Урок физики в 10 классе на тему «Закон сохранения импульса»

Тема: Закон сохранения импульса

Цель урока: создать условия для осознания и осмысления учебной информации по теме “Закон сохранения импульса” средствами технологии проблемного обучения.

Задачи урока:

образовательные: формирование понятий “импульс тела”, “импульс силы”; замкнутая система; закон сохранения импульса;

развивающие: формировать умения анализировать, устанавливать связи между элементами ранее изученного материала и новой темой, выявлять собственную значимость данной темы, развивать способность к самоанализу;

воспитательные: вызвать желание постоянно пополнять свои знания; поддерживать интерес к предмету, формировать самостоятельность.

План урока

Ход урока

Зная основные законы механики, в первую очередь три закона Ньютона, казалось бы, можно решить любую задачу о движении тел. Ребята, я вам продемонстрирую опыт, а вы подумайте, можно ли используя только законы Ньютона решить эту задачу?

Проблемный эксперимент.

Скатывание шарика с наклонной плоскости. Он сдвигает тело, находящееся на его пути.

Можно ли найти силу взаимодействия шарика и тела? (нет, так как столкновение кратковременное и силу их взаимодействия определить трудно).

Вывод: Законы Ньютона позволяют решать задачи связанные с нахождением ускорения движущегося тела, если известны все действующие на тело силы, т.е. равнодействующая всех сил. Но часто бывает очень сложно определить равнодействующую силу, как это было в нашем случае.

Проблемный вопрос

Если на вас катится игрушечная тележка, вы можете остановить ее носком ноги, а если на вас катится грузовик?

Вывод: для характеристики движения надо знать массу тела и его скорость.

Поэтому для решения задач используют еще одну важнейшую физическую величину - импульс тела.

Понятие импульса было введено в физику французским ученым Рене Декартом (1596-1650 г.), который назвал эту величину “количеством движения”:

Сила, действующая на тело, время её действия и изменение скорости тела взаимосвязаны. Выразим эту связь формулой, для этого вспомним 2 закон Ньютона и определение ускорения. (для вывода формулы к доске приглашаю учащегося)

Вспомните, как читается 2 закон Ньютона?

Запишем закон в виде 

С другой стороны: 

Или  Получили формулу второго закона Ньютона в импульсной форме.

Обозначим произведение через р: 

Произведение массы тела на его скорость называется импульсом тела.

Запишите в тетради импульс тела по плану физической величины

Импульс р – векторная величина. Он всегда совпадает по направлению с вектором скорости тела. Любое тело, которое движется, обладает импульсом.

Определение: импульс тела – это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление скорости.

Как любая физическая величина, импульс измеряется в определенных единицах.

(р) = (кг м/с )

Вернемся к нашему равенству . В физике произведение силы на время действия называют импульсом силы.

Импульс силы показывает, как изменяется импульс тела за данное время.

Декарт установил закон сохранения количества движения, однако он не ясно представлял себе, что количество движения является векторной величиной. Понятие количества движения уточнил голландский физик и математик Гюйгенс, который, исследуя удар шаров, доказал, что при их соударении сохраняется не арифметическая сумма, а векторная сумма количества движения.

Обсуждение графика зависимости силы действующей на тело от времени её действия

Вопрос: на данном графике с точки зрения математики, что представляет собой произведение силы действующей на тело от времени её действия?

Импульс обладает интересным свойством, которое есть лишь у немногих физических величин. Это свойство сохранения. Но закон сохранения импульса выполняется только в замкнутой системе.

Система тел называется замкнутой, если взаимодействующие между собой тела, не взаимодействуют с другими телами.

Импульс каждого из тел, составляющих замкнутую систему, может меняться в результате их взаимодействия друг с другом.

Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел.

В этом заключается закон сохранения импульса.

Примеры: ружье и пуля в его стволе, пушка и снаряд, оболочка ракеты и топливо в ней.

Закон сохранения импульса.

Закон сохранения импульса выводится из второго и третьего законов Ньютона.

Рассмотрим замкнутую систему, состоящую из двух тел – шаров с массами m1 и m2, которые движутся вдоль прямой в одном направлении со скоростью v1 и v2. С небольшим приближением можно считать, что шары представляют собой замкнутую систему.

Из опыта видно, что второй шар движется с большей скоростью (вектор изображен более длинной стрелочкой). Поэтому он нагонит первый шар и они столкнуться. (Просмотр эксперимента с комментариями учителя).

Математический вывод закона сохранения

А сейчас вы самостоятельно, используя законы математики и физики, попробуете вывести закон сохранения импульса.

 , так как время действия сил одно и тоже, то можно записать 

-начальные скорости тел,  - конечные скорости

 , , так как левые части уравнений равны, то и правые тоже: , сгруппируем члены уравнений

 - закон сохранения импульса (для упругого удара)

Если удар неупругий , то закон сохранения импульса примет вид: 

4. Закрепление изученного материала. (4 мин.)

1) Что называется импульсом тела?

2) Назовите единицы измерения импульса тела в СИ?

4) В чем заключается закон сохранения импульса?

5) При каких условиях выполняется этот закон?

6) Какую систему называют замкнутой?

7) Почему происходит отдача при выстреле из ружья?

Задача №1 Материальная точка массой 1 кг равномерно движется по окружности со скоростью 10 м/с. Определить изменение импульса за одну четверть периода.

(презентация) Ответ 14,14 кг м/с

Вариант1 ответ 2

Вариант 2 ответ 1

Итоги урока

Д.з

Индивидуальное задание по желанию: в каких литературных произведениях используется закон сохранения импульса?