Разработка демонстрационного физического эксперимента по теме "Законы сохранения в механике"

Разработка демонстрационного физического эксперимента по теме «Законы сохранения в механике»

                                                Автор: Кафаров Гафур Жавгарбекович,

учитель физики, математики и информатики

                                           МБОУ «Татаробашмаковская СОШ»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

ГЛАВА 1. Научно-методический анализ темы «Законы сохранения в механике»………………………………………………………………………….5

1.1. Понятия о физических явлениях……………………………………...5

1.2. Понятия о физических объектах……………………………………...5

1.3. Понятия о физических величинах……………………………………6

1.4. Научные факты………………………………………………………...8

1.5. Физические законы……………………………………………………9

1.6. Технические объекты………………………………………………...10

ГЛАВА 2. Демонстрационный эксперимент по теме «Законы сохранения в механике»………………………………………………………………………...12

2.1. Опыт 1. Закон сохранения импульса………………………………..13

2.1.1. Неупругое соударение тел…………………………………..13

2.1.2. Движение системы тел с нулевым значением импульса….15

2.1.3. Столкновение тел различной массы………………………..17

2.2. Опыт 2. Сохранение механической энергии в поле силы тяжести…………………………………………………………………………...20

2.3. Опыт 3. Явление перехода потенциальной энергии в кинетическую энергию…………………………………………………………………………...22

2.4. Опыт 4. Зависимость импульса силы от действующей силы и времени ее действия……………………………………………………………..23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….25

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..26

Приложение………………………………………………………………………27

ВВЕДЕНИЕ

Законы сохранения занимают среди всех законов природы особое место. Общность и универсальность законов сохранения определяют их большое научное, методологическое и философское значение. Они являются основой важнейших расчетов в физике и ее технических приложениях, позволяют в ряде случаев предсказывать эффекты и явления при исследовании разнообразных физико – химических систем и процессов. С законами сохранения связано введение в современную физику идей, имеющих принципиальное значение.

Познавательные интересы учащихся к физике складываются из интереса к явлениям, фактам, законам; из стремления познать их сущность на основе теоретического знания, их практическое значение и овладеть методами познания - теоретическими и экспериментальными. Развитие творческих познавательных способностей учащихся - цель деятельности учителя, а применение различных приёмов активизации является средством достижения этой цели. Понимание этого важно для работы учителя.

Актуальность работы состоит в том, что законы сохранения энергии при изучении физики играют большую роль в формировании научного мировоззрения учащихся и в практическом применении в науке и технике.

Целью данной работы является разработка демонстрационного физического эксперимента по теме «Законы сохранения в механике».

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.                 Изучение раздела физики «Законы сохранения в механике» по учебнику Г.Я. Мякишева «Физика. 10 класс. Классический курс».

2.                 Составление научно-методического анализа темы «Законы сохранения в механике».

3.                 Создание демонстрационных физических экспериментов по теме «Законы сохранения в механике».

Для решения поставленных задач нами применялись следующие методы исследования:

§     Анализ научно-методической литературы.

§     Анализ школьного учебника.

§     Беседы с учителями физики.

Практическая значимость: работа будет полезна как студентам педагогических вузов, выходящим на педагогическую практику или при  подготовке к практическим занятиям, так и начинающим учителям физики в школе.

ГЛАВА 1. Научно-методический анализ темы  

«Законы сохранения в механике»

1.1. Понятия о физических явлениях

Реактивным движением называют движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него.

Абсолютно упругий удар – это столкновение тел, при котором тела не соединяются и их внутренние энергии остаются неизменными.

Абсолютно неупругий удар – это столкновение двух тел, которые объединяются и движутся дальше как одно целое.

Прямолинейное движение — механическое движение, происходящее вдоль прямой линии. То есть, при прямолинейном движении материальной точки траектория представляет собой прямую линию.

Свободное падение – равноускоренное движение под действием силы тяжести, когда другие силы, действующие на тело, отсутствуют или пренебрежимо малы.

Упругая деформация — деформация, исчезающая после прекращения действий на тело внешних сил. При этом тело принимает первоначальные размеры и форму.

