Программа элективного курса МЕХАНИКА

Программа

элективного курса

МЕХАНИКА

для предпрофильной подготовки обучающихся 9 класса.

Срок реализации _1 год

Программа сертифицирована научно-методическим экспертным советом ГОУ ДПО НИРО (экспертное заключение №45, от15.03.2011)

Автор: Сарычева М.Н.

учитель физики

г. Выкса

2011 год

Оглавление

Стр.

1. Пояснительная записка _____________________________________4

2. Оценка достижений учащихся ___________________________ ____6

3. Содержание изучаемого курса_______________________________ 7

4. Методическое обеспечение программы __________________ 9

5. Учебно-тематический план______________________________ 10

6. Список литературы ____________________________________ 13

7. Приложения ___________________________________________ 14

Пояснительная записка.

Элективный курс позволит детям определиться в выборе физико-математического профиля, а также получить более глубокие знания по данному разделу физики.

В современном мире научно-технический прогресс охватывает все сферы профессиональной деятельности человека. Возрастает потребность общества в представителях технических специальностей. Инженеры вновь становятся востребованными. Всё больше выпускников основной школы хотят в 10-11 классах продолжить изучение физики на профильном уровне. Разрыв между программами основной школы и программами профильного обучения физики очень велик. Изучение курса физики профильной школы не предполагает повторного изложения материала, который ранее изучался в основной школе. Программа базового курса физики, рассчитанная на 2 часа в неделю, имеет только ознакомительный характер, не позволяет приобрести учащимся глубокие и прочные знания, сформировать умения решать физические задачи, самостоятельно работать с учебной и справочной литературой, оборудованием кабинета физики.

Раздел «Механика» наиболее широко представлен на экзаменах Государственной итоговой аттестации 9 и 11 классов, кроме того многие задачи механики являются основой для усвоения других разделов физики.

Курс рассчитан на 1 час в неделю (34 часа), изучается за счет части учебного плана формируемой участниками образовательных отношений.

При изучении возможны различные формы занятий: рассказ и беседа учителя, выступление учеников, подробное объяснение примеров решения задач, коллективная постановка экспериментальных задач, индивидуальная и коллективная работа по составлению задач, конкурс на составление лучшей задачи, знакомство с различными задачниками. Большое внимание уделяется фронтальной лабораторной работе и домашнему эксперименту, формируется умение описывать полученный результат, делать выводы, обобщать.

Цель курса:

осуществлять предпрофильную подготовку, знакомить с методами научного познания, учить математическим приемам решения физических задач.

Задачи элективного курса:

• Формировать знания о механических явлениях, величинах, характеризующих эти явления, законах, которым они подчиняются, методах научного познания природы. Знакомить с основными методами решения задач, учить применению алгоритмов. Учить проводить физический эксперимент, описывать зависимости между физическими величинами с помощью графиков, рассчитывать погрешность.

• Развивать интеллект, познавательные и творческие способности в процессе самостоятельных исследований. Формировать представление о цикле научного познания: наблюдение - гипотеза - эксперимент - математическое описание - внедрение в практику.

• Формировать научное мировоззрение, и повышать интерес школьников к физике.

В результате изучения элективного курса учащиеся должны знать и уметь:

Уметь применять векторный, координатный и траекторный методы при решении задач по кинематике.

Уметь правильно находить и расставлять силы, действующие на тела, составлять уравнения динамики и решать полученную систему уравнений.

Учащиеся должны правильно понимать, что такое замкнутая система тел, упругий и неупругий удар, знать границы применимости закона сохранения импульса и энергии.

Учащиеся должны видеть тесную связь уравнений математики и физики при описании различных физических процессов и правильно их применять.

Знать принципы действия приборов, уметь проводить наблюдения, обрабатывать и систематизировать полученные данные, измерять физические величины и устанавливать зависимость между ними.

Оценка достижений учащихся

Контроль знаний, умений и навыков учащихся - один из важнейших элементов учебного процесса. Благодаря контролю между учителем и учащимися устанавливается «обратная связь», которая позволяет оценивать динамику усвоения учебного материала, действительный уровень владения системой знаний, умений и навыков и на основе их анализа вносить соответствующие коррективы в организацию учебного процесса. Необходимо использовать совокупность устного опроса, письменной, практической, тестовой проверки, самоконтроля и самопроверки. Оценка практических умений происходит при самостоятельном выполнении лабораторных работ. После проведения уроков решения задач организуется оценочная самостоятельная работа учащихся. По окончании изучения каждого из разделов («Кинематика», «Динамика», «Статика» и т. д.) учащимся предлагаются диагностические тесты по теме.

