Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Луганской Народной Республики

"Луганский колледж автосервиса имени А.А.Гизая"

Цель: сформировать у обучающихся представление о силе тяжести, весе и невесомости, способах измерения массы тела; показать связь с предыдущими темами: закон всемирного тяготения.

Задачи:

1.     Образовательные: сформировать представления о роли и месте физики в современной научной картине мира; понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений через изучение действия силы тяжести, упругости и силы трения; понимание роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; способствовать формированию умения владеть основополагающими физическими понятиями, уверенно пользоваться физической терминологией и символикой. Способствовать формированию умения организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения упражнений.

2.     Воспитательные: развивать коммуникативные способности; создавать условия для развития скорости восприятия и переработки информации, культуры речи; формировать умение работать в коллективе и команде.

3.     Развивающие: способствовать формированию умения решать физические задачи.

Тип урока: комбинированный

Рекомендации по изучению:

1.     По ссылке https://www.youtube.com/watch?v=zDhkgQN_04M&t=506s просмотреть видео-урок

2.     Ознакомиться и законспектировать

3.     Ознакомиться с примерами решения задач

4.     Выполнить практическое задание

Ход занятия:

                     I.                      Организационный этап – 3 мин.

Дидактическая задача: подготовить обучающихся к работе на занятии

Сегодня на уроке мы ознакомимся с силой тяжести, с понятиями веса и невесомости, рассмотрим в чем отличие между весом и массой. Узнаем о способах измерения массы тела, эталоне массы и проделаем практическое задание по определению массы тела без помощи весов.

                  II.                      Мотивация учебной деятельности – 5 мин.

Дидактическая задача: сообщить тему занятия, организовать и целенаправить учебную деятельность обучающихся

Содержание этапа: сообщить план урока, его этапы, цели и задачи, пути их реализации, показать значимость, важность данной темы и ее связь с другими предметами и изученными темами

                III.                      Актуализация знаний – 7 мин.

1.     Сформулируйте закон всемирного тяготения.

2.     Что такое масса тела?

3.     Как связана масса с силой?

4. Изучение нового материала – 15 мин.

Силы тяжести — это сила, с которой Земля притягивает тело, находящееся на её поверхности (или вблизи этой поверхности). Именно под действием силы тяжести, тела могут находиться в свободном падении. Находясь в свободном падении можно ясно ощутить состояние невесомости, то есть, отсутствие веса. Рассмотрим эти явления более подробно.

Еще в седьмом классе вы познакомились с весом тела. Вес тела — это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес. Надо сказать, что вес — это частный случай силы упругости. Рассмотрим простой пример. В помещении вы видите сидящего человека, горшки с растениями, часы, висящие на стене и так далее. На все эти тела, несомненно, действует сила тяжести.

Несмотря на это, все тела находятся в состоянии покоя. Дело в том, что опора, по третьему закону Ньютона, действует, например, на горшок, с той же силой, что и горшок давит на неё. Эта сила называется реакцией опоры. Итак, мы выяснили что, исходя из третьего закона Ньютона, реакция опоры равна по модулю весу тела. Поскольку тело покоится, равнодействующая сила равна нулю. Следовательно, реакция опоры должна уравновешивать силу тяжести (в противном случае, тело бы падало по направлению к центру Земли).

Таким образом, если тело покоится на горизонтальной поверхности, или двигается равномерно и прямолинейно, то вес тела равен силе тяжести.

А теперь, давайте рассмотрим, что произойдет, если опора будет двигаться с ускорением. Классический пример подобной ситуации — это движение лифта. При начальном движении лифта вверх, ускорение, конечно, направлено вверх.

Применим второй закон Ньютона:

Из этого уравнения, мы видим, что вес тела увеличивается при ускоренном движении опоры вверх. Это явление называется перегрузкой. Действительно, при рывке лифта вверх, мы чувствуем некое давление.

Нетрудно догадаться, что при ускоренном движении вниз, происходит противоположное явление: вес тела уменьшается.

В этом можно убедиться, если вновь применить второй закон Ньютона:

Как видно, из уравнения, при движении вниз с ускорением свободного падения, вес тела обратится в ноль: 

Это явление называется невесомостью. И правда, при рывке лифта вниз, мы ощущаем некую легкость.

Так, космонавты, находящиеся на космической станции, испытывают состояние невесомости. Они, фактически находятся в свободном падении, но падают, как бы, вокруг Земли. Дело, конечно, в их орбитальной скорости, достаточной для того, чтобы находиться на околоземной орбите.

Приведем пару примеров. Допустим, вы поставите стакан с водой на поднос. Очевидно, что стакан будет действовать на поднос с силой: F_т = mg. Но, как вы знаете, если вы отпустите поднос, то и стакан, и поднос будут находиться в свободном падении.

При этом, стакан не будет оказывать никакого воздействия на поднос, то есть не будет обладать весом. Точно также, мотоциклист, едущий с постоянной скоростью, будет действовать на сиденье мотоцикла силой тяжести. Но после прыжка на трамплине, и мотоциклист, и мотоцикл будут находиться в свободном падении.

Таким образом, вес мотоциклиста будет равен нулю, до тех пор, пока он не приземлится.

Примером перегрузки может быть выход пилота из пике.

В нижней точке, его центростремительное ускорение будет направлено вверх, что приведет увеличению веса пилота. Пилоты истребителей испытывают перегрузки до 30g. Перегрузки часто измеряются в единицах измерения g. То есть, например, перегрузка 5g означает, что вес пилота увеличился в 6 раз (в состоянии покоя наша перегрузка равна g). Иногда перегрузку обозначают буквой n, и она является безразмерной величиной, равной отношению ускорения движения к ускорению свободного падения.

Таким образом, вес тела при перегрузках можно вычислить по формуле: .

Для примера вычислим перегрузку, которую испытывает пилот в нижней точке пике в вертикальной плоскости, если радиус кривизны траектории полёта равен 400 м, а скорость самолёта равна 1080 км/ч.

Что такое масса тела?

Что же такое масса тела? Какова этимология и история понятия?

Слово масса (лат. massa, от др.-греч. μαζα) первоначально в античные времена обозначало кусок теста. Позднее смысл слова расширился, и оно стало обозначать цельный, необработанный кусок произвольного вещества; в этом смысле слово используется, например, у Овидия и Плиния.

Масса заимств. в XVIII в. из франц. яз., где masse < лат. massa «ком, кусок», того же корня, что греч. massō «мну, мешаю», мазать. Исходно — «густая смесь чего-либо, тестообразное вещество».

Масса как научный термин была введена Ньютоном как мера количества вещества, до этого естествоиспытатели оперировали с понятием веса. В  труде «Математические начала натуральной философии» (1687) Ньютон сначала определил «количество материи» в физическом теле как произведение его плотности на объѐм. Далее он указал, что в том же смысле будет использовать термин масса. Наконец, Ньютон вводит массу в законы физики: сначала во второй закон Ньютона (через количество движения), а затем — в закон тяготения, откуда сразу следует, что вес пропорционален массе. Ньютон явно указал на эту пропорциональность и даже проверил еѐ на опыте со всей возможной в те годы точностью: «Определяется масса по весу тела, ибо она пропорциональна весу, что мной найдено опытами над маятниками, произведенными точнейшим образом».

Фактически Ньютон использует только два понимания массы: как меры инерции и источника тяготения. Толкование еѐ как меры «количества материи» — не более чем наглядная иллюстрация, и оно подверглось критике ещѐ в XIX веке как нефизическое и бессодержательное.

В современном толковом словаре:

Масса одна из основных физических характеристик материи, определяющая ее инертные и гравитационные свойства. В классической механике масса равна отношению действующей на тело силы к вызываемому ею ускорению (2-й закон Ньютона) - в этом случае масса называется инертной; кроме того, масса создает поле тяготения - гравитационная, или тяжелая, масса. Инертная и тяжелая массы равны друг другу (эквивалентности принцип).

Масса – это физическая величина, которая является мерой инертности тела. Масса обозначается буквой m. Единица измерения массы в СИ – 1 килограмм, 1 кг.

Эталон массы.

Когда человек измеряет массу, то он измеряет не еѐ собственно, а сравнивает с определенным эталоном. Что же является эталоном массы?

К XVIII веку в Европе и в России использовалось много различных весовых единиц, одних только фунтов в Европе образовалось несколько десятков. В России основу системы единиц веса составлял русский фунт. Это создавало большие трудности в оценках результатов измерений и неизбежно затрудняло торговлю между разными народами.

В связи с этим появились предложения о создании единой международной системы единиц величин, которая была бы пригодна «на все времена, для всех народов», – таким девизом руководствовались создатели метрической системы единиц.

В 1875 г. в Париже состоялось историческое событие – представители 17 государств, среди которых и Россия, подписали метрическую конвенцию, утвердившую платиноиридиевые прототипы в качестве международных эталонов. За единицу массы была принята масса Международного прототипа килограмма (МПК), хранящегося в Международном бюро мер и весов (МБМВ) в городе Севре – одном из предместий Парижа.

Килограмм представляет собой прямой цилиндр диаметром и высотой около 39 мм, выполненный из сплава платины и иридия с массовыми долями 90% и 10% соответственно. В 1889 г. фирмой ― Маттей, Джонсон и К были изготовлены 42 копии килограмма KI из того же платино-иридиевого сплава. По решению первой Генеральной конференции Международного комитета мер и весов (ГК МКМВ) копии распределили между государствами, подписавшими Метрическую конвенцию. В том числе России переданы две копии – № 12 (рис. 1) и № 26.

Рисунок 1. Национальный прототип килограмма России №12

Национальный (государственный) эталон массы хранится в НПО "ВНИИМ им. Д. И. Менделеева" в г. Санкт-Петербурге на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном сейфе, температура воздуха поддерживается в пределах 20 ± 3°С, относительная влажность 65 %.

Весы.

С помощью чего измеряется масса? Прямой способ измерение массы – это взвешивание на весах.

Весы — устройство или прибор для определения массы тел (взвешивания) по действующему на них весу, приближѐнно считая его равным силе тяжести.

Как можно классифицировать весы? Я в литературе нашла классификацию весов. Весы можно подразделить на следующие группы:

1.   По области применения

2.   По классу точности

3.   По способу установки на месте эксплуатации

4.   По виду уравновешивающего устройства

5.   По виду грузоприемного устройства

6.   По способу достижения положения равновесия

7.   В зависимости от вида отсчетного устройства.

При выполнении лабораторных работ мы используем тип весов - учебные весы (рис. 2).

Как устроены учебные весы? Главной частью весов является коромысло. К середине коромысла прикреплена стрелка-указатель, которая движется вправо или влево. К концам коромысла подвешены чашки.

Рисунок 2. Учебные весы с набором гирь.

                  V.                      Самостоятельная работа по закреплению умений и навыков – 10 мин.

Практическое задание:

Эксперимент: Определение массы железного гвоздя.

Цель: определить массу гвоздя.

Приборы  и   материалы:  железный   гвоздь,  измерительный  цилиндр (стакан и линейка).

Ход эксперимента:

1.  Плотность железа 7800 кг/м³ или 7,8 г/см³.

2.  Измеряем объем твердого тела (V) с помощью стакана с водой:

 , h₁ – высота воды в стакане (см), d – диаметр стакана (см)

 , h₂ – высота воды в стакане с помещенным гвоздем в стакан (см).

V=V₂ – V₁ ,    где     V₁ объем воды, V₂ объем воды и тела.

3.  Вычисляем массу твердого тела по формуле m=Vρ

4.  Измерения занести в таблицу:

Вывод:     зная   вещество,   из   которого  состоит   физическое   тело, можно определить массу без помощи весов.

                VI.                      Подведение итогов – 3 мин.

Показ значимости изучаемой темы, заинтересованности обучающихся при ее исследовании, уровня освоенности и выставление оценок.

             VII.                      Домашнее задание – 2 мин.

Скачано с www.znanio.ru