в каком классе изучают механику по физике

Механика

Механика является одним из разделов физики. Под механикой обычно понимают классическую механику. Механика – наука, изучающая движение тел и происходящие при этом взаимодействия между ними.

В частности, каждое тело в любой момент времени занимает определенное положение в пространстве относительно других тел. Если со временем тело меняет положение в пространстве, то говорят, что тело движется, совершает механическое движение.

Механическим движением называется изменение взаимного положения тел в пространстве с течением времени.

Основная задача механики – определение положения тела в любой момент времени. Для этого нужно уметь кратко и точно указать, как движется тело, как при том или ином движении изменяется его положение с течением времени. Другими словами – найти математическое описание движения, т. е. установить сязи между величинами, характеризую­щими механическое движение.

При изучении движения материальных тел используют такие понятия, как:

Классическая механика основана на принципе относительности Галилея и законах Ньютона. Поэтому, ее еще называют – механикой Ньютона.

Механика изучает движение материальных тел, взаимодействия между материальными телами, общие законы изменения положений тел со временем, а также причины вызывающие эти изменения.

Общие законы механики подразумевают, что они справедливы при изучении движения и взаимодействия любых материальных тел (кроме элементарных частиц) от микроскопических размеров до объектов астрономических.

Механика включает в себя следующие разделы:

Следует отметить, что это не все разделы, которые входят в механику, но это основные разделы, которые изучает школьная программа. Кроме разделов указанных выше существует еще ряд разделов как имеющих самостоятельное значение, так и тесно связанных между собой и с указанными разделами.

Появление дополнительных разделов связано как с выходом за границы применимости классической механики (квантовая механика), так и с детальным изучением явлений происходящих при взаимодействии тел (например, теория упругости, теория удара).

Но, несмотря на это, классическая механика не теряет своего значения. Она является достаточной для описания в широком диапазоне наблюдаемых явлений без необходимости обращаться к специальным теориям. С другой стороны она проста для понимания и создает базу для других теорий.

Механика имеет большое значение для многих разделов астрономии, особенно для небесной механики (где изучаются движения планет, звезд и т. д.).

Особое значение механика имеет для техники. В гидродинамике, аэродинамике, динамике машин и механизмов, теории движения наземных, воздушных и транспортных средст используют уравнения и методы теоретической механики.

Источник

Все формулы по физике за 7 класс

Шпаргалки по физике за 7 класс

В рамках одной статьи сложно охватить весь курс по физике, но мы осветили основные темы за 7 класс и этого достаточно, чтобы освежить знания в памяти. Скачайте и распечатайте обе шпаргалки — одна из них (подробная) пригодится для вдумчивой подготовки к ОГЭ и ЕГЭ, а вторая (краткая) послужит для решения задач.

Для тех, кто находится на домашнем обучении или вынужден самостоятельно изучать материал ввиду пропусков по болезни, рекомендуем также учебник по физике А. В. Перышкина с формулами за 7 класс и легкими, доступными пояснениями по всем темам. Он был написан несколько десятилетий назад, но до сих пор очень популярен и востребован.

Измерение физических величин

Измерением называют определение с помощью инструментов и технических средств числового значения физической величины.

Результат измерения сравнивают с неким эталоном, принятым за единицу. В итоге значением физической величины считается полученное число с указанием единиц измерения.

В курсе по физике за 7 класс изучают правила измерений с использованием приборов со шкалой. Если цена деления шкалы неизвестна, узнать ее можно с помощью следующей формулы:

ЦД = (max − min) / n, где ЦД — цена деления, max — максимальное значение шкалы, min — минимальное значение шкалы, n — количество делений между ними.

Вместо максимального и минимального можно взять любые другие значения шкалы, числовое выражение которых нам известно.

Выделяют прямое и косвенное измерение:

при прямом измерении результат можно увидеть непосредственно на шкале инструмента;

при косвенном измерении значение величины вычисляется через другую величину (например, среднюю скорость определяют на основе нескольких замеров скорости).