Содержание изучаемого курса

Курс можно охарактеризовать как практикум по решению задач и лабораторный практикум по разделу «Механика». Программа предполагает, что основные теоретические понятия известны из курса физики. В данном курсе важно усвоение алгоритмов решения задач и формирование умения проводить эксперимент и составлять отчёт о проведённом эксперименте с учётом погрешности. Предлагаемых лабораторных работ нет в программе курса физики основной школы. Их выполнение способствует усвоению теоретического материала, повышает интерес к предмету. В программу включена тема «Движение жидкостей и газов. Закон Бернулли» которая не изучается в 9 классе.

Курс рассчитан на 34 учебных часа (1 час в неделю)

Введение - 3 часа

Кинематика - 6 часов

Динамика - 8 часов

Статика - 3 часа

Законы сохранения - 8 часов

Механические колебания и волны - 4 часа

Решение комбинированных задач - 2 часа.

Лабораторных работ - 11

1.Измерение толщины листа учебника физики, измерение малых промежутков времени.

2. Построение графиков зависимости пути от времени и скорости от времени при равномерном движении.

3. Изучение движения тела, брошенного горизонтально

4. Установление зависимости силы тяжести, действующей на тело от массы.

5.Изучение взаимодействия тел.

6. Измерение коэффициента трения скольжения

7. Исследование зависимости средней скорости движения тела по наклонной плоскости от угла ее наклона

8. Изучение равновесия тел под действием нескольких сил

9. Измерение механической работы

10. Проверка закона сохранения механической энергии при выстреле из пружинного пистолета

11. Изучение явления резонанса

Изучение курса обеспечивает усвоение следующих понятий, законов, теорий:

Векторы. Действия над векторами. Проекция вектора на координатную ось. Координаты вектора. Векторные физические величины. Механическое движение, его различные виды и способы его описания (векторный, координатный, траекторный). Физические величины и их единицы.

Измерение физических величин. Абсолютная погрешность измерений. Формулы для нахождения относительной погрешности косвенных измерений. Правила записи результата.

Равномерное прямолинейное движение. Равнопеременное движение. Движение под действием силы тяжести. Графики зависимости кинематических величин от времени при равномерном и равнопеременном движении. Криволинейное движение. Законы Ньютона. Закон Всемирного тяготения. Сила тяжести. Движение под действием силы тяжести. Искусственные спутники Земли. Расчет круговых скоростей, первая космическая скорость. Сила упругости. Вес тела. Сила трения. Расчет динамики движения тела под действием нескольких сил. Равновесие тел. Гидростатика. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Механическая работа. Мощность Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии. Движение жидкостей и газов по трубам. Закон Бернулли. Уравнение гидродинамики. Амплитуда, период, частота колебаний. Уравнение колебательного движения. График колебаний. Период колебаний пружинного и математического маятников. Превращение энергии при колебательном движении Распространение колебаний в упругих средах. Звуковые волны.

Методическое обеспечение программы.

Теоретический материал необходимый для реализации программы изложен в линии учебников Перышкина А.В., Гутник Е.М. «Физика-7», «Физика-9». Программа имеет практическую направленность поэтому не требует дополнительных источников. Задачи по темам курса широко представлены в популярных задачниках В.И.Лукашика, А.В.Перышкина, А.П.Рымкевича, В.П.Демкович и Л.П.Демкович. Оборудование для выполнения лабораторных работ имеется в любом кабинете физики, порядок выполнения описан в методических пособиях по проведению лабораторных работ.

В учебной деятельности всегда сочетается несколько методов. Методы всегда как бы взаимно проникают друг в друга, характеризуя с разных сторон взаимодействие педагога и обучаемых. На каждом этапе доминирует тот метод, который вносит наибольший вклад в решение основной дидактической задачи.

При изучении нового материала: сочетание словесных и наглядных методов обучения (рассказ, лекция, беседа, демонстрационный эксперимент), метод проблемного изложения, частично-поисковый, исследовательский методы обучения. Для систематизации знаний используются опорные конспекты. В них последовательно отображены особенно яркие, активизирующие запоминание материала цифры, слова и зарисовки

Приоритет в данном курсе составляют практические умения и навыки: умение решать задачи и выполнять эксперимент (планировать, составлять отчёт в виде таблиц и графиков, анализировать результаты). Поэтому в основу проведения уроков составляют практические методы (письменные упражнения, в т.ч. электронные), проблемные задания, требующие самостоятельных рассуждений, для развития логического мышления, исследовательских умений, творческого подхода.

Каждый из методов организации учебной деятельности должен быть не только информативно-обучающим, но и мотивационным воздействием. Создание ситуаций занимательности - введения в учебный процесс занимательных примеров, опытов, парадоксальных фактов. В роли приема, входящего в методы формирования интереса к учению, выступают и занимательные аналогии. Например, при изучении явлений локации проводятся аналогии со способами ориентировки летучих мышей. При рассмотрении подъемной силы крыла самолета проводятся аналогии с формой крыльев птицы, стрекозы.

