Разработка конференции по физике "Современное значение законов Ньютона"

Ф­9­11 УРОК­КОНФЕРЕНЦИЯ  «СОВРЕМЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЗАКОНОВ НЬЮТОНА»                                                                                                                            …Был этот мир глубокой тьмой окутан                                                                                                                             Да будет свет!   И вот явился Ньютон!                             Цели урока: ­ Актуализировать и углубить знания учащихся о фундаментальной науке – классической механике. ­ С помощью опережающего задания активизировать поисково­познавательную деятельность учащихся в работе с учебными, оригинальными текстами; ­ Формирование у старшеклассников коммуникативных умений (публично выступать по теме, вести диалог, участвовать в дискуссии, активно слушать, работать в группе). Тип урока: Урок обобщения по теме «Законы движения и взаимодействия тел. Механические колебания и волны. Звук» Форма урока: Урок – конференция. Оборудование: Таблица, карточки на магнитах, системный блок, мультимедиа­ плеер. Структура урока и методика его проведения. За 3 недели до начала урока класс разбивается на 5 групп (по 4 человека), состав которых определяется по желанию учащихся. Участники групп выбирают руководителя группы и  получают задание – исследовать современное значение законов Ньютона и систематизировать знания по основам   классической   механики   по   единой   схеме   изучения     фундаментальной   физической   теории.   Результаты   исследований   могут   быть представлены в различных видах (таблица, плакат, презентация и др.) Временная диаграмма урока: урок проводится в течение 45 минут. № этапа Содержание этапа урока Время (мин.) Актуализация проблемы урока учителем Вводный тест Сообщение  «Исаак Ньютон».   (М. Гнеп) Защита проекта группой и дополнения по её выступлению Заключительное слово учителя Рефлексия урока 1. 2. 3. 4. 5. 6. Ход урока. Перед началом урока ребята рассаживаются в классе за парты по группам. Урок начинает учитель, который в очень кратком вступлении актуализирует проблему, рассматриваемую на уроке. Далее для актуализации знаний по этой теме проводится тестовая работа, содержащая все основные   понятия   по   исследуемой   проблеме.   Затем   группы   начинают   защиту   своих   проектов,   используя   подготовленный   ими   материал   и наглядность, отвечают на вопросы экспертов или  представителей других групп. Учащиеся класса  могут сделать    дополнения и уточнения  по отдельным структурным элементам таблицы. Эксперты оценивают выступления группы по своей теме и учитывают их активность в обсуждении других вопросов. В процессе выступления групп учащиеся дополняют свои таблицы «Классическая механика». После завершения обсуждения всех выступлений, учитель подводит итог по проблеме урока. У каждого учащего по итогам урока должна остаться таблица примерно следующего содержания. 3 5 5 25 5 2 ОСНОВАНИЕ Факты Идеализированный объект Материальная  точка   тел 1.Кинематические закономерности движения (материальных   точек, Солнечной системы). 2. Законы Кеплера планет КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Принципы ЯДРО Законы Математические уравнения Понятия, физические величины 1. Инерции. 2. Дальнодействия.  3. Суперпозиции 4. Причинности 5.  Относительности 1. Система  отсчета. 2. Пространство,   время,  перемещение,  координата,  скорость,  ускорение. 3.  Взаимодействие. 4. Сила. 5. Масса. 6. Импульс силы. 7 Импульс тела. 8. Энергия. 9. Работа. 1. Существуют  такие системы  отсчета,  относительно  которых  поступательно  движущееся тело  сохраняет свою  скорость  постоянной, если на него не действуют  другие тела или их  действие  скомпенсировано. 2. Ускорение,  приобретаемое  телом в ИСО,  прямо  пропорционально  векторной сумме  сил и обратно  пропорционально  массе системы тел. 3. Тела действуют  друг на друга  силами равными по  модулю и  противоположными по направлению.      F а m    tF  vm  F 12   F 21 СЛЕДСТВИЕ Объяснение Применение законов динамики 1. Движение тел  переменной массы. 2. Вывод и анализ  законов сохранения  импульса, энергии,  сложения скоростей. 3. Определение  средней плотности  планет, тел. 4. Движение под  действием одной или  нескольких сил. 5. Соударение тел  или частиц (упругий  и неупругий удар). 