Реферати українською » Физика » Методика вивчення динаміки твердого тіла в курсі фізики профільної середньої школи


Реферат Методика вивчення динаміки твердого тіла в курсі фізики профільної середньої школи

із інформаційним блоком 2 «Динаміка обертального руху твердого тіла» (слайди 10-21). Етапи діяльності:

3.1. Формулювання основної мети динаміки обертального руху, висування гіпотези про залежності кутового прискорення від безлічі обертового тіла, і діючих на тіло сил з урахуванням методу аналогії (слайд 11).

3.2. Експериментальна перевірка висунутої гіпотези з допомогою приладу «Диск обертався з набором приладь», формулювання висновків із досвіду (фоновий слайд 12). Схема проведення досвіду:

Дослідження залежності кутового прискорення від часу діючих сил: як від діючої сили F, коли плече сили щодо осі обертанняd диска залишається постійним (>d =const);

б) від плеча сили щодо осі обертання при постійної діючої силі (F =const);

в) від суми моментів всіх діючих на тіло сил щодо даної осі обертання.

Дослідження залежності кутового прискорення від властивостей обертового тіла: як від маси обертового тіла за незмінної моменті сил;

б) від розподілу маси щодо осі обертання за незмінної моменті сил.

3.3. Висновок основного рівняння динаміки обертального руху з урахуванням застосування ставлення до твердому тілі як сукупності матеріальних точок, рух кожної із яких описати другим законом Ньютона; запровадження поняття моменту інерції тіла якскалярной фізичної величини, що характеризує розподіл маси щодо осі обертання (слайди 13-14).

3.4. Комп'ютерний лабораторний проведений експеримент із моделлю «Момент інерції» (слайд 15).

Мета експерименту: переконатися у залежності моменту інерції системи тіл від становища куль на спиці й положення осі обертання, яка може проходити ніби крізь центр спиці, і через її кінці.

3.5. Аналіз способів розрахунку моментів інерції твердих тіл щодо різних осей. Фундаментальна обізнаність із таблицею «Моменти інерції деяких тіл» (для симетричних тіл щодо осі, що проходить через центр мас тіла). ТеоремуШтейнера для обчислення моменту інерції щодо довільній осі (слайди 16-17).

3.6. Закріплення вивченого матеріалу. Рішення завдань прокачении симетричних тіл під укіс з урахуванням застосування основного рівняння динаміки обертального руху, і на порівняння рухівскативающегося і ковзаючого з похилій площині твердих тіл. Організація роботи: робота у малих групах з перевіркою вирішення завдань з допомогою інтерактивною дошки. (У презентації є слайд з рішенням завдання прокачении кулі і суцільного циліндра з похилій площині із загальним висновком про залежності прискорення центру мас, отже, та її швидкістю кінці похилій площині від часу інерції тіла) (слайди 18-21).

4. Фундаментальна обізнаність із інформаційним блоком 3 «Закон збереження моменту імпульсу» (слайди 22-42). Етапи діяльності.

4.1. Запровадження поняття моменту імпульсу як векторної характеристики обертового твердого тіла за аналогією з імпульсом поступально рушійної тіла. Формула для обчислення, одиниця виміру (слайд 23).

4.2. Закон збереження моменту імпульсу як найважливіший закон природи: висновок математичної записи закону з основного рівняння динаміки обертального руху, роз'яснення, чому закон збереження моменту імпульсу можна вважати фундаментальним законом природи поруч із законами збереження лінійного імпульсу і. Аналіз відмінностей у застосуванні закону збереження імпульсу і букви закону збереження моменту імпульсу, мають подібну алгебраїчну форму записи, одного тілу (слайди 24-25).

4.3. Демонстрація збереження моменту імпульсу із обертовим стільцем (аналогом лави Жуковського) і дерев'яної пірамідкою. Аналіз дослідів зіскамьей Жуковського (слайди 26-29) і дослідів понеупругому обертальному зіткнення двох дисків,насажанних загальну вісь (слайд 30).