Учебно-тематический план

№ урока

Наименование разделов в теме

Кол-во часов

раздел I ВВЕДЕНИЕ

3

1/1

Векторы. Действия над векторами. Проекция вектора на координатную ось. Координаты вектора. Векторные физические величины Механическое движение, его различные виды и способы его описания (векторный, координатный, траекторный)

1

2/2

Физические величины и их единицы. Измерение физических величин. Абсолютная погрешность измерений. Формулы для нахождения относительной погрешности косвенных измерений. Правила записи результата Лабораторная работа №1 «Измерение толщины листа учебника физики, измерение малых промежутков времени».

1

3/3

Экспериментальный метод исследования в физике. Графическое представление результатов измерений. Понятия теоретической и экспериментальной кривых. Лабораторная работа №2 «Построение графиков зависимости пути от времени и скорости от времени при равномерном движении»

1

раздел II КИНЕМАТИКА

6

4/1

Равномерное прямолинейное движение. Правило сложение скоростей.

1

5/2

Равнопеременное движение. Движение под действием силы тяжести.

1

6/3

Графики зависимости кинематических величин от времени при равномерном и равнопеременном движении.

1

7/4

Криволинейное движение. Движение по окружности.

1

8/5

Движение тела, брошенного под углом к горизонту.

1

9 /6

Лабораторная работа №3 «Изучение движения тела, брошенного горизонтально».

1

раздел III ДИНАМИКА

8

10/1

Масса мера тяжести и инертности. Лабораторная работа №4 «Установление зависимости силы тяжести, действующей на тело от массы». Лабораторная работа №5 «Изучение взаимодействия тел».

1

11/2

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Сила. Второй закон Ньютона. Принцип независимости действия сил (принцип суперпозиции). Третий закон Ньютона.

1

12/3

Закон Всемирного тяготения. Сила тяжести. Движение под действием силы тяжести. Искусственные спутники Земли. Расчет круговых скоростей, первая космическая скорость.

1

13/4

Сила упругости. Закон Гука. Вес тела. Невесомость. Вес тел, движущихся с ускорением.

1

14/5

Сила трения. Сухое трение. Трение покоя. Трение скольжения. Жидкое трение. Лабораторная работа №6 «Измерение коэффициента трения скольжения»

1

15/6-16/7

Расчет динамики движения тела под действием нескольких сил (движение по горизонтали и вертикали, наклонной плоскости, на поворотах, конический маятник, движение связанных тел).

1

17/8

Лабораторная работа №7 «Исследование зависимости средней скорости движения тела по наклонной плоскости от угла ее наклона».

1

раздел IV СТАТИКА

3

18/1

Равновесие тел (устойчивое, неустойчивое, безразличное). Условия равновесия твердых тел. Момент силы. Применение законов равновесия для различных конструкций. Лабораторная работа №8 «Изучение равновесия тел под действием нескольких сил».

1

19/2

Центр масс. Определение центра масс различных фигур.

1

20/3

Гидростатика (равновесие жидкостей). Законы Паскаля и Архимеда

1

раздел V Законы сохранения импульса и механической энергии

8

21/1

Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса. Упругий и неупругий удар. Понятие о реактивном движении.

1

22/2

Механическая работа. Мощность силы. Средняя мощность. Мгновенная мощность. Лабораторная работа №9 «Измерение механической работы».

1

23/3

Кинетическая энергия. Потенциальная энергия (в поле сил тяжести, силы упругости). Консервативные и неконсервативные силы.

1

24/4

Механическая энергия. Изменение механической энергии. Закон сохранения механической энергии.

1

25/5

Работа силы трения и механическая энергия. Лабораторная работа №10 «Проверка закона сохранения и превращения механической энергии»

1

26/6

Превращение энергии и использование машин. КПД механизмов

1

27/7

Движение жидкостей и газов по трубам. Закон Бернулли. Уравнение гидродинамики.

1

28/8

Алгоритмы решения задач на законы сохранения

1

раздел VI Колебания, волны, звук.

4

29 /1

. Амплитуда, период, частота колебаний. Уравнение колебательного движения. График колебаний. Период колебаний пружинного и математического маятников.

1

30/2

Превращение энергии при колебательном движении. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Резонанс. Лабораторная работа №11 «Изучение явления резонанса».

1

31/3

Распространение колебаний в упругих средах. Поперечные и продольные волны. Связь длины волны со скоростью ее распространения и периодом (частотой).

1

32/4

Звуковые волны. Скорость звука. Высота и громкость звука. Эхо

1

33-34

раздел VII Решение комбинированных задач.

2

Список литературы

1. Амонашвили Ш.А. Воспитательная и образовательная функция оценки учения школьников. - М., 1984.

2. Большая школьная энциклопедия, Т.1 Естественные науки. - М.: Русское энциклопедическое товарищество,2004г.

