Конспекти уроків - ЛЕКЦІЇ З ФІЗИКИ 10 клас - МЕХАНІКА Частина I - 2018 рік

Лекція № 3. Механічний рух. Основна задача механіки та способи опису руху

Мета:

1. Дати поняття руху взагалі та механічного зокрема.

2. Ознайомити з поняттям матеріальної точки як одного з ідеалізованих понять фізики.

3. Ввести поняття траєкторії, переміщення, пройденого шляху, поступального руху

4. Ознайомити з головною задачею механіки.

5. Ввести поняття системи відліку та ознайомити студентів з різними системами відліку

6. Ознайомити з різними способами опису руху тіла.

7. Дати поняття швидкості взагалі та механічного руху зокрема.

Обладнання й матеріали: будь-яке невелике тіло, яке можливо переміщувати (наприклад, певна дитяча іграшка), метр, лінійка або рулетка, годинник або секундомір, похила площина, кулька, бібліотека електронних наочностей.

Базові поняття і терміни: матерія, рух взагалі, механічний рух як окремий найбільш простий вид руху, матеріальна точка, тіло відліку, система координат, система відліку, головна задача механіки, пройдений шлях, переміщення, вектор, скаляр, швидкість взагалі і пройденого шляху або переміщення зокрема

Тип заняття: вивчення нового матеріалу.

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

Учитель вітається з учнями, перевіряє готовність до занять та підкреслює особливість сьогоднішнього заняття, зумовлену саме тим, що сьогодні вони розпочинають вивчати механіку, яка є базовим курсом всіх інших розділів фізики, адже механічний рух нерідко є частиною більш складних процесів, наприклад, теплових. Крім того, знаючи добре механіку, простіше опанувати інші розділи фізики.

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

1. Що вивчає фізика взагалі? (Фізика вивчає рух).

2. Що розуміють у фізиці під поняттям рух? (Будь-яку зміну взагалі).

3. Які види рухів ви знаєте та які розділи фізики їх вивчають? (Існують такі види руху, як механічний, молекулярний, рух електромагнітних чи ядерних полів тощо. Кожний розділ фізики вивчає свій вид руху: механіка — механічний; молекулярна фізика й термодинаміка — молекулярний; електродинаміка — процеси, пов'язані зі зміною електромагнітного поля тощо).

4. Чому вивчення загального курсу фізики розпочинають з курсу механіки? (Відповідь подано в Організаційному моменті).

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Механічний рух

Виклад навчального матеріалу можна розпочати з нагадування про те, що на уроках фізики в 7 класі вже зустрічалося поняття «механічний рух».

— Механічним рухом називають зміну положення тіла в просторі щодо інших тіл із часом.

Приклади механічного руху: рух зір і планет, літаків і автомобілів, артилерійських снарядів і ракет.

Механічний рух нерідко є частиною більш складних немеханічних процесів, наприклад, теплових. Вивченням механічного руху займається розділ фізики, що називають механікою.

2. Основна задача механіки

Вивчити рух тіла — це визначити, як змінюється його положення з часом. Якщо це відомо, то можна дізнатися про положення тіла в будь-який момент часу.

— Основна задача механіки полягає в тому, щоб визначити положення тіла в будь-який момент часу.

Частковим випадком руху є спокій, тому механіка розглядає також умови, за яких тіла перебувають у спокої (ці умови називають умовами рівноваги).

3. Що вивчає кінематика

Щоб сформулювати закони механіки та навчитися їх застосовувати, потрібно спочатку навчитися описувати положення тіла і його рух. Опис руху становить зміст розділу механіки, що називають кінематикою.

У процесі розв’язування задач у кінематиці найчастіше не розглядається, що саме рухається, де рухається, чому саме так рухається. Головне — як рухається.

4. Матеріальна точка

Під час визначення положення тіла в просторі виникають труднощі, пов’язані з тим, що тіло має розміри. Проте під час розв’язування багатьох задач розмірами тіла можна знехтувати, розглядаючи його як одну точку. При цьому опис руху тіла значно спрощується.

— Тіло, розмірами якого в поданій задачі можна знехтувати, називають матеріальною точкою.

Можна чи не можна вважати тіло матеріальною точкою, залежить не від розмірів тіла (велике воно чи мале), а від поставленого завдання.

Система відліку. Далі варто перейти до з’ясування питання, як визначити положення тіла в просторі. Положення тіла в просторі завжди визначають відносно якогось тіла, що називають тілом відліку. Тіло відліку наявне в будь-якій задачі про рух тіл — навіть тоді, коли воно явно не згадується. Часто як тіло відліку мається на увазі Земля.

З тілом відліку зв’язують систему координат. Положення точки в просторі задається трьома числами, що називають координатами точки і позначають літерами x, y, z. Часто вдається обрати систему координат так, щоб одна чи дві координати тіла залишалися незмінними під час усього руху. Тоді описати рух тіла можна за допомогою тільки однієї чи двох координат.

Зв’язана з тілом відліку система координат і обраний спосіб вимірювання часу утворюють систему відліку.

Отже, система відліку складається з:

1) тіла відліку;

2) зв’язаної з ним системи координат;

3) годинника.

5. Траєкторія

У процесі руху матеріальна точка займає різні положення в просторі відносно обраної системи відліку. При цьому точка, рухаючись, «описує» в просторі якусь лінію. Іноді цю лінію видно, — наприклад, літак може залишати за собою слід високо в небі. Більш знайомий приклад — слід шматка крейди на дошці.

