Физика 10 ОГН Центр масс

Раздел долгосрочного плана:

Дата:  1 четверть

Фамилия, имя, отчество учителя

Класс: 10 (ОГН)

Количество присутствующих:

Отсутствующие:

Тема урока:

Центрмасс. Виды равновесия.

Цели обучения, которые достигаются на данном уроке (ссылка на учебную программу)

10.1.3.1 -определять центр масс абсолютно твердого тела и объяснять различные виды равновесия

Цели урока

Формирование знаний о равновесии тел и его видах; привитие практических навыков по определению центра тяжести или центра масс абсолютно твердого тела.

Критерии оценивания

Знание и понимание:знает определение ипонимает физический смысл понятия центр массы

Применение:умеет находить центр массы твердого тела

Анализ:Критическое мышлениеОбъясняет от чего зависит равновесие тела.Может предложитьнесколько способов практического определения центра масс абсолютно твердого тела.

Языковые цели

Привитие ценностей

Уважение, сотрудничество, академическая честность (работа в паре, групповая работа) .Формирование чувства ответственности за свое обучение. Развитие познавательных способностей школьников. Формирование навыков самостоятельного изучения материала и применения полученных знаний на практике.

Межпредметная связь

Биология, техника, архитектура и строительство

Навыки использования ИКТ

Используют ПК для выполненияразличных  видовработы .

Предварительные знания учащихся

Физические величины и единицы измерения физических величин в СИ(7 класс).

 (8 класс).

Использованная литература

1. Интернет-ресурсы

2. Эрик Роджерс «Физика для любознательных»

3. David Sang, Graham Jones, Gurinder Chadha and Richard Woodside

Physics  Сoursebook         Second edition

4.       Mike Crundell, Geoff Goodwin and Chris Mee     Physics  Second Edition

5.       Тульчинский «Качественные задачи по физике»

Ход урока:

Запланирован- ные этапы урока

Запланированная деятельность на уроке

Ресурсы

Начало урока

1  мин

2 мин

3 мин

1 мин

3 мин

20мин

8 мин

Зачем канатоходцу требуется длинный шест?

Почему в быстродвижущемся транспорте легче устоять, имея в руках тяжелые сумки?

Почему столы и стулья имеют по четыре ножки?

Как построить высокое и устойчивое здание?

ПРОБЛЕМНЫЙ ВОПРОС

Почему игрушку «ванька-встанька» нельзя повалить?

Итак, что будет являться предметом нашего сегодняшнего разговора? Какова тема урока?

Тема урока: Центр масс. Виды равновесия.

Вопросы равновесия интересуют строителей, машиностроителей, альпинистов, артистов цирка и многих-многих других.

В конце урока мы должны будем попытаться дать ответ на вопрос:

Как удалось дизайнерам сконструировать такую игрушку как кукла-неваляшка или «Ванька-встанька»?

ЦО: 10.1.3.1 – определять центр масс абсолютно твердого тела и объяснять различные виды равновесия.

Одно из условий равновесия тела (материальной точки) мы уже знаем. Какое?

Условие равновесия материальной точки вытекает из II закона Ньютона: ΣF= ma = 0

Это можно проверить, рас­смотрев равновесие небольшой легкой шайбы.

С равновесием материальной точки проблем нет, условие, накладываемое на силы, предельно ясно ΣF= 0, но использовать его не придется, так как случаев, когда тело можно принять за материальную точку, крайне мало. При анализе равновесия тел с учетом их размеров возникает ряд проблем, и первая — о точке приложения силы тяжести.

Равновесие рычага ( материал на повторение 7 класс).

Откуда вытекает второе условие равновесия:

Сумма моментов сил, действующих по часовой стрелке, должна равняться сумме моментов сил, действующих против часовой стрелки.

Центр тяжести тела – это точка, через которую проходит равнодействующая всех параллельных сил тяжести, действующих на отдельные элементы тела.

Центр масс – это точка, через которую должна проходить действия силы, чтобы под действием этой силы тело двигалось поступательно.

Можно ли считать, что сила тяжести приложена в какой-либо одной точке, если она действует на каждый кусочек и как бы распределена по всему телу?

Этот вопрос можно решить практически.

