зміст

Вступ. 3

Криволінійний рух. Переміщення, швидкість і прискорення при криволінійному русі .. 3

Рух по колу. Лінійна і кутова швидкості при рівномірному русі по колу .. 4

Прискорення при рівномірному русі тіла (точки) по колу .. 5

Висновок. 7

Література. 8

вступ

Формування понять обертального руху в середній школі відповідає вивченню розділу криволінійного руху, де учні отримують лише загальні уявлення про криволинейном русі і більш детально вивчають рівномірний рух тіла (точки) по колу. Основними новими фізичними поняттями, які розглядаються в даній темі, є кутова і лінійна швидкості, радіан, доцентровийприскорення. Формуванню їх учитель повинен приділити серйозну увагу. У той же час при вивченні криволінійного руху миттєва швидкість, про яку учні знають з попередньої теми, набуває особливого значення. У даній темі основна задача механіки вирішується для випадку рівномірного руху тіла (точки) по колу. Цією темою завершується розділ «Кінематика». Тому в ній повинно бути зроблено узагальнення знань про кінематичних поняттях, які широко застосовуватимуться в подальшому. Отже, в кінці теми доцільно провести урок узагальнюючого повторення.

На вивчення теми «Криволінійний рух» програмою відводиться 6 год. Рекомендуємо таке застосування планування матеріалу теми:

1. Криволінійний рух. Переміщення, швидкість і прискорення при криволінійному русі.

2. Рух по колу. Кут повороту, радіан. Вирішення задач.

3. Кутова і лінійна швидкості при рівномірному русі по колу. Вирішення задач.

4. Прискорення при рівномірному русі тіла по колу.

5. Про відносності руху тіла при обертанні системи відліку.

6. Узагальнююче повторення. Вирішення задач.

Криволінійний рух. Переміщення, швидкість і прискорення при криволінійному русі

З курсу фізики VI класу учні знають, що рух, траєкторією якого є крива лінія, називається криволінійним рухом. У VIII класі ці знання доповнюються і поглиблюються.

Наводимо приклади криволінійного руху (рух тіла, кинутого під кутом до горизонту; обертання Землі навколо сонця, рух штучних супутників навколо Землі, рух заряду, що вилетів з гармати і ін.)

Демонструємо деякі досліди: постріл з балістичного століть, рух кульки на відцентрової дорозі, зміна напрямку руху сталевої кульки під дією магніту.

Учні знають, що в разі прямолінійного руху траєкторія - пряма лінія і тому положення будь-якої точки траєкторії визначається однією координатою. У разі криволінійного руху, що відбувається на площині, змінюються дві координати х і у.

Після цього з'ясовуємо, як змінюється швидкість в криволінійному русі, даємо поняття про направлення швидкості і переміщення в криволінійному русі. Важливо пояснення цього матеріалу ілюструвати досвідом, який показує, що вектор швидкості точки спрямований по дотичній до траєкторії руху. Рекомендуємо на уроці показати наступну демонстрацію.

На відцентрової машині зміцнюється вертикально фанерний коло діаметром 18-20 см. Нижня його частина (сегмент) занурюється в посудину з підфарбованою водою (можна використовувати посудину від приладу по теплоємності) (Рис. 1). При обертанні кола відцентрової машини струменя води летять за напрямками дотичних до кола.

Ці досліди допомагають учням зробити висновок: напрямок швидкості криволінійного руху визначається напрямом дотичній в тій точці траєкторії, в якій знаходиться в даний момент обертання рухається матеріальна точка. Абсолютне значення швидкості в криволінійному русі вимірюється ставленням шляху, пройденого матеріальною точкою за відомий проміжок часу, до значення цього проміжку часу. Довжина шляху в цьому випадку відраховується по дузі, уздовж траєкторії руху. (Для вчителя нагадаємо, що при вивченні криволінійного руху точки в механіці користуються поняттями тангенціального і нормального прискорення і повного прискорення.)

Так як напрям дотичній до траєкторії в різних точках різна, то це означає, що в криволінійному русі в загальному випадку швидкість змінюється за напрямком.

При вивченні криволінійного руху особливого значення набуває миттєва швидкість. Звертаємо увагу і на такий факт. У криволинейном русі вектор швидкості не збігається за напрямком з вектором переміщення, а складає з ним деякий кут. У прямолінійній ж русі спрямування цих векторів співпадають чи протилежні.

