Поступальний і обертальний рух. Матеріальна точка. Криволінійний рух. Рух по колу. Лабораторна робота №2 «Вимірювання частоти обертання тіл»

Тема: Поступальний і обертальний рух. Матеріальна точка. Криволінійний рух. Рух по колу. Лабораторна робота №2 «Вимірювання частоти обертання тіл» Мета: Навчальна – ознайомити учнів із природою рівномірного руху по колу; сформувати поняття поступального руху тіла, матеріальної точки; вивчити основні характеристики криволінійного руху на прикладі руху по колу — траєкторію, швидкість, період і частоту обертання; показати, як на практиці застосовуються знання про криволінійний рух; формувати вміння розв'язувати задачі Виховна – виховати прагнення до самостійного вирішення поставлених завдань Розвивальна – розвинути розумові здібності Тип уроку: засвоєння нових знань Хід уроку І Організаційний момент ІІ Перевірка домашнього завдання; актуалізація опорних знань Один із учнів на дошці записує розв'язання домашньої додаткової задачі, у цей час клас розв'язує наступну задачу. Задача. За графіками залежності (рис. 1) визначте, з якими швидкостями рухаються тіла; побудуйте відповідні графіки залежності . Розв'язання. ; . Графіки швидкості див. на рис. 2. Питання Що таке механічний рух? Для чого обирають тіло відліку? Наведіть приклади відносності механічного руху? Чому не можна описати рух без часу? Які природні явища використовують для вимірювання часу? Назвіть природні і штучні годинники Які є одиниці часу, і яка з них є основною? ІІІ Мотивація Усім, хто катався на куруселіі, здається, що їх відкидає убік. У дійсності під час кругового руху їх швидкість постійно міняється. Коли який-небудь об'єкт переміщається по кругу, нам здається, що його рушійна сила теж має бути круговою. Проте сила може діяти тільки по прямій. Оскільки ж тоді предмети рухаються по кругу? IV Вивчення нового матеріалу Відповідь на це питання полягає в тому, що для кругового руху завжди потрібно як мінімум дві різні сили. По-перше, це сила, яка безпосередньо примушує об'єкт рухатися. Коли ми крутимо м'ячик на мотузочку, цією силою є сила наших м'язів. Сила може діяти тільки в одному напрямі. Це "вектор", що має певний напрям і розмір, причому це напрям завжди прямий. Друга сила - це сила, яка притягує об'єкт, що обертається, приміром напруга мотузка. Без этой второй силы объект мог бы двигаться только по прямой линии. Таким образом, если бы в любой точке описываемого круга вторая сила исчезла (если брать наш пример, то произошёл бы разрыв верёвки), объект, сорвавшись, отлетел бы по касательной. Объект может вращаться по кругу только благодаря тому, что действие второй силы заставляет его отклоняться от прямого курса. Сила - це те. що виробляє прискорення. Таким чином, друга сила виробляє прискорення: вона примушує об'єкт прискорюватися в новому напрямі - у напрямку до центру круга. Проте це прискорення не відбувається в одній точці. Воно відбувається знову і знову по усьому колу. Хоча нам здається, що об'єкт невпинно рухається, насправді відбувається його безперервне прискорення, спрямоване усередину (у центр круга). Таким чином, «рівномірний круговий рух» має на увазі безперервний процес прискорення. Ми можемо спостерігати це на прикладі безупинного обертання усіх небесних тел. яке називається орбітальним рухом. Місяць обертається навколо Землі, а Земля і інші планети обертаються навколо Сонця. На орбіті їх утримують сила тяжіння і інерція. Гравітація (сила тяжіння) - це сила, яка примушує предмети падати і утримує їх на Землі, а також притягує один до одного будь-які матеріальні об'єкти. Інерція - це тенденція предметів залишатися на місці або нескінченно рухатися по прямій лінії до примусового запуску або зупинки. Саме інерція планет примушує їх знаходитися в русі. Але завдяки одній лише інерції вони переміщалися б тільки по прямій. На кругову орбіту їх притягує сила тяжіння. Насправді