Для удобства и стандартизации измерений в 1963 году была принята Международная система единиц СИ. Она регламентирует, какие единицы измерения считать основными и использовать для формул. Обозначения этих единиц также учат в программе по физике за 7 класс.

Механическое движение: формулы за 7 класс

Механическое движение — перемещение тела в пространстве, в результате которого оно меняет свое положение относительно других тел. Закономерности такого движения изучают в рамках механики и конкретно ее раздела — кинематики.

Для того, чтобы описать движение, требуется тело отсчета, система координат, а также инструмент для измерения времени. Это составляющие системы отсчета.

Изучение механического движения в курсе по физике за 7 класс включает следующие термины:

Перемещение тела — вектор, проведенный из начальной точки в конечную.

Траектория движения — мысленная линия, вдоль которой перемещается тело.

Путь — длина траектории тела от начальной до конечной точки.

Скорость — быстрота перемещения тела или отношение пройденного им пути ко времени прохождения.

Ускорение — быстрота изменения скорости, с которой движется тело.

Равномерное прямолинейное движение означает, что тело движется вдоль прямой с одинаковой скоростью. В таком случае перемещение тела и его путь будут равны.

Формула скорости равномерного прямолинейного движения:

V = S / t, где S — путь тела, t — время, за которое этот путь пройден.

Формула скорости равномерного криволинейного движения:

где S₁ и S₂ — отрезки пути, а t₁ и t₂ — время, за которое был пройден каждый из них.

Единица измерения скорости в СИ: метр в секунду (м/с).

Формула скорости равноускоренного движения:

V = V₀ + at, где V₀— начальная скорость, а — ускорение.

Сила тяжести, вес, масса, плотность

Формулы, понятия и определения, описывающие эти физические характеристики, изучают в 7 классе в рамках такого раздела физики, как динамика.

Вес тела или вещества — это векторная величина, которая характеризует, с какой силой оно действует на горизонтальную поверхность или вертикальный подвес. Не следует путать эту величину с массой, которая является скалярной величиной.

Вес тела измеряется в ньютонах, масса тела — в граммах и килограммах.

Формула веса:

P = mg, где m — масса тела, g — ускорение свободного падения.

Ускорение свободного падения возникает под действием силы тяжести, которой подвержены все находящиеся на нашей планете тела.

g = 9,806 65 м/с 2 или 9,8 Н/кг

Если тело находится в покое или в прямолинейном равномерном движении, его вес равен силе тяжести.

Но эти понятия нельзя отождествлять: сила тяжести действует на тело ввиду наличия гравитации, в то время как вес — это сила, с которой само тело действует на поверхность.

Формула плотности:

ρ = m / V, где m — масса тела или вещества, V — занимаемый объем.

Механический рычаг, момент силы

О механическом рычаге говорил еще Архимед, когда обещал перевернуть Землю, если только найдется подходящая точка опоры. Это простой механизм, который помогает поднимать грузы, закрепленные на одном его конце, прилагая силу к другому концу. При этом вес груза намного превосходит прилагаемое усилие. В 7 классе физические формулы, описывающие этот процесс, изучаются в том же разделе динамики.

Рычаг — это некое твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной точки опоры, на один конец которого действует сила, а на другом находится груз.

Перпендикуляр, проведенный от точки опоры до линии действия силы, называется плечом силы.

Рычаг находится в равновесии, если произведение силы на плечо с одной его стороны равно произведению силы на плечо с другой стороны.

Уравнение равновесия рычага:

Из этого следует, что рычаг уравновешен, когда модули приложенных к его концам сил обратно пропорциональны плечам этих сил.

Момент силы — это векторная величина, числовую характеристику которой можно описать как произведение модуля силы на плечо.

M = F × l, где F — модуль силы, l — длина плеча.

Единица измерения момента силы в СИ: ньютон-метр (Н·м).

Эта формула верна, если сила приложена перпендикулярно оси рычага. Если же она прилагается под углом, такой случай выходит за рамки курса физики за 7 класс и подробно изучается в 9 классе.

