Конспект урока «Сила упругости. Закон Гука» план-конспект урока по физике (10 класс)

§ 28. Сила тяжести и сила всемирного тяготения

Почему Луна движется вокруг Земли?

Что будет, если Луна остановится?

Почему планеты обращаются вокруг Солнца?

В главе 1 подробно говорилось о том, что земной шар сообщает всем телам у поверхности Земли одно и то же ускорение — ускорение свободного падения. Но если земной шар сообщает телу ускорение, то согласно второму закону Ньютона он действует на тело с некоторой силой. Силу, с которой Земля действует на тело, называют силой тяжести

. Сначала найдём эту силу, а затем и рассмотрим силу всемирного тяготения.

Ускорение по модулю определяется из второго закона Ньютона:

В общем случае оно зависит от силы, действующей на тело, и его массы. Так как ускорение свободного падения не зависит от массы, то ясно, что сила тяжести должна быть пропорциональна массе:

= m (3.1)

Физическая величина — ускорение свободного падения, оно постоянно для всех тел.

На основе формулы F = mg можно указать простой и практически удобный метод измерения масс тел путём сравнения массы данного тела с эталоном единицы массы. Отношение масс двух тел равно отношению сил тяжести, действующих на тела:

Это значит, что

На этом основано определение масс путём взвешивания на пружинных или рычажных весах. Добиваясь того, чтобы сила давления тела на чашку весов, равная силе тяжести, приложенной к телу, была уравновешена силой давления гирь на другую чашку весов, равной силе тяжести, приложенной к гирям, мы тем самым определяем массу тела.

Сила всемирного тяготения. Ньютон был первым, кто строго доказал, что причина, вызывающая падение камня на Землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же. Это сила всемирного тяготения

, действующая между любыми телами Вселенной.

Ньютон пришёл к выводу, что если бы не сопротивление воздуха, то траектория камня, брошенного с высокой горы (рис. 3.1) с определённой скоростью, могла бы стать такой, что он вообще никогда не достиг бы поверхности Земли, а двигался бы вокруг неё подобно тому, как планеты описывают в небесном пространстве свои орбиты.

Итак, по мнению Ньютона, движение Луны вокруг Земли или движение планет вокруг Солнца — это тоже свободное падение, которое длится, не прекращаясь, миллиарды лет. Причиной такого падения (идёт ли речь действительно о падении обычного камня на Землю или о движении планет по их орбитам) служит сила тяготения.

Земля сообщает Луне ускорение, которое не зависит от массы Луны и, как показали расчёты, в (60)2 раз меньше ускорения тел на Земле. Расстояние до Луны в 60 раз больше радиуса Земли. Отсюда Ньютон сделал вывод, что ускорение и соответственно сила притяжения тел к Земле обратно пропорциональны квадрату расстояния до центра Земли:

Также Ньютон установил, что Солнце сообщает всем планетам ускорение, обратно пропорциональное квадрату расстояния от планет до Солнца.

Закон всемирного тяготения. Можно лишь догадываться о волнении, охватившем Ньютона, когда он пришёл к великому результату: одна и та же причина вызывает явления поразительно широкого диапазона — от падения брошенного камня на землю до движения огромных космических тел.

Ньютон нашёл эту причину и смог точно выразить её в виде одной формулы — закона всемирного тяготения.

Так как сила всемирного тяготения сообщает всем телам одно и то же ускорение независимо от их массы, то она должна быть пропорциональна массе того тела, на которое действует:

Но поскольку, например, Земля действует на Луну с силой, пропорциональной массе Луны, то и Луна по третьему закону Ньютона должна действовать на Землю с той же силой. Причём эта сила должна быть пропорциональна массе Земли. Если сила тяготения является действительно универсальной, то со стороны данного тела на любое другое тело должна действовать сила, пропорциональная массе этого другого тела. Следовательно, сила всемирного тяготения должна быть пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. Отсюда вытекает формулировка закона всемирного тяготения

.