Замкнутая система — система тел, находящаяся на столь большом расстоянии от всех остальных тел Вселенной, что можно пренебречь их воздействием на тела рассматриваемой системы. 

1.2. Понятия о физических объектах

Материальная точка – обладающее массой тело, размерами, формой, вращением и внутренней структурой которого можно пренебречь в условиях исследуемой задачи.

Космос — это пространство, которое окружает нашу планету Земля. В космическом пространстве движутся звезды, планеты и многие другие объекты.

Солнечная система – планетная система, включающая в себя центральную звезду Солнце и все естественные космические объекты на гелиоцентрических орбитах.

Луна – единственный естественный спутник Земли. Самый близкий к Солнцу спутник планеты, так как у ближайших к Солнцу планет (Меркурия и Венеры) их нет. 

Солнце – одна из звёзд нашей Галактики и единственная звезда Солнечной системы. Вокруг Солнца обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль. 

Планета – это небесное тело, вращающееся по орбите вокруг звезды или её остатков, достаточно массивное, чтобы стать округлым под действием собственной гравитации, но недостаточно массивное для начала термоядерной реакции, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетезималей.

1.3. Понятия о физических величинах

Время – скалярная физическая величина, одна из семи основных величин Международной системы величин, а единица измерения времени «секунда». Время характеризуется своей однонаправленностью, одномерностью, наличием ряда свойств симметрии.

Импульс материальной точки – это векторная физическая величина, равная произведению массы материальной точки на её скорость.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей. 

Скорость – это векторная физическая величина, характеризующая направление и быстроту изменения перемещения тела.

Ускорение – это векторная физическая величина, характеризующая направление и быстроту изменения скорости тела.

Масса тела – это скалярная физическая величина, которая является мерой инертности тела и гравитационного взаимодействия.

Внешние силы – силы, возникающие в результате взаимодействия тела, принадлежащего системе, с телом, не принадлежащим ей.

Внутренние силы – это силы, возникающие в результате взаимодействия тел, принадлежащих системе.

Воздействия на тела сил, приводящих к изменению модуля их скорости, характеризуются величиной, зависящей как от сил, так и от перемещений тел. Эту величину в механике и называют работой силы.

Мощность – это отношение работы А к интервалу времени , за который эта работа совершена, т.е. мощность – это скорость совершения работы:

Сила трения покоя – это сила, действующая между двумя неподвижными относительно друг друга телами.

Энергия в механике – величина, определяемая состоянием системы – положением тел или частей тела и их скоростями.

Кинетическая энергия материальной точки – это величина, равная половине произведения массы материальной точки на квадрат её скорости.

Ускорение свободного падения характеризует то, как быстро будет увеличиваться скорость тела при свободном падении. 

Силы, работа которых не зависит от формы траектории точки приложения силы и по замкнутой траектории равна нулю, называют консервативными силами.

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел, обусловленная их взаимным расположением или взаимным расположением частей тела.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести – величина, равная произведению массы m тела на ускорение свободного падения g и на высоту  h  тела над поверхностью Земли.

Сила тяжести – сила, с которой Земля (планета) притягивает тела. Сила тяжести равна произведению массы тела, помещенного в гравитационное поле Земли (планеты), на ускорение свободного падения.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела – величина, равная половине произведения коэффициента упругости k на квадрат удлинения или сжатия х.

Первая космическая скорость – эта та самая минимальная скорость для выхода корабля или спутника на круговую орбиту, равную радиуса планеты, без учета вращения планеты и сопротивления ее атмосферы. Для Земли первая космическая скорость равна 7 км/с.

Вторая космическая скорость – минимальная скорость, которую следует придать телу для того, чтобы оно покинуло замкнутую орбиту и смогло улететь от небесного тела за пределы его гравитационного поля. Для Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с.

Третья космическая скорость – скорость необходимо придать телу, чтобы оно смогло покинуть Солнечную систему. Для Солнечной системы это величина равна 16,65 км/с.

Четвертая космическая скорость – эта та скорость, которая позволит покинуть галактику в данной точке. Для нашей части галактики четвертая космическая скорость примерно равна 550 км/с.