Рух по колу. Лінійна і кутова швидкості при рівномірному русі по колу

Будь-яке криволінійне рух можна уявити наближено як рух по дугах деяких кіл. Саме тому Вивчення його становить значний інтерес. Можна привести багато прикладів рухів тіл, траєкторією яких є окружність (рух літака, що описує «мертву петлю», людей на каруселі, мотоциклів на поворотах дороги і т. Д.). При цьому слід зробити наступне зауваження. Якщо тіло рухається "По колу, то, взагалі кажучи, різні його точки в один і той же час проходять різні відстані. Однак якщо радіус кола значно перевершує розміри тіла, то можна описувати його рух як рух однієї матеріальної точки. Рух матеріальної точки по колу цілком характеризується швидкістю в кожній точці траєкторії. При рівномірному обертанні швидкість змінюється тільки по напрямку, а модуль швидкості залишається постійним. Однак обчислити миттєву швидкість в кожній точці криволінійної раекторіі важко і не завжди зручно. Тому для практичних цілей рух точки по колу прийнято характеризувати лінійної (окружний) швидкістю, яка є скалярною величиною і визначається довжиною шляху, пройденого точкою кола за одиницю часу.

За визначенням лінійна швидкість .

Іншими величинами, котрі характеризують рух точки по колу, є кут повороту і кутова швидкість.

При розгляді понять лінійної та кутової швидкості можна застосувати саморобний прилад (Рис. 2). Прилад виготовляють з фанери, пристрій його ясно з малюнка. Різниця лінійної і кутовий швидкостей демонструється так: поєднують нерухомий радіус ОА з рухомим радіусом ОА1, потім повільно і рівно мірно повертають на деякий кут і показують криволинейную траєкторію руху точки А - дугу Аа1 Повідомляють, що відношення довжини цієї дуги> часу і дає лінійну швидкість точки А. Потім повторюють демонстрацію і звертають увагу учнів на довжину шляхів точок А, В і С, по- різному віддалених від осі обертання. Роблять висновок про різне значення лінійних швидкостей цих точок. Рівномірно обертаючи диск і звертаючи увагу на зміну кута повороту рухомого радіусу щодо нерухомого, можна дати поняття про кутової швидкості. Повільніше і більш швидкий рух диска проілюструє рух з меншою і більшою кутовими швидкостями. Нарешті, якщо рівномірно обертати диск так, щоб він повертався за 1 с (по метроному) на кут в один радіан, можна дати поняття про одиниці кутової швидкості - 1 рад / с.

Слід звернути увагу на те, що лінійна і кутова швидкості - відносні величини. Щоб показати, що лінійна швидкість матеріальної точки, що рухається по колу, залежить від вибору системи відліку, можна привести приклад: «невпинний залізниця» з книги Я. І. Перельмана [3]. Відносність кутової швидкості можна пояснити таким прикладом. Земна куля в системі відліку, пов'язаної з Сонцем, має кутову швидкість обертання навколо своєї осі 7,27 × 10-5 рад / с. У системі ж відліку, пов'язаної з кожним з нас, кутова швидкість обертання Землі дорівнює нулю.

Для закріплення знань формул лінійної і кутовий можна запропонувати учням і таку задачу:

Знайти кутову і лінійну швидкості штучного супутника Землі, що обертається по круговій орбіті з періодом обертання Т = 88 хв, якщо відомо, що його орбіта розташована на відстані 200 км від поверхні Землі в площині екватора.

Прискорення при рівномірному русі тіла (точки) по колу

У шкільних підручниках фізики для виведення формули центростремительного прискорення найчастіше використовують спосіб, заснований на граничному переході. Однак через відсутність знань в учнів VIII класу про граничний перехід в курсі шкільної механіки він є нестрогим і важко засвоюється учнями. Тому найбільш продуктивно використовувати наступний підхід. Спочатку слід звернути увагу на ту обставину, що при рівномірному русі матеріальної точки по колу вектор швидкості безперервно змінюється у напрямку. Отже, за проміжок часу відбувається деяка зміна швидкості . Таким чином, v ~ t. В цьому випадку руху виникає прискорення .