Правило моментов: рычаг уравновешен, если сумма всех моментов сил, которые поворачивают его по часовой стрелке, равна сумме всех моментов сил, которые поворачивают его в обратном направлении.

Можно сказать иначе: рычаг в равновесии, если сумма моментов всех приложенных к нему сил относительно любой оси равна нулю.

Давление, сила давления

Прилагая одну и ту же силу к предмету, можно получить разный результат в зависимости от того, на какую площадь эта сила распределена. Объясняют этот феномен в программе 7 класса физические термины «давление» и «сила давления».

Давление — это величина, равная отношению силы, действующей на поверхность, к площади этой поверхности.

Сила давления направлена перпендикулярно поверхности.

Формула давления:

p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.

Единица измерения давления в СИ: паскаль (Па).

Понятно, что при одной и той же силе воздействия более высокое давление испытает та поверхность, площадь которой меньше.

Формулу для расчета силы давления вывести несложно:

В задачах по физике за 7 класс сила давления, как правило, равна весу тела.

Давление газов и жидкостей

Жидкости и газы, заполняющие сосуд, давят на его стенки. Это давление зависит от высоты столба данного вещества и от его плотности.

Формула гидростатического давления:

р = ρ × g × h, где ρ — плотность вещества, g — сила тяжести, h — высота столба.

Единица измерения давления жидкости или газа в СИ: паскаль (Па).

Однородная жидкость или газ давит на стенки сосуда равномерно, поскольку это давление создают хаотично движущиеся молекулы. И внешнее давление, оказываемое на вещество, тоже равномерно распределяется по всему его объему.

Закон Паскаля: давление, производимое на поверхность жидкого или газообразного вещества, одинаково передается в любую его точку независимо от направления.

Внешнее давление, оказываемое на жидкость или газ, рассчитывается по формуле:

p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.

Сообщающиеся сосуды

Сообщающимися называются сосуды, которые имеют общее дно либо соединены трубкой. Уровень однородной жидкости в таких сосудах всегда одинаков, независимо от их формы и сечения.

p — плотность жидкости,

h — высота столба жидкости,

Если жидкость в сообщающихся сосудах неоднородна, т. е. имеет разную плотность, высота столба в сосуде с более плотной жидкостью будет пропорционально меньше.

Высоты столбов жидкостей с разной плотностью обратно пропорциональны плотностям.

Гидравлический пресс — это механизм, созданный на основе сообщающихся сосудов разных сечений, заполненных однородной жидкостью. Такое устройство позволяет получить выигрыш в силе для оказания статического давления на детали (сжатия, зажимания и т. д.).

Если под поршнем 1 образуется давление p₁ = f₁/s₁, а под поршнем 2 будет давление p₂ = f₂/s₂, то, согласно закону Паскаля, p₁ = p₂

Силы, действующие на поршни гидравлического пресса F₁ и F₂, прямо пропорциональны площадям этих поршней S₁ и S₂.

Другими словами, сила поршня 1 больше силы поршня 2 во столько раз, во сколько его площадь больше площади поршня 2. Это позволяет уравновесить в гидравлической машине с помощью малой силы многократно бóльшую силу.

Закон Архимеда

Сила выталкивания тела, погруженного в жидкость или газ, равна весу данной жидкости или газа в таком же объеме, как у этого тела.

Формула архимедовой силы:

Закон Архимеда помогает рассчитать, как поведет себя тело при погружении в среды разной плотности. Верны следующие утверждения:

если плотность тела выше плотности среды, оно уйдет на дно;

если плотность тела ниже, оно всплывет на поверхность.

Другими словами, тело поднимется на поверхность, если архимедова сила больше силы тяжести.

Работа, энергия, мощность

Механическая работа — это скалярная величина, которая равна произведению перемещения тела на модуль силы, под действием которой было выполнено перемещение. Подразумевается, что перемещение произошло в том же направлении, в котором действует сила.

