9кл_Конспект урока "Третий закон Ньютона"

Тема урока: Третий закон Ньютона

Цели урока:

1. Образовательные – повторить основные положения первого и второго законов Ньютона, выяснить особенности сил, возникающих при взаимодействии двух тел, сформулировать третий закон Ньютона и следствия из этого закона, сформировать умение у учащихся применять третий закон Ньютона для решения задач, рассмотреть принцип относительности Галилея.

2. Развивающие –  развитие таких мыслительных операций как анализ, сопоставление, сравнение, умение выделять главное, существенное в изучаемом материале. Развивать логически излагать свои мысли; развивать эмоции учащихся, создавая на уроке ситуации занимательности; формировать потребность в дополнительном, послеучебном познавательном труде; способствовать обогащению словарного запаса, прививать культуру умственного труда;

3. Воспитательные – приучать детей к аккуратному ведению записей в тетради, к доброжелательному общению, взаимопомощи, к самоконтролю; воспитывать чувство сопереживания за товарищей, формировать познавательный интерес к физике.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Общие методы обучения: эвристический.

Оборудование: динамометр, брусок, грузы, деревянная планка, секундомер.

План урока

1. Организационный момент

2. Актуализация опорных знаний.

3. Освоение нового материала.

4. Закрепление и первичная проверка материала

5. Подведение итогов урока и домашнее задание.

Ход урока

1. Этап начальной организации урока

Задача: подготовить учащихся к работе на уроке.

Содержание: взаимное приветствие учителя и учащихся, определить отсутствующих, проверить готовность учащихся к уроку, организовать внимание учащихся, проверить готовность оборудования.

2. Актуализация опорных знаний

Задача: вспомнить изученный ранее материал.

Фронтальный опрос:

• Сформулируйте первый закон Ньютона;

• Какие системы отсчета называются инерциальными? Неинерциальными?

• Сформулируйте второй закон Ньютона. Какой математической формулой он выражается?

• Что называется массой? Основная единица измерения массы?

• Что называется силой? Какие виды сил вы знаете?

• О какой силе идет речь во втором законе Ньютона?

• Как найти равнодействующую сил, действующих на тело?

• Как движется тело, если геометрическая сумма сил, действующих на тело равна нулю?

• Как движется тело, если векторная сумма сил, действующих на тело, не равна нулю?

• Что можно сказать о направлении вектора ускорения и вектора равнодействующей сил, приложенных к телу?

• Как направлена равнодействующая сил, приложенных к автомобилю, когда он разгоняется на горизонтальной дороге?

• Что такое сила тяжести? Вес? Сила реакции опоры?

• Изобразите все силы, действующие на тело для следующих ситуаций:

а) тело висит на нити;

в) тело покоится на наклонной плоскости;

г) автомобиль равномерно едет по дороге;

д) автомобиль едет в гору с возрастающей скоростью;

е) бревно плавает на поверхности воды, погрузившись наполовину;

г) камень, брошенный в воду, опускается на дно.

Решение задач:

а) Достаточный уровень

1. K телу массой m=2кг приложены две силы: F₁=25Н и F₂=15H, направленные в противоположные стороны. Определите ускорение тела.

2. Под действием силы F₁=20 Н тело движется с ускорением a₁= 0,4м/с². С каким ускорением будет дви­гаться это тело под действием силы F₂ = 50H?

3. Уравнение движения автомобиля имеет вид x= 20 + 3t-0.1t² (м). Проекция равнодействующей силы на ось OX F_x= -2,0 кН. Определите массу авто­мобиля.

4.Уравнение движения тела массой m=500кг имеет вид x= 5+7t+0.4t² (м). Определите проекцию равнодействующей силы на ось ОХ.

5.На воде плавает игрушечный корабль. Его нача­ли тянуть в горизонтальном направлении с помощью легкой нерастяжимой нити. Сила натяжения нити в n = 2 раза больше силы тяжести корабля. С каким ускорением движется корабль? Силами сопротивления можно пренебречь.