4.4.Учет і закону збереження моменту імпульсу практично. Аналіз прикладів (слайди 31-40).

4.5. Другий закон Кеплера як окреме питання закону збереження моменту імпульсу (слайди 41-42).

Віртуальний проведений експеримент із моделлю «Закони Кеплера».

Мета експерименту: проілюструвати другий закон Кеплера з прикладу руху супутників Землі, змінюючи параметри їх руху.

5. Фундаментальна обізнаність із інформаційним блоком 4 «>Кинетическая енергія обертового тіла» (слайди 43-49). Етапи діяльності.

5.1. Висновок формули кінетичній енергії обертового тіла.Кинетическая енергія твердого тіла в пласкому русі (слайди 44-46).

5.2. Застосування закону збереження механічної енергії до обертальному руху (слайд 47).

5.3. Використання кінетичною енергії обертального руху практично (слайди 48-49).

6. Укладання (слайди 50-53).

Аналогія як засіб пізнання навколишнього світу: фізичні системи чи явища може бути аналогічні як у своєї поведінки, і з їхньої математичного описання. Часто щодо інших розділів фізики можна знайти механічні аналогії процесів і явищ, а часом можна знайтинемеханическую аналогію механічним процесам. Методом аналогії вирішуються завдання, виводяться рівняння. Метод аналогій як сприяє глибшого розуміння навчального матеріалу зі різних розділів фізики, а й свідчить про єдність матеріального світу.

Перевірка і оцінювання знань, умінь і навиків: Ні

>Рефлексия діяльності на уроці:

>Саморефлексия діяльності, процесу засвоєння і психологічного стану на уроці своєю практикою над окремими частинами лекції.

Фундаментальна обізнаність із рефлексивним екраном наприкінці уроку (слайд 54) (висловіться одним пропозицією). Чи продовжите думку:

- я дізнався…

- цікаво було…

- важко було…

- я виконував завдання…

- навчальні проблеми…

Домашнє завдання

§ 6, 9, 10 (частина). Аналіз прикладів вирішення завдань до § 6, 9. Творче завдання: підготувати по найбільшзаинтересовавшему інформаційному блоку презентацію, інтерактивний плакат або інший мультимедіа продукт. Варіант: тест чивидеозадачник.

Додаткова необхідна інформація

Для добірки завдань використовувати:

- Вокер Дж. Фізичний феєрверк. М.: Світ, 1988.

- Ресурси Інтернет.

Обгрунтування, чому цю тему оптимально вивчати з допомогою медіа-, мультимедіа, як здійснити:

Навчальний матеріал представлено цікавою,визуализированной, інтерактивною і максимально зрозумілою для учнів формі. Передбачено комп'ютерний експеримент, що здійснюється з інтерактивними моделями (Відкрита фізика. 2.6), і вирішення завдань із наступною перевіркою з допомогою інтерактивною дошкиInterWrite. Є системаподсказок-гиперссилок, які допомагають рішенню завдань. Презентація містить гіперпосилання деякі ресурси Інтернету (наприклад, статті електронної версії журналу «>Квант»), які можна переглянути як on-line, і навіть використовуватиме підготовки творчого завдання. Для актуалізації знань служить підготовлена щодо кінематики руху матеріальної точки презентація «>Кинематика обертального руху матеріальної точки».

Здійснюєтьсякомпетентностний підхід до організації процесу, забезпечується висока мотивація навчальної діяльності.