3. Бурова В.А., Никифорова Г.Г. Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7-11 классах общеобразовательных учреждений. Книга для учителя. М., Просвещение, 1996г.

4. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика 9. - М.:Просвещение, 1999г.

5. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика 9. - М.:Дрофа, 2009г.

6. Программы для общеобразовательных учреждений. Физика. Астрономия. 7-11 классы./сост. Коровин В.А., Орлов В.А.- М.: Дрофа,2010г.

7. Селевко Г.К. Современные образовательные технологии: Учебное пособие. - М.: Народное образование, 1998.

8. Скулов. П.В. Краткая теория организации школьных, фронтальных лабораторных работ по физике. Издательство Барнаульского государственного пединститута, Барнаул, 2007 г.

9. Янушевская Н.А. Повторение и контроль знаний по физике на уроках и внеклассных мероприятиях. 7-9 кл. - М.: Планета, 2010 г.

Приложения.

I. урок № 25/5.

Тема. Работа силы трения и механическая энергия. Лабораторная работа №10 «Проверка закона сохранения и превращения механической энергии»

Цель. Выяснить, что происходит с механической энергией системы, если действует сила трения. При выполнении лабораторной работы убедиться, что под действием силы трения механическая энергия убывает. Продолжить формирование умения выполнять эксперимент, делать выводы.

Тип урока. Комбинированный

Оборудование для лабораторной работы. Динамометр лабораторный, брусок деревянный, нить, линейка.

Этапы урока.

I. Проверка домашнего задания.

II. Целеполагание.

III. Лабораторная работа.

IV. Решение задач

V. Домашнее задание

VI. Итог урока

Ход урока.

I. Проверка домашнего задания.

1.Решение задач №№ (Перышкин А.В., Сборник задач для 7-9 кл., 2009г.)

2.Фронтальный опрос

• Что называется полной механической энергией?

• Какая энергия называется кинетической? По какой формуле рассчитывается?

• Какая энергия называется потенциальной? Формулы потенциальной энергии.

• . Что утверждает закон сохранения полной механической энергии?

,если F_тр=0

• Что происходит с полной механической энергией, если в системе действует сила трения? Чему равно изменение полной механической энергии?

_п= --А_Fтр

II. Целеполагание.

Сегодня на уроке проверим последнее утверждение при выполнении лабораторной работы.

III. Лабораторная работа.

1.Планирование эксперимента учащимися под руководством учителя.

2.Ход работы.

К пружине динамометра прикрепить нить длиной около 50 см, к нити деревянный брусок. Расположив динамометр и брусок на горизонтальной поверхности стола, растянуть пружину до середины шкалы (на 5 см), отпустить брусок и измерить путь, пройденный им до остановки. При этом потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию бруска , которая убывает до нуля в результате работы силы трения , где F=mg - сила трения между бруском и поверхностью стола, s - перемещение бруска под действием силы трения.

Значение коэффициента трения измерено при выполнении лабораторной работы №6 «Измерение коэффициента трения скольжения», значение коэффициента жёсткости пружины лабораторного динамометра измерено на практической работе урока 13/4 «Сила упругости». Необходимо измерить х -- удлинение пружины, s - перемещение бруска, mg - вес бруска,и проверить равенство: =mgs.

Опыт необходимо повторить 5 раз, найти средние значения величин, сделать вывод о справедливости утверждения с учётом погрешности.

IV. Решение задач

Решение задач № 871,875

V. Домашнее задание

Решить задачи № 873,879 (Перышкин А.В., Сборник задач для 7-9 кл., 2009г.)

VI. Итог урока

Тест

1.Чему равна работа А по подъему цепи, взятой за один конец и лежащей на плоскости, на высоту равную ее длине? Длина цепи l = 2 м., масса m = 5 кг

2. Камень массой m = 200 г. брошен с горизонтальной поверхности под углом к горизонту и упал на нее обратно на расстоянии S = 5 м. через t = 1,2 с. Найти работу бросания. Сопротивлением воздуха пренебречь.

3. Автомобиль с полностью включенными тормозами (колёса не вращаются) может удержаться на склоне горы с уклоном 23^o. Каков тормозной путь автомобиля S при торможении на горизонтальной дороге при скорости движения 10 м / с.? Коэффициент сцепления колес с грунтом на склоне горы и на дороге не одинаков.

4. Самолет для взлета должен иметь скорость V = 25 м / с. Длина пробега перед взлетом S = 100 м. Какова мощность моторов, если масса самолета m = 1000 кг. и коэффициент сопротивления k = 0,02? Считать движение самолета при взлете равноускоренным.

5. Груз массой m = 5 кг. падает с некоторой высоты на плиту массой M = 1 кг., укрепленную на пружине с жесткостью k = 980 Н / м. Определите наибольшее сжатие пружины (x), если в момент удара груз обладал скоростью V = 5 м / с. Удар считать не упругим.

II. урок 27/7

Тема. Движение жидкостей и газов по трубам. Закон Бернулли. Уравнение гидродинамики.

Цель. Изучить частный случай закона сохранения энергии в применении к объяснению зависимости давления от скорости движения жидкости и газа; сформулировать закон Бернулли; рассмотреть примеры его применения и проявления на практике.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация к уроку.

Оборудование для демонстраций: весы, макет крыла самолета, небольшая воронка, теннисный шарик, воздуходувка (фен), демонстрационный манометр, таблички на магнитах с физическими формулами.

Оборудование для практических работ: стакан с водой, одноразовый шприц, два листа бумаги, бруски.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

Повторить закон сохранения механической энергии.

III. Изучение нового материала.

Сегодня на уроке мы будем говорить о применении закона сохранения для движущихся потоков жидкостей и газов. Движение жидкостей и газов разделяется на ламинарное и турбулентное. На дидактических картах у вас есть их определения. Давайте прочитаем. Мы будем рассматривать ламинарное течение.

А начнем мы с вопроса: можно ли удержать шарик в вертикальной воронке, выдувая из нее воздух? Хорошо, давайте проверим это на опыте. Критерием любой истины является опыт. Мне нужен помощник, который выполнит этот несложный эксперимент. Оказывается, чтобы удержать шарик в воронке надо выдувать воздух. Кто же может объяснить этот "парадокс"? Тогда запишем первый вопрос в таблицу на рабочей карте. Почему при выдувании воздуха из воронки шарик удерживается в ней?

Продолжаем отвечать на вопросы. Что произойдет с листом бумаги, если подуть над ним? Расположите лист бумаги на уровне рта и с силой продуйте воздух. Что произошло с листом бумаги? А почему? Запишите в таблицу на рабочих картах и этот вопрос: почему поднялся листок?

Проведем еще один опыт. Наберите в шприц воды из стакана и, надавливая на поршень, выпустите ее (добейтесь, чтобы она вытекала непрерывной струёй). Сначала выполняет товарищ по парте, а сосед наблюдает. Потом поменяйтесь ролями. Обратите внимание на толщину вытекающей струи. Струя становится уже. А теперь надо объяснить увиденное. Есть какие-то предположения? Записываем в таблицу второй вопрос: почему струя вытекающей воды становится уже? К этим вопросам мы вернемся попозже.

Что ж, вопросов, наверно, пока достаточно. Пора искать ответы. Поможет в этом известный вам закон сохранения механической энергии и неизвестный пока закон Бернулли.

Рассмотрим ламинарное течение жидкости по трубе разного сечения. Посмотрите на слайд. Там, где сечение не меняется скорость тоже остается постоянной. Но одинакова ли скорость течения жидкости на различных участках? И где больше? А может кто-нибудь объяснить почему? (Так как жидкость несжимаема, то за одинаковый промежуток времени t через каждое из этих сечений должна пройти жидкость одного и того же объема). Но как жидкость, протекающая через первое сечение может "успеть" за то же время протечь через значительно меньшее сечение? Очевидно, что для этого при прохождении узких частей трубы скорость движения жидкости должна быть больше, чем при прохождении широких).

Покажите на рисунке 1 в рабочих картах векторы скоростей в различных участках. А теперь проверим как это получилось у меня (слайд). Значит, скорость зависит от сечения. Более того, зависимость эта обратно пропорциональна. Математически это выражается следующим соотношением, которое носит название уравнения неразрывности струи: VS= const, здесь - V скорость жидкости, S - площадь сечения трубы, по которой течет жидкость. Сформулировать этот закон можно так: сколько вливается жидкости в трубу, столько должно и выливаться, если условия течения не изменяются. Скорость в узких участках трубы должна быть выше, чем в широких.

Отсюда следует, что

Вывод: чем меньше площадь сечения, тем больше скорость.

Задача №1. Как и во сколько раз изменится кинетическая энергии жидкости, если сечение трубы уменьшить в 2 раза? (Ответ увеличится в 4 раза). А потенциальная энергия? Осторожно, ошибка!

Потенциальная энергия уменьшится, но необязательно в 4 раза!

(Например: 100 = 100, 100 = 10 + 90, 100 = 40 + 60)

С вопросом о скорости вы справились хорошо. А что скажете о давлении воды в разных частях? Если изменяется, то как? На рисунке 2 отметьте уровень воды в вертикальных трубках в зависимости от давления жидкости в горизонтальной трубе. А теперь посмотрим, на этот слайд . В узких местах трубы высота столбика жидкости меньше, чем в широких. О чем говорит разная высота воды? Оказывается, в узких местах трубы давление жидкости меньше, чем в широких. А почему?

При переходе жидкости из широкого участка в узкий скорость течения увеличивается, то это значит, что где-то на границе между узким и широким участком трубы жидкость получает ускорение. А по второму закону Ньютона для этого на этой границе должна действовать сила. Этой силой может быть только разность между силами давления в широком и узком участках трубы. В широком участке трубы давление должно быть больше, чем в узком. Этот вывод следует из закона сохранения энергии. Если в узких местах трубы увеличивается скорость жидкости, то увеличивается и ее кинетическая энергия. А так как мы условились, что жидкость течет без трения, то этот прирост кинетической энергии должен компенсироваться уменьшением потенциальной энергии, потому что полная энергия должна оставаться постоянной. Но это не потенциальная энергия "mgh", потому что труба горизонтальная и высота h везде одинакова. Значит, остается только потенциальная энергия, связанная с силой упругости. Сила давления жидкости - это и есть сила упругости сжатой жидкости. В широкой части трубы жидкость несколько сильнее сжата, чем в узкой. Правда, мы только что говорили, что жидкость считается несжимаемой. Но это значит, что жидкость не настолько сжата, чтобы сколько-нибудь заметно изменился ее объем. Очень малое сжатие, вызывающее появление силы упругости, неизбежно. Оно и уменьшается в узких частях трубы.

Чтобы разобраться в причинах уменьшения давления в узких частях и увеличения в широких, используем закон сохранения энергии и математические навыки. Я начну, а вы будете помогать.

Работа сил давления, совершенная над элементом жидкости при его перемещении, равна:

здесь =V1 и =V 2 - объемы жидкости, прошедшей за одно и тоже время через сечения 1 и 2. Подставим (2) в (1) и получаем:

Так как высота центра масс трубы не меняется, то h1 = h 2 . Выберем нулевой уровень, проходящий через центр масс, тогда mgh 1 = mgh2 = 0.

Так как жидкость практически несжимаема, то объемы ее, прошедшие за одно и тоже время равны, V1 = V 2 (или ), поэтому обе части равенства можно разделить обе части на V.

Следовательно,

(*)

Таким образом, если скорость увеличивается, то увеличивается первое слагаемое, значит, чтобы равенство выполнялось, на такую же величину второе слагаемое уменьшается, т.е. уменьшается давление.

Вывод: Чем больше скорость потока жидкости, тем меньше ее давление.

Зависимость давления от скорости течения называют эффектом, а уравнение (*) - законом Бернулли в честь автора, швейцарского ученого Даниила Бернулли, который, кстати, работал в С.Петербурге. Закон Бернулли для ламинарных потоков жидкости и газов является следствием закона сохранения энергии.

Убедимся на опыте, что полученный вывод справедлив и для газов. Для этого выполним еще практические задания (описание на дидактической карте).

1 Вариант. Возьмите в руки два листка бумаги и расположите их на расстоянии3- 4см друг от друга и продуйте несильно между ними воздух. Что наблюдаем? Почему? Между листочками давление уменьшилось, а снаружи осталось таким же. Повторите опыт, но подуйте теперь сильнее. Объясните этот результат.

2 Вариант. Положите листок на две книги, как показано на слайде. Продуйте воздух под листком сначала несильно, а потом сильнее. Объясните, что вы наблюдали.

Настало время для ответов на оставленные вами, но не забытые мною вопросы:

Почему при выдувании воздуха из воронки шарик удерживается в ней?

Почему поднялся листок?

Почему струя вытекающей воды становится уже?

Запишите ответы в таблицы.

Вот и настала очередь самолетов. Посмотрим видеофрагмент

Так почему же поднимается самолет? В чем причина возникновения подъемной силы?

Все дело в форме крыла и в угле атаки.

Убедимся на опыте (рисунок 1). Почему нарушилось равновесие весов?

Рис.1

Кстати сказать, у птиц крыло тоже имеет похожую форму.

Эффект Бернулли - это то, благодаря чему птицы и самолеты могут летать. Разрез крыла у них практически одинаковый: за счет сложной формы крыла создается разница обтекающих его сверху и снизу воздушных потоков, что позволяет телу подниматься вверх.

Формулу для расчета подъемной силы впервые получил наш соотечественник Николай Егорович Жуковский - "отец русской авиации".

F = ( P2 - P 1)S

Что касается белок - летяг, то они, конечно же не могут развить большую скорость и форма "крыльев" немножко другая, поэтому и подъемная сила у них невелика и возникает она в большой степени из-за угла наклона. Как и обычная белка, летяга большую часть жизни проводит на деревьях, но на землю спускается гораздо реже. Между передними и задними лапами у неё имеется кожная перепонка, которая позволяет планировать с дерева на дерево. Так белка-летяга преодолевает расстояние до 50-60 м по нисходящей параболической кривой. Для прыжка летяга забирается на верхушку дерева. Во время полёта её передние конечности широко расставлены, а задние прижаты к хвосту, образуя характерный треугольный силуэт. Меняя натяжение перепонки, летяга маневрирует, иногда изменяя направление полёта на 90°. Хвост в основном выполняет роль тормоза. Посадку на ствол дерева летяга обычно совершает по касательной, как бы сбоку. Перед посадкой принимает вертикальное положение и цепляется всеми четырьмя лапами, после чего сразу перебегает на другую сторону ствола. Этот маневр помогает ей уворачиваться от пернатых хищников.

Задача№2: В полете давление воздуха под крылом самолета 97,8 кН/м2, а над крылом 96,8 кН/м2. Площадь крыла 20 м2. Определить подъемную силу.

Решение:, где P = P2 - P 1, тогда F = ( P2 - P 1)S, F =20.103 H

Ответ: 20кН

Задача №3. О "крученых мячах" вы прочитаете самостоятельно текст и ответьте на вопросы.

Эффект Магнуса.

Почему движущиеся вращающиеся тела отклоняются от прямолинейной траектории?

Почему давление на мяч с разных сторон различно?

Почему относительная скорость воздушного потока различна по разные стороны мяча?

Можно привести еще множество примеров: бумеранг, летающие тарелки, водоструйный насос, распылители, карбюраторы, катера на подводных крыльях.

А вот посмотрите, какую опасность представляет уменьшение давления для морских судов. Поток воды между судами имеет меньшее давление, чем снаружи. Все моряки знают, что два судна, идущих рядом на больших скоростях сильно притягиваются друг к другу. Еще опаснее, когда один корабль идет за другим. Силы притяжения, возникшие из-за разности давлений, стремятся корабли развернуть . Задний корабль разворачивается сильнее переднего. Столкновение в таких случаях неизбежно.

Задача №4. Очень часто лоцманы жалуются на коварные мели, которые так и притягивают к себе суда. Почему мели на реках притягивают суда?

IV. Закрепление изученного материала

Контрольный тест.

1. Жидкость течет через трубу с переменным поперечным сечением. В каком сечении трубы скорость "v" течения жидкости и ее давление "P" на стенках максимальна?

v и P максимальны в сечении 1;

v и P максимальны в сечении 2;

v максимальны в сечении 1, P - в сечении 2;

v максимальны в сечении 2, P - в сечении 1;

v и P одинаковы во всех сечениях.

2. В какой трубке уровень воды будет выше?

А;В;С; D;Во всех одинаково.

3. Что произойдет, если продувать струю воздуха между двумя шариками от пинг-понга, подвешенными на нитях (смотри рисунок)?

Останутся неподвижными;

Будут двигаться вместе вправо или влево;

Отклонятся друг от друга;

Приблизятся друг к другу.

V. Подведение итогов урока.

Подводя итог нашего урока, вспомним еще раз основные законы и уравнения, с которыми познакомились на уроке:

Уравнение неразрывности струи - какую зависимость, и каких величин оно выражает?

Закон Бернулли - что он утверждает?

Закон Бернулли как следствие закона сохранения энергии. (Проявление и применение закона сохранения энергии для движущихся потоков жидкости и газов).

VI. Домашнее задание.

Задачи № 404, 406, 409, 410 (Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы.- М.: Дрофа, 2003)

Домашняя практическая работа: Сделайте из тонкой бумаги цилиндр диаметром 3 см, длиной 20 см. Положите его на стол на наклонную плоскость. Пронаблюдайте за траекторией, по которой скатывается цилиндр. Объясните наблюдаемое явление.

III. . урок 29/1

Тема. Амплитуда, период, частота колебаний. Уравнение колебательного движения. График колебаний. Период колебаний пружинного и математического маятников.

Цель. Закрепить понятия периода, частоты и амплитуды механических колебаний, обнаружить связи между периодом колебаний и параметрами колебательной системы, содействовать овладению методами научного исследования: проведения эксперимента, обработка результатов измерений, формулирование выводов по результатам исследования, выявить универсальность основных закономерностей колебательных процессов для колебаний любой физической природы;

Тип урока: комбинированый

Ход урока.

I.Организационный этап.

II.Этап постановки целей и задач урока 2 мин.

Сегодня мы проведем виртуальный эксперимент с помощью программы «Живая физика» и установим, как влияют на колебания пружинного маятника масса груза и жесткость пружины.

III.Этап актуализации опорных знаний.

Вспомним характеристики колебательного движения, их определения, основные формулы.

Теперь включите программу «Живая физика» и откройте эксперимент Т011. В верхней части окна записаны определения периода, частоты и амплитуды колебаний. Прочтите их и оцените свои ответы.

IV.Этап самостоятельной работы учащихся.

Ознакомьтесь с инструкцией по выполнению работы и записи результатов.

Учащийся выполняет лабораторную работу: читает инструкцию, запускает виртуальный эксперимент, записывает результаты в рабочий лист, проводит расчеты.

Учитель проводит консультационную работу.

Посмотрим на результаты опытов и сделаем выводы о зависимости периода и частоты колебаний пружинного маятника от массы груза и жесткости пружины

Рабочий лист ученика ________________________ Дата проведения __________

Лабораторная работа № ___

Изучение колебаний груза на пружине

Цель работы:Выяснить как зависят период и частота колебаний пружинного маятника от массы груза и жесткости пружины.

Оборудование:

Персональный компьютер с установленной программой «Живая физика» с коллекцией виртуальных экспериментов.

Указания к работе:

Рассмотрите открывшееся окно эксперимента (должно открыться окно как на рис. 2).

Запустите эксперимент, нажав кнопку «Старт» и остановите его через 4 секунды, нажав ту же кнопку. Запишите значение массы m1 груза и жесткости k1 пружины.

Определите (по графику или через указанное значение частоты) период Т1 колебаний и частоты v1 и запишите их в таблицу.

Таблица 1. Результаты измерений периода колебаний.

k1 = k2= k1 = k2=

m1= m1= m2= m2=

T1= T2= Т3= T4=

v1= v2= v3= v4=

Нажмите кнопку «Сброс» и измените величину массы, запишите новое значение m2 в таблицу. Проведите второй опыт, нажав кнопку «Старт» и запишите в таблицу период Т2 и частоту v2.

Нажмите кнопку «Сброс» и измените величину массы, запишите новое значение m3 в таблицу. Проведите третий опыт, нажав кнопку «Старт» и запишите в таблицу период Т3 и частоту v3.

Измените величину коэффициента жесткости и запишите новое значение k2 в таблицу.

Повторите эксперимент еще три раза для значений массы m1, m2 и m3. Запишите значения периодов T4, T5 и T6 и частот v4, v5 и v6.

Сравните значения периодов для первого, второго и третьего опытов. Сделайте (письменно) вывод о том, как зависят период и частота от массы груза.

Сравните значения периодов для первого и четвертого, второго и пятого опытов. Сделайте (письменно) вывод о том, как зависят период и частота от жесткости пружины.

V. Решение задач

Законы колебательного движения обладают общностью для колебаний различной физической природы. Академик Л. И. Мандельштам отмечал: "Теория колебаний объединяет, обобщает различные области физики… Каждая из областей физики - оптика, механика, акустика - говорит на своем "национальном" языке. Но есть "интернациональный" язык, и это язык теории колебаний… Изучая одну область, Вы получите тем самым интуицию и знания совсем в другой области"

Сформулируйте определение гармонических колебаний:

У доски 3 ученика выполняют задания:

выписать основные формулы колебания математического маятника, какие характеристики определяют период его колебаний;

выписать основные формулы колебания тела на пружине, какие характеристики определяют период его колебаний;

решить задачу: лягушонок Кузя попал в крынку из-под сметаны и катается по ее дну сферической формы радиусом 25 см вверх и вниз без трения. Для превращения остатков сметаны в масло необходимо 400 полных колебаний Кузи в крынке. Через какое время можно подать к столу масло?

Пока ученики у доски работают, рассматриваются следующие качественные задачи:

На веревке висит ведро (цилиндрической формы) и раскачивается. В дне ведра находится отверстие, через которое вода постепенно выливается. Будет ли изменяться период колебаний, если принять систему за математический маятник? Будет ли изменяться период колебаний, если ведро соизмеримо с длиной маятника?

(Ответ: 1. Не будет. 2. Будет увеличиваться.)

Изменится ли период колебания математического маятника, если изменится его длина, и если изменится, то как?

(Ответ: Да изменится, при этом с увеличением длины маятника растет его период.)

Один и тот же математический маятник использовался для определения периода его колебаний на Земле и на Луне. Вопрос как относятся периоды

(Ответ: Ускорение силы тяжести на Луне меньше, чем на Земле, поэтому Тлуны>Tземли - для одного и того же маятника.)

Заслушать ответы обучающихся у доски.

Решить задачи самостоятельно.

1.Крокодил Гена качается на качелях. Как изменится период колебаний качелей, если на них еще уселся Чебурашка? Считать крокодила Гену и Чебурашку материальными точками.

Чебурашка качается на качелях. Как измениться период колебаний качелей, если на них еще уселся крокодил Гена? Считать, что длина крокодила соизмерима с длиной качелей.

3.Коту Матроскину необходимо измерить площадь пола в коровнике. Как он может это сделать, имея часы с секундной стрелкой и ботинок дяди Федора на длинном шнурке?

Вывод: часы могут использоваться для измерения длины, а рулетка может использоваться для измерения времени.

VI. Домашнее задание.

27