Формула работы в курсе физики за 7 класс:

A = F × S, где F — действующая сила, S — пройденный телом путь.

Единица измерения работы в СИ: джоуль (Дж).

Такое понятие, как мощность, описывает скорость выполнения механической работы. Оно говорит о том, какая работа была совершена в единицу времени.

Мощность — это скалярная величина, равная отношению работы к временному промежутку, потребовавшемуся для ее выполнения.

Формула мощности:

N = A / t, где A — работа, t — время ее совершения.

Также мощность можно вычислить, зная силу, воздействующую на тело, и среднюю скорость перемещения этого тела.

N = F × v, где F — сила, v — средняя скорость тела.

Единица измерения мощности в СИ: ватт (Вт).

Тело может совершить какую-либо работу, если оно обладает энергией — кинетической и/или потенциальной.

Кинетической называют энергию движения тела. Она говорит о том, какую работу нужно совершить, чтобы придать телу определенную скорость.

Потенциальной называется энергия взаимодействия тела с другими телами или взаимодействия между частями одного целого. Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей, характеризует, какую работу должна совершить сила тяжести, чтобы опустить это тело снова на нулевой уровень.

Таблица с формулами по физике за 7 класс для вычисления кинетической и потенциальной энергии:

Кинетическая энергия

Пропорциональна массе тела и квадрату его скорости.

Потенциальная энергия

Равна произведению массы тела, поднятого над Землей, на ускорение свободного падения и высоту поднимания.

Полная механическая энергия

Складывается из кинетической и потенциальной энергии.

Сохранение и превращение энергии

Если механическая энергия не переходит в другие формы, то сумма потенциальной энергии и кинетической представляет собой константу.

Для того, чтобы понять, какая часть совершенной работы была полезной, вычисляют коэффициент полезного действия или КПД. С его помощью определяется эффективность различных механизмов, инструментов и т. д.

Коэффициент полезного действия (КПД) отражает полезную часть выполненной работы. Также его можно выразить через отношение полезно использованной энергии к общему количеству полученной энергии.

Формула для расчета КПД:

где А_п— полезная работа, А_з— затраченная работа.

КПД выражается в процентах и составляет всегда меньше 100%, поскольку часть энергии затрачивается на трение, повышение температуры воздуха и окружающих тел, преодоление силы тяжести и т. д.

Удачи на экзаменах!

Бесплатный марафон: как самому создавать игры, а не только играть в них (◕ᴗ◕)

Записаться на марафон

Бесплатный марафон: как самому создавать игры, а не только играть в них (◕ᴗ◕)

Источник

Научно-методический анализ раздела «Механика». Методика формирования основных понятий

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Научно-методический анализ раздела «Механика». Методика формирования основных понятий

1.Место данной темы в школьном курсе физики.

2.Основные понятия данной темы.

3. Логика построения материала данной темы.

4. Методические рекомендации по преподаванию данной темы.

5. Основные демонстрации, опыты и лабораторные работы по данной теме.

6. Типовые задачи по данной теме.

Место и основные понятия темы «Механика» в курсе физики

При обучении механике в средней школе решают определенные образовательные, воспитательные задачи и задачи развития учащихся.

Образовательные задачи определяются, прежде всего, тем, что в механике вводят основные понятия (масса, сила, импульс тела, энергия и т. д.), являющиеся «инструментом» познания в науке – физике, В этом смысле механику справедливо считают фундаментом физики. В механике учащиеся знакомятся с физической теорией – классической механикой Ньютона и такими обобщениями, как закон всемирного тяготения, законы сохранения импульса и энергии, общие условия равновесия механических систем и др.