1.4. Научные факты

Импульс тела равен сумме импульсов его отдельных элементов.

Импульс системы тел могут изменить только внешние силы, причем изменение импульса системы  совпадает по направлению с суммарной внешней силой.

Работа постоянной силы равна произведению модулей силы и перемещения точки приложения силы и косинуса угла между ними.

Если на тело действует несколько сил, то полная работа (алгебраическая сумма работ всех сил) равна работе равнодействующей силы.

Мощность равна 1 Вт, если работа, равная 1 Дж, совершается за 1 с.

Изменение кинетической энергии материальной точки зависит от начальной и конечной скоростей точки и не зависит от того, каким образом изменялась ее скорость, под действием каких сил происходило это изменение.

Работа силы тяжести не зависит от формы траектории, а зависит только от положений начальной и конечной точек траектории.

При движении тела по замкнутой траектории работа силы тяжести равна нулю.

Если начальное и конечное состояния пружины совпадают, то суммарная работа силы упругости при деформации равна нулю.

Изолированная система тел стремится к состоянию, в котором ее потенциальная энергия минимальна.

В двигателях внутреннего сгорания, паровых турбинах, электродвигателях и т.д. механическая энергия появляется за счет убыли энергии других  форм: химической, электрической и т.д.

1.5. Физические законы

Второй закон Ньютона. В инерциальной системе отсчета ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе:

Второй закон Ньютона в импульсной форме  позволяет определить, как меняется скорость  тела по модулю и направлению, если на него в течение времени  действует сила

Закон сохранения импульса. Если внешние силы на систему не действуют или их сумма равна нулю, то импульс системы сохраняется:  или

Теорема об изменении кинетической энергии: изменение кинетической энергии материальной точки при ее перемещении равно работе, совершенной силой, действующей на точку при этом перемещении.

Закон Гука. При упругой деформации растяжения или сжатия модуль силы упругости прямо пропорционален модулю изменения длины тела:

Закон сохранения механической энергии. В изолированной системе, в которой действуют консервативные силы, механическая энергия сохраняется.

Общий закон сохранения энергии. Энергия не создается и не уничтожается, а только превращается из одной формы в другую.

Закон всемирного тяготения. Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:  [4].

1.6. Технические объекты

Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Космический корабль «Аполлон-11» - американский пилотируемый корабль серии «Аполлон», в ходе полета которого в период с 16 по 24 июля 1969 года жители Земли впервые в истории совершили посадку на поверхность другого небесного тела – Луны.

Орбитальный аппарат — это беспилотный космический аппарат для исследования планеты или другого небесного тела с орбиты вокруг этого тела.

Маятник – система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания. Колебания совершаются под действием силы тяжести, силы упругости и силы трения.

Пружиной называют объект, способный с помощью деформации, вызванной внешними силами, накапливать и сохранять упругую потенциальную энергию, а после прекращения их воздействия восстанавливаться до прежнего состояния [3].

Двигатель внутреннего сгорания – разновидность теплового двигателя, в котором топливная смесь сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. Продукты сгорания образуют рабочее тело. Такой двигатель является, химическим, и преобразует энергию сгорания топлива в механическую работу.

Паровая турбина – турбина, в которой в качестве рабочего тела используется водяной пар, получаемый при нагреве воды в паровых котлах.

Газовая турбина – лопаточная машина, в ступенях которой энергия сжатого и/или нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу.

Паровая машина – тепловой ДВС, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала [6].

ГЛАВА 2. Демонстрационный эксперимент по теме

«Законы сохранения в механике»

Цель работы: изучить содержание, технику подготовки и методику проведения демонстрационных опытов по теме, приобрести умения ставить и объяснять предлагаемые в работе опыты, ознакомиться с содержанием, структурой и логикой построения темы «Законы сохранения в механике» на разных уровнях ее изучения в общеобразовательной школе.

Задание 1. Используя школьный учебник «Физика 9», изучите содержание раздела «Основы кинематики». Ознакомьтесь с методикой изучения основных понятий и законов указанных разделов. Систематизируйте полученные знания, заполнив таблицу.