сила тяжіння і інерція знаходяться в ідеальному балансі. Якби сила тяжіння була потужнішою, планети впали б на Сонці. Якби вона була слабкіша, вони відлетіли б від нашого світила. Усе, що обертається на орбіті в космосі - від планет до штучних супутників. - знаходиться під дією цього ідеального балансу між гравітацією і інерцією. Бесіда Якщо уважно придивитися до більшості механічних рухів, які відбуваються у природі, то можна помітити, що багато з них здійснюються за криволінійними траєкторіями. І одним із найграндіозніших прикладів такого руху є безперечно рух планет! (Учитель розповідає про рух Місяця — природного супутника Землі.) Питання класу: Наведіть свої приклади криволінійного руху, що зустрічається у природі й у техніці. Увагу учнів слід звернути на те, що криволінійні рухи більш поширені, ніж прямолінійні. Будь-який криволінійний рух можна розглядати як рух по дугах кіл з різними радіусами. Вивчення руху по колу дає також ключ до розгляду довільного криволінійного руху. Ми будемо вивчати рух тіл по колу з постійною за модулем швидкістю. Такий рух називають рівномірним рухом по колу. Спостереження показують, що маленькі частинки, що відокремлюються від тіла, що обертається, летять із тією швидкістю, якою володіли в момент відриву: бруд з-під коліс автомобіля летить по дотичній до поверхні коліс; розпечені частинки металу, що відриваються при заточенні різця об точильний камінь, що обертається, також летять по дотичній до поверхні каменя. Таким чином, Під час руху по колу швидкість у будь-якій точці траєкторії спрямована по дотичній до кола в цій точці. Необхідно звернути увагу учнів, що при рівномірному русі по колу модуль швидкості тіла залишається постійним, але напрямок швидкості увесь час змінюється. Будь-яку криволінійну траєкторію можна «спростити», тобто звести до більш простої форми — до дуги кола. Питання класу: Як буде напрямлена швидкість руху тіла в цьому випадку? Питання класу: Як у математиці називаються лінії, вздовж яких у нашому випадку напрямлені швидкості руху? (Дотичні.) Висновок. Під час руху по колу швидкості напрямлені по дотичних. Розглянемо окремий випадок криволінійного руху — рівномірне обертання тіла по колу. Запис у зошит: Рух по колу називається рівномірним, якщо числове значення швидкості не змінюється. Питання класу: Чому в означенні рівномірного руху йдеться саме про числове значення швидкості? (Тому що ми бачили на рисунку, що напрямок швидкості в кожній точці змінюється.) Демонстрація. Дослід з круглим тілом. Проведемо пряму лінію на круглому тілі, прикріпимо до нього нитку, і приведемо тіло в рух тягнути за нитку. Лінія на тілі постійно зберігатиме свій напрям. Рух фізичного тіла, прия кому будь-яка лінія, нанесена на тіло, залишається паралельною своєму попередньому положенню, називається поступальним. Приклади поступального руху. Автомобіль на горизонтальній дорозі, вантаж, який підіймається підйомним краном. Демонстрація. Дослід з обертанням круглого тіла на металевій осі. Якщо кожна точка тіла рухається по дузі, то це обертальний рух. Якщо розмірами і формою фізичного тіла нехтують, то його називають матеріальною точкою. Лінія, яку описує тіло під час механічного руху, називається траєкторією. Приклади видимих траєкторій. Рух літака у високих шарах атмосфери. Слід, що залишає лижник на снігу. Фотографії руху мікрочастинок в дослідницькій камері. Якщо траєкторією руху є пряма лінія, то такий рух називають прямолінійним. Рух будь-якого тіла випущеного з рук. Якщо траєкторією руху є крива лінія, то такий рух називається криволінійним. М’яч кинутий під кутом до горизонту. Траєкторія відносна, її вигляд залежить від вибору тіла відліку. Приклад траєкторії руху точки колеса відносно велосипедиста і спостерігача, який знаходиться на узбіччі дороги. Для опису рівномірного обертання тіла по колу використовують характеристику — період обертання. Запис