Ради по логічному переходу від цього уроку до наступним:

У межахблочно-зачетной системи з допомогою методики укрупнення дидактичних одиниць засвоєння даний урок є першою; передбачені уроки корекції, закріплення знань ізачетний урок з допомогою диференційованого за рівнем складності тестового завдання. Залежно від якості виконання домашнього творчого завдання можливо проведення рамках вивчення блоку «>Вращательное рух твердого тіла»

Для закріплення знань у класах з поглиблений вивченням фізики під час проведення практикуму наприкінці роки можна запропонувати таку лабораторну роботу «Вивчення законів обертального руху твердого тіла накрестообразном маятникОбербека»

1. Запровадження

Явища природи дуже складні. Навіть таке звичне явище як рух тіла, насправді виявляється не простим. Щоб осягнути головне і фізичному явище, не відгукуючись другорядні літали, фізики вдаються до моделювання, тобто. у виборі чи побудові спрощеної схеми явища. Замість реального явища (чи тіла) вивчають простіше фіктивне (неіснуюче) явище, наче дійсне найголовніше рисах. Таке фіктивне явище (тіло) називають моделлю.

Однією з найважливіших моделей, з якою мають справу в механіці, є цілком тверде тіло. У природі немаєнедеформируемих тіл. Будь-яке тіло підлогу дією прикладених щодо нього сил деформується більшою або меншою мірою. Проте, у випадках, коли деформація тіла мала і впливає його рух, розглядають модель, звану абсолютно твердим тілом. Можна сміливо сказати, що цілком тверде тіло - це система матеріальних точок, відстань між якими залишається незмінною під час руху.

Однією з простих видів руху твердого тіла є його обертання щодо нерухомій осі. Вивченню законів обертального руху твердого тіла, і присвячена справжня лабораторна робота.

Нагадаємо, що обертання твердого тіла навколо нерухомій осі описується рівнянням моментів


 (1)

Тут - момент інерції тіла щодо осі обертання, - кутова швидкість обертання.Mx - сума проекцій моментів зовнішніх сил на вісь >OZ. Це рівняння з вигляду нагадує рівняння другого закону Ньютона:

.

Роль маси т грає момент інерції T, роль прискорення грає кутовий прискорення , а роль сили грає момент силMx .

>Уравнение (1) є наслідком законів Ньютона, тому його експериментальна перевірка в той час перевіркою засад механіки.

Як зазначалося, у роботі вивчається динаміка обертального руху твердого тіла. Зокрема, експериментально перевіряється рівняння (1) - рівняння моментів для обертання твердого тіла навколо нерухомій осі.

2. Експериментальна установка. Методика експерименту.

Експериментальна установка, схема якій подається на мал.1, відома як маятникОбербека. Хоча на маятник ця установка не схожа, ми з традиції, і для стислості називатимемо її маятником.

МаятникОбербека складається з чотирьох спиць, укріплених на чопу під прямим кутом друг до друга. Тією ж чопу є шків радіусом >r. Усе це система вільний обертатися навколо горизонтальній осі. Момент інерції системи можна змінювати, пересуваючи вантажі то вздовж спиць.



>Вращающий момент, створюваний силою натягу нитки T, дорівнюєМн=Т>r. З іншого боку на маятник діє момент сил тертя в осі – М>mp - З огляду на це рівняння (1) набуде вигляду

 (2)

За другим закону Ньютона для руху вантажу т маємо

>ma=mg-T, (3)

де прискорення a поступального руху вантажу пов'язані з кутовим прискоренням маятникакинематическим умовоювиражающим розмотування нитки зішкива безпроскальзивания. Вирішуючи рівняння (2)-(4) спільно, неважко отримати кутовий прискорення

 (4)


 (5)

Углове прискорення, з іншого боку, можна досить просто визначити експериментально. Справді, вимірюючи час (, протягом якого вантаж т

опускається на відстань h, можна знайти прискорення а: a=2h/>t2, і, отже,

кутовий прискорення

 (6)

Формула (5) дає зв'язок між величиною кутового прискорення , що можна виміряти, і обсягом моменту інерції . У формулу (5) входить невідома величина М>mp. Хоча момент сил тертя малий, тим щонайменше він малий не так на стільки, щоб в рівнянні (5) можна було знехтувати. Зменшити відносну роль моменту сил тертя при даної конфігурації установки можна було б, збільшуючи масу вантажуm. Проте, тут доведеться лише приймати до уваги дві обставини:

1) збільшення маси т веде до підвищення тиску маятника на вісь, що у своє чергу викликає зростання сил тертя;

2) зі збільшенням >m зменшується час руху (і знижується точність виміру часу, отже погіршується точність виміру величини кутового прискорення .