Воспитательные задачи решаются путем формирования диалектико-материалистического взгляда на природу и ее познание, формирования политехнических знаний и умений (знания научных основ современной механизации производства, на транспорте и в сельском хозяйстве), идейно-политического воспитания на уроках физики (раскрытие интернационального характера науки, вклада русских и советских ученых в развитие механики и использования ее достижений на практике), трудового воспитания

Основа трудового воспитания на уроках физики при изучении механики – политехническое обучение, в процессе которого школьников знакомят с одним из основных направлений современного производства – механизацией. Учащиеся узнают о простых механизмах, различных видах передачи движения, законах движения и др. При проведении лабораторных работ они осваивают некоторые практические умения в обращении с измерительными инструментами. Трудолюбие воспитывают и на примерах работы ученых и изобретателей, показывая, какую огромную роль в их научных открытиях играл труд.

Решение задач развивающего обучения при изучении механики направлено на развитие логического, теоретического, научно-технического, диалектического мышления учащихся и, следовательно, на развитие их интеллекта и творческих способностей. Действительно, стройная логика механики, широкая опора в механической теории на такие общие методы познания, как анализ и синтез, индукция и дедукция, способствуют развитию логического мышления школьников

Ознакомление школьников с законами механики, с их практическим приложением, с анализом механических явлений в технике, с выполнением творческих экспериментальных заданий способствует развитию научно-технического мышления

Механика в 7 классе

Взаимодействие тел. (21 час)

Механическое движение. Путь. Скорость. Взаимодействие тел. Масса. Плотность. Сила. Сложение сил. Сила упругости. Сила трения. Сила тяжести. Свободное падение. Простые механизмы. Коэффициент полезного действия.

Равномерное и не равномерное движение.

Расчет пути и времени движения. Траектория. Прямолинейное движение.

Взаимодействие тел. Инерция. Масса. Плотность.

Измерение массы тела на весах. Расчет массы и объема по его плотности.

Сила. Силы в природе: тяготения, тяжести, трения, упругости. Закон Гука. Вес тела. Связь между силой тяжести и массой тела. Динамометр. Сложение двух сил, направленных по одной прямой. Трение.

Фронтальная лабораторная работа.

3.Измерение массы тела на рычажных весах.

4.Измерение объема тела.

5.Измерение плотности твердого вещества.

6.Градуирование пружины и измерение сил динамометром.

Скорость движения автотранспорта и уменьшение выброса в атмосферу отравляющих веществ. Вредное трение и проблема энергоснабжения.

ученик должен знать/понимать:

— явление инерции, физический закон, взаимодействие;

— смысл понятий: путь, скорость, масса, плотность, времени, массы, силы;

— выявлять зависи мость: пути от расстояния. Знать, что мерой любого взаимодей ствия тел является сила.

Уметь: приводить примеры. Знать: определение массы; единицы масс.
Уметь воспроизвес ти или написать формулу. Умение работать с приборами при на хождении массы тела.

Знать определение плотности вещест ва, формулу. Уметь работать с физическими вели чинами, входящими в данную формулу

Умение работать с приборами (мензурка, весы)

Уметь работать с физическими вели чинами, входящими в формулу нахож дения массы веще ства

— работать с физи ческими величинами, входящими в формулу нахожде ния массы вещества;

— работать с приборами.

Уметь воспроизводить и находить физические величины: масса, плотность, объем вещества.

Знать определение силы, единицы ее измерения и обозначения

Знать определение силы тяжести. Уметь схематически изобразить точку ее приложения к телу

Знать определение силы упругости. Уметь схематически изобразить точку ее приложения к телу.

Отработка формулы зависимости между силой и массой тела.

Механическое движение. Равномерное и неравномерное движение.

Урок изучения новых знаний

Механическое движение. Траектория. Путь. Прямолиней ное равномерное движение.

— явление инерции,
физический закон,
взаимодействие;

— смысл понятий:
путь, скорость, масса,
плотность.
Уметь:

— описывать и объ
яснять равномерное
прямолинейное дви—
жение;

— использовать фи-
зические приборы
для измерения пути,

Скорость тела. Единицы скорости.

Скорость прямоли нейного равномер ного движения.

Расчет пути и времени движения.

Урок за крепле ния зна ний

Методы измерения расстояния, време ни, скорости.