6.Подвешенное к тросу тело массой m=10 кг под­нимается вертикально вверх. С каким ускорением оно движется, если сила натяжения троса F=118H?

7. Клеть массой m=600кг опускается равноускоренно в шахту и за промежуток времени t = 8,0 с от начала движения проходит путь s = 64 м. Определите силу натяжения каната, на котором висит клеть. Силы сопротивления не учитывайте.

8. На веревке можно поднимать груз мас­сой m₁= 90кг вертикально вверх с некоторым ускорением. На той же веревке груз массой m₂ = 110кг можно опускать вертикально вниз с таким же по модулю ускорением. Какой массы груз можно подни­мать с помощью этой веревки равномерно?

9. При помощи веревки поднимают груз с ускорением а₁=19.6м/с. При этом веревка не разорвется, если масса груза не превышает m₁= 80кг. Какой наиболь­ший груз можно опустить с ее помощью вниз с ускоре­нием а₂ = 4,9м/с?

10. С какой силой давит человек массой m= 70кг на пол лифта, движущегося с ускорением а =0,8м/с,

направленным: а) вверх; б) вниз? С каким ускорением должен двигаться лифт, чтобы человек не давил на пол?

Б) Высокий уровень (задачи из сборника: )

3. Этап изучения нового материала

Задача: выяснить особенности сил, возникающих при взаимодействии двух тел, сформулировать третий закон Ньютона и следствия из этого закона, сформировать умение у учащихся применять третий закон Ньютона для решения задач, рассмотреть принцип относительности Галилея.

Содержание:

Демонстрация 1. Взаимодействие тел (пол-карандаш, рука-стол)

1) Карандаш упал на пол, подпрыгнул и остался лежать на полу. Почему он упал? Почему он отскочил?

2) Ударьте рукой по столу. Что вы испытали? Почему? Ведь это вы бьете стол, а не он вас?

На эти вопросы мы сможем ответить, когда изучим третий закон Ньютона.

Все дело в том, что в инерциальных системах отсчета все силы возникают (или исчезают) только парами, т.е. если одно тело действует на другое, то и второе тело действует на первое (т.е. оказывает противодействие). Таким образом, действие двух тел друг на друга всегда имеет взаимный характер. Поэтому про такие два тела говорят, что они взаимодействуют друг с другом.

Вывод: карандаш подействовал на пол, а пол подействовал на карандаш; рука подействовала на стол, а стол подействовал на руку, остановив ее.

Демонстрация 2. Взаимодействие тел (динамометры)

Для демонстрации взаимодействия используем два динамометра. Если один из динамометров закрепить и на второй динамометр подействовать с некоторой силой, то можно увидеть, что деформация пружин будет одинакова. Показания динамометров тоже будут одинаковы.

Как бы мы не растягивали пружины сцепленных динамометров, их показания остаются одинаковыми. Следовательно, сила, с которой первый динамометр действует на второй, равна силе, с который второй динамометр действует на первый. Эти силы направлены вдоль одной прямой. Это говорит о том, что действующие силы равны между собой по величине.

Силы взаимодействия двух тел подчиняются третьему закону Ньютона, который имеет следующую формулировку:

Знак «минус» выражает здесь тот опытный факт, что силы, а значит и ускорения взаимодействующих тел, всегда направлены в противоположные стороны. Согласно второму закону Ньютона, ускорения тел вызваны силами и возникающими при взаимодействии тел. Отсюда и следует, что

Может ли одна из пар сил, возникающих при взаимодействии двух тел, быть больше другой?

Третий закон Ньютона показывает, что действие одного тела на другое имеет взаимный характер. Кроме того, он справедлив не только в случае взаимодействия при непосредственном соприкосновении тел, но и в случае взаимодействия на расстоянии (рис.138).

Однако, часто мы видим (или ощущаем) действие, которое распространяется только на одно из двух взаимодействующих тел, в то время, как воздействие на второе тело остается незамеченным.