Момент інерції, входить у вираз (5), відповідно до теореміГюйгенса-Штейнера і їхні властивостіаддитивности моменту інерції то, можливо записаний у вигляді


 (7)

Тут - момент інерції маятника, за умови, що киселинсько-берестський осередок мас кожного вантажу >m0 перебуває в осі обертання. R - відстань від осі до центрів вантажів то.

У рівняння (5) також входить величина т>r2. У умовах досліду вони . (переконаєтеся у тому!).

Нехтуючи цією величиною в знаменнику (5), отримуємо просту формулу, що можна перевірити експериментально

 (8)

Експериментально досліджуємо дві залежності:

1. Залежність кутового прискорення Є від часу зовнішньої силиМ=т>gr за умови, що момент інерції постійний. Якщо побудувати графік залежності  = >f(M) , відповідно до (8) експериментальні точки повинні лягати безпосередньо (мал.2), кутовий коефіцієнт якої дорівнює , а точка перетину з віссюОМ даєМmp.

2. 

 

Рис.2

 


2. Залежність моменту інерції - від відстані R вантажів до осі обертання маятника (співвідношення (7)).

З'ясуємо де, як перевірити цю залежність експериментально. І тому перетворимо співвідношення (8), нехтуючи у ньому моментом сил тертяМmp порівнянню з моментом M=>mgr. (подібне зневага буде є правомочним, якщо величина вантажу така, що >mgr>>Мmp ). З рівняння (8) маємо

Отже,

 (9)

З отриманого висловлювання зрозуміло, як експериментально перевірити залежність (7): потрібно, обравши постійну масу вантажу т, вимірювати прискорення a що за різних положеннях R вантажів >m0 на спицях. Результати зручно зобразити як точок на координатної площині >ХОУ, де

Якщо експериментальні точки не більше точності вимірів лягати на. пряму (рис.3), це підтверджує залежність (9), отже, і формулу


 

3. Виміри. Обробка результатів вимірів.

1.Сбалансируйте маятник. Встановіть вантажі на деякій відстані R від осі маятника. У цьому маятник має перебувати у стані байдужого рівноваги. Перевірте, чи добре збалансований маятник. І тому маятник дещо раз привести у обертання і дати можливість зупинитися. Якщо маятник зупиняється у різних які один від друга положеннях, він збалансований.

2. Оцініть момент сил тертя. І тому, збільшуючи масу вантажу т, знайдіть мінімальне його значення >m1, у якому маятник починає обертатися.Повернув маятник на 180° стосовно початковому становищу, повторіть описану процедуру і знайдіть тут мінімальне значеннят2. (Може бути, що через неточною балансування маятника). Оцініть за цими даними момент сил тертя

3. Експериментально перевірте залежність (8). (У цьому серії вимірів момент інерції маятника повинен залишатися постійним =>const).Укрепите на нитки певний вантажm>mi, (>i=1,2) і вимірте часt, протягом якого вантаж опускається на відстань h. Вимірювання часуt кожному за вантажу при постійному значенні h повторити 3 разу. Потім знайдіть середнє часу падіння вантажу за такою формулою


і визначте середнє кутового прискорення

Подумайте, як оцінити й оцініть похибка отриманого значення . Описані у пункті виміру повторіть для 5 значень маси вантажуm. які відповідають нерівностіm>mi, (>i=1,2).

Результати вимірі занесіть в таблицю

т >r >t1 >t2 >t3

h

М

1
2
3
4
5

Із одержаних даним побудуйте графік залежності = >f(M). За графіком визначте момент інерції маятника і момент сил тертяМmp.

4. Перевірте

Схожі реферати:

Навігація