3.      Кратковременная исследовательская работа по группам и уровням (прил 1)

Выводы:

·         Согласно II началу равновесие наступит при условии

·         ΣF = 0. Обе силы — реакция опоры и сила тяжести — должны уравновешивать друг друга, и, значит, они направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны. Вы проделали эту процедуру для 3-х отверстий, но и, проделав для любого (!) отверстия, можно убедиться, что все линии пересекаются в одной точке!

Ясно, что эту точку необходимо считать точкой приложения силы тяжести.

·         Для предложенных плоских фигур центр тяжести находится на теле.

Может ли эта точка находиться вне тела? Привести примеры подобных тел.

·         Как мы можем определить положение ЦТ другим способом?

Центр тяжести (так называют точку приложения силы тяжести) существует у любого тела.

Это не какая-нибудь выделенная точка, она ничем не отличается от других, и, более того, может вообще находиться вне тела, как у бублика или школьного штатива.

Иногда точку приложения силы тяжести — центр тяжести — называют центром масс. Вряд ли в невесомости (при Р = 0, где-то далеко от массивных тел) эта точка ничем не отличается от других.

Существование центра масс (центра тяжести) проявляется в следующем:

если линия действия силы F проходит через центр масс, то тело движется поступательно, не вращаясь.

Определить положение центра тяжести не всегда просто.

Начнем с простейшего случая.

Где находится центр тяжести однородного стержня?

Наверное, для решения разобьем мысленно стержень на маленькие кусочки.

Любую однородную плоскую фигуру можно представить как совокупность стержней, расположенных сначала вдоль, потом поперек, и тем самым выявить две линии, на пересечении которых и лежит центр тяжести фигуры.

Это замечание справедливо лишь для симметричных фигур.

При этом симметричными мы называем не только имеющие правильную геометрическую форму фигуры, как круг, квадрат, прямоугольник, эллипс и т. п., но и однородные, т. е. имеющие одинаковую плотность по всему объему, одинаковую толщину (если речь идет о плоских фигурах).

Так, стержень (тонкий цилиндр с круговым сечением) геометрически симметричен, но если одна его половина сделана из алюминия, а другая — из железа, то он неоднороден.

Определите положение центра тяжести квадрата, прямоугольника, круга, эллипса. Проверьте, верно ли определено положение центра тяжести.

Это можно сделать способом, с помощью которого вы определяли ЦТ в работе, или просто подпереть фигуру в центре тяжести острием циркуля.

Фигура должна быть в равновесии.

Для тел сложной формы положение центра тяжести определяют, мысленно разбивая тело на части, положение центра тяжести которых известно.

Как найти ЦТ школьного штатива?

Так, штатив- это прямоугольное основание массой m₁ и однородный стержень массой m₂.

Центр тяжести всего штатива находится на линии, соединяющей центры тяжести основания и стержня. Эту линию можно выделить ниткой, прикрепив ее пластилином в соответствующих точках. Далее можно провести уже известный нам расчет

m₁:m₂ = d₂:d₁, d = d₁+d₂ и т. д.,

а можно обойтись и без расчетов и взвешивания. Как?

Каким действием можно определить положение центра тяжести штатива?

Подвешивать вряд ли стоит.

Центр тяжести нашей школы находится всегда в одной точке или слегка перемещается?

Где же он все-таки находится?

5.      Является ли выполнение условия ΣF = 0 достаточным для того, чтобы тело (с учетом его размеров) находилось в покое?

Какому условию должны отвечать силы, приложенные к телу, чтобы оно не вращалось?

Чтобы выяснить второе условие равновесия, рассмотрим, следуя Архимеду, равновесие тела, закрепленного в одной точке (или рычага)

Заметим, что рычаг вовсе необязательно имеет форму прямого стержня вроде весла "или коромысла весов. Любое тело, которое при движении способно только вращаться вокруг некоторой точки (а это обычно выясняется по условиям задачи), можно рассматривать как рычаг. Более того, сама точка тела, вокруг которой происходит вращение в данный момент времени, может меняться, как точка О при качении колеса. В этом случае говорят о мгновенном центре вращения.

Вспомним понятие момента силы, плеча силы.

Работа с буклетами.

Определим с помощью рисунка плечи сил. Будут ли рычаги находиться в равновесии?

Большое значение имеет вопрос об устойчивости равновесия.

Работа в группах с электронным учебником физики

Чтобы выяснить типы устойчивости, откроем раздел «Статика. Устойчивость равновесия».

После прочтения ответьте на вопросы:

Какие виды равновесия можно выделить?

Когда тело будет находиться в равновесии?

Если на тело, имеющее опору, действуют уравновешивающие силы, то тело находится в положении равновесия.
Равновесие бывает устойчивым, неустойчивым и безразличным.

При отклонении тела от положения равновесия нарушается и равновесие сил. Если тело под действием равнодействующей силы возвращается в исходное положение, то это – устойчивое равновесие.

Если же тело под действием равнодействующей силы, еще сильнее отклоняется от положения равновесия, то это – неустойчивое равновесие.

Возможен случай, когда при любом положении тела, равновесие сил сохраняется. Это состояние называется безразличным равновесием.

Как потенциальная энергия связана с устойчивостью тела?

Вывод: Равновесие устойчиво, если при малом отклонении от положения равновесия есть сила, стремящаяся вернуть его в это положение. Устойчиво такое положение, в котором его потенциальная энергия минимальна.

Как, зная положение центра тяжести тела и оси вращения, определить, будет ли положение тела устойчивым?

 Рассматриваемый вопрос имеет большое практическое значение, ведь большинство тел вокруг нас (и сам человек) покоится на опорах и устойчивость равновесия зданий, предметов мебели, посуды, человека нам небезразлична.

·         Не обращали ли внимания, что с тяжелыми сумками в руках вы чувствуете себя устойчивее в автобусе, поезде? Почему?

·         У моряков вырабатывается своеобразная морская походка вразвалочку. Не сможете ли объяснить, почему они так ходят?

·         Оцените, какой из предметов на вашем рабочем столе наиболее (наименее) устойчив.

Теперь мы сможем сформулировать определение ЦТ по-другому.

Центром тяжести системы материальных точек (твердого тела) называется точка безразличного равновесия этой системы (тела) в поле силы тяжести.

А теперь давайте попробуем отгадать секрет игрушки-неваляшки.

Секрет неваляшки в положении центра тяжести и изменении точки опоры при наклоне. Рассмотрим обруч. Центр тяжести его располагается в геометрическом центре. При качении обруча высота центра тяжести над точкой опоры (которая меняется) одинакова. Сместим центр тяжести вниз, прикрепив к какой-либо точке обруча гайку или кусок пластилина - измерьте линейкой расстояние до различных точек обруча и убедитесь, что расстояние ОА минимальное. Это значит, что при наклоне обруча центр тяжести будет подниматься, в положении 1 обруч обладает минимальной потенциальной энергией, и это положение равновесия устойчиво.

Вывод сделайте сами.

ИТОГИ УРОКА:

Задания на проверку полученных знаний (один из вариантов)

Фамилия__________________ Класс 10____

1.Абсолютно _______________ телом называют такое тело,расстояние между ___________ точками которого ______________остается___________________.

(слова:  постоянным;  двумя; твердым;всегда)

2. Какие виды равновесия вы знаете?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Для заданных тел найдите центры масс.

1.       

Подведение итогов урока.
Комментарий учителя результатов работы учащихся по листам наблюдений и оценивания экспертов.

(G) Рефлексия проводится в виде активной разминки.

Демонстрационный  материал

Слайд 1

Тема урока + цель обучения

Слайд 2

Цели урока

Слайд 3

Проблемный вопрос

Слайд 4

Слайд 5

Слайд 4

Слайд 6

Дополнительная информация

Дифференциация

Оценивание

Здоровье и соблюдение техники безопасности

Все учащиеся будут:

Знать определение абсолютно твердого тела или просто твердого тела, равновесия и его видов.

Большинство учащихся будут:описывать виды равновесия и различать их.

Некоторые учащиеся будут:

Давать характеристику состоянию равновесия тела и условий для его выполнения. Анализировать равновесие тела с учетом потенциальной энергии тела.

Наблюдение, взаимооценивание, заполнение листа оценивания.

Рефлексия по уроку

Какие два момента  урока оказались наиболее успешны?

1)      Мотивация + проблемный вопрос

2)      Исследовательские задания, выполненные учащимися в процессе изучения темы

Какие два момента  улучшили урок?

1)Самостоятельное изучение и презентация нового учебного материала.

       2) Возвращение к цели обучения и решение проблемного вопроса о кукле-неваляшке.

Применение активных методов обучения.

Что могло бы способствовать улучшению урока:

1)      «Подмостки»  от учителя и более информированных учащихся.

2)      Творческая работа учащихся по созданию игрушек, подобных «Ваньке-встаньке»