17, составить и решить 2 задачи на расчет s и t

Знать, что мерой любого взаимодей ствия тел является сила.

Уметь приводить примеры.

Масса тела. Единицы массы. Измерение массы тела на весах.

Масса тела. Плотность вещества.

— единицы масс.
Уметь воспроизвес-
ти или написать
формулу.

Опорный кон спект. Упр.12 (1,3,4,5). Подготовка к лабораторной работе.

Лабораторная работа №3

«Измерение массы вещества на рычаж ных весах».

Методы измерения массы и плотности.

Умение работать с приборами при на хождении массы тела.

Написать вывод и правильно офор мить работу.

Лабораторная работа № 4 «Измерение объёма тела».

Методы измерения объёма тела.

Умение работать с приборами при на хождении объёма тела.

Написать вывод и правильно офор мить работу.

Лабораторная работа № 4 «Измерение объ ема твердого тела». Лабораторная работа № 5 «Определение плотности твердого тела»

Знать определение плотности вещест ва, формулу. Уметь работать с физическими вели чинами, входящими в данную формулу.

Лабораторная работа № 5 «Определение плотности твёрдого тела».

Умение работать с приборами (мензурка, весы).

Написать вывод и правильно офор мить работу.

Расчет массы и объе ма тела по плотности его вещества.

Методы измерения массы и плотности.

Уметь работать с физическими вели чинами, входящими в формулу нахож дения массы веще ства.

Ставить и решить 2 задачи на расчет m и v

Решение задач по теме: «Механическое движение. Масса. Плотность».

Методы измерения массы и плотности.

— работать с физи-
ческими величина-
ми, входящими в
формулу нахожде-
ния массы вещест-
ва;

— работать с прибо-
рами.

Решение за дач, подготовка к контрольной работе.

Упр.8(3,4), повторить, подготовиться к контр. раб.

Контрольная работа №1 по теме: «Механическое движение. Масса. Плотность».

Методы измерения массы и плотности.

Уметь воспроизводить и находить физические величины: масса, плотность, объем вещества

Сила. Явление тяготения. Сила тяжести

Знать определение силы, единицы ее измерения и обозначения.

Знать определение силы упругости. Уметь схематически изобразить точку ее приложения к телу.

Знать определение веса тела.

Единицы силы. Связь между силой и массой тела

Единицы силы. Связь между силой и массой тела.

Отработка формулы зависимости между силой и массой тела.

Опрос, выпол нение упр. 19.

Динамометр. Лабораторная работа №6

«Гра дуирование пружины и измерение сил дина мометром»

Метод измерения силы.

Уметь работать с физическими приборами. Градуирование шкалы прибора.

Упр. 17. Про верка лабораторной работы. Вывод.

Сложение двух сил направленных по одной прямой.

Правило сложения сил.

Умение составлять схемы векторов сил, действующих на тело.

Умение рабо тать с чертеж ными инстру ментами (ли нейка, треугольник)

Урок изучения новых знаний

Знать определение силы трения. Уметь привести примеры

Трение в природе и технике.

Урок изучения новых знаний

Трение в природе и технике.

Работа и мощность. Энергия. (12 часов)

Работа. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии. Простые механизмы. КПД механизмов.

Рычаг. Равновесие сил на рычаге. Момент силы. Рычаги в технике, быту и природе. Применение закона равновесия рычага к блоку. Равенство работ при использовании простых механизмов. «Золотое правило» механики.

Фронтальная лабораторная работа.

9.Выяснение условия равновесия рычага.

10.Измерение КПД при подъеме по наклонной плоскости.

Понятие равновесия в экологическом смысле.

Экологическая безопасность различных механизмов.

Связь прогресса человеческой цивилизации с энергопотреблением.

Использование энергии рек и ветра.

ученик должен знать/понимать:

определение работы, обозначе ние физической ве личины и единицы измерения.

Знать определение мощности, обозначение физической в еличины и едини цы измерения. Зн ать определение физических вели чин: работа, мощность.