6. Движение  жидкостей и газов  (уравнение  Бернулли). явлений, фактов, закономерностей 1. Механическая  схема описания  движения: зная  положение   материальной точки в СО и скорости  движении в  определённый  момент времени,  можно определить  параметры  движения на все  последующие и  предыдущие  моменты времени. 2. Свободное  падение тел в газах, жидкостях.  3.Научное  толкование  статики, гидро­ и  аэродинамики. Оценка работы.  Работа каждого ученика оценивается баллами от 3 до 5. Экспертами на уроке являются все учащиеся, при выставлении отметки   учитывается   общая   (единая   для   группы)   отметка,   полученная   группой   за   составленную   ими   таблицу   в   ходе   подготовки   к   уроку   и активность учащегося в ходе урока.  Рефлексия урока. Обратная связь по итогам урока осуществляется с помощью  карточек самооценки. Руководители групп: Кравец Никита, Гнеп Михаил, Ботникова Евгения, Чустеев Иван, Кочергина Дарья       Темы работы групп: Первый закон Ньютона и его значение, Второй закон Ньютона и его значение, Третий закон Ньютона и его значение, Закон  всемирного тяготения и его значение, Закон сохранения импульса и его значение.   Каждая группа при подготовке к уроку заполняет свою версию таблицы: Физическая картина мира (ФКМ) – обобщенная модель природы, включающая в себя представления физической науки (на данном этапе её развития) о материи, движении, взаимодействии, пространстве и времени, причинности и закономерности.                            ОСНОВАНИЕ Факты Идеализированный объект Понятия, физические величины Принципы ЯДРО Законы СЛЕДСТВИЕ Математические уравнения Объяснение явлений, фактов, закономерностей Применение законов динамики  КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА И. Ньютон      16667 г. «МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАЧАЛА НАТУРАЛЬНОЙ ФИЛОСОФИИ»        Классическая механика – самая ранняя физическая теория, получившая свое завершение с выходом   в свет в 1676 году работы И. Ньютона «Математические   начала   натуральной   философии».   Термин   «натуральная   философия»   свидетельствовал   о   тесной   связи   науки   и   философии, которые, как и в эпоху возникновения науки в Древней Греции, работали вместе.       Механические явления были наиболее ясными и наглядными; в изучении этих явлений физика достигла наибольших успехов, и механическое мировоззрение явилось отражением этих успехов. Ньютон заложил новые основы механического мировоззрения в своем труде «Математические начала натуральной философии». В «Началах» содержатся основные понятия механики, формулировка основных законов механики, приложения законов механики к теории движения под действием центральных сил, обоснование ЗВТ и изложение системы мира, т.е. теории  движения планет и спутников на основе ЗВТ.   Таким образом, это первый в истории   курс теоретической механики, включающий и небесную механику. Отдельные результаты предшественников Ньютона, начиная с Галилея, были обобщены и развиты Ньютоном в этом гигантском труде. Ньютон завершил работу предыдущих поколений и открыл путь последующим поколения физиков и механиков. «Математические  начала  натуральной философии»  ­ книга,  вошедшая в золотой фонд науки. Законы Ньютона в течение  веков заучивались  в авторской формулировке. . Так было во всех школах мира. Поколения людей воспитывались на законах Ньютона, которые казались незыблемым фундаментом научного познания природы. Ньютон вложил в руки ученых  мощный инструмент познания мира. Использование законов Ньютона на практике позволило  решать любые задачи механики, что привело к её бурному развитию. Классическая механика сыграла положительную роль в развитии   физики.   Почти   вся   современная   техника,   сооружения,   транспорт,  космическая   техника   создаются  и   работают   ,  опираясь   на   законы Ньютона.   Два чумных года 1665­16666 гг. (в Англии свирепствует чума, только в Лондоне сожгли 31 тысячу трупов) можно назвать  «болдинской осенью» Ньютона.  «Я был в расцвете изобретательских сил и думал о математике и философии больше, чем когда­либо» ­ пишет о себе И. Ньютон. И только через 20 лет мир узнает о его великих творениях в «болдинскую осень». В характере ученого есть одна странность­ он не любит публиковать своих работ. Он очень нетороплив и обстоятелен. «Я гипотез не измышляю» ­ любимое его изречение, почти девиз. Он спорит всю жизнь: с Гуком, с Гюйгенсом, с Флэмстидом. С желчным раздражением пишет он слова, которые и в наши дни звучат справедливо: «…Я убедился, что   либо не следует сообщать ничего нового, либо придется тратить все силы на защиту своего открытия». В апреле 1695 года, когда Ньютон был смотрителем лондонского Монетного двора, необыкновенный гость из России трижды приезжал туда, чтобы познакомиться с техникой чеканки монет. Окружавшие называли его «десятником», но относились с высоким уважением. Они встретились царь Петр И Исаак Ньютон. О чем говорили эти два великих человека?! Но когда Ньютон составлял список адресов, по которым  следовало разослать его «Математические начала..», он специально пометил  «6 ­  царю, для него самого и для главных библиотек Московии». Научный подвиг Ньютона по достоинству оценён и современниками, и потомками. Метод Ньютона служил примером Амперу и Фарадею, Томсону и Максвеллу, Эйнштейну и Дираку.  Новая физика изменила представления Ньютона о пространстве и времени, о массе и действии, но не отбросила его механику, а только определила границы её применимости. И сегодня мы постоянно пользуемся творениями великого  ученого, идейное богатство его работ вдохновляет творческую физическую мысль. По словам С.И. Вавилова, «ньютоновская механика – не историческая реликвия, а основа естествознания сегодняшнего дня». Исаак Ньютон                                                                      Он самый счастливый систему мира можно установить только один раз (Лагранж)         Этот человек сформулировал основные законы механики, открыл закон всемирного тяготения,  законы разложения белого света в спектр и выдвинул корпускулярно­волновую теорию света, разработал дифференциальное и интегральное исчисления, закон охлаждения нагретого тела, открыл закон сопротивления движению в вязкой жидкости, сконструировал один из первых термометров, впервые построил отражательный телескоп. Лагранж сказал о нем: «Он самый счастливый – систему мира можно установить только один раз».            Он родился вьюжной зимой 1642 года, после рождества, в Вулсторпе. Родился до срока, таким хилым и слабым, что священник считал, что он не жилец на этом свете. Сам Ньютон говорил впоследствии: «По словам матери, я родился таким маленьким, что меня можно бы было выкупать в пивной кружке» Но этот слабый младенец выжил всем на удивление, и за всю свою долгую жизнь (почти 85 лет) почти никогда не болел. Он не знал своего отца, он умер ещё до его рождения, да и мать уехала вместе с отчимом, когда ему было 3 года. Мальчик остался со своей бабушкой,  жили они вместе в маленьком сельском домике из серого камня, окруженного редким плетнем. Он окончил сначала сельскую школу, а затем Королевскую школу в Грэнтеме.­ маленьком городке в десяти километрах от родной деревушки.     Ньютон был удивительным домоседом и за всю свою жизнь никогда не отъезжал от родного дома дальше, чем на 180 км.  Он был человеком ниже среднего роста, с самой незаурядной внешностью, чаще молчаливый, неостроумный. Он был плохим собеседником и мог в разговоре вдруг замолчать и задуматься. Тогда взгляд его быстрых, живых глаз как бы застывал. Такие мужчины не пользуются успехом у женщин, и Ньютон так и не женился. И влюбился он тоже всего один раз, ещё мальчишкой. Её звали мисс Сторей, и она   была очень хорошенькая. Эта девочка – единственный романтический образ его жизни. Но верность ему он сохранил навсегда, даже в старости навещал старушку, в которую превратилась девочка.       В отроческие и юношеские годы Ньютон отличался от сверстников равнодушием к шумным забавам, весёлым студенческим вечеринкам.   Но   проявлял   небывалый   интерес   к   любой   работе,   требовавшей   каких­нибудь   орудий,   инструментов   и приспособлений.  Он мог часами наблюдать за плотником  и кузнецом, а потом повторял увиденное. Учеником и студентом он был   всегда   прилежным,   интересовался   математикой,   но   учился   как­то   незаметно,   средне,   и   невозможно   проследить,   как буквально за несколько лет происходит это сказочное превращение вчерашнего провинциального школьника в совершенно самостоятельного и оригинального исследователя. И можно только догадываться какой процесс шел постоянно в глубинах его могучего мозга.            