Так, например, согласно третьему закону Ньютона, камень притягивает Землю с такой же силой, с которой Земля притягивает камень. Поэтому, когда камень падает, он и Земля — оба движутся с ускорениями навстречу друг другу. Однако ускорение Земли меньше ускорения камня в столько раз, во сколько раз масса Земли больше массы камня. Поэтому мы и замечаем часто только одну силу взаимодействия с двух — силу, что действует на камень со стороны Земли. А с аналогичным модулем сила, действующая на Землю со стороны камня, остается незамеченной.

Рассмотрим данную ситуацию на более понятных примерах (спортсмены и канат или человек и груз на тележках) .

Представьте себе, что два человека, стоящие на роликах, связаны канатом и тянут друг друга за этот канат.

Масса этих спортсменов разная. Поскольку силы, которые действуют на этих спортсменов, будут одинаковые, то можно записать, что отношение ускорений будет таким же, как обратное отношение масс.

- закон, который описывает соотношение масс тел и ускорений называется основным экспериментальным закон динамики.

Вывод: равенство модулей сил не означает равенства результатов их действия. При одинаковых модулях сил, но огромном различии масс, ускорение камня во много раз больше ускорения Земли. Естественно, мы не увидим движения Земли, т.к. расстояние, которое проходит Земля навстречу камню, мало по сравнению с расстоянием, пройденным камнем.

Свойства сил, с которыми взаимодействуют тела

1) Все силы в природе возникают парами. Если возникла одна сила, то обязательно появится противоположно направленная сила, действующая со стороны первого тела на второе.

2) Силы, которые действуют между телами, имеют одну природу (например, обе электрические взаимождействие одноименно заряженных тел, или гравитационные –взаимодействие Земли и Луны и Земли).

3) При взаимодействии силы действуют на разные тела, а это значит, что сумма  НЕ является равнодействующей сил для каждого тела.

Пояснение: при взаимодействии каждая из сил действует на свое определенное тело. Они приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга. Складывать по правилам векторного сложения можно только силы, приложенные к одному телу.

Очень часто ученики допускают ошибку, перенося обе силы в одну сторону уравнения, и получают сумму сил, равную нулю:

Если равнодействующая сил равна 0, значит, ускорения нет, и тело не должно менять характер своего движения. Но как тогда тела разгоняются в результате взаимодействия (вспомним яблоко и Землю, спортсменов и канат)?

Ошибка состоит в том, что  – это сила, с которой первое тело действует на второе, а сила  – сила, с корой второе тело действует на первое. Поэтому сумма  НЕ является равнодействующей сил для каждого тела.

Примеры проявления третьего закона Ньютона

1. Человек на батуте отталкивает опору с силой F₁ (сила приложена к опоре), а ответная сила приложена к спортсмену и придает ему направленное вверх ускорение.

2. Явление отдачи. Сила, действующая на снаряд со стороны пушки, равна по модулю силе, действующей на пушку из стороны снаряда в момент выстрела. В автоматическом стрелковом оружии явление отдачи используется для перезарядки оружия.

3. Реактивное движение. С огромной скоростью выбрасывая продукты сгорания топлива назад, ракета действует на них с необычайной силой. С такой же по модулю, но направленной вперед, силой продукты сгорания действуют на ракету.

4. Взаимодействие Земли и Солнца, Луны и Земли, движение планет и других небесных тел.

5. Движение человека, транспортных средств. При ходьбе человек действует на Землю с силой F. Т.е. толкает ее назад, а Земля с такой же силой отталкивает человека вперед. Т.к. масса Земли намного больше массы человека, то она остается на месте, а человек делает шаг вперед.

6. Катящееся колесо движется вперёд благодаря тому, что оно отталкивается от Земли, т.е. взаимодействует с ней. Колесо и Земля действуют друг на друга с одинаковыми по модулю и противоположно направленными силами и получают ускорения, обратно пропорциональные их массам. Поскольку масса Земли огромна по сравнению с массой колеса, то ускорение Земли практически равно нулю, т.е. она не меняет свою скорость. Колесо же приходит в движение относительно Земли.