у зошит: Період обертання — це час одного повного оберту. У природі досить поширений обертовий рух: обертання коліс, маховиків, Землі навколо своєї осі й т. ін. Штучні супутники утримуються на орбіті завдяки тяжінню Землі. Кільця Сатурну - це незліченна кількість часток льоду і пилу, що обертаються по орбіті. Їх утримує баланс між інерцією і гравітаційним тяжінням планети. Наприклад, Земля робить повний оберт навколо Сонця за 365,25 діб. Важливою особливістю обертового руху є те, що всі точки тіла рухаються з тим самим періодом, але швидкості різних точок можуть істотно відрізнятися, оскільки різні точки рухаються по колах різних радіусів. Наприклад, при добовому обертанні Землі швидше за інші рухаються точки, що перебувають на екваторі, оскільки вони рухаються по колу найбільшого радіуса — радіуса Землі. Точки ж земної поверхні, що перебувають на інших паралелях, рухаються з меншою швидкістю, тому що довжина кожної із цих паралелей менше довжини екватора. При розрахунках період звичайно виражають у секундах. Якщо період обертання дорівнює 1 с, це означає, що тіло за одну секунду робить один повний оберт. Якщо за час t тіло зробило N повних обертів, то період можна визначити за формулою: Питання класу У яких одиницях СІ має вимірюватися період обертання виходячи із означення? (У секундах.) Чому дорівнює період обертання секундної стрілки годинника? хвилинної? годинної? Чому дорівнює період обертання Землі навколо своєї осі? навколо Сонця? З періодом обертання пов'язана ще одна важлива характеристика обертального руху — частота обертання. Запис у зошит: Частота обертання — число повних обертів за одиницю часу. Тобто, обертова частота дорівнює кількості повних обертів за одну секунду. Питання класу: Період обертання Землі навколо власної осі дорівнює 24 год. Скільки обертів робить Земля за 1 годину? (Відповідь: 1/24 частину оберту.) Період і частота — взаємно обернені величини. Питання класу: Тіло робить 2 оберти за секунду. За який час тіло зробить один оберт, тобто чому дорівнює період обертання? (Відповідь: ) У разі рівномірного руху: У разі руху по колу: , а час, за який долається ця відстань, відповідає періоду обертання, тобто . Прийом «Астрономічна скарбничка». Окремі учні працювали над питанням «Місяць — природний супутник Землі». {Розглядаємо питання: Основні характеристики Місяця; Місячна поверхня; Дослідження Місяця; Чому Місяць не падає на Землю?} Прийом «Лекція з елементами бесіди». Наведіть свої приклади криволінійного руху, що зустрічаються у природі й у техніці. будь-який криволінійний рух можна розглядати як рух по дугах кіл з різними радіусами. Ми будемо вивчати рух тіл по колу зі сталою за модулем швидкістю. Такий рух називають рівномірним рухом по колу. (Малюємо на дошці рисунок.) А як буде спрямована швидкість руху тіла в цьому випадку? Всі ви напевне спостерігали, що маленькі частинки, що відокремлюються від обертового тіла, летять із тією швидкістю, якою володіли в момент відриву: наприклад, бруд з під коліс автомобіля летить по дотичній до поверхні коліс; розпечені частинки металу, що відкриваються під час заточення різця об точильний камінь, що обертається, також летить по дотичній до поверхні каменя. Висновок. Для руху по колу швидкість у будь-якій точці траєкторії спрямована по дотичній до кола в цій точці. Розглядаємо рис. 4.3 підручника.) вертаємо увагу учнів на те, що модуль швидкості для рівномірного руху по колу залишається сталим, але напрям швидкості протягам усього часу змінюється. Для опису рівномірного обертання тіла по колу використовують характеристики. А які саме, ми дізнаємось, провівши пошук. Інтерактивна частина. Метод «Пошук інформації», групова робота. Учні працюють у групах, розподіляючи обов’язки щодо вивчення матеріалу та підготовки повідомлень. Можливий варіант створення повідомлення за допомогою сартки-інформації». Спікер групи обирає