Задание 2. Запишите методические особенности проведения опытов.

Задание 3. Выполните демонстрационные эксперименты, запишите в конспект полученные результаты, сформулируйте выводы и замечания по технике постановки и методике проведения эксперимента, используя следующую последовательность описания:

1.                 название демонстрационного эксперимента;

2.                 возможная дидактическая цель;

3.                 ожидаемый результат;

4.                 теоретическая часть;

5.                 экспериментальная часть (описание установки, методика проведения демонстрационного эксперимента, результаты эксперимента в числовом виде или в виде таблиц);

6.                 обработка и анализ результатов в виде графиков зависимости;

7.                 затруднения, возникшие при проведении демонстрационного эксперимента.

2.1. Опыт 1. Законы сохранения импульса

Вариант 1

Оборудование: 1) скамья, 2) оптоэлектрические датчики, 3) груз для тележки, 4) ограничитель, 5) измерительный блок L-микро, 6) транспортир, 7) тележки, 8) пластилин, 9) платформа стартового устройства.

Для проведения опытов установите скамью с магнитной подвеской строго горизонтально (от этого зависит точность результатов эксперимента). На правом краю скамьи поставьте ограничитель. Подключите два оптоэлектрических датчика к разъемам платформы стартового устройства.

Выберите в меню пункт «Закон сохранения импульса», а внутри него - сценарий «Неупругое соударение тел». В этом опыте вывод данных на экран осуществляется в виде двух диаграмм (отдельно для каждого оптоэлектрического датчика). Для того, чтобы правильно установить оптоэлектрические датчики, включите режим настройки (кнопка «Настройка оборудования») и несколько раз перекройте луч в одном из датчиков. При этом вместо изображения датчика на экране будет возникать датчик с тележкой, расположенной в его створе. Датчик, сигналы которого отображаются в левой части окна на экране, расположите на скамье слева по отношению ко второму датчику.

2.1.1. Неупругое соударение тел

К торцевой поверхности одной из тележек прикрепите шарик из пластилина диаметром 3‑5 мм и поместите эту тележку в средней части скамьи. Флажки на эту тележку не устанавливаются. Другая тележка с двумя флажками (на расстоянии 5 см друг от друга) ставится на левый конец скамьи. При проведении опыта необходимо рукой толкнуть эту тележку. Тележка, установленная в центре скамьи, до столкновения покоится. Первый оптоэлектрический датчик (тот, который соответствует левой половине экрана) устанавливается таким образом, чтобы измерять скорость движущейся тележки непосредственно перед столкновением с покоящейся тележкой. Иными словами, оба флажка должны пройти мимо оптоэлектрического датчика до того, как те­лежки соприкоснутся. Второй оптоэлектрический датчик служит для измерения скоро­сти движения двух тележек после столкновения. Его можно установить в центре скамьи над первоначально покоящейся тележкой. Положение тележек и оптоэлектрических датчиков перед началом движения показано на рисунке 1.

Включите режим измерений (кнопка «Проведение измерений») и начните регистрацию данных (нажмите кнопку «Пуск»). Рукой толкните тележку, установленную на левом конце скамьи. Остановите движение тележек после того, как они оттолкнутся от упора. Данные измерений интервалов времени, полученные на экране, впишите в таблицу 1. Проведите три запуска при одинаковых массах тележек. Начальная скорость движения тележки может быть произвольная, но после столкновения тележки должны двигаться как единое целое.

Таблица 1.

Обозначения, принятые в таблице:

∆t₁ ‑ время движения налетающей тележки мимо первого оптоэлектрического датчика;

∆t₂ ‑ время движения тележек мимо второго оптоэлектрического датчика;

v₁ = l/∆t₁ ‑ скорость налетающей тележки (l ‑ расстояние между флажками);

и = l/∆t₂ ‑ скорость тележек после столкновения;

p₁, p₂ ‑ значения импульса системы до и после столкновения.

