1   2   3
Ім'я файлу: Методика вивчення законів Ньютона в середній школі.doc
Розширення: doc
Розмір: 154кб.
Дата: 08.04.2022
скачати
Пов'язані файли:
tyzhden_fizyky_vyhovnyy_zahid.docx

Залежність між силою, масою та прискоренням. Другий закон Ньютона
Дану залежність з точністю, яка можлива у демонстраційному експерименті, встановлюють на досвіді,
Оскільки згідно з прийнятою у стабільному підручнику методикою спочатку встановлюється тільки спосіб завдання деякої сили «байдуже який саме!», В дослідах можна варіювати лише значення маси і прискорення і, отже, встановлювати залежність F = m a = Const.
Встановити таку залежність для прямолінійного руху складніше, ніж для обертального, тому доцільно для досвіду використовувати установку (рис.12), основу якої складає вже знайомий учням пристрій (див. рис. 9). В установці посередині стержня 1 за допомогою гвинта 2 закріплюють хомутик 3, що має зверху петельку для нитки 4, яку одним кінцем прив'язують до тіла 5 масою т, а іншим - до гачка трубчастого динамометра 6.
ðžð¿ð¸ñ: 11.jpg
Рис. 12
Навівши прилад в обертання, показують, що при одному і тому ж розтягуванні пружини добуток маси на прискорення для різних тіл залишається незмінним.
Досліди дозволяють зробити висновок, що про значення сили пружності завжди можна судити за значенням твори m a , Тобто F упр = m a або у векторній формі F упр = m a .
Далі на прикладі сили тяжіння слід показати, що твір m a є також мірою і інших сил. Для цього можна розглянути приклад з підвішеною на пружині гирею.
Бажано показати, що і для сили тертя F тр = m a . Для досвіду можна використовувати прилад (див. рис. 12), в якому на середню частину стрижня 1 надягають гумову пробку. У пробку на певну глибину встромляють голку з ниткою, другий кінець якої прив'язують до тіла 5 масою т. Приводять прилад в обертання і домагаються того, чтобиіголка, удерживаемаянекоторойсилой тертя F тр , Була висмикнута з пробки. Розрахунками знаходять твір m 1 a 1 . Повторюють досвід з іншим тілом масою m 2 при тій же силі тертя і переконуються, що m 1 a 1 = m 2 a 2 . Отже, F тр = m a .
Роблять висновок: для будь-яких сил в механіці F = m a .
Учням говорять, що це і є найважливіший закон динаміки - другий закон Ньютона. (Автори багатьох посібників з фізики дають йому тому додатково «спеціальне» назву - «основний закон динаміки».)
Формула F = m a дозволяє встановити одиницю сили. В СІ це відома учням одиниця сили - ньютон, яка тепер може бути строго визначена як сила, що повідомляє тілу масою 1 кг прискорення 1 м / с 2,
1 H = 1 кг ∙ м з 2
Використовуючи другий закон Ньютона, за допомогою досвіду, подібного показаному на малюнку 12, можна проградуювати пружину в ньютонах. Практично тих же цілей простіше досягти, підвішуючи до пружини гирі і використовуючи ту обставину, що при їх рівновазі F упр = F т = m g . Це відомий учням статичний метод вимірювання сил.
Вимірювання сил. Динамометр. Додавання сил
З даного питання слід, перш за все, відновити в пам'яті учнів відомості про вимірювання сил динамометрами, які їм відомі з курсу фізики пройденого раніше. У політехнічних цілях вкрай бажано також продемонструвати технічні або медичні динамометри, до яких школярі завжди проявляють великий інтерес.
Принцип дії таких динамометрів та їх конструктивні особливості бажано пояснити з допомогою моделі, показаної на малюнку 13. На моделі чітко видно найважливіша частина динамометра - пластинчасті пружини 1, шкала 2 і передавальний механізм, що складається з зубчастих коліс 3 та рейки 4.
ðžð¿ð¸ñ: 12.jpg
Рис. 13
Використовуючи демонстраційний експеримент, повторюють відомості про складання сил, спрямованих по одній прямій, і переходять до вивчення головного і нового для учнів питання про складання сил, що діють на тіло під кутом один до одного.
Відповідні правила додавання сил можуть бути встановлені на основі вже наявних в учнів загальних відомостей про складання векторів. Однак і в цьому випадку повинен бути використаний демонстраційний експеримент. Наопитах слід також показати, як змінюється значення рівнодіючої в залежності від кута між складовими. Введені таким чином поняття закріплюють, вирішуючи, наприклад, такі завдання:
1.Могут чи сили 10 і 14 Н, прикладені до однієї точки, дати равнодействующую3 Н; 4 Н; 24 Н; 30 Н?
2.Найті геометрично рівнодіючу двох сил по 100 Н кожна, прикладених в одній точці під кутом 30, 45, 90 і 120 °,
Закріплення і поглиблення матеріалу на другий закон Ньютона
Для закріплення і поглиблення матеріалу на другий закон Ньютона розглядають головним чином тренувальні завдання, що дозволяють засвоїти формулу F = m a і одиниці вимірювання входять до неї величин. При вирішенні завдань потрібно навчити учнів визначати напрям векторних величин, особливо прискорення. У відповідності з рівнянням F = m a , Прискорення має той же напрям, що і сила. Слід також повторити, як визначається напрямок прискорення за формулою a = Δ v Δ t , Що необхідно в тому випадку, коли невідомо напрямок сил, що діють на тіло. Можна почати з такого завдання:
З яким прискоренням прийде в рух вагонетка масою 400 кг, якщо на неї почне діяти сила тяги 100 Н? Вказати на кресленні напрямку швидкості, сили і прискорення. Тертя не враховувати.
Рішення. Виконавши схематичне креслення (рис. 14), зображують діючу силу тяги F тр .
ðžð¿ð¸ñ: 13.jpg
Рис. 14
Напрямок прискорення a збігається з напрямком F тр . Так як в початковий момент вагонетка перебувала в стані спокою, то напрям швидкості збігається з напрямком a і F тр .
Це видно і з формули

a = v до - v н t
Так як v н = 0, то a = v до t
Слід також вирішити завдання, за умовою яких потрібно враховувати дію на тіло декількох сил, спрямованих як по одній прямій, так і під кутом один до одного. Вирішення таких завдань слід звести до розглянутого вище типу, коли на тіло діє тільки одна сила F . Для цього попередньо, як правило, геометрично знаходять рівнодіючу сил. У цій темі буде достатньо, якщо рівнодіюча F буде сумою всього двох, максимум трьох сил, притому розташованих один до одного під такими кутами, які легко зобразити на кресленні (0, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 180 °).
З яким прискоренням буде рухатися вагонетка масою 400 кг, якщо на неї почне діяти сила тяги 100 Н, а сила тертя дорівнює 20 Н?
Задачу вирішують аналогічно розглянутим вище, до, попередньо вказавши на кресленні сили F тг і F тр , Знаходять їх рівнодіючу F = F тг + F тр , Що дорівнює по модулю їх різниці і спрямовану в бік сили F тр .
a = F m = 100 H - 20 H 400 кг = 0,2 м з 2
Які значення може мати прискорення тіла масою 2 кг, якщо на нього одночасно діють сили 10 і 15 Н?
Сила натягу тятиви лука (рис. 15) 30 Н і кут α = 120 °. Яке прискорення повідомить тятива стрілі масою 40 г?

ðžð¿ð¸ñ: 14.jpg
Рис. 15
Для самостійної роботи учнів можна використовувати дидактичні матеріали.
Третій закон Ньютона
Вивчення третього закону Ньютона починають з повторення дослідів по взаємодії тіл (див. рис. 5), звертаючи увагу при цьому на те, що кожне з тіл діє на інше з деякою силою.
Після цього слід ще раз розглянути взаємодію двох тіл при їх обертальному русі (см, рис. 9) і записати відоме учням співвідношення a 21 = - m 1 m 2 в вигляді m 1 a 1 = - m 2 a 2 .
Так як і m 1 a 1 = F 1 і m 2 a 2 = F 2 , Де F 1 і F 2 - Це сили, прикладені відповідно до першого і другого тіл, то F 1 =- F 2 . Це рівність висловлює третій закон Ньютона. Словесна його формулювання у навчальній літературі різна.
У деяких підручниках цей закон приводиться в тому формулюванні, яка була дана в «Началах» самим Ньютоном: «Дії завжди є рівна і протилежна протидія, інакше кажучи, дії двох тіл один на одного завжди рівні і спрямовані в протилежні сторони».
Ще частіше цей закон формулюється як твердження, що «сила дії дорівнює силі протидії» або ще лаконічніше: «дія дорівнює протидії».
Як свідчить педагогічна практика, в цих коротких формулюваннях третій закон Ньютона добре запам'ятовується учнями, але далеко не завжди глибоко розуміється. Тому краще дати більш грунтовну та вичерпну формулювання: сили, з якими діють один на одного тіла, за абсолютним значенням рівні і спрямовані по одній і тій же прямій в протилежні сторони.
Сили, про які йде мова у третьому законі Ньютона, завжди однієї природи. Додаються вони до різних тілах і тому не мають рівнодіючої. На дослідах слід показати, що сили завжди виникають парами. Якщо є одна сила, то є й інша, рівна їй за модулем, але протилежна за напрямком.
ðžð¿ð¸ñ: 15.jpg
Рис. 16
До динамометра (рис. 16) підвішують тіло 2, наприклад циліндр від відерця Архімеда, а на столик динамометра 3 ставлять посудину 4 із водою (стрілки обох динамометрів краще встановити на нулі). Опускаючи циліндр 2 в посудину 4, спостерігають одночасне, рівна і протилежна зміна показань обох динамометрів.
На позакласних заняттях, особливо на вечорах цікавої фізики, можливо вирішення великого числа цікавих і повчальних цікавих завдань, софізмів і парадоксів. В якості прикладу наведемо одну з таких завдань:
На важільних терезах урівноважений склянку з водою. Чи порушиться рівновага терезів, якщо у воду занурити олівець і тримати його в руках, не торкаючись стінок склянки? Перевірити відповідь на досвіді. (Вода не повинна виливатися зі склянки.)
Несподіваний для учнів результат досвіду пояснюється тим, що не тільки вода діє з Архімедова силою на олівець, а й олівець з рівною за модулем, але протилежної за напрямком силою діє на воду.
Заключне заняття по темі «Закони руху Ньютона»
Метою заключного заняття є систематизація та узагальнення знань учнів по темі. Може бути рекомендований наступний план проведення цього заняття.
1.Предмет і завдання динаміки.
2.Основні поняття динаміки.
3.Масса.
4.Сіла.
5.Первий закон Ньютона (формулювання закону, його прояви у природі й техніці. Використання закону на практиці).
6. Другий закон динаміки.
7.Третій закон динаміки, досліди, що підтверджують його справедливість.
Заняття доцільно провести у формі семінару. План його повідомляється учням заздалегідь. Вчитель рекомендує учням відповіді на 3 та 4-й питання готувати відповідно до узагальненим планом про величину, а відповіді на 5, 6 і 7-й питання - відповідно до узагальненим планом відповіді про закон. Узагальнений план відповіді про величину висловлює загальні вимоги до засвоєння поняття фізична величина:
1. Вказати, яке властивість тіл (або явище) кількісно характеризує дана величина.
2.Дати визначення величини.
3. Вказати, яка це величина: основна або похідна.
4. Записати означальні формулу (для похідної величини).
5. З'ясувати, скалярна це величина або векторна.
6. Вказати одиницю вимірювання величини в СІ, пояснити, як вона визначається (для похідної величини) або як вона встановлюється, вибирається (для основної величини).
7. Назвати способи вимірювання величини, вказати, на чому вони грунтуються.
Звернення до цього плану при розгляді (повторенні) питань про масу і силі сприяє систематизації та узагальнення знань про величини взагалі і уточненню, закріпленню знань про конкретні величинах - масі та силі. Після відповідей учнів про масу і силі (за планами узагальненого характеру) доцільно здійснити порівняння цих величин. При цьому звертається увага на наступне.
Маса характеризує інертні властивості тіл, а сила - явище (взаємодію тіл). Маса є основною, скалярною величиною, а сила - похідної, векторною величиною. Одиниця виміру маси встановлюється довільно, на основі міжнародної угоди; одиниця сили визначається виходячи з рівняння, що виражає зв'язок між силою, масою та прискоренням: F = m a .
Тут доречно систематизувати знання про способи вимірювання маси і сили, звернувши особливу увагу на способи, за якими учні вперше познайомилися при вивченні законів динаміки Ньютона.
Аналіз знань учнів старших класів показує, що вони добре пам'ятають визначення маси за допомогою важільних терезів та вимірювання сили за допомогою пружинного динамометра, але погано засвоюють і запам'ятовують непрямі методи вимірювання цих величин (вимірювання маси на основі використання співвідношення
m т = a пов a т m пов
та вимірювання сили на основі використання формули F = m a , Що виражає другий закон динаміки Ньютона).
На заключному занятті по темі представляється сприятлива можливість повторити всі відомі учням способи вимірювання маси і сили; з'ясувати, в яких випадках, які з способів придатні. Учні приходять до висновку, що прямий спосіб вимірювання маси за допомогою важільних терезів простий, зручний, але він не придатний у стані невагомості. У таких випадках можливо скористатися непрямими методами, заснованими на знанні формул.
Динамічний спосіб вимірювання маси вимагає визначення прискорень взаємодіючих тіл (тіла, маса m т якого вимірюється, і тіла, з яким дане тіло взаємодіє).
Динамічний спосіб вимірювання сили також вимагає визначення прискорення, що придбавається тілом при дії на нього вимірюваної сили F . Гідністю цих способів є те, що вони можуть використовуватися в умовах невагомості.
Розглядаючи спосіб вимірювання сили, заснований на використанні формули F = m a , Слід підкреслити, що сила F   характеризує дію на дане тіло іншого, взаємодіє з ним тіла.
При повторенні законів руху слід особливу увагу звернути на дослідне їх обгрунтування та способи їх використання на практиці.
На закінчення доцільно запропонувати учням 1-2 експериментальні завдання на другий і третій закони Ньютона, продемонструвати досліди, що пояснюється законом інерції.
Одному з учнів можна доручити підготувати доповідь про життя і діяльність Ньютона.

Список літератури
1.Бугаев А.І. Методика викладання фізики в середній школі М., 1981
2.Перишкін А.В. та ін Методика викладання фізики у 6-7 кл. середньої школи. М., 1985.
3.Методіка викладання фізики в середній школі. Приватні питання. під ред. С. Є. Каменецького та ін М., 1987
4.Методіка викладання фізики в середній школі. 4.1 та 4.2. / Під ред. Усовой А.В. та ін М., 1990.
5.Внеурочная робота з фізики / Под ред. О. Ф. Кабардина. -М.: Освіта, 1983.
6.Резніков Л.І. Викладання фізики в середніх професійно-технічних учіліщах.-М.: Вища школа, 1977.
7.Демонстраціонний експеримент з фізики в середній школі; У 2-х частях. / Под ред. А.А.Покровского.-М.: Просвящение, 1978.
8.Марголіс А.А., Парфеньтьева Н.Є., Іванова А.А. Практикум з шкільного фізичного експеріменту.-М.: Просвящение, 1977.


//ua-referat.com
1   2   3

скачати

© Усі права захищені
написати до нас