тему, над якою група буде працювати: «Траєкторія руху»; «Період обертання»; «Обертова частота»; «Швидкість тіла». Вправа «Спільний проект». Після складання «карток- інформації» кожна група робить презентацію своєї роботи. При цьому всі бажаючі можуть ставити запитання. Робимо відповідні записи в зошити. Висновок. Основними характеристиками обертального руху є період обертання та обертова частота. Прикладом обертального руху є добове обертання Землі (рис. 4.5 підручника), під час якого вона здійснює один оберт навколо своєї осі. Під час такого руху всі точки тіла рухаються по колах, причому центри всіх тіл лежать на одній прямій, яку називають віссю обертання. Головна особливість цього руху полягає в тому, що період обертання всіх однаковий, але швидкості можуть бути різні. Чому? (Вислуховуємо думки учнів.) Управління (регулювання) із зворотним зв'язком Робота механізму-регулювальника для управління швидкістю двигуна заснована на принципі кругового руху. Вертикальний вал обертається за допомогою ременя (1), що приводиться в дію машиною. Коли вал обертається, важки (2), прикріплені до його верхньої частини, відхиляються від осі і піднімаються (3). В результаті стержень (4) теж піднімається, що знижує подачу енергії до двигуна і уповільнює його роботу. При уповільненні обертання валу важки падають і подача живлення до двигуна посилюється. V Закріплення Навчаємося розв’язувати задачі Задача 1. Період обертання космічного корабля навколо Землі дорівнює 90 хв, радіус траєкторії руху — 300 км. Якою є швидкість корабля? Відповідь: Задача 2. Частота обертання барабана пральної машини . Чому дорівнює період обертання барабана? З якою швидкістю обертається при віджиманні білизна, якщо радіус барабана 20 см? Відповідь: це близько 60 км/год Задача 3. Тіло за 12 с зробило 16 повних обертів. Визначте період і частоту обертання. Відповідь: , Задача 4. Знайдіть частоту й швидкість обертання Місяця по орбіті навколо Землі? (Період обертання Місяця — 27 діб, радіус орбіти Місяця — 380 000 км, Розв’язання задачі проводимо на дошці.). Відповідь: , Задача 5. З якою частотою обертається година стрілка на годинику? Відповідь: Який годинник показує двічі на день правильний час? Задача 6. Радіус диска 45 см., а частота з якою він обертається 5 об./хв. Яка швидкість точки на краю диска? Відповідь: Задача 7. Скільки обертів здійснює тіло за 5 секунд, якщо частота обертів тіла 2 об./с.? Відповідь: 10 обертів Задача 8. Гирька на мотузці здійснює 120 обертів за 5 хв. Знайти частоту і період обертань гирьки. Відповідь: , Задача 9. З якою швидкістю рухаються кінці годинної, хвилинної й секундної стрілок настінних годинників? Прийміть, що довжина кожної із цих стрілок дорівнює 10 см. Рух з такими малими швидкостями важко помітити оком, тому коли ми дивимося на настінні годинники, годинна й хвилинна стрілки здаються нерухомими. Відповідь: , , Задача 10. П'ятнадцять однакових шестерінок, осі яких закріплені, зчеплено одна з іншою, утворюючи кільце. На який найбільший кут можна повернути одну з шестерінок, якщо кожну з них при нерухомій сусідній можна повернути за рахунок неточного зчеплення на кут ? Розв’язок При повороті однієї з шестерінок за годинниковою стрілкою, дві сусідні шестерінки, що знаходяться з нею в зачепленні, будуть обертатися проти годинникової стрілки, тобто в протилежному напрямі, як показано на рис. 2.27. Тому, якщо число шестерінок непарне, наприклад, п'ять, як на малюнку, то така конструкція не може вільно обертатися, а шестерінки зможуть обернутися тільки на деякий кут, обумовлений проміжком між ними. Дійсно, при повороті першої шестерінки, обертання двох сусідніх шестерінок 3 і 4, що знаходяться в зачепленні, повинно відбуватися в один бік, що неможливо. Нехай шестерінка 1 повернена до упору за годинниковою стрілкою. При цьому усі шестерінки будуть повернені до упору у вказаних на малюнку напрямах. При