— Траєкторією руху тіла (матеріальної точки) називають лінію в просторі, якою рухається це тіло.

Зазвичай траєкторія — невидима лінія. Траєкторія точки, що рухається, може бути прямою або кривою лінією. Відповідно до форми траєкторії рух буває прямолінійним і криволінійним (рис. 3.1).

— Шлях — це довжина траєкторії.

Зазвичай шлях позначають літерою s або l. Шлях збільшується, якщо тіло рухається, і залишається незмінним, якщо тіло нерухоме. Отже, шлях не може зменшуватися з часом.

Припустімо, нас цікавить, де опиниться ядро, випущене з гармати, через одну секунду після пострілу. Для розв’язання поставленої задачі потрібно знати відстань від гармати до ядра і напрямок «на ядро» в цей момент часу.

Одне й друге можна визначити за допомогою напрямленого відрізка, початок якого збігається з положенням гармати і кінець — із положенням ядра в поданий момент (рис. 3.1).

Нагадаємо, що напрямлений відрізок, який характеризується довжиною (модулем) і напрямком, називають вектором.

— Переміщенням тіла (матеріальної точки) називають вектор, проведений із початкового положення тіла до його положення в певний момент часу.

Дуже часто рух тіла можна описати повністю, стежачи тільки за однією його точкою, навіть якщо розміри тіла порівняні з довжиною траєкторії. Так відбувається тоді, коли переміщення всіх точок тіла є однаковим. Такий рух тіла називають поступальним.

Вище ми вже познайомилися з фізичною величиною, що характеризується напрямком і числовим значенням (модулем). Це — переміщення.

— Фізичні величини, що характеризуються напрямком і числовим значенням (модулем), називають векторними величинами.

Далі необхідно звернути увагу студентів на те, що модуль векторної величини не завжди є довжиною, — наприклад, модуль швидкості вимірюють у метрах за секунду.

На кресленнях векторні величини зображують за допомогою стрілок: і напрямок стрілки показує напрямок фізичної величини, а довжина стрілки пропорційна модулю цієї величини. Векторні величини позначають так само, як і вектори, — літерою зі стрілкою над нею. Модуль векторної величини позначають тією самою літерою, але без стрілки.

Дії з векторними величинами (наприклад, додавання) здійснюють за правилами дій із векторами.

Дуже часто розв’язання задач значно спрощується завдяки тому, що одну векторну величину можна задати за допомогою кількох скалярних величин.

Будь-яку векторну величину можна подати у вигляді суми трьох векторних величин, напрямлених уздовж осей координат. Ці векторні величини називають її складовими. Кожну складову векторної величини можна схарактеризувати просто числом: модуль цього числа дорівнює модулю складової, а знак визначається напрямком складової. Якщо вона напрямлена в додатному напрямку осі координат — число додатне, а якщо у від’ємному — від’ємне. Це число називають проекцією поданої векторної величини на відповідну координатну вісь.

Проекції векторної величини а на осі координат x, y, z позначають а_х, а_у і а_z. Вони вимірюються в тих самих одиницях, що й модуль цієї величини. Наприклад, проекція переміщення вимірюється в метрах.

Із прямолінійним рівномірним рухом студенти вже знайомі зі шкільних курсів фізики й математики: у більшості задач на рух розглядався саме такий рух. Варто пригадати означення прямолінійного рівномірного руху, навести приклади та підкреслити суттєву ознаку такого руху: однаковість переміщень за будь-які, навіть найменші, проміжки часу.

Можна запропонувати учням спостерегти за рівномірним рухом повітряних бульбашок у двох скляних трубках різного перерізу і з’ясувати, чим відрізняються ці рівномірні рухи.

Дослід дозволяє ввести поняття швидкості. Швидкість — це фізична величина v, яка дорівнює відношенню зміни якоїсь величини Δх до часу Δt, за який відбулась ця зміна

У цьому плані швидкість руху тіла v — це скалярна фізична величина, яка дорівнює відношенню пройденого шляху s до часу t, за який цей шлях пройдено

Зі іншого боку, швидкість — це векторна фізична величина, яка дорівнює відношенню переміщення до часу t, за який відбулося це переміщення

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ ЗАНЯТТЯ

Виставлення оцінок, коротке обґрунтування їх. Коментарі помилок і враження від окремих моментів засвоєння одержаних на цьому занятті знань. Підкреслити, що сьогоднішнє заняття є початком вивчення базового курсу механіки, тому бажано особливо старанно опрацювати пройдений матеріал дома.

VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Опрацювати конспект лекції, запропоновану літературу, дати письмові відповіді на запитання, які задавалися на етапі узагальнення заняття, та підібрати і розв’язати задачу на визначення швидкості.

VII. ЛІТЕРАТУРА

1. Барьяхтар В. Г. Фізика 10 клас. Академический уровень: учебник для общеобразоват. учебных заведений / В. Г. Барьяхтар, Ф. Я. Божинова. — 2-е изд. — Х.: Ранок, 2014. —352 с. (§ 4-6, ст. 17-33, впр. № 4 задача 8).

2. Соколович Ю. А., Богданова А. С. Довідник з курсу фізики середньої школи з прикладами розв’язування задач. — Х.: Веста: Ранок, 2002. —464 с. (§ 1.1-1.2; ст. 15-18).

3. Пугач М. П. Механіка. Нестандартні запитання й задачі / М. П. Пугач, М. Г. Александров, К. М. Стрюк. — Х.: Вид.група «Основа», 2018. —96 с. — (Серія «Б-ка журн. «Фізика в школах України»; Вип. 1 (169)).