила тяжести.

• Невесомость - это такое состояние тела, при котором в теле отсутствуют все внутренние напряжения, обусловленные силой тяжести.

4. Д/З. §33, подготовиться к самостоятельной работе.

Спасибо за урок.