повороті шестерінки 1 із зворотному напрямі вона із-за проміжку обернеться до зачеплення з шестерінками 2 і 5 на кут . Шестерінки 2 і 5 із-за проміжку так само можуть обернутися на кут , увійшовши до зачеплення з шестерінками 3 і 4, що відповідатиме повороту шестерінки 1 на кут . Шестерінки 3 і 4 обоє можуть обернутися тільки на кут , тобто кожна окремо обернеться на кут , тобто обертаються вони не погоджено. Тому максимальний кут повороту шестерінки 1 буде рівний . Міркуючи аналогічно, отримаємо загальну формулу для максимального кута повороту конструкції з непарного числа шестерінок: де - задане число шестерінок. VІ Рефлексія знань Лабораторна робота № 2 Інтерактивна вправа «Я можу...» 1. Проводимо інструктаж з техніки безпеки. (Коментар учителя) Постановка навчальної проблеми. (Розповідь учителя) Виконання лабораторної роботи. Виконання додаткових і творчих завдань. (Записи у зошити). Лабораторна робота № 2 «Вимірювання обертової частоти тіла» Мета уроку: виміряти обертову частоту колеса іграшкового автомобіля. Тип уроку: урок контролю й оцінювання знань. Обладнання: два іграшкових автомобілі з колесами різного діаметра, секундомір, смужки самоклейного паперу. РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩО ДО ПРОВЕДЕНЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ 1. Зробіть за допомогою смужки самоклейного паперу мітку на одне з коліс кожного автомобіля. 2. Розмістіть автомобіль із колесами більшого діаметра на столі так, щоб паперова мітка виявилася біля нижньої частини колеса. 3. Повільно і якомога більш рівномірно пересувайте автомобіль уздовж стола. При цьому колеса автомобіля здійснюватимуть обертовий рух у вертикальній площині. Порахуйте, скільки разів паперова мітка повернеться у своє початкове положення, тобто порахуйте кількість повних обертів колеса автомобіля. 4. Снову повільно й рівномірно пересувайте автомобіль уздовж стола. За допомогою секундоміра виміряйте час руху автомобіля. 5. Виміряйте час, за який колесо зробить 4 повних оберти за тієї ж самої швидкості автомобіля. 6. Повторіть досліди ще раз, збільшуючи швидкість руху автомобіля. 7. Повторіть досліди, описані в пунктах 1–5, для автомобіля з колесами меншого діаметра. 8. Обчисліть період і обертову частоту коліс кожного з автомобілів для всіх дослідів. 9. Заповніть таблиці в зошиті для лабораторних робіт. досліду Час, с Кількість обертів, Період обертання, Обертова частота, Обертання коліс великого діаметра досліду Час, с Кількість обертів, Період обертання, Обертова частота, Обертання коліс меншого діаметра 10. Проаналізувавши результати експерименту, зробіть висновок, у якому відзначте, який вид руху ви сьогодні розглядали, яку величину визначали і який результат одержали. Порівняйте обертову частоту й період обертання коліс більшого й меншого діаметрів. 11. Запишіть висновки в зошит для лабораторних робіт. Додаткові питання 1. Чи всі точки колеса, яке котиться, мають однакові швидкості відносно Землі? однакову частоту обертання? 2. Майстер вже підводить вас до машини. Вал її швидко обертається, але рух його вгадується лише по легкому мерехтінню поверхні. А нумо виміри швидкість обертання валу - число обертів за хвилину, - говорить майстер. Для цього існує прилад - тахометр, але його під руками немає. А майстер говорить; Та на що тобі тахометр? Годинник на руці є, означає досить приладів. Ось вам і друге завдання: виміряти число оборотів валу, не удаючись до тахометра. Відповідь Намерить швидкість валу, що обертається, легко, провівши уздовж нього протягом двух-трех секунд лінію крейдою. При цьому на поверхні валу виходять витки. Якщо за три секунди вийшло 12 витків, то швидкість валу 240 об/хв. Висновки. Інтерактивна вправа «Моє відкриття на сьогодні». Метод «Мікрофон». Прийом «Вишиванка» Визначимо результативність уроку та ефективність методів і прийомів роботи на уроці. Учні на дошці приклеюють