Уметь воспроизво дить формулы, на ходить физические величины: работа, мощность.

Знать устройство рычага. Уметь изобразить на рисунке расположение сил и найти момент силы. Уметь:

— проводить экспе римент и измерять длину плеч рычага и
массу грузов; работать с физи ческими приборами.

Работа и мощность. Энергия. (14 часов)

Механическая работа. Единицы работы.

Урок изучения новых знаний

Знать определение работы, обозначе ние физической ве личины и единицы измерения.

Знать определение мощности, обозначение физической

величины и едини цы измерения.

Простые механизмы. Рычаг.

Урок изучения новых знаний

Знать устройство рычага.

55,56, №736, 737*, зад. 18(2)

на рисунке расположение сил и най-

Рычаги в технике, быту и в природе. Лабораторная работа

— проводить экспе-
римент и измерять
длину плеч рычага и
массу грузов;

— работать с физи-
ческими приборами

Блоки. «Золотое пра вило» механики.

Знать устройство блока и золотое правило механики, объяснять на примерах.

59,60, кпр.31 (5), зад. 19

Решение задач на тему: «Золотое правило механики».

Коэффициент полезного действия механизма.

Повторения и обоб щения

физических вели чин: работа, мощ ность, КПД, энергия.

силу, высоту, работу (полезную и затраченную).

ная и кинетическая

хранения механиче ской энергии. Про стые механизмы. Методы измерения

— единицы измере-
ния энергии;

Знать смысл закона

приводить примеры механической энер гии и ее превращения

Знать формулы нахождения физических величин: работа, мощность, КПД

Повторение материала по теме «Взаимодействие тел»

по теме «Взаимодействие тел»

Базовые понятия (Стандарт).

Знать определения, обозначение, нахождение изученных величин.

Логика построения материала в теме «Механика»

В программе одиннадцатилетней средней школы механика представлена четырьмя подразделами: основы кинематики, основы динамики, законы сохранения, механические колебания и волны.

В кинематике изучают равномерное, равноускоренное прямолинейное, криволинейное движения и их характеристики. Вводят понятие материальной точки, траектории, перемещения и пути, пройденного телом вдоль траектории, системы отсчета, скорости и ускорения. При формировании понятий перемещения, скорости, ускорения большое внимание уделяют векторному характеру этих величин. В рамках прямолинейного движения усвоение векторного характера скорости и ускорения затруднено (все векторы направлены вдоль одной прямой, и действия над ними можно проводить алгебраически). Завершается раскрытие векторного характера этих величин при рассмотрении криволинейного движения.

Программа одиннадцатилетней общеобразовательной школы ориентирует на введение основных характеристик скорости и ускорения как общих характеристик, с помощью которых можно распознавать характер движения, предварительно оговорив систему отсчёта.

В динамике сначала рассматривают первый закон Ньютона, вводят основные динамические характеристики движения – массу и силу, а затем – второй закон Ньютона, в котором представлена связь между силой, ускорением и массой. Чтобы записать второй закон Ньютона для случая действия на тело нескольких сил, рассматривают сложение сил, после этого вводят третий закон Ньютона. Законы Ньютона являются фундаментальными в механике, обобщающими, подтвержденными практикой и экспериментом, поэтому их вначале формулируют, а затем иллюстрируют с помощью эксперимента.

В ходе изучения видов взаимодействия сил в механике (гравитационных, упругости, сопротивления) выявляют зависимость их от взаимного расположения тел и от скорости движения одного тела относительно другого. После введения гравитационных сил изучают закон всемирного тяготения, дают понятие о силе тяжести, центре тяжести и рассматривают движения, в которых изменение скорости происходит в результате действия силы тяжести. Подчеркивают роль начальных условий, проводят расчет первой космической скорости. Далее рассматривают силы упругости и закон Гука. Понятие веса тела вводят как пример силы упругости. Завершают рассмотрение видов сил в механике изучением силы трения, коэффициента трения и изменения скорости движущегося тела в результате действия силы трения. Показывают, что гравитационные силы и силы упругости являются функцией расстояния между взаимодействующими телами, а силы трения – функцией относительной скорости.