Видеодемонстрация «Три закона Ньютона на примере велосипеда»

Принцип относительности Галилея:

4. Закрепление и первичная проверка материала

Задача: установить, поняли ли учащиеся новый материал. Устранить проблемы в понимании материала. Научить применять полученные знания при решении качественных и количественных задач.

Содержание:

Обсуждение вопросов:

• Вызывает ли постоянная сила постоянное ускорение?

• Как зависит модуль ускорения от модуля силы?

• Можно ли, опираясь на формулу = m, утверждать, что сила, действующая на тело, зависит от массы этого тела и ускорения, которого придает телу эта сила?

• Каково соотношение между силами, с которыми взаимодействуют два тела?

• Что общего имеют две силы, с которыми взаимодействуют два тела?

• Чем отличаются силы, с которыми взаимодействуют два тела?

• Есть ли физическая разница между действием и противодействием?

• Почему третий закон Ньютона называют законом взаимодействия?

• Небольшая лодка притягивается канатом к теплоходу. Почему теплоход не движется в сторону лодки?

• Можно вычислить равнодействующую сил действия и противодействия?

• В каком случае две силы компенсируют друг друга?

• Почему силы, возникающие вследствие взаимодействия, не уравновешивают друг друга? Приведите примеры.

Решение задач:

1. Вы отталкиваетесь от Земли с силой 50Н. С какой силой Земля отталкивает вас?

2. Тело массой 2 кг, которое движется на юг, изменяет скорость своего движения под действием постоянной силы 10 Н, направленной на север. Определите модуль и направление ускорения тела. Опишите характер движения тела.

3. Под действием силы 15 кН тело движется прямолинейно так, что его координата изменяется по закону х = -200 + 9t - 3t². Вычислите массу тела.

4. Человек массой 60 кг, стоя на коньках, отбрасывает от себя шар массой 3 кг, придавая ей в горизонтальном направлении ускорение 10 м/с². Какое ускорение получает при этом человек?

5. Два человека тянут веревку в противоположные стороны, прилагая силы 100 Н каждый. Разорвется ли веревка, если она выдерживает натяжение, что не превышает 190 Н?

6. 20 человек разделилось на две команды по перетягиванию каната. Какой будет сила натяжения каната, если каждый прикладывает силу 200Н (Ответ: 10∙200Н=2 000Н).

7. Яблоко падает на Землю, потому что его притягивает Земля. Но с такой же силой и яблоко притягивает земной шар. Можно ли сказать: «Яблоко и земля падают друг на друга»? (Ответ: Да можно. Равные силы притяжения сообщают яблоку ускорение ≈ 10м/с², а земному шару во столько же раз меньше, во сколько раз масса Земли превышает массу яблока).

8. Человек стоит на стуле. Когда человек спрыгивает со стула, то мы видим, как он падает на Землю. Почему же земля не падает на человека?

9. Если в начальный момент оба тела покоились, то по законам кинематики

, где S₁ и S₂ пути, пройденные телами, получите это соотношение самостоятельно, считая движение равноускоренным.

10.

5. Этап подведения итогов урока и домашнее задание

Качественные задачи на третий закон Ньютона

1. Может ли человек поднять сам себя по веревке, перекинутой через блок, если второй конец веревки привязан к поясу человека, а блок неподвижен?

Решение

Кажется, что сила, с которой человек действует на веревку, равна силе, с которой веревка действует на человека. Однако на человека действует веревка и земное притяжение, а на веревку действует человек и блок. Выходит, что силы приложены к разным телам.

Поэтому человек сможет поднять себя по этой веревке.

Ответ: да.

2. Может ли человек толкать лодку, если он сам сидит в этой лодке и упирается руками в один из бортов?

Решение

В данном случае система замкнута. На человека действует лодка с силами  и , а человек действует на лодку с силами  и .

Никакого движения в данном случае не будет.

Ответ: нет.

3. Может ли человек вытащить самого себя из болота за волосы (задача Мюнхгаузена)?

Решение:

В данном случае система замкнута. Сила, с которой человек тянет себя за волосы, равна силе, с которой волосы действуют на руку, но направлена в противоположную сторону.

Следовательно, движения не будет.

Ответ: нет.

12