Важливо зауважити, що тут мова йде про прискорення в точці кола, а значить проміжок часу береться досить малим. Щоб визначити напрямок вектора а, його модуль | а |, наприклад, в точці А окружності (Рис. 3), ццелесообразно скористатися властивістю двох векторів, що мають рівні модулі та утворюють малий кут, і залежністю між лінійною і кутовою швидкостями.

Нехай за дуже малий проміжок часу тіло перемістилося з точки А в точку В (див. Рис. 3). Тоді зміна вектора швидкості . Отже, для визначення досить до вектору додати вектор . З малюнка видно, що вектор , Рівний різниці , Спрямований в бік кривизни кола в точці А. По властивості векторів модуль різниці двох рівних векторів, що утворюють малий кут , Дорівнює добутку модуля вектора на кут, т. Е. . Крім того, в цьому випадку вектор повинен бути перпендикулярний вектору (Так як між векторами і кут малий). вектор швидкості (Як і ) Спрямований по Дотичній, а дотична перпендикулярна радіусу. Звідси випливає, що вектор повинен бути спрямований по радіусу кола, і спрямований до її центру. з формули - слід, що вектор прискорення має такий же напрямок, що і вектор (Так як час - скалярна величина). Таким чином, учні підводяться до висновку: вектор прискорення, що виникає при рівномірному русі окружності тіла або точки, завжди спрямований по радіусу до центру кола. Тому таке прискорення називається доцентрові.

Далі знаходять модуль доцентровий прискорення .

Необхідно звернути увагу учнів ще на наступний факт. Так як | v | і R - постійні величини, то модуль при рівномірному русі тіла по колу залишається весь час незмінним. Однак звідси ще не можна зробити висновок, що такий рух равноускоренное. Так як в процесі рівномірного руху тіла по колу вектор прискорення направлений по радіусу до центру, то безперервно змінюється його напрям. Таким чином, рівномірний рух тіла (точки) по колу є рух зі змінним прискоренням; воно не є рівноприскореному .

При вивченні руху по колу потребують конкретизації поняття «число оборотів в одиницю часу», «лінійна швидкість» і особливо «доцентровийприскорення», які для учнів досить абстрактні. Не обмежуючись формальним визначенням, корисно показати пристрою з відомими числами оборотів (краще для початку з невеликими), наприклад: електродвигун, відцентрову машину з черв'ячною передачею (число оборотів якої визначається демонстраційним тахометром), електропобутові прилади, в першу чергу найбільш доступний з них - настільний вентилятор (число оборотів вентилятора беремо з таблиці). Після цього можна навести аналогічні дані про машинах і приладах, які застосовуються в техніці (наприклад, швидкість обертання пропелера літака і вертольота). Для хлопців цікаво буде дізнатися, що гвинт вертольота обертається порівняно повільно: лише в три рази швидше, ніж диск електропрогравачі при максимальній швидкості. Електропрогравачів, відцентрової машиною і настільним вентилятором можна скористатися і для підрахунку лінійних швидкостей і доцентрових прискорень конкретних точок. Наприклад, при нарощенні диска зі швидкістю 33 об / хв доцентровийприскорення його найбільш віддалених точок становить близько 1 м / с2, що може служити своєрідним еталоном цієї величини. Точка лопаті настільного вентилятора, що відстоїть від осі обертання на 10 см, Рухається зі швидкістю 12 м / с і з доцентрові прискоренням 440 м / с2.

висновок

Формування основних понять обертального руху, як складової частини криволінійного руху, є досить важкою для засвоєння темою. Вона потребує безлічі прикладів і демонстрацій, цілком можливих для проведення на уроці. Отримані знання будуть знаходити застосування в наступних темах вивчення фізики. Учень, вільно оперує поняттями обертального руху, підготовлений до вивчення динаміки обертального руху. Також знання понять буде використовуватися в темі коливань. Слідуючи етапам, рекомендованим в даній роботі, можна в достатній мірі закріпити в учнів середньої школи розуміння розглянутих понять, необхідне для подальшого вивчення фізики, формування навичок вирішення завдань кінематики обертального руху, розуміння використання даних понять в побуті.

література

1. С.У. Гончаренко «Фізика 9»

2. В. П. Орєхова, А. В. Усовой «Методика викладання фізики 8-10 кл.» «Просвещение» 1980 г.

3. Я.І. Перельман «Цікава фізика» Кн.2 / під ред. А.В. Митрофанова; М. «Наука» 1986 р