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1 кг каждая, если расстояние между ними равно 1 м. Ведь при массах m1 = m2 = 1 кг и расстоянии r = 1 м получаем G = F (численно).

Нужно иметь в виду, что закон всемирного тяготения (3.4) как всеобщий закон справедлив для материальных точек. При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис. 3.2, а).

Можно показать, что однородные тела, имеющие форму шара (даже если их нельзя считать материальными точками, рис. 3.2, б), также взаимодействуют с силой, определяемой формулой (3.4). В этом случае r — расстояние между центрами шаров. Силы взаимного притяжения лежат на прямой, проходящей через центры шаров. Такие силы называются центральными

. Тела, падение которых на Землю мы обычно рассматриваем, имеют размеры, много меньшие, чем земной радиус (R ≈ 6400 км).

Такие тела можно, независимо от их формы, рассматривать как материальные точки и определять силу их притяжения к Земле с помощью закона (3.4), имея в виду, что r есть расстояние от данного тела до центра Земли.

Определение гравитационной постоянной. Теперь выясним, как можно найти гравитационную постоянную. Прежде всего заметим, что G имеет определённое наименование. Это обусловлено тем, что единицы (и соответственно наименования) всех величин, входящих в закон всемирного тяготения, уже были установлены ранее. Закон же тяготения даёт новую связь между известными величинами с определёнными наименованиями единиц. Именно поэтому коэффициент оказывается именованной величиной. Пользуясь формулой закона всемирного тяготения, легко найти наименование единицы гравитационной постоянной в СИ: Н • м2/кг2 = м3/(кг • с2).

Окончание параграфа >>>

Урок по теме » Механическая работа. Мощность.»

Тема: Механическая работа. Мощность.

Цели урока

:

Образовательная

: повторить и закрепить полученные знания по теме “Механическая работа. Познакомить с понятием «мощность».

Развивающая

: развивать логическое мышление, навыки решения качественных, расчетных и практических задач, умение работы с различными видами заданий, расширить кругозор учащихся.

Воспитательная

: воспитывать интерес к изучению физики, развитие навыков коллективной и групповой деятельности.

Тип урока

: урок формирования умений и навыков.

Стадия вызова

1. Организационный этап:

На прошлом уроке мы изучали понятие механической работы. На сегодняшнем уроке нужно повторить и закрепить полученные знания по данной теме и познакомиться с еще одной физической величиной,тесно связанной с механической работой. Начнем урок с повторения определений.

(Работа с кластером, подготовленным учащимися дома.(блок- схема, в которой отражены ключевые понятия,связанные с работой: обозначение,единицы измерения, формула, работа положительная,отрицательная, равна нулю.)

2. Мозговая атака

:(слайды 1-3)

Коллективная актуализация знаний
:
Вопросы:

— Каков житейский смысл цитаты? Каков его физический смысл? Разделите картинки на две группы. Объясните данный выбор. (Механическая и немеханическая работа).

— Выполняют ли работу герои сказки «Репка»?

— Какие силы выполняют работу? Определите знак работы.

3.
Эксперимент:
Два ученика выполняют работу по поднятию гири. Учащиеся засекают время работы.
Вывод
: время работы разное. Следовательно, мощность работы разная.

Для многих инженерных и технических задач важна не только выполняемая работа, но и скорость выполнения работы. Ведь одну и ту же работу можно выполнить с различной скоростью: например, груз можно поднимать медленно или быстро. Скорость выполнения работы характеризуется мощностью. Итак, новая величина, с которой мы сегодня знакомимся- «Мощность».(слайд 4-5)

Стадия осмысления:

1.) Характеристика мощности:

— Физическая величина, характеризующая быстроту выполнения работы, называют мощностью.

— Скаляр, т.к. не имеет направления. [ N] =Вт . Название этой единицы мощности дано в честь английского изобретателя паровой машины (1784г) Джеймса Уатта. 1 Вт = мощности, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж.

