Урок по физике «Решение задач на понятие сила»

Тема урока: РАБОТА СИЛ.

Цели урока:

Обучающаяся: дать определение механической работы и сообщить ее единицу измерения, дать понятие положительной и отрицательной работы силы тяжести

Воспитательная: способствовать самостоятельности учащихся через индивидуальную работу.

Развивающая: умение видеть решение в нестандартных ситуациях.

Тип урока: комбинированный.

План изучения нового материала.

1. Определение и единица работы.

2. Условия, при которых работа положительна, отрицательна и равна нулю.

3.Работа сил реакции, трения и тяжести, действующих на тело, соскальзывающее с наклонной плоскости.

Ход урока.

I.Проверка домашнего задания. Решение на доске задач3,5 к §26

II.Изучение нового материала. 1. Определение и единица работы.

Работа как пространственная характеристика действия силы. Любая сила действует в определенной области пространства в течение конечно­го интервала времени и, как мы отмечали ранее, может зависеть как от ко­ординаты, так и от времени: F = F(x, t).

Если сила не зависит от координаты и действует на тело в течение вре­мени t, то можно ввести временную характеристику силы (импульс силы) как произведение силы на длительность ее действия: Ft.

Удачный выбор временной характеристики силы позволяет найти изме­нение импульса тела — фундаментальной физической величины, сохра­няющейся в замкнутой системе.

Если сила не зависит от времени и действует на тело, движущееся по оси X, на перемещении х, то мы можем ввести также и пространствен­ную характеристику действия силы — работу1.

 

Единица работы — джоуль (Дж):

1 Дж = 1 кг • м2/с2.

1 Дж — работа, совершаемая силой 1 Н при перемещении на 1 м.

Работа силы численно равна площади прямоугольника со сторонами Fx и х (рис. 99).

Проекция силы Fх в направлении вектора перемещения х равна проек­ции вектора F на ось X:

Fx = Fcos a, (86)

где а — угол между вектором силы F и вектором перемещения х (рис. 100).

1 Пространственная характеристика действия силы введена по аналогии с ее временной характеристикой — импульсом силы. Как мы увидим впоследствии, ра­бота равна изменению другой фундаментальной физической величины — механи­ческой энергии, для которой также справедлив закон сохранения.

 

Работа силы при перемещении равна произведению модулей этих векторов и косинуса угла между ними. Сила и перемещение – векторные величины, характеризующиеся как модулем так и направлением.

 

2. Условия, при которых работа положительна, отрицательна и равна нулю.

Работа – скалярная физическая величина. Знак работы определяется знаком cos.

Работа силы положительна (А>0)(рис.101,а), если уголострый, cos>0.

Работа силы отрицательна (А<0), cos< 0.(рис.101,б).

Работа силы, перпендикулярной перемещению, равна нулю(рис.101,в).

3.Работа сил реакции, трения и тяжести, действующих на тело, соскальзывающее с наклонной плоскости. Если на тело действует несколько сил, то полная работа (работа всех сил) равна сумме работ, совершаемой каждой силой в отдельности. Найдем работу сил, действующих на тело массой m (рис.102), соскальзывающее с вершины наклонной плоскости (точка О) к ее основанию (точка 1).Угол наклона плоскости к горизонту , ее высота Н, коэффициент трения скольжения . На скользящее тело действует сила тяжести , сила реакции опоры и сила трения . Работа силы реакции, перпендикулярной перемещению , равна нулю. Сила трения, направленная противоположно перемещению, составляет с ним угол , поэтому работа силы трения отрицательна:

Так как то

Сила тяжести составляет с перемещением угол , поэтому ее работа

Откуда видно, что работа силы тяжести зависит от высоты плоскости и не зависит от угла наклона плоскости (рис.103,а).

III.Закрепление изученного материала. Самостоятельная работа. (10-15 мин.)

Вариант 1

Пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоро­стью 400 м/с, ударяется в преграду и останавливается. Каково изменение импульса пули?

Какова скорость отдачи ружья массой 4 кг при вылете из него пули массой 5 г со скоростью 300 м/с?

Вариант 2

Шарик массой 100 г движется с постоянной скоростью 1,5 м/с, после чего движется обратно, не меняя скорости по модулю. Каково изменение импульса шарика?

Снаряд, летящий со скоростью 500 м/с, разорвался на два осколка массами соответственно 5 и 4 кг. Определите скорость второго осколка, если скорость первого осколка возросла на 200 м/с в направлении движения снаряда.

Вариант 3

Пуля массой 10 г пробила стену, и при этом скорость пули уменьшилась от 800 до 300 м/с. Определите измене­ние импульса пули.

С тележки массой 210 кг, движущейся горизонтально со скоростью 2 м/с, в противоположную сторону прыгает человек массой 70 кг. Какова скорость человека при прыжке, если скорость тележки стала равной 4 м/с?

Вариант 4

Тело массой 1 кг движется равномерно по окружности со скоростью 2 м/с. Определите изменение импульса тела после того, как оно пройдет четверть окружности.

Снаряд, летевший в горизонтальном направлении со скоростью 600 м/с, разрывается на две части с массами 30 и 10 кг. Большая часть стала двигаться в прежнем на­правлении со скоростью 900 м/с. Какова величина и на­правление скорости меньшей части снаряда?

Ответы к самостоятельной работе. В-1.1)4кгм/с.2) 0,375м/с.

В-2.1)0,3кгм/с.2)250м/с, в направлении движения снаряда.

В-3.1)-5кгм/с.2).4м/с.

В-4.1) 2,8кгм/с.2).300м/с; меньшая часть снаряда полетела в сторону, противоположную первоначальному направлению.

IV.Итог урока. Производя расчет работы сил, действующих на тело, находящееся на наклонной плоскости, помогает объяснить, почему наклонная плоскость облегчает подъем тела на определенную высоту, хотя и увеличивает путь.

Домашнее задание.§28.