Незадолго перед смертью, словно оглядывая свою жизнь, такую тихую и спокойную внешне и такую неистово бурную внутренне, Исаак Ньютон сказал: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам  себе  я кажусь мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красную раковину, в то время  как великий океан истины расстилается передо мною неисследованным» ОСНОВАНИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ  ИДЕАЛИЗИРОВАННЫЙ ОБЪЕКТ  1. МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА – модель, соответствующая телу, размерами которого можно пренебречь в данной СО.  ПОНЯТИЯ, ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ 1. СИСТЕМА ОТСЧЕТА – совокупность системы координат, связанной с телом отсчета и покоящихся относительно него часов 2. ПРОСТРАНСТВО и ВРЕМЯ – две основные формы существования материи 3. ТРАЕКТОРИЯ – линия, по которой движется тело в данной СО 4. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ – ВФВ, вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела 5. СКОРОСТЬ – ВФВ, характеризующая быстроту движения, равная отношению  вектора перемещения к промежутку времени, за который оно  совершено. 6. УСКОРЕНИЕ – ВФВ, характеризующая скорость изменения скорости, равная отношению изменения  вектора скорости к промежутку  времени, за который оно совершено 7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ­  процесс взаимного  влияния тел (частей тела) друг на друга 8. СИЛА ­  ВФВ, мера взаимодействия тел (частей тела) друг на друга 9. МАССА – СВФ, мера инертности тела 10. ИМПУЛЬС ТЕЛА – ВФВ, равная произведению массы тела на его скорость. 11. ИМПУЛЬС СИЛЫ – ВФВ, равная произведению вектора силы и времени её действия 12. ЭНЕРГИЯ – СВФ, мера движения и взаимодействия тел (частей тела) 13. РАБОТА – СФВ, равная произведению модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла  между направлениями силы и перемещения ПРИНЦИПЫ 1. ИНЕРЦИЯ – если на тело не действуют никакие силы , то оно сохраняет состояние покоя или движется равномерно прямолинейно 2. ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ­ любые объекты притягиваются на любом расстоянии ( скорость передачи взаимодействия бесконечна, взаимодействие  осуществляется мгновенно) 3. СУПЕРПОЗИЦИИ (НЕЗАВИСИМОСТИ ДЕЙСТВИЯ СИЛ) – если на тело действует несколько сил, то действие каждой из них не зависит от наличия других сил. 4. ПРИЧИННОСТИ – если известен закон движения и начальные условия (координаты и скорости), то можно  точно указать в любой момент  времени, где находится материальная точка, т.е решить ОЗМ 5. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ­ все ИСО равноправны или законы механики выполняются во всех ИСО Фамилия, имя: № п/п Урок – конференция  «Современное значение ЗАКОНОВ НЬЮТОНА» (вводный тест) Определение  Величина, понятие Правильно Условное  обозначение Правильно  1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Изменение положения тела в пространстве относительно других тел  с течением времени. Модель, соответствующая телу, размерами которого можно  пренебречь в данной СО.  Две основные формы существования материи Совокупность системы координат, связанной с телом отсчета и  покоящихся относительно него часов Линия, по которой движется тело в данной СО ВФВ, вектор, соединяющий начальное и конечное положения  тела ВФВ, характеризующая быстроту движения, равная отношению   вектора перемещения к промежутку времени, за который оно  совершено. ВФВ, характеризующая скорость изменения скорости, равная  отношению изменения  вектора скорости к промежутку времени, за который оно совершено Процесс взаимного  влияния тел (частей тела) друг на друга 10. 11. 12. 13.  ВФВ, мера взаимодействия тел (частей тела) друг на друга СВФ, мера инертности тела ВФВ,  равная произведению массы тела на его скорость. ВФВ,  равная произведению вектора силы и времени её действия Отметка:   21­19 –«5»        18­15­«4»         14­10 – «3» Итого Всего Итого Отметка Урок – конференция  «Современное значение ЗАКОНОВ НЬЮТОНА» (вводный тест) Определение  Величина, понятие Правильно Условное  обозначение Правильно  Изменение положения тела в пространстве относительно других тел  с течением времени. Модель, соответствующая телу, размерами которого можно  пренебречь в данной СО.  Две основные формы существования материи Совокупность системы координат, связанной с телом отсчета и  покоящихся относительно него часов Линия, по которой движется тело в данной СО ВФВ, вектор, соединяющий начальное и конечное положения  тела ВФВ, характеризующая быстроту движения, равная отношению   вектора перемещения к промежутку времени, за который оно  совершено. ВФВ, характеризующая скорость изменения скорости, равная  отношению изменения  вектора скорости к промежутку времени, за который оно совершено Процесс взаимного  влияния тел (частей тела) друг на друга Механическое движение Материальная точка Пространство и время Система отсчета Траектория Перемещение Скорость Ускорение Взаимодействие S v a № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.  ВФВ, мера взаимодействия тел (частей тела) друг на друга СВФ, мера инертности тела Сила Масса ВФВ,  равная произведению массы тела на его скорость. Импульс тела ВФВ,  равная произведению вектора силы и времени её действия Импульс силы Итого  14 Отметка: 21­19 –«5»        18­15­«4»         14­10 – «3» Всего F m p Ft Итого 7 Отметка Факты ОСНОВАНИЕ Идеализированный объект Понятия, физические величины КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ЯДРО Законы Принципы Математические уравнения СЛЕДСТВИЕ Объяснение явлений, фактов, закономерностей Применение законов динамики Материальная Система отсчета ИНЕРЦИИ  точка а н о т ю ь Н   н о к а з   й ы в р е П й ы в р е П Инерциальная система отсчета ОТНОСИТЕЛЬНО СТИ (СО) (ИСО) Пространство Время Координата Скорость   omne Corpus perseverare   instate suo   quiescendi   vel movendi   uniformiter in directum,nisiquatenu s   illud   a   viribus impressis   cogitur statum suum mutare. Вывод закона сложения счкоростей     тело Всякое   продолжает в удерживаться своем   сосотоянии покоя или равномерного прямолинейного движения,   пока   и поскольку   оно   не понуждается приложенными силами   изменить это состояние 1.Существуют такие относительно которых поступательно движущееся   тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него   не   действуют другие тела или их действие скомпенсировано   СО, Материальная  Взаимодействие точка Сила Масса Ускорение Причинности Суперпозиции а н о т ю ь Н   н о к а з     й о р о т В                                                           Свободное падение тел в газах, жидкостях Научное толкование статики Научное толкование гидро­ и аэромеханики Движение тел под действием одной или нескольких сил Вывод и анализ закона сохранения импульса   Mutationem motus proportionalem esse vi impressae,et   fieri secundum   lineam rectam qua vis illa imprimatur. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей  силе и происходит   по направлению   той прямой, по которой   эта   сила действует.   Ускорение, приобретаемое телом в ИСО,   tF  vm    F а m  прямо пропорционально векторной сумме сил и обратно пропорционально массе системы тел а н о т ю ь Н   н о к а з   й и т е р Т Actioni contrariam et aequalem esse  reactionem^sive  corporum duorum  actions in se mutuo simper esse  aequales et in  partes contrarias  dirigi. Действию всегда  есть равное и  противоположное противодействие,  иначе  взаимодействия  двух тел друг на  друга между  собой равны и  направлены в  противоположные стороны. Тела действуют  друг на друга  силами равными  по модулю и  противоположны ми по  направлению.    F 12   F 21 я и н е т о г я т   о г о н р и м е с в   н о к а З Иоганн Кеплер (Германия)­ «законодате ль неба» 1609 г. – законы Кеплера ДАЛЬНОДЕЙСТ ВИЯ  GF  mm 2 2 1 r Определение средней плотности планет, тел Общая система мира и небесная механика Теория сжатия Земли у полюсов Теория приливов и отливов Движение комет Возмущения в движении планет Измерение гравитационной постоянной (Г.Кавендиш (Англия)) – 1798 г. Открытие планет «на кончике пера» (Нептун, Плутон) 1846г., 1930 г. а с ь л у п м и   я и н е н а р х о с   н о к а З Импульс силы Импульс тела  F    vm  t Движение тел переменной массы Соударение тел и частиц (абсолютно упругий и неупругий удары)  Реакт ивное движение   ИСЗ («спутнички» ) Его мысленный эксперимент реализовали ученые 4 октября 1957 г. , запустив  первый   Освоен ие космос а Водный транспорт Воздушный транспорт Водометы a    x   v  a    x   v  m    F   p m    F   p Ft      S Ft      S инерции инерции взаимодействие взаимодействие пространство пространство время время система отсчета система отсчета СО             ИСО   СО             ИСО дальнодействия дальнодействия суперпозиции суперпозиции причинности причинности относительности относительности траектория траектория материальная материальная точка точка  F  F 12                                                                GF  mm 2 2 1 r    vm  t   F 21  vm   tF    F а m 