різнокольорові кружечки, які відповідно означають: червоний — урок цікавий; синій — хочемо таких уроків; зелений — урок результативний; чорний — урок нецікавий. А зараз ми з вами виконаємо вправу. Щоб дізнатися її назву, відгадайте загадку. Загадка. Біла корзинка, золоте денце, в ній лежить росинка і сміється сонце. (Ромашка) Інтерактивна вправа «Ромашка». Учитель заздалегідь виготовляє ромашку, а на зворотній стороні пелюсток записує запитання. Учні по черзі відривають пелюстки, читають запитання і відповідають. Запитання В яких одиницях СІ вимірюється період обертання? Чому дорівнює період обертання секундної стрілки годинника? хвилинної? годинної? Чому дорівнює період обертання Землі навколо своєї осі? навколо Сонця? Як спрямована швидкість під час руху по колу? Чому дорівнює період обертання Землі навколо Сонця? Чому дорівнює період обертання Місяця навколо Землі? Як полетить тягарець, що обертається на нитці, якщо нитку раптово обірвати? Обертова частота якої зі стрілок більше: годинної чи хвилинної? Чому? Спостереження за яким процесом призвело до появи таких одиниць виміру, як місяць і тиждень? Наведіть два–три приклади криволінійних рухів. Наведіть два–три приклади рівномірного руху по колу. Що таке обертовий рух? Наведіть приклади такого руху. Як спрямована миттєва швидкість під час руху по колу? Наведіть два–три приклади. Яку траєкторію під час руху по прямолінійній дорозі описує центр колеса автомобіля? Які частини велосипеда під час його руху описують прямолінійні, а які - криволінійні траєкторії відносно дороги? Чому дорівнює період обертання Землі навколо Сонця? Місяця навколо Землі? Чому дорівнює період обертання годинної стрілки годинників? Хвилинної? Секундної? {Годинна стрілка робить один повний оберт за 12 годин — це і є період її обертання. Період обертання хвилинної стрілки — 1 год, а секундної — 1 хв.} VІІ Домашнє завдання § 5; впр. № 5 (задачі 2, 5); експериментальне завдання 2. § 4. CP — задачі 5.1; 5.3; 5.5; 5.7; 5.8; ДР — задачі 5.9; 5.11; BP — задачі 5.13—5.15. Задача 1. Яка швидкість точок земного екватора? Прийміть, що довжина екватора дорівнює 40000 км. Задача 2. Знайдіть частоту обертання барабана лебідки діаметром 16 см, коли вантаж піднімають зі швидкістю 40 см/А. Задача 3. Діаметр передніх коліс трактора у два рази менший, ніж задні. Порівняйте частоти обертання коліс, коли трактор рухається. Задача 4. Під час полярного літа полярник вирішив обійти полюс, ідучи «слідом за Сонцем». По колу якого радіуса повинен іти полярник, якщо його швидкість 4 км/год? Додаткова задача. Під час рівномірного обертання диска його радіус за 1 с повернувся на 40° (рис. 5). Визначте період і частоту обертання диска. З якою швидкістю рухаються точки, розташовані на ободі диска, якщо його радіус 20 см? Творче завдання. Підготувати коротке повідомлення на тему "Частота обертання різних тіл, які зустрічаються у техніці". Додаткове. Чи всі точки колеса, же котиться, мають однакові швидкості відносно землі? однакову частоту обертання? Домашній експеримент. У вас є тільки кулька діаметром 25 мм на нитці довжиною 200 мм, лінійка вимірювальна 30 - 35 см з міліметровими поділками, годинник з секундною стрілкою. Зберіть установку як показано на малюнку. Обертаючи кульку рівномірно по колу, виміряйте, наприклад, 30 повних обертів кульки. Знаючи час руху, число обертів та радіус обертання, вичисліть модулі кутової та лінійної швидкостей кульки відносно стола і доцентрове прискорення. Результати вимірювань запишіть у зошит. Дайте відповіді на питання: Чи зміниться час одного обертання кульки, якщо відраховувати, наприклад, не 30, а 60 оборотів? Коли результат буде точніше? Чи зміниться час одного обороту кульки, якщо радіус обертання (на тій самій нитці) зменшити в 2 рази? Як зміняться модулі кутової та лінійної швидкостей кульки, якщо його радіус обертання збільшити в 2 рази?

Схожі: