Методическая разработка урока по физике на тему «Импульс. Закон сохранения импульса.Реактивное движение»

Методическая разработка урока

по физике на тему

«Импульс. Закон сохранения импульса.Реактивное движение ».

  Разработала:

                  учитель физики

                  МБОУ «В(С)Ш№9»

                  Трошина Н.А.

Тема урока "Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение."

Цели и задачи урока:

Образовательные:
Освоение знаний: о методах научного познания природы; современной физической картине мира: динамических законах природы (закон сохранения импульса).
Овладение умениями: строить модели (предлагать действующую модель ракеты);  
устанавливать границы применения закона сохранения импульса.
Применение знаний: для объяснения явлений в природе и технике на основе закона  
сохранения импульса (реактивное движение, эффект отдачи при выстреле из пушки и
ружья, движение медуз, кальмаров, осьминогов).

Требования к учащимся:
В результате изучения материала на данном уроке ученик на базовом уровне научится:
Знать/понимать:
1. смысл импульса материальной точки как физической величины;
2. формулу, выражающую связь импульса с другими величинами (скорость, масса, кинетическая энергия);
3. классифицирующий признак импульса (векторная величина);
4. единицы измерения;
5. второй закон Ньютона в импульсной форме и его графическую интерпретацию; закон сохранения импульса и границы его применения;
6. вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие данного раздела физики.
Уметь:
1. описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов;
2. приводить примеры проявления закона сохранения импульса в природе и технике;
3. применять полученные знания для решения физических задач на применение понятия  
  «импульс материальной точки», закона сохранения импульса.

Воспитательные:
учить подготавливать рабочее место; соблюдать дисциплину; воспитывать умение применять полученные знания при выполнении самостоятельных заданий и последующего формулирования вывода; воспитывать чувство патриотизма в отношении к работам русских ученых в области движения тела с переменной массой (реактивное движение) – К. Э. Циолковский, И. В. Мещерский.

Развивающие:
расширять кругозор учащихся путем осуществления межпредметных связей (внешних: физика и биология; внутренних: физика и техника, физика и история физики); развивать физически грамотную речь, во время фронтальной устной работы;
формировать: научное представление об устройстве материального мира; универсальный характер полученных знаний путем осуществления межпредметных связей; политехнические знания при объяснении применения закона сохранения импульса для реактивного движения с целью развития космических исследований.

Технологии обучения:
здоровьесберегающие;
ИКТ;
Методические приемы:
аналитическая беседа;
эвристическая беседа;
фронтальный опрос.

Виды и формы контроля учебной деятельности учащихся:
обучающий,текущий,краковременный,устный,репродуктивный и действия в изменённой ситуации.

Межпредметные связи:
физика и история физики;
физика и техника;
физика и биология.

Создание благоприятной психологической атмосферы в классе:
путем осуществления межпредметных связей.

Оборудование и. Информационное обеспечение:
Ноутбук

мультимедийный проектор;
экран;
презентация урока
интерактивная модель «Реактивное движение».

Используемая литература:
1.  Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. Физика-10:. – М.:  
    Просвещение, 2018.
2.  Рымкевич А. П. Физика. Задачник-10 – 11: Изд. 10-е, стереотип. – М.: Дрофа, 2006.
3.  Сауров Ю. А. Модели уроков-10: кн. для учителя. – М.: Просвещение, 2005.

План урока:

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Мотивация к изучению нового материала (актуализация знаний).

Учитель:
Физика – наука о природе. В природе могут происходить различные явления. Я предлагаю вам обсудить следующие возможные ситуации:

1. человек переходит с носа лодки на ее корму. Что произойдет в данном случае? Возможный ответ учащихся: лодка движется в направлении, противоположном направлению движения человека.
   Если учащиеся затрудняются, то учитель использует презентацию урока.
2. снаряд, имеющий горизонтальную скорость, попадает в неподвижный вагон с песком и застревает в нем – как пример неупругого взаимодействия.
   Возможный ответ учащихся: вагон со снарядом начнет движение.
   Используя презентацию урока учитель показывает результат.
3. стальная пуля, летящая горизонтально, попадает в центр боковой грани неподвижного стального куба – как пример абсолютно упругого взаимодействия.
   Возможный ответ учащихся: после абсолютно упругого взаимодействия стальной пули со стальным бруском, они начнут движение в противоположных направлениях. Используя презентацию урока, учитель показывает результат.

Учитель:
Для того чтобы решать подобные задачи, необходимо ввести физическую величину импульс.

3. Изучение нового материала.

Учитель:
   Запишем, что импульс – это физическая величина, которая определяется произведением массы тела на его скорость.
    (Далее учитель устно дает историческую справку: данная физическая величина, впервые была введена французским математиком, Рене Декартом, и называлась «количество движения»).
     Отметим в тетрадях классифицирующий признак «импульса» - векторная физическая величина.
    Укажем единицы импульса на основании определения: кг м/с.
    Рассмотрим формулу, выражающую связь импульса с другими величинами, например, с кинетической энергией: т.к. V = p/m, а W_k = mV²/2, и после преобразований, (которые учитель выполняет на доске совместно с учениками), получаем, что W_k = p²/2m.
   
По презентации урока, учитель задает вопрос: «Сформулируйте второй закон Ньютона». Возможный ответ учащихся: геометрическая сумма сил, действующая на тело, определяется произведением массы тела на сообщаемое ускорение.
   После ответа учащихся возникает проблемный вопрос: «А вы уверены, что Ньютон, именно так сформулировал закон?».
   Далее учитель, совместно с учениками, переходит от современной формулировки второго закона Ньютона к исторической (в импульсном виде).
   Ход рассуждений, ученики фиксируют в своих опорных конспектах. F = ma, F=m(ΔV/t), Ft = m(V - V₀), Ft = mV - mV₀, Ft = p - p₀, Ft = Δp. Последнее выражение соответствует второму закону Ньютона в импульсной форме. 
   (Далее учитель дает историческую справку: 1687 год вошел навсегда в историю физики как год выхода в свет выдающегося труда профессора Кембриджского университета Исаака Ньютона).
   «Математические начала натуральной философии» (иногда его называют «Математическими основами естествознания» и даже просто «Началами»). В русском переводе, сделанном академиком А. Н. Крыловым, второй закон Ньютона имеет вид: «изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует». Анализируя второй закон Ньютона в импульсной форме, можно указать иную единицу импульса: Н·с.
   Далее учитель рассматривает совместно с учениками графическую интерпретацию второго закона Ньютона в импульсной форме:

1. Пусть на тело действует постоянная по модулю и направлению сила. Построим графическую зависимость числового значения силы от времени. Если сила постоянная, то график представляет собой прямую, параллельную оси времени;
2. Выберем момент времени t, восстановим перпендикуляр до пересечения с графиком, с учетом выбранного масштаба, отметим числовое значение силы;
3. Получили фигуру, которая образована графиком, перпендикуляром и координатными осями – прямоугольник (может получиться и квадрат). Для данной фигуры известны две стороны: одна выражена временем, другая – силой. Из второго закона Ньютона в импульсной форме следует, что если силу умножить на время, то определяем изменение количества движения. Перенося произведение силы на время на полученный график, получаем, произведение одной стороны прямоугольника на другую есть его площадь. Следовательно, изменение количества движения определяется площадью фигуры. Последнее выражение означает графическую интерпретацию второго закона Ньютона в импульсной форме;
4. В рабочих тетрадях, ученики показывают площадь прямоугольника штриховкой и записывают ее физический смысл.

Далее учитель организует изучение закона сохранения импульса по плану.

В ваших опорных конспектах изображена система двух взаимодействующих тел, обладающих массами m₁ и m₂, на которые действую внешние силы F_1внеш и F_2внеш соответственно.

1. Какому взаимодействию подвержены тела? Возможный ответ учащихся: гравитационному.
   Каким законом описывается гравитационное взаимодействие? Возможный ответ учащихся: законом всемирного тяготения.
   Какими свойствами обладают гравитационные силы? Возможный ответ учащихся: 1) по характеру – притяжения; 2) центральные – направлены по прямой, соединяющей центры взаимодействующих тел; 3) подчиняются третьему закону Ньютона – приложены к разным телам, равны по величине, но противоположны по направлению, одинаковой природы. Данные силы являются внутренними.
   Ученики изображают силы гравитационного взаимодействия между телами на чертеже в тетрадях;
2. запишем второй закон Ньютона в импульсной форме: Ft = Δp, (F_1внеш+F_2внеш+F₁₂+F₂₁)t=Δp, по третьему закону Ньютона, с учетом свойств гравитационных сил, сумма F₁₂+F₂₁ = 0, тогда получаем: (F_1внеш+F_2внеш)t = Δp,
   из последнего равенства следует, что только внешние силы, способны изменить положение системы взаимодействующих тел;
3. пусть на систему взаимодействующих тел не действуют внешние тела (замкнутая система), тогда в левой части равенства (F_1внеш + F_2внеш)t = Δp, появляется: 0 = Δp или р_{сист. до взаимодействия} = p_{сист. после взаимодействия}.
   Последняя формула является аналитическим выражением закона сохранения импульса, который выполняется в замкнутых системах (векторные величины выделены полужирным).

Далее учащиеся совместно с учителем изучают границы применения закона сохранения импульса:

1. только в замкнутых системах;
2. если сумма проекций внешних сил на некоторое направление равна нулю, то в проекции только на это направление можно записать: p_{нач X} = p_{кон X} (закон сохранения составляющей импульса);
3. если длительность процесса взаимодействия мала, а возникающие при взаимодействии силы велики (удар, взрыв, выстрел), то за это малое время импульсом внешних сил можно пренебречь.

стараются удержать книгу на голове без помощи рук.

4 Первичная проверка полученных знаний (устная работа).

Учитель организует фронтальную устную работу по предложенным вопросам:

1. Что такое импульс тела?
2. Как определить импульс системы тел?
3. Сформулируйте второй закон Ньютона в импульсной форме.
4. Каков геометрический смысл второго закона Ньютона в импульсной форме?
5. Кто открыл закон сохранения импульса?
6. Сформулируйте закон сохранения импульса.
7. Как проявляется закон сохранения импульса при столкновении тел?
8. Мог ли в действительности герой книги Э. Распе барон Мюнхаузен согласно

своему рассказу сам вытащить себя и своего коня из болота?

       9.Реактивное движение.

Решение задач.

Закрепление:  № 314, №317, № 324 (А. П. Рымкевич).

№ 314. p = mV;  p₁ = 10⁴кг · 10м/с = 10⁵кгм/с;  p₂ = 10³кг · 25м/с = 25·10³кгм/с.

                          V

№ 317. Δp = p₂ - p₁ = mV₂ - mV₁ = m(V₂ - V₁), Δp = 2 · 10⁶кг · (20м/с - 10м/с) = 2·10⁷ кгм/с.

                      V₁                                                                    V₂

                                                                                                          х 

№ 324. MV = (M+m)U;  U = MV/(M+m);  ΔV = V - U = mV/(M+m);  
            ΔV = 200кг · 0,2м/с/(50кг+200кг) = 0,16м/с.

Ответ: скорость вагонетки уменьшилась на 0,16 м/с, но в конце задачника указано: 0,04 м/с –это скорость вагонетки, после того как на нее насыпали сверху 200 кг щебня.
(на рисунках векторные величины выделены полужирным)

6. Задание на дом.

Ученики изучают содержание домашнего задания по записям в тетради.

7. Итоги.

Учитель с учениками подводят итоги урока:

1. Какую физическую величину изучили?
2. Что узнали о втором законе Ньютона?
3. С каким фундаментальным законом природы ознакомились?
4. Какова связь физики с другими науками?

8. Рефлексия.  Какое значение для тебя лично имеют знания и умения, полученные сегодня?

1.       Что представляло наибольшую трудность?

2.       Как ты оцениваешь полученные сегодня знания (глубокие; осознанные; предстоит осознать; неосознанные)?

3.       С каким настроением ты изучал этот материал по сравнению с другими уроками?

Опорный конспект (раздается каждому ученику):

Физика 10 класс.

Опорный конспект.

Дата ____________________.

Тема урока: «Импульс тела. Закон сохранения импульса».

Импульс – это физическая величина, _____________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
1. Формула: __________________.

2. Формула, выражающая связь с другими величинами: _________________________
_______________________________________________________________________.

3. Классифицирующий признак: _____________________________________________.

4. Единицы величины: _____________________________________________________.

Второй закон Ньютона: ______________.

Преобразуем: _________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________.

Полученное выражение является вторым законом Ньютона в импульсной форме.
Графическая интерпретация второго закона Ньютона в импульсной форме:

Закон сохранения импульса: рассмотрим систему двух взаимодействующих тел; пусть действуют внешние силы:

Запишем второй закон Ньютона в импульсной форме:
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________.
Если на систему взаимодействующих тел не действуют внешние силы (замкнутые системы), то:
___________________________________
__________________________________.

Границы применения закона сохранения импульса:

1. Только в замкнутых системах.
2. Если сумма проекций внешних сил на некоторое направление равна нулю, то в проекции только на это направление можно записать: p_{нач X} = p_{кон X} (закон сохранения составляющей импульса).
3. Если длительность процесса взаимодействия мала, а возникающие при взаимодействии силы велики (удар, взрыв, выстрел), то за это малое время импульсом внешних сил можно пренебречь.

Задание на дом:

1. Сборник задач. А. П. Рымкевич: задачи № 345, 325 – решать письменно в рабочих тетрадях.

2. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский: § 41, 42 – читать, устно ответить на вопросы.

3. Предложите вариант действующей модели ракеты.

Приложения:

1.       Презентация. «Ход урока»

2.       Интерактивная модель «Реактивное движение»