При изучении видов механических сил большое внимание уделяют практическим работам учащихся. По этим вопросам, программой предусмотрено четыре фронтальные лабораторные работы: «Измерение жесткости пружины», «Измерение коэффициента трения скольжения», «Изучение движения тела, брошенного горизонтально», «Изучение движения тела по окружности при действии сил упругости и тяжести».

Методические рекомендации по преподаванию механике

Первая особенность этого раздела заключается в том, что именно с механики начинают изучение курса физики IX – XI классов. Это объясняется тем, что механические процессы являются формой движения, наиболее доступной для наблюдения. К тому же моделирование физических систем в классической физике связано с созданием механических образов. Это определяет место механики в общеобразовательном курсе физики и требует от учителя внимания к прочному усвоению учащимися материала.

Вторая особенность – в механике достаточно полно представлена физическая теория. (Ни в одном другом разделе школьного курса физики этого нет.) Поэтому учителю предоставляется возможность на примере механики проиллюстрировать структуру физической теории.

В любой физической теории можно условно выделить основание, ядро и выводы. Основанием механической теории являются идеализированный объект – материальная точка, определенное число экспериментальных фактов (опыты Галилея, Кавендиша и др.), основные физические величины – перемещение, скорость, ускорение, масса материальной точки.

Ядро механической теории содержит систему абстракций (постулаты об однородности и изотропности пространства, об однородности времени, о мгновенном воздействии одного тела на другое без материальных посредников), законы Ньютона, принцип независимости действия сил, формулировку основной задачи механики. Выводы этой теории включают возможность определения положения материальной точки в пространстве в любой момент времени по заданным силе (или векторной сумме сил) и начальным условиям.

Основные выводы, к которым приводит теория механики и которые должны быть усвоены учащимися, следующие:

1) Состояние изолированной системы материальных точек для некоторого момента времени вполне определяется их координатами и импульсом.

2) Материальные точки действуют друг на друга с силами, изменяющими их импульсы.

3) Состояние механической системы во все последующее время однозначно вытекает из ее начального состояния и определяется уравнениями Ньютона.

4) Взаимодействие осуществляется на расстоянии (минуя материальные носители) и передается мгновенно (принцип дальнодействия). Механика Ньютона не рассматривает природу сил.

5) Третья особенность раздела – использование эксперимента в преподавании механики. Эксперимент является источником познания и критерием истинности любой теории, поэтому он должен лежать в основе изучения и механики. В механике большое значение приобретают классические опыты, явившиеся поворотным пунктом в развитии науки. Они составляют особую группу опытов. Это опыты по изучению движения падающих тел и опыты с маятниками, опыты Галилея и Ньютона по экспериментальному доказательству равенства инертной и гравитационной масс, опыты Кавендища, Жолли, Рихарца по обнаружению тяготения и измерению гравитационной постоянной и др. Их не всегда можно воспроизвести в школе. В этом случае их можно проиллюстрировать с помощью различных средств наглядности – учебных кинофильмов, моделей, таблиц и др.

Другую группу опытов в механике составляют опыты иллюстративного характера, имеющие дидактическое, обучающее значение. Для этих опытов промышленность выпускает специальные приборы по механике для демонстрации и лабораторных работ.

Основные демонстрации, опыты и лабораторные работы по данной теме

Модель декартовой системы координат.

Правое и левое вращение; правый и левый винт.

Виды движений: Поступательное и вращательное движения.

Вектор скорости: Опыт с точилом.

Суперпозиция перемещений: Независимость горизонтального и вертикального перемещения при движении в поле тяжести.

Равноускоренное движение: Скатывание тележки с наклонной плоскости.

Правило сложения векторов: Конечное угловое перемещение не вектор.

Стробоскопический эффект: Наблюдение вращающихся тел и измерение частоты вращения с