2.)Практическое задание:

Рассчитайте мощность, развиваемую учениками при выполнении упражнений.

3)Чтение стихотворения: (слайд 6)

Конь был норовистым и сытым. И стать, и рысь на знатока. Когда он землю бил копытом, земля пружинила слегка. Глаза с дичинкой, бег упругий, шел рысью он, как будто плыл. А если ржал, по всей округе, дрожали спины у кобыл…

Вопросы:

— Как вы думаете, имеет ли какое-то отношение лошадь к физике?

— С какой физической величиной связана лошадь? (1л.с.= 735 Вт ; 1л.с. – средняя работа за 1с., которую могла совершить сильная ломовая лошадь, равномерно работающая целый день.)

Вопрос: Какую машину вы выберете? Аргументируйте свой выбор. (слайд 7)

От чего зависит скорость движения таких тел? Оказывается, она напрямую зависит от мощности двигателя автомобиля.

На столах учащихся технические паспорта машин. Определяют мощность двигателя. Действительно, мощность двигателей автомобилей, транспортных средств до сих пор измеряют в лошадиных силах.

4.) Вывод формулы: Учащийся выходит к доске для вывода формулы.

При постоянной скорости движения, тело проходит путь определяемой формулой

Подставляем в исходную формулу мощности: , получаем —

У нас получилась еще одна формула для расчета мощности, которую мы будем использовать при решении задач.

Эта формула показывает, что при постоянной мощности двигателя, изменением скорости можно менять силу тяги автомобиля и наоборот, при изменении скорости автомобиля можно менять силу тяги двигателя. При N = const v > , F <. v < , F >.

Вопрос: Когда нужна большая сила тяги? (При подъеме в гору. Правильно, тогда водитель снижает скорость.)

5.) Решение расчетных задач: (слайд С показом решения у доски.

6) Вопрос: А какова мощность человека? Считается, что в среднем мощность человека при спокойной ходьбе равна приблизительно 0,1л.с. т.е 70 — 90Вт.При беге, прыжках человек может развивать мощность во много раз большую. Совершая прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Вт, а в отдельных случаях и большую.

Задача: Федоров Артем и Богданов Даня, услышав звонок на урок,»бросились» из столовой в кабинет №7 и забежали в него одновременно. Одинаковую ли мощность они при этом развили? (Нет, т.к. работа силы тяжести, действующей на каждого из них была различна)

7.) Природа удивительна. Обитатель эквадорских лесов, один из представителей семейства манакинов — Machaeropterus deliciosus — издаёт звуки посредством механики, ударяя себя крыльями по «спине». Причём колотит он себя с фантастической скоростью — 106 раз в секунду — это самое быстрое движение среди позвоночных Маленькие манакины-самцы демонстрируют необыкновенную выносливость: если частота сердцебиения в обычном состоянии составляет около 600 ударов в минуту, то во время исполнения танца она повышается до 1 300 ударов. Среди пернатых таким мощным сердцем может похвастаться только колибри.

Рефлексия:

Вопрос: А чем «живые двигатели» отличаются от механических?

Ответ: Тем, что «живые двигатели» могут изменять свою мощность в несколько раз.

Составление синквена.

8.) Подведение итогов. Домашнее задание.

Рассчитать мощность сердца с обычных условиях и после физической нагрузки (см. листы)

​​​​​​​
работа.мощность RAR / 2.45 Мб

Конспект урока Работа силы. Мощность. Потенциальная и кинетическая энергии (10 класс)

Урок № 31

Дата:18.11.15

Класс: 10

Тема: Работа силы. Мощность. Потенциальная и кинетическая энергии.

Цели урока: Усвоение понятий работы, мощности, энергии, единиц их измерения. Развитие представления о практическом значении изучаемых величин.

Тип урока: изучение и первичное закрепление новых знаний и способов деятельности.

Задачи урока:

1. Обучающие: Формирование навыков и умений выводить формулы, применение их при решении задач.

2.Развивающие:развитие умения выявлять закономерности, обобщать; способствовать развитию познавательного интереса учащихся, логического мышления, развитие вычислительных навыков, устной речи, памяти, внимания.

3.Воспитательные: содействовать воспитанию взаимовыручки, активности, умения общаться, помогать друг другу.

Формируемые УУД:

Познавательные:

Воспроизводить знания в устной и письменной форме, анализировать условие задачи, вывести формулу, выполнить вычисления, умение работать с различными источниками информации.

Регулятивные:

Определять цели учебной деятельности, организовать познавательную деятельность, осмысление процесса и результата деятельности.

Коммуникативные:

Участвовать в коллективном обсуждении проблемы, интересоваться чужим мнением и высказывать свое собственное, аргументировать свою точку зрения.

Личностные:

Осознавать неполноту знаний, проявлять интерес к новому содержанию, проявлять доброжелательное отношение к партнеру, проявлять устойчивый познавательный интерес.

Планируемые результаты:

Предметные:

Знает формулировку и формулу: работы силы, мощности, потенциальной и кинетической энергии, теоремы о кинетической энергии, умеет объяснять физический смысл, изученных величин. Овладение научной терминологией.

Личностные:

Использование полученных по теме знаний для обеспечения безопасности в процессе использования транспортных средств, умение оценивать ответы одноклассников, формирование ценностных отношений друг к другу, учителю.

Метапредметные:

Умение выражать единицы измерения физических величин в СИ, приводить примеры практического использования физических знаний о механических явлениях и физических законах, устанавливать логическую последовательность имеющихся и приобретаемых знаний.

Оборудование: мультимедийный комплекс, презентация к уроку.

Ход урока

I.Оргмомент. Мотивация.

II.Проверка домашнего задания.

1. Закон сохранения импульса. Пример — реактивное движение.
2. №352(а)

III . Изучение нового материала

1. Понятие механической работы. Скалярная физическая величина, являющаяся пространственной характеристикой действия силы.

А = F·|Δr|·cosα

Единица измерения: Н*м=Дж

а) А˂0, ( пример- работа силы трения), б) А>0, ( пример — работа силы тяжести при падении тела), в) А=0 (пример — работа силы тяжести при движении спутника вокруг Земли, при движении машины по горизонтальной дороге).

1. Понятие мощности.

Скалярная физическая величина, характеризующая работу в единицу времени.

N=

Единица измерения: =Вт

1. Понятие кинетической энергии.

Энергия, которой тело обладает при движении.

=

Зависит от выбора СО. Всегда неотрицательна.

Привести примеры.

A=Δ

1. Понятие потенциальной энергии.

Энергия взаимодействия тел или частей тела.

E=mgh. E=

Зависит от взаимного расположения тел или величины упругой деформации.

Нулевой уровень выбирается произвольно.

Привести примеры.

1. Работа силы тяжести. ( Вывод по учебнику). Видеоролик.

1. Работа силы упругости. ( Вывод по учебнику).

IV. Закрепление изученного материала

Стр 139 № 1 ( для сильных учеников)

Все учащиеся:

Стр 134 ЕГЭ к §

V. Итог урока

Знаете ли вы что…

• … сердце человека, перекачивая кровь, за одно сокращение совершает около 1 Дж работы. Этой работы будет достаточно для подъема гири массой 10 кг на высоту 1 см.
• … мощность, развиваемая взрослым человеком при обычной ходьбе по ровной дороге равна 60-65 Вт. При быстрой же ходьбе уже требуется мощность 200 Вт. Для сравнения скажем, что мощность электродвигателя домашней кофемолки 100-200 Вт, а мясорубки — 500 Вт.

Рефлексия.

Сегодня на уроке…

VI. Домашнее задание: §40-44упр. № 1,2 стр 139

Для сильных учеников: № 3, С3 стр 139