Далее те же самые измерения проводятся при разных массах тележек. Груз устанавливается сначала на движущуюся тележку, а затем на первоначально покоящуюся. При обработке данных рассчитайте скорости движения тележек до столкновения (v₁) и после него (и), а также импульс системы. Масса груза равна массе тележки и составляет 0,12 кг. Сопоставление цифр, полученных в двух последних столбцах таблицы, позволяет сделать вывод о сохранении импульса системы в процессе взаимодействия.

2.1.2. Движение системы тел с нулевым значением импульса

Для проведения опыта сделайте из тонкой нити петельку, с помощью которой будете связывать тележки с сжатой между ними пружиной. На каждой из тележек установите по два флажка и разместите тележки в центре скамьи. Оптоэлектрические датчики установите симметрично по разные стороны от тележек в непосредственной близости от них (рисунке 2).

Рисунок 2

В том же пункте меню выберите сценарий «Движение системы тел с нулевым значением импульса» и перейдите в режим проведения измерений. Включите регистрацию данных (кнопка «Пуск») и с помощью горящей спички или нагретой проволочки пережгите нить. Тележки разъедутся в разные стороны, а на экране появятся интервалы времени движения каждой из них мимо соответствующего оптоэлектрического датчика. Внесите полученные данные в таблицу 2 и рассчитайте скорости, приобретенные тележками, и суммарный импульс системы после того, как тележки начали движение. Обратите внимание учащихся на то, что скорости и, соответственно, импульсы тележек имеют разные знаки, т.к. тележки движутся в противоположные стороны.

Повторите опыт, а затем увеличьте массу одной из тележек с помощью груза и еще два раза проведите измерения. Чтобы тележка с грузом могла набрать достаточную скорость, максимально сжимайте пружину. После завершения обработки сделайте вывод о неизменности (равенстве нулю) импульса системы при отсутствии внешнего воздействия.

Таблица 2.

Обозначения, принятые в таблице:

m₁ ,m₂ ‑ массы тележек (m₁=m₂=0,12 кг);

∆t₁ , ∆t₁ ‑ время движения тележек мимо оптоэлектрический датчиков;

u₁, u₂ ‑ скорости движения тележек после пережигания нити;

p₁, p₂ ‑ импульсы движущихся тележек;

p=p₁+p₂ ‑ импульс системы тел после освобождения тележек.

2.1.3. Столкновение тел различной массы

Одно из следствий закона сохранения импульса состоит в том, что если движение двух тел происходит вдоль одной прямой линии, то при их взаимодействии отношение изменений скоростей тел обратно пропорционально отношению их масс.

В данном опыте изучается столкновение двух тележек (одна из них первоначально покоится) и рассчитывается отношение изменений их скоростей в результате удара, после чего полученное значение сопоставляется с отношением масс тележек.

Для проведения опыта скамья устанавливается строго горизонтально, на правом ее конце ставится упор. Одна из тележек помещается на левый край скамьи, другая ‑ примерно в центре. Обе тележки имеют по два флажка на расстоянии 5 см. Пружина на одной из тележек должна быть обращена в сторону другой тележки (рисунок 3). Оптоэлектрический датчик, соответствующий левой развертке на экране компьютера, устанавливается в левой части скамьи таким образом, чтобы оба флажка левой тележки прошли мимо него перед началом взаимодействия тележек. Другой оптоэлектрический датчик ставится в правой части скамьи и регистрирует скорость второй тележки непосредственно после столкновения (окончания действия пружины). В зависимости от со­отношения масс тележек первая тележка после столкновения может остановиться или продолжить движение вперед или назад. В двух последних случаях ее движение будет зарегистрировано одним из оптоэлектрических датчиков.

Рисунок 3

В том же пункте меню выберите сценарий «Столкновение тел различной массы». Включите режим проведения измерений, нажмите кнопку «Пуск» и резко (со скоростью примерно 1 м/с) толкните рукой тележку, стоящую в левой части скамьи. Обратите внимание на движение тележек после столкновения. Данные регистрации скорости движения внесите в таблицу и на их основе рассчитайте отношение изменения скоростей тележек в результате столкновения.

Таблица 3.

Обозначения, принятые в таблице:

∆t₁, ∆t₂ ‑ интервалы времени, регистрируемые первым и вторым оптоэлектрическими датчиками соответственно;

∆t₃ ‑ интервал времени, измеренный первым или вторым датчиком в зависимости от направления движения налетавшей тележки после столкновения;

v₁= l/∆t₁, u₁ = l/∆t₃ ‑ скорости налетавшей тележки до и после столкновения (l ‑ расстояние между флажками);

u₂= l/∆t₂ ‑ скорость первоначально покоившейся тележки после столкновения;

∆v₁=u₁‑v₁ ‑ изменение скорости двигавшейся до удара тележки;

∆v₁=и₂ ‑ изменение скорости покоившейся до удара тележки (u₁ = 0).

Рекомендуется провести опыт с тележками одинаковой массы три раза, это повысит достоверность результата. После этого установите на одну из тележек груз и повторите эксперименты при разном соотношении масс движущейся и неподвижной тележек. При обработке результатов перед значением скорости налетавшей тележки после столкновения (u₁) необходимо ставить знак минус, если направление ее движения в результате столкновения изменилось на противоположное.

Анализ полученных результатов сводится к сопоставлению отношения изменения скоростей тележек и отношения их масс.

Вариант 2

Оборудование: 1) тележка с закрепленным на ней ящиком с песком, 2) шар.

Пускают по наклонному желобу шар так, чтобы он попал в ящик с песком (рисунок 4). Тележка приходит в движение в ту сторону, куда двигался шар.

Рисунок 4

В следующем опыте на покоящуюся тележку по двум одинаковым наклонным желобам (рис. 5) с одинаковых высот скатываются два одинаковых шара. Шары одновременно падают в песок. Тележка остается в состоянии покоя.

Рисунок 5

Объясните самостоятельно результаты этих опыт. Были дм системы тел замкнутыми? Как применить к этим системам закон сохранения импульса?

На горизонтальном рельсовом пути находится платформа с закрепленным на ней артиллерийским орудием (рисунок 6). Ствол орудия горизонтален. Оружие производит выстрел. В результате этого платформа покатится в сторону, противоположную направлению выстрела. Объясните это явление [1].

Рисунок 6

2.2. Опыт 2. Сохранение механической энергии в поле силы тяжести

Оборудование: 1) пластина стальная, 2) платформа стартового устройства, 3) блок питания, 4) оптоэлектрический датчик, 5) измерительный блок L-микро.

Экспериментальная установка для проверки закона сохранения энергии собирается следующим образом. На вертикально расположенной металлической классной доске устанавливается пусковое устройство, а в 40‑60 см под ним размещается оптоэлектрический датчик (рисунок 7).

Стальная пластина, первоначально удерживаемая пусковым устройством, при падении пролетает через створ оптоэлектрического датчика, что позволяет измерить ее скорость движения.

Выберите в меню пункт «Сохранение энергии в поле силы тяжести» и войдите в режим проведения измерений.

Рисунок 7

Подвесьте квадрат к пусковому устройству, нажмите на клавишу «Пуск» (питание электромагнита в этот момент будет отключено), и проверьте, регистрирует ли оптоэлектрический датчик падение квадрата.

При правильном расположении оптоэлектрического датчика на экране компьютера появится значение времени, в течение которого квадрат перекрывал оптическую ось датчика. Скорость квадрата v =l / ∆t, где l ‑ длина стороны квад­рата, а ∆t ‑ измеренный интервал времени. Опыт следует повторить 3‑5 раз для того, чтобы получить усредненное значение скорости движения тела .

Измерьте высоту h, с которой падал квадрат (расстояние от оптоэлектрического датчика до центра квадрата, подвешенного к пусковому устройству) и рассчитайте изменение потенциальной энергии квадрата (масса квадрата предварительно определяется взвешиванием). Сравните изменение потенциальной энергии квадрата с его кинетической энергией, определенной на основе усредненного значения скорости движения при падении с высоты h.

2.3. Опыт 3. Явление перехода потенциальной энергии в кинетическую энергию

Оборудование:

1. Гирю подвесьте на пружине, приведите в колебательное движение (рисунок 8). Укажите силы, действующие на груз, а также взаимные превращения кинетической и потенциальной энергии груза и пружины.

2. На примере грузика, подвешенного на нити и колеблющегося в плоскости параллельной плоскости доски, отметьте на доске мелом нижнее и верхнее положение грузика и через эти метки проведите горизонтальные прямые. Опыт повторите, но в плоскости качаний маятника установите задержку (карандаш). Покажите, что в этом случае нить огибает задержку, но грузик поднимается на прежнюю высоту.

Рисунок 8

3. На стальной наковальне установите стеклянную трубку, пропустив ее через лапки штатива. На опыте покажите превращение потенциальной энергии шарика в кинетическую энергию, а затем во внутреннюю энергии стали.

4. Деревянный брусок со вставленным в специально высверленное (почти до дна) отверстие датчиком электрического термометра двигайте вдоль стола (рисунок 9). Покажите, что в этом случае механическое движение преобразуется во внутреннее движение молекул, а последнее – в электрическое.

Рисунок 9

5. Превращение одного вида энергии в другой покажите на установках, показанных на рисунке 10 [2].

Рисунок 10

2.4. Опыт 4. Зависимость импульса силы от действующей силы и времени ее действия

Оборудование:

1. Положите на край стола полоску прочной бумаги. На край полоски поставьте стакан или графин с водой (рисунок 11). Медленно тяните полоску, графин движется вместе с бумагой. Когда графин будет находится у края стола, сделайте паузу и резко дерните полоску бумаги. Графин в этом случае остается неподвижным. Обоснуйте явление.

Рисунок 11

2. Из плотной бумаги вырежьте три полоски шириной 1–2 см и длиной 30–40 см. Каждую из полосок заранее склейте в кольцо. Два кольца наденьте на длинный стержень и укрепите между двумя штативами (рисунок 12). В кольца вставьте сухую деревянную палку. Медленно нажмите на палку коротким стержнем до тех пор, пока одно из колец не лопнет.

Рисунок 12

Заменив порванное кольцо новым, повторите опыт, но в этом случае резко ударьте по деревянному стержню. Стержень ломается, а кольца остаются целыми. Объясните явление.

Покажите, что движение тела можно охарактеризовать импульсом тела (количеством движения). Для этого соберите установку, изображенную на рисунке 13. Легкоподвижная тележка при скатывании с наклонной плоскости лишь слегка сдвигает тело А. Нагрузив тележку, повторите опыт и сделайте соответствующий вывод [5].

Рисунок 13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был проведен научно-методический анализ законов сохранения импульса и полной механической энергии, основных понятий и определений по данной теме. Были изучены программы и школьные учебники, была выявлена значимость законов сохранения при изучении физики, приведены демонстрационные эксперименты по изучению данной темы. Выводы в данной работе сделаны на основе проработки многих источников учебной и учебно-методической литературы.

В работе использовались такие методы исследования, как изучение научно-методической литературы, анализ школьного учебника, беседа с учителями физики с целью приведения демонстрационных физических экспериментов.

Таким образом, поставленные в работе цели и задачи были достигнуты. Нашей работой могут воспользоваться студенты, идущие на практику, а также учителя физики.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бакушинский В.Н. Организация лабораторных работ по физике в средней школы. – М., 2009. – 190 с.

2. Галанин Д.Д. Физический эксперимент в школе. – Т. III, IV: Электричество. – 2-е изд. – М., 2013. – 94 с.

3. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики: Механика. – М.: Просвещение, 2007. – 127 с.

4. Мякишев Г.Я. Физика 10 класс: учеб. для общеобразоват. организаций с прил. на электрон. носителе: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. Н.А. Парфентьевой. – М.: Просвещение, 2014. – 416 с. : ил.

5. Покровский А.А Демонстрационный эксперимент по физике в старших класса средней школы. Т. I. Механика, теплота. – М.: Просвещение, 2011. – 303 с.

6. Шевцов В.А. Законы сохранения в механике. – М.: Просвещение, 2003. – 263 с.

Приложение

Научно-методический анализ темы «Законы сохранения в механике»

Скачано с www.znanio.ru