Муниципальное общеобразовательное автономное учреждение

Средняя общеобразовательная школа с. Лермонтово

ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ В ЗАДАЧАХ

курс по выбору предпрофильной подготовки

Пурясова Ольга Михайловна -

автор программы

Внукова Нина Ефимовна -

директор школы

Физические законы в задачах

Содержание

I Физические законы в задачах

1. Вводное занятие. Законы взаимодействия и движения.

2. Механика. Законы динамики. Первый, II, III закон Ньютона.

3. Закон всемирного тяготения.

4. Закон Гука.

5. Закон сохранения импульса.

6.Закон сохранения механической энергии.

7. Использование законов механики для объяснения движения небесных тел и для развития космических исследований.

8. Молекулярная физика.

9.Уравнение состояния идеального газа. Д.И.Менделеев - Б. Клайперон. Универсальная газовая постоянная.

10.Газовые законы. Законы Бойля - Мариотта, Гей - Люссака, Шарля.

11. Основы термодинамики. Первый, второй закон термодинамики. Проблема энергетики и охрана окружающей среды.

12 Основы электродинамики. Закон сохранения электрического заряда

13. Основной закон электростатики - закон Кулона.

14. Законы постоянного тока. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для полной цепи.

15. Электрический ток в различных средах. Закон электролиза.

II. Решение экспериментальных задач (лабораторный практикум)

16. Лабораторный практикум № 1. 17. Лабораторный практикум № 2.

III. Физические законы

18. Конференция «Физические законы». Презентация проектов по выбранным темам. «Физические законы».

Приложение 1. Материалы для само- и взаимоконтроля.

Приложение 2. Олимпиадные задачи.

Приложение 3. Фотографии учёных. Литература.

Пояснительная записка

Данный курс для предпрофильной подготовки учащихся 11-х классов включает вопросы таких школьных дисциплин, как физика, астрономия, география, математика, информатика.

Работа направлена на повышение интереса к изучению предмета, способствует лучшему усвоению учебного материала, подготавливает к

ЕГЭ и экзаменам, олимпиаде, создает условия для самостоятельной творческой деятельности обучающихся.

Гармоничное сочетание теоретического материала позволяет учащимся получить целостную картину окружающего мира, развить навыки решения задач.

Предлагаемые опыты рассчитаны на школьное оборудование, что обеспечивает доступность и увлекательность данного курса.

Пособие адресовано учителям физики, материалы могут быть использованы во внеклассной работе по предмету, при проведении предметных недель, в урочной деятельности ( 9-10кл.)

Предложенный вариант рассчитан на 18 часов. При необходимости можно составить курс на 36 часов, используя материалы приложений.

Цель курса - расширение знаний учащихся по теме «Физические законы», оказание помощи в выборе профиля дальнейшего образования.

Задачи:

• расширение знаний учащихся;

• развитие интересов и способностей к самоорганизации, готовности к сотрудничеству, активности и самостоятельности, умение вести диалог;

• дать ученику возможность реализовать свой интерес к вы­бранному предмету;

• уточнить готовность и способность ученика осваивать вы­бранный предмет на повышенном уровне;

• создать условия для подготовки к экзаменам по выбору, т.е. по наиболее вероятным предметам будущего профилирования.

Для этого нужно знакомить учащихся с особенностями системы обучения в профильной школе; т.е. проводить занятия в форме лекций, семинарских занятий, уроков-конференций, уделять больше внимания демонстрационному фронтальному эксперименту, лабораторному практикуму, учить детей делать открытия и быть успешными в творческой деятельности.

К.Э. Циолковский говорил о том, что сначала он делал открытия, всем давно известные, потом - не так давно известные, а потом - совсем новые.

Программа курса направлена на повышение интереса к физике и способствует лучшему усвоению материала. Необходимо создать условия для самостоятельной творческой деятельности учащихся. Показать, что получение принципиально важных физических результатов не обязательно требует сложного оборудования. Развить интерес к практической деятельности на материале простых и увлекательных опытов.

Поскольку наблюдения и опыты являются источниками знаний о природе, ученики выступают в роли физиков-исследователей. Выполнение самостоятельных и практических работ обеспечивает связь физического эксперимента с изучаемым теоретическим материалом, что позволяет детям самостоятельно делать обобщения и выводы, на основании чего заполняются таблицы, приведенные в приложении.

Содержание курса основано на имеющихся знаниях по данной теме и приближено к содержанию учебника, пред­ставляет собой:

- углубление и расширение отдельных тем базового предмета;

Для того, чтобы помочь осознать склонности и способности ребятам, расширить их знания по интересующим проблемам, используются нестандартные педагогические методики.

Расширение содержания учебного предмета происходит в следующих направлениях:

• более полное, всестороннее изучение ключевых вопросов учебной программы;

• выполнение заданий, способствующих развитию интеллектуальных умений (сравнения, классификации, определение закономерностей, области применимости и т.п.), формированию внепредметных умений и навыков (планирование деятельности, соотнесение результатов с целью и т.д.);

• включение в процесс обучения нестандартных, творческих, экспериментальных задач и заданий;

• расширение кругозора учеников в процессе работы с дополнительной информацией.

В результате изучения курса учащиеся должны уметь:

• обосновывать свою точку зрения;

• высказывать собственные суждения, проводить анализ, оценку и самооценку;

• представлять результаты в виде таблиц;

• использовать информацию по теме из различных источников;

• экономно использовать свое и чужое время;

• делать чертежи, рисунки;

• обобщать материал;

• овладевать умением слушать и слышать.

Результаты данного курса могут быть внесены в папку индивидуальных достижений школьника -«портфолио»- по следующим компонентам: участие в проекте, защита реферата, доклад, исследовательская работа, экспериментальное исследование, и др.

Программа курса способствует созданию положи­тельной мотивации. Помочь ученикам проверить себя, ответить на вопросы: «Могу ли я, хочу ли я учить это, заниматься этим?».

Перспек­тивными являются коммуникативные методы, групповые, проектно-исследовательская деятельность, разработка индивидуальных учебных планов и другие способы обучения, развивающие самостоятельность и творческую инициативу учеников.

Методические рекомендации:

• На вводном занятии всех участников курса разделить на группы по 2 - 3 человека.

• Ознакомить с программой и определить виды деятельности.

• Все занятия проводить «за круглым столом», что позволит консультироваться у более сильных учащихся

• Предложить выбрать: консультантов, 2-3 человека (можно их менять на разных занятиях), редакторов-оформителей.

• По возможности, не выписывать сообщения, а приносить первоисточники на семинарские занятия и уроки-конференции, дабы не искажать подлинник сокращенным списыванием, экономить время, учиться работать с использованием специальных закладок, если необходимо сделать ксерокопию материала или мультимедийную презентацию.

• Учитель выступает в роли консультанта. В большей степени, необходимо понимать и чувствовать, как учится ребенок, координировать и направлять его деятельность, учить учиться. Поэтому лучшим вариантом организации этого курса была бы проектная деятельность. Для того, чтобы грамотно подойти к этому вопросу, необходимо познакомиться со статьями, предложенными в списке литературы по вопросам технологий.

Курс состоит из 4-х этапов:

1. Теория.

2. Решение задач. .

3. Лабораторный практикум

4. Презентация проектов по выбранным темам.

По желанию обучающегося изучение предложенного курса можно прекратить по окончании любого этапа, если интереса к предложенным видам работам у него не выявлено, или курс выбран неосознанно.

Тематическое планирование

(Форму урока, методы, необходимые задачи, соответствующие учащимся можно выбрать по усмотрению)

№п/п

Тема урока

/.

Вводное занятие. Законы взаимодействия и движения

2.

Механика. Законы динамики. Первый, II, III закон Ньютона.

3.

Закон всемирного тяготения.

.

4.

Закон Гука

5.

Закон сохранения импульса.

6.

Закон сохранения механической энергии.

7.

Использование законов механики для объяснения движения небесных тел и для развития космических исследований.

8.

Молекулярная физика.

9.

Уравнение состояния идеального газа. Д.И.Менделеев -

Б .Клайперон. Универсальная газовая постоянная.

10.

Газовые законы. Законы Бойля - Мариотта, Гей - Люссака, Шарля.

11.

Основы термодинамики.

Первый, второй закон термодинамики. Проблема энергетики и охрана окружающей среды.

12.

Основы электродинамики.

Закон сохранения электрического заряда

13.

Основной закон электростатики - закон Кулона.

14.

Законы постоянного тока. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для полной цепи.

15.

Электрический ток в различных средах. Закон электролиза.

16.

Решение экспериментальных задач. Лабораторный практикум № 1.

17.

Лабораторный практикум № 2.

18.

Интегрированный урок-конференция «Физические законы».

Презентация проектов по выбранным темам.

Итого: 18 часов.

Содержание программы

Тема 1. Законы взаимодействия и движения тел.

Цель. Повторение и обобщение материала по теме "Законы взаимо- действия и движения тел."

Задачи

1. Образовательная. Повторить физические понятия силы, массы, ускорения, реактивного движения тел.

2. Развивающая. Развивать практические навыки в решении задач, использовать полученные знания для объяснения физических процессов, привлекать учащихся к выступлениям с докладами.

3. Воспитательная. Учить школьников внимательно наблюдать за экспериментами на уроке, объяснением учителя и ответами учащихся. Привлекать учащихся анализировать свои ответы и ответы учащихся.

Развивать интерес к предмету физика.

Оборудование

• две тележки разной массы,

• упругая пластина,

• резиновый шарик.

• мультимедийная установка,

• диски,

• карточки с заданием.

Демонстрации

1. Опыт с тележками и резиновым шариком.

План урока.

1. Организационный момент

2. Повторение и обобщение материала по теме. "Взаимодействие и движение тел"

3. Отработка полученных знаний и умений. Решение задач.

4. Домашнее задание.

5. Дополнительный материал (если останется время на уроке)

I. Организационный момент

Объявить тему урока, цель урока, мотивацию проведения этого урока.

II. Проведение опыта

2. Опыт взаимодействия тележек разной массы.

Наблюдаем возникновение механического движения у двух тележек. Делая разными грузы на тележках, мы замечаем, что они приобретают различные скорости.

Главный вывод: Взаимодействие тел приводит к изменению их скоростей. Причём, скорости изменяются по-разному, обратно пропорционально их массе.

3. Опыт с летающими надувными резиновыми шариками - пример реактивного движения тел.

III. Повторение и обобщение материала по теме. "Взаимодействие и движение тел"

А) Ответить на вопросы по этой теме "Взаимодействие и движение тел".

Вопросы были предложены учащимся за неделю до этого урока, вывешены в кабинете физики. На каждую парту дежурный ученик положил текст с вопросами в начале урока.

Б) Работа с учебником

V. Отработка полученных знаний и умений

Решение задач. Индивидуальное задание с различным уровнем сложности по теме

"Законы взаимодействия и движения тел. ".9 класс.

1 уровень

2 уровень

3 уровень

1

Что означают следующие утверждения: скорость относительна, траектория движения относительна, путь относителен?

Покажите на примерах, что скорость относительна, траектория движения относительна, путь относителен?

Вагон движется относительно Земли со скоростью 4м/с. Человек идёт по вагону со скоростью 1м/с. Какие варианты скоростей тел мы можем определить в этой задаче?

2

Дайте определение физической величине «масса»

Как обозначается эта величина, в чем измеряется? Это векторная величина или скалярная?

По каким формулам мы можем рассчитать массу тела?

3

Дайте определение физической величине «сила»

Как обозначается эта величина, в чем измеряется? Это векторная величина или скалярная?

Какие силы в природе изучаются в разделе механики?

4

Дайте определение физической величине «ускорение»

Как обозначается эта величина, в чем измеряется? Это векторная величина или скалярная?

По каким формулам мы можем рассчитать ускорение тела при прямолинейном равноускоренном движении тела? При движении по окружности?

Пояснить рисунки.

Сила - мера воздействия одного тела на другое

Компенсация силы тяжести покоящегося тела силой натяжения нити

Компенсация силы тяжести покоящегося тела силой реакции наклонной плоскости

Неупругие столкновения

Задача № 1.

Частица массой с кинетической энергией сталкивается с неподвижной частицей массой . Найдите приращение внутренней энергии системы частиц в результате абсолютно неупругого столкновения.

Решение.

Рассмотрим абсолютно неупругий удар двух тел в ЛСО. Налетающая частица движется до столкновения в положительном направлении оси OX со скоростью , кинетическая энергия частицы . В результате абсолютно неупругого удара (слипания) частицы движутся с одинаковой скоростью . По закону сохранения импульса ,по закону сохранения энергии . Из приведённых соотношений находим .

Отметим, что в предельных случаях .

Как видим, при неупругом столкновении лёгкой частицы с массивной? например, электрона с атомом, происходит полная передача её кинетической энергии атому: атом возбуждается, а затем испускает фотон.

При равенстве масс .

Отсюда следует, например, что при столкновении двух одинаковых автомобилей, один из которых неподвижен, а другой движется по направлению к нему, половина кинетической энергии идёт на разрушение.

Задача № 2.

Найдите минимальную относительную скорость двух одинаковых метеоритов необходимую для их нагрева и полного испарения в результате абсолютно неупругого соударения. Удельная теплота нагревания и испарения вещества метеоритов Дж/кг.

Решение.

Рассмотрим в ЛСО абсолютно неупругий удар двух тел. Введём обозначения: и - массы тел, и - их скорости до столкновения, - скорость составного тела после столкновения. Считая, что в процессе столкновения импульс системы тел сохраняется (внешние силы отсутствуют), , находим скорость составного тела .

Кинетические энергии системы тел до взаимодействия и после равны соответственно , .

Тогда убыль кинетической энергии системы после несложных преобразований принимает вид , где - приведённая масса системы тел, относительная скорость. Таким образом, при абсолютно неупругом ударе в другие формы энергии переходит кинетическая энергия макроскопического движения, равная половине произведения приведённой массы на квадрат относительной скорости.

Вернёмся к задаче о минимальной относительной скорости метеоритов. Будем считать, что вся убыль кинетической энергии переходит в тепло, которое идёт на нагревание и испарение метеоритов, тогда . С учётом равенства масс сталкивающихся метеоритов . Это приводит к оценке минимальной скорости м/с.

Упругие столкновения

Задача № 4.

На гладкой горизонтальной поверхности лежит шар массой На него налетает шар массой , движущийся со скоростью . Между шарами происходит упругий центральный удар. Найдите скорости и шаров после соударения. При каком условии налетающий шар будет двигаться после соударения в прежнем направлении?

Решение.

Задачу рассмотрим в ЛСО, ось OX которой направим по линии центров шаров в момент соударения. Внешние силы, действующие на шары в процессе соударения, это силы тяжести и силы нормальной реакции опоры. Их сумма равна нулю. Следовательно им-пульс системы шаров в процессе взаимодействия не изменяется. По закону сохранения импульса . Переходя к проекциям на ось OX, получаем , здесь учтено, что направление скорости налетающего шара после соударения неизвестно. По закону сохранения энергии . Полученные соотношения перепишем в виде , . Разделив второе равенство на первое, приходим к линейной системе , , решение которой имеет вид , . Налетающий шар будет двигаться после соударения в прежнем направлении () при , т.е. если его масса больше массы покоящегося шара.

VII. Домашнее задание Лукашик -задачник №167, 202, 214, 222, 226

Заключение. В физике есть 4 фундаментальных взаимодействия.
В механике рассматриваются только гравитационное и электромагнитное взаимодействия. Поэтому, ВСЕ силы в механике - гравитационные или электромагнитные. Это нужно всегда помнить
Чтобы не наделать ошибок, нужно помнить, что в природе реально существуют ТОЛЬКО "реальные силы" - силы взаимодействия. Все остальные "силы" - только "на бумаге" во время решения задач. И если для какой-либо "силы" мы НЕ можем указать гравитационная она или электромагнитная, то перед нами "фантом". И этот "фантом" конечно НЕ может что-то куда-то "двигать" в реальности.

Принципы взаимодействия тел

В своей работе Г.Я. Зверев выводит следующие принципы взаимодействия тел

• Принцип первый, взаимодействие (обмен энергией и импульсом) возможно только между двумя материальными телами.

• Принцип второй, взаимодействие двух тел происходит во взаимно связанном положении при движении их по циклоиде.

• Принцип третий, взаимодействие двух тел приводит к ускорению одного тела за счет торможения другого тела.

• Принцип четвертый, величина взаимодействия двух тел определя­ются только отношениями их скоростей и масс.

• Принцип пятый. Чем больше скорость частицы, тем короче дистанция взаимодействия частицы с телом.

• Принцип шестой. Чем больше энергия у частицы, тем кратковременнее взаимодействие частицы с телом (условие Планка).

• Принцип седьмой. Для любого отношения масс всегда существует одна величина отношения скоростей тел, при котором одно тело полностью передает свою энергию другому телу (условие резонанса).

• Принцип восьмой. Для любого отношения масс всегда существует два отношения скоростей тел, при которых тела не обмениваются энергией (условие пассивности).

• Принцип девятый. Преднамеренный захват энергии одного тела другим телом возможен только при знании отношения скоростей и масс обоих тел (условие возможности целенаправленной концентрации энергии, в противоположность ее самопроизвольному рассеиванию).

Тема 2. Механика. Законы динамики.

Первый, II, III закон Ньютона.

1. Лекция или реферат, презентация.

2.Решение задач.

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

(на 16 страницах, интернет )

Исаак Ньютон

Isaac Newton

Дата рождения:

4 января 1643

Место рождения:

Woolsthorpe-by-Colsterworth, Линкольншир, Англия

Дата смерти:

31 марта 1727

Место смерти:

Лондон, Англия

Научная сфера:

физика, математика, астрономия

Содержание

• 1 Биография

• 2 Оценки

• 3 Научная деятельность

  • 3.2 Механика

  • 3.3 Теория тяготения

  • 3.5 Другие работы по физике

• 4 Другие сферы деятельности

• 5 Примечания

• 6 Основные опубликованные сочинения Ньютона

• 7 Литература

Первый закон Ньютона

• Инерциальной называется та система отсчёта, относительно которой любая, изолированная от внешних воздействий, материальная точка либо покоится, либо сохраняет состояние равномерного прямолинейного движения.

• Первый закон Ньютона гласит:

Инерциальные системы отсчёта существуют. или Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела и поля.

По сути, этот закон постулирует инерцию тел, то есть их свойство сопротивляться изменению их текущего состояния.

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона - дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как мерило проявления инерции материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).

Второй закон Ньютона утверждает, что

В инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально приложенной к ней силе и обратно пропорционально её массе.

При подходящем выборе единиц измерения, этот закон можно записать в виде формулы:

где - ускорение материальной точки;
- сила, приложенная к материальной точке;
m - масса материальной точки.

Или в более известном виде:

В случае, когда масса материальной точки меняется со временем, второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс:

В инерциальной системе отсчета скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на неё силе.

где - импульс точки,

где - скорость точки;

t - время;
- производная импульса по времени.

Когда на тело действуют несколько сил, с учётом принципа суперпозиции второй закон Ньютона записывается:

или

Второй закон Ньютона действителен только для скоростей, много меньших скорости света и в инерциальных системах отсчёта. Для скоростей, приближенных к скорости света, используются законы теории относительности.

Нельзя рассматривать частный случай (при ) второго закона как эквивалент первого, так как первый закон постулирует существование ИСО, а второй формулируется уже в ИСО.

Третий закон Ньютона

Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух тел. Первое тело может действовать на второе с некоторой силой , а второе - на первое с силой . Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Подчеркнём, что эти силы приложены к разным телам, а потому вовсе не компенсируются.

Сам закон:

Тела действуют друг на друга с силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположными по направлению:

Выводы

Из законов Ньютона сразу же следуют некоторые интересные выводы. Так, третий закон Ньютона говорит, что, как бы тела ни взаимодействовали, они не могут изменить свой суммарный импульс: возникает закон сохранения импульса. Далее, надо потребовать, чтобы потенциал взаимодействия двух тел зависел только от модуля разности координат этих тел U( | r₁ − r₂ | ). Тогда возникает закон сохранения суммарной механической энергии взаимодействующих тел:

Законы Ньютона являются основными законами механики. Из них могут быть выведены все остальные законы механики.

Задача № 1. Трактор, сила тяги которого на крюке 15 кН, сообщает прицепу ускорение 0,5 м/с2. Какое ускоре­ние сообщит тому же прицепу трактор, развивающий тяговое усилие 60 кН ?

Задача № 133. Порожний грузовой автомобиль массой 4 т начал движение с ускорением 0,3м/с2. Какова масса груза, принятого автомобилем, если при той же силе тяги он трогается с места с ускорением 0,2 м/с2 ?

Задача № 138. Порожнему прицепу тягач сообщает ускорение а₁ = 0,4 м/с², а груженому а₂ = 0,1 м/с². Какое ускорение сообщит тягач обоим прицепам, соединенным вместе? Силу тяги тягача считать во всех случаях одинако­вой.

Тема 3. Закон всемирного тяготения.

Теорию можно предложить по

college.ru/physics/courses/op25part1/content/chapter1/section/paragraph1.. или

ru.wikipedia.org/wiki/Гравитация

Закон всемирного тяготения. Движение тел под действием силы тяжести

По второму закону Ньютона причиной изменения движения, т. е. причиной ускорения тел, является сила. В механике рассматриваются силы различной физической природы. Многие механические явления и процессы определяются действием сил тяготения.

Закон всемирного тяготения был открыт И. Ньютоном в 1682 году.

В последующие годы Ньютон пытался найти физическое объяснение законам движения планет открытых астрономом И. Кеплером в начале XVII века, и дать количественное выражение для гравитационных сил. Если основной задачей механики является определение координат тела известной массы и его скорости в любой момент времени по известным силам, действующим на тело, и заданным начальным условиям (прямая задача механики), то при решении обратной задачи необходимо определить действующие на тело силы, если известно, как оно движется. Решение этой задачи и привело Ньютона к открытию закона всемирного тяготения.

Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

Коэффициент пропорциональности G одинаков для всех тел в природе. Его называют гравитационной постоянной

G = 6,67·10^-11 Н·м²/кг² (СИ).

Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести. Так принято называть силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности. Если М - масса Земли, R_З - ее радиус, m - масса данного тела, то сила тяжести равна

где g - ускорение свободного падения у поверхности Земли:

Сила тяжести направлена к центру Земли. В отсутствие других сил тело свободно падает на Землю с ускорением свободного Зная ускорение свободного падения и радиус Земли (R_З = 6,38·10⁶ м), можно вычислить массу Земли М:

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорение свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния r до центра Земли. Рис. 1.10.2 иллюстрирует изменение силы тяготения, действующей на космонавта в космическом корабле при его удалении от Земли. Сила, с которой космонавт притягивается к Земле вблизи ее поверхности, принята равной 700 Н.

Примером системы двух взаимодействующих тел может служить система Земля-Луна. Луна находится от Земли на расстоянии r_Л = 3,84·10⁶ м. Это расстояние приблизительно в 60 раз превышает радиус Земли R_З. Следовательно, ускорение свободного падения a_Л, обусловленное земным притяжением, на орбите Луны составляет

С таким ускорением, направленным к центру Земли, Луна движется по орбите. Следовательно, это ускорение является центростремительным ускорением. Его можно рассчитать по кинематической формуле для центростремительного ускорения (см. §1.6):

где T = 27,3 сут - период обращения Луны вокруг Земли. Совпадение результатов расчетов, выполненных разными способами, подтверждает предположение Ньютона о единой природе силы, удерживающей Луну на орбите, и силы тяжести.

Собственное гравитационное поле Луны определяет ускорение свободного падения g_Л на ее поверхности. Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли, а ее радиус приблизительно в 3,7 раза меньше радиуса Земли. Поэтому ускорение g_Л определится выражением:

В условиях такой слабой гравитации оказались космонавты, высадившиеся на Луне. Человек в таких условиях может совершать гигантские прыжки. Например, если человек в земных условиях подпрыгивает на высоту 1 м, то на Луне он мог бы подпрыгнуть на высоту более 6 м.

Рассмотрим теперь вопрос об искусственных спутниках Земли. Такие спутники летают на высотах порядка 200-300 км, и можно приближенно принять расстояние до центра Земли равным ее радиусу R_З. Тогда центростремительное ускорение спутника, сообщаемое ему силами тяготения, приблизительно равно ускорению свободного падения g. Обозначим скорость спутника на околоземной орбите через υ₁. Эту скорость называют первой космической скоростью. Используя кинематическую формулу для центростремительного ускорения получим:

Двигаясь с такой скоростью, спутник облетал бы Землю за время

Скорость спутника υ находится из условия

Таким образом, на высоких орбитах скорость движения спутников меньше, чем на околоземной орбите.

Период T обращения такого спутника равен

Здесь T₁ - период обращения спутника на околоземной орбите. Период обращения спутника растет с увеличением радиуса орбиты. Нетрудно подсчитать, что при радиусе r орбиты, равном приблизительно 6,6R_З, период обращения спутника окажется равным 24 часам. Спутник с таким периодом обращения, запущенный в плоскости экватора, будет неподвижно висеть над некоторой точкой земной поверхности. Такие спутники используются в системах космической радиосвязи. Орбита с радиусом r = 6,6R₃ называется геостационарной.

Задача № 343. Шарик массой 100 г свободно упал на горизонтальную площадку, имея в момент удара скорость υ = 10 м/с. Найти изменение импульса при абсолютно неупругом и абсолютно упругом ударах.

Тема4. Закон Гука.

Теорию можно предложить по

1. Сила упругости. Закон Гука

Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука. Коэффициент k называется жесткостью тела. В системе СИ жесткость измеряется в ньютонах на метр (Н/м). Коэффициент жесткости зависит от формы и размеров тела, а также от материала.

fizika.ayp.ru/1/1_12.html · 5 КБ

Сила упругости. Закон Гука

При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Эта сила возникает вследствие электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества. Ее называют силой упругости.

Простейшим видом деформации является деформация растяжения или сжатия (рис. 1.12.1).

При малых деформациях (|x| << l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации:

Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука. Коэффициент k называется жесткостью тела. В системе СИ жесткость измеряется в ньютонах на метр (Н/м). Коэффициент жесткости зависит от формы и размеров тела, а также от материала. В физике закон Гука для деформации растяжения или сжатия принято записывать в другой форме. Отношение ε = x / l называется относительной деформацией, а отношение σ = F / S = -F_упр / S, где S - площадь поперечного сечения деформированного тела, называется напряжением. Тогда закон Гука можно сформулировать так: относительная деформация ε пропорциональна напряжению σ:

Коэффициент E в этой формуле называется модулем Юнга. Модуль Юнга зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела. Для различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах. Для стали, например, E ≈ 2·10¹¹ Н/м², а для резины E ≈ 2·10⁶ Н/м², то есть на пять порядков меньше.

Закон Гука может быть обобщен и на случай более сложных деформаций. Например, при деформации изгиба упругая сила пропорциональна прогибу стержня, концы которого лежат на двух опорах (рис. 1.12.2).

Упругую силу действующую на тело со стороны опоры (или подвеса), называют силой реакции опоры. При соприкосновении тел сила реакции опоры направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения. Поэтому ее часто называют силой нормального давления. Если тело лежит на горизонтальном неподвижном столе, сила реакции опоры направлена вертикально вверх и уравновешивает силу тяжести: Сила с которой тело действует на стол, называется весом тела.

В технике часто применяются спиралеобразные пружины (рис. 1.12.3). При растяжении или сжатии пружин возникают упругие силы, которые также подчиняются закону Гука. Коэффициент k называют жесткостью пружины. В пределах применимости закона Гука пружины способны сильно изменять свою длину. Поэтому их часто используют для измерения сил. Пружину, растяжение которой проградуировано в единицах силы, называют динамометром. Следует иметь в виду, что при растяжении или сжатии пружины в ее витках возникают сложные деформации кручения и изгиба.

В отличие от пружин и некоторых эластичных материалов (например, резины) деформация растяжения или сжатия упругих стержней (или проволок) подчиняется линейному закону Гука в очень узких пределах. Для металлов относительная деформация ε = x / l не должна превышать 1 %. При больших деформациях возникают необратимые явления (текучесть) и разрушение материала.

1. Сила упругости. Закон Гука :: Фестиваль «Открытый урок»

Сегодня на уроке мы поподробнее познакомимся с ещё одной силой - силой упругости и законом, определяющим, от чего она зависит - законом Гука.

festival.1september.ru/articles/510881/ · 10 КБ

1. 3.5. Закон Гука

4. Интерактивная задача "Закон Гука" Для отработки умения решать задачи на применение закона Гука, проверки правильности выполнения заданий на эту тему.

school-collection.edu.ru/catalog/rubr/3b19dfa9-7bdf-441a-89e4-fdbf8383e844/1.. · 44 КБ

Тема 5. Закон сохранения импульса.

Теорию можно предложить по

1. 1.17. Закон сохранения импульса. Реактивное движение

college.ru/physics/courses/op25part1/content/chapter1/section/paragraph1.. · 23 КБ

Или

Закон сохранения импульса в 10-м классе :: Фестиваль «Открытый урок»

Итак, мы показали, что закон сохранения импульса выполняется во всех инерциальных системах отсчета.

festival.1september.ru/articles/505186/ · 15 КБ

Импульс тела. 9класс. (Менее сложные задачи.)

№

1 вариант

№

2 вариант

1

Определить с какой скоростью будет двигаться тележка массой 100 кг. с человеком массой 50 кг, если до их взаимодействия скорость тележки была ровна 2м/с, а человека 5м/с. Первоначально их скорости совпадали по направлению.

1

Определить какую скорость получит плот массой 200 кг, если с него спрыгнет человек массой 50 кг со скоростью 3 м/с. Первоначально плот был неподвижен.

2

Чему равен вес воды массой 200 г?

2

Может ли на Земле человек находиться в состоянии невесомости?

Задачи Импульс тела. (Более сложные)

№

№

Определить общую скорость 4-х вагонов, если до сцепки 3 вагона были неподвижны. К ним присоединили вагон со скоростью 36 км/ч. Масса каждого вагона 2,5 т

Определить скорость оболочки ракеты, если до взлёта масса ракеты была равна 12 тонн, масса горючей смеси в ней 10 тонн. При сгорании газы вылетали со скоростью 360 км/ч.

№

№

Человек догнал движущуюся тележку и запрыгнул на неё. Определить с какой скоростью будет двигаться тележка с человеком. Первоначально скорость тележки была 9 км/ч, а человека 18 км/ч. Масса тележки 100 кг, а человека 50 кг.

Определить какую скорость получит плот массой 200 кг, если с него спрыгнет 2 человека массой по 50 кг каждый со скоростью 36 км/ч одновременно в одну сторону. Первоначально плот был неподвижен.

Номера вариантов можно написать самим. Текст тоже можно видоизменить.

Законы сохранения импульса и энергии

Законы сохранения импульса и энергии позволяют решать задачи не только о взаимодействии макроскопических тел, но и задачи о взаимодействиях частиц в микромире. В школьном учебнике рассказывается об искусственном превращении атомных ядер, которое впервые было осуществлено Э.Резерфордом в 1919 г. В первой искусственной ядерной реакции, ядра азота подвергались бомбардировке ядрами гелия (-частицами) и превращались в ядра кислорода и ядра атома водорода (протоны) по схеме .

Задача № 10.

Рассматриваемая реакция идёт с поглощением энергии МэВ. При какой пороговой (минимальной) скорости -частиц, бомбардирующих неподвижную мишень, такая реакция могла пойти? Масса -частицы кг.

Решение.

Из теоремы Кёнига следует, что минимум кинетической энергии бомбардирующей частицы достигается в случае, когда продукты реакции покоятся в Ц-системе. В этом случае кинетическая энергия -частицы (её импульс ) является пороговой и равна сумме энергии реакции Q и кинетической энергии сиcтемы как целого ,

здесь учтено, что по закону сохранения импульса (в системе действуют только внутренние силы) импульс продуктов реакции равен импульсу бомбардирующей частицы. Кинетическая энергия движения системы как целого связана с кинетической энергией налетающей частицы

.

Тогда соотношение для пороговой энергии принимает вид

.

Отсюда находим пороговую энергию реакции

МэВ

и пороговую скорость

м/с.

Из решения следует, что зависящая от отношения масс взаимодействующих частиц доля кинетической энергии бомбардирующей частицы не может быть использована для реакции. Это устраняется при использовании встречных пучков, когда центр масс сталкивающихся частиц неподвижен.

В заключение рассмотрим два примера, которые упоминаются в школьном курсе, и требуют привлечения (разумеется, в рамках школьной программы) элементов квантовой физики и специальной теории относительности.

Предварительно проиллюстрируем элементарные квантовые представления о взаимодействии света с веществом.

Задача № 11.

Неподвижная пылинка массой мг освещается импульсом лазерного света с длиной волны м. Определите число поглощённых пылинкой фотонов, если она в результате действия света приобрела скорость мм/с. Постоянная Планка Дж•с.

Решение.

В квантовой физике энергия фотона (кванта) , здесь - частота, - длина волны электромагнитного излучения. Импульс фотона .

В рассматриваемой задаче импульс фотонов по закону сохранения импульса равен импульсу пылинки , отсюда .

Первый пример - эффект Комптона. В 1922 г. А. Комптон обнаружил, что если рентгеновское излучение с длиной волны рассеивается веществом с лёгкими атомами (графит, парафин), то в рассеянном потоке, наряду с излучением с той же длиной волны , наблюдается излучение с большей длиной волны . Считая это излучение результатом упругого рассеяния рентгеновских квантов на свободных электронах, рассмотрим следующую задачу.

Тема 16,

Тема 17.

Урок физического практикума

Пояснительная записка

1. Класс разбивается на 6 групп, в каждой группе по 4-5 чело­век.

2. Каждая группа получает задание на 15 минут.

3. На уроке каждая группа должна сделать 2-3 задания.

4. Выставляется общая за урок или за каждое эксперименталь­ное задание оценка.

5. Группы обмениваются заданиями по мере их выполнения.

6. Задания пишутся на бланках с указанием необходимого обо­рудования.

7. Урок проводится в 4-й четверти, когда пройден весь про­граммный материал.

Группа 1

Оборудование: линейка, динамометр.

Задание

На гвоздь, прибитый к верхней кромке классной доски, подвешен на нити груз. От­водим груз в сторону и отпускаем так, что­бы он совершал колебания параллельно плоскости доски.

Определить потерю механической энер­гии за одно полное колебание груза. (Поте­ря энергии равна разности значений потенциальной энергии груза в начальном и в конечном его положении через один период.

Группа 2

Оборудование: линейка, динамометр.

Задание

На столе тележка с грузом. Слегка толкаем ее рукой. Пройдя некоторое расстояние, тележка останавливается.

Определить начальную ско­рость тележки. (Кинетическая энергия тележки в начальный момент

ее движения равна работе силы трения на всем пути дви­жения.

Е_к = А_тр Е_к = mV₀² / 2 А_тр = F_тр * S

mV₀² / 2 = F_{тр ,} следовательно, V₀² = 2 F_тр * S / m

Массу тележки с грузом определяем динамометром, так же силу трения. Путь измеряем линейкой.)

Группа 3

Оборудование: линейка, таблица плотности дерева.

Задание

На столе вертикально поставлен деревянный брусок, затем он упал «плашмя».

Определить работу силы тяжести. (Измеряем, на сколько изме­нялось положение центра тяжести бруска, при помощи линейки.

Обмеряем брусок: а - длина; в - ширина; с - высота.

V = а * в * с.

Δ h = h ₁ - h ₂

A = F _тяж * Δ h

F _тяж = m q = ρ V q = ρ * a * b * c * q. h ₁ = a / 2; h ₂ = c / 2

Группа 4

Оборудование: линейка, динамометр.

Задание

К верхней кромке классной доски подвешена хорошо растя­гивающаяся бельевая резинка. К ее концу подвешен груз. Опре­делить жесткость резинки. (На груз действует сила тяжести, и резинка удлиняется до тех пор, пока: F тяж = Fупр.

Т.к. F_тяж = т q , а F_упр = |кх|, то х =l ₁ - l ₂

l ₁ - длина резинки без груза; l ₂ - длина резинки с грузом. Тогда: т q = кх; т q = к (l ₁ - l ₂ );

Группа 5

Оборудование: линейка.

Задание

Дана однородная круглая пластина с вырезан­ным кругом. Произведите необходимые измерения и определите положение центра тяжести этой пластины. (Сила тяжести одно­родного диска пропорциональна квад­рату его радиуса и приложена в цен­тре диска: F _тяж = m q = Р = = ρ V q = ρ π R ² h q (где h - толщина дис­ка,

R- радиус диска, ρ - плотность вещества).

Чтобы скомпенсировать отсут­ствие части диска, приложим в точ­ке О₁, малого круга силу P ₁, равную и противоположно направленную силе тяжести вырезанной части.

Положение общего центра тяже­сти определим, воспользовавшись

правилом сложения параллельных сил, направленных в противо­положные стороны

Группа 4

Оборудование: линейка.

Задание

На столе веревка, свисающая с края сто­ла, начинает скользить.

Определить коэффициент трения. (Гиб­кую веревку или шнур растяните на столе перпендикулярно краю стола. Постепенно свешивайте часть веревки со стола до тех пор, пока веревка не придет в движение. Из­мерив длину всей веревки l и длину свешенной части х, определяем коэффициент трения μ

по формуле: μ = х / l - х

Приложение 2. Олимпиадные задачи.

Олимпиадные задачи по физике

Материал из Викиучебника

Олимпиадные задачи по физике - задачи повышенной трудности, предлагающиеся школьникам на физических олимпиадах различного уровня. По определению, знаний, содержащихся в стандартном школьном курсе физики и математики, должно быть достаточно для решения таких задач. Трудность же задач состоит в необходимости «чувствовать» предлагаемое явление, понимать, какие из изученных законов надо применить в этом случае.

Можно выделить несколько часто встречающихся групп олимпиадных задач по физике.

Содержание

• 1 Задачи на применение формул

• 2 Задачи на физический смысл и применимость законов

• 3 Задачи, в которых почти ничего не дано

• 4 Задачи, требующие почувствовать явление целиком

• 5 Задачи, звучащие как передний край науки

• 6 См. также

Задачи на применение формул

Часто оказывается, что какая-либо тема очень проста с точки зрения физики, а это значит, что её изучают в школе очень подробно, на множестве примеров и со множеством (достаточно простых) формул. Типичный пример такой темы: кинематика тела, брошенного под углом к горизонту. К сожалению, зачастую у учащегося создается впечатление «мешанины формул», и он не понимает, какие именно из кучи известных формул надо записывать в том или ином случае.

Задачи из этой серии как раз проверяют способность школьника чувствовать, что стоит за каждой формулой, какие формулы относятся к предложенной задаче, а какие нет. Обычно такие задачи не представлют математической сложности: после записи нужной системы уравнений задача решается быстро. Трудность заключается в аккуратном выписывании формул.

Эта задача была довольно простой, поскольку она касается равноускоренного одномерного движения, и как олимпиадную её можно предлагать разве только на уровне школьных или городских олимпиад. Но вот пример посложнее.

[править] Задачи на физический смысл и применимость законов

Как правило, те или иные законы выполняются не всегда, а при соблюдении некоторых условий. Эти условия школьнику сообщаются мимоходом, и зачастую он их забывает, запоминая лишь формулу. Задачи на применимость законов - это как раз задачи на проверку того, понимает ли школьник физический смысл и границы применимости тех или иных законов. Часто такие задачи формулируются в виде «парадокса», и от школьника требуется его распутать.

Задачи, в которых почти ничего не дано

Часто встречаются задачи, в которых, казалось бы, ничего не дано, а что-то требуется найти. Эти задачи могут легко поставить школьника в тупик: с чего начинать решение, если ничего не дано?!

Метод решения стандартен: необходимо научиться преодолевать «страх перед неизвестным». Это значит, что в начале решения надо ввести все необходимые параметры. Да, они не даны, и ответ выражать через них нельзя, но никто нам не запрещает их использовать в процессе решения! Оказывается, что в ответе все неизвестные введенные величины сокращаются.

Такие задачи «красивы» с точки зрения физики, поскольку они используют неочевидную симметрию системы: ответ не зависит от конкретного выбора параметров, а значит годится для целого класса систем. Составление таких задач - чрезвычайно хорошая проверка для преподавателя-физика, поскольку он обязан почувствовать, увидеть систему со скрытой симметрией.

[править] Задачи, требующие почувствовать явление целиком

Есть задачи, в которых речь идет о некотором нестандартном явлении. Часто для решения таких задач требуется в деталях представить себе, что и как при этом происходит, что для задачи существенно, а что - нет. После того, как явление представлено, решение находится довольно быстро. Без этого, при попытке справиться с задачей «пошагово», решение становится очень громоздким, непрозрачным, и в нём легко допустить ошибку. Универсального рецепта, как не ошибиться при визуализации таких задач, нет: скорее это приходит само как результат широкого кругозора и прорешивания множества задач.

[править] Задачи, звучащие как передний край науки

Некоторые задачи современной физики удается очистить от ненужной шелухи и сформулировать на школьном уровне. Формулировка таких задач может содержать слова, выходящие за рамки школьного курса, однако метод решения опирается только на школьные навыки. Единственная трудность здесь - не бояться новых терминов, легко включаться в предложенную «нешкольную» физическую систему. Способность составления таких задач также является хорошим критерием уровня физика-преподавателя.

Примеры задач из современной физики, доступные школьнику, можно найти на странице Современная физика в задачах.

Список литературы для учителя:

1. Бершадский М. Е. , Бершадская Е. А. Методы решения задач по физике. - М. : Народное образование, 2001.

2. Кабардин О. Ф. и др. Факультативный курс физики. 10 класс. - М. : Просвещение, 1988.

3. Мастронас З. П. ,Синдеев Ю. Г. , Физика: методика и практика преподавания. Серия "Книга для учителя" - Ростов на Дону: Феникс, 2002- 288 с.

4. Турчина Н. В. , Рудакова Л. И. , Сурова О. И. и др. Физика: 3800 задач для школьников и поступающих в вузы. - М. : "Дрофа", 2000.

5. Степанова Г. Н. Сборник вопросов и задач по физике. - М. : Просвещение, 1995.

6. Соболева С. А. ЕГЭ Физика: теоретические материалы. - СПб. : Тригон, 2005.

7. Соболева С. А. ЕГЭ Физика: раздаточный материал тренировочных тестов. - СПб. : Тригон, 2005.

festival.1september.ru/articles/514121/

ЛЕКЦИЯ ostu.ru/personal/sim/Concept/DAT/m1/cmn04.html

Законы движения и взаимодействия school-collection.edu.ru/catalog/rubr/

Законы Ньютона - Википедия ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Ньютона

Ответы по физике для 11 класса alleng.ru/d/phys/phys11-02.htm

Форум Наука\Еще о науке\ Хотите верьте, хотите нетufolog.ru/forum/messages.aspx?page=318&topic_id=1110&m

Законы сохранения -... тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/soh/sohran16.html

Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов в составе "Федеральной системы информационно-образовательных ресурсов"

Список литературы для учащихся:

1. Мякишев Г. Я. , Буховцев Б. Б. , Сотский Н. Н. Физика-10. -М. : Просвещение, 2003.

2. Балашов В. А. Задачи по физике и методы их решения. - М. : Просвещение, 1983.

3. Гольфарб И. И. Сборник вопросов и задач по физике - М. : Высшая школа, 1973.

4. Задачи по физике для поступающих в вузы. - М. : Наука, 1976.

5. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. - М. : Просвещение, 1992.

6. Степанова Г. Н. Сборник вопросов и задач по физике. - М. : Просвещение, 1995.

7. Соболева С. А. ЕГЭ Физика: теоретические материалы. - СПб. : Тригон, 2005.

8. Соболева С. А. ЕГЭ Физика: раздаточный материал тренировочных тестов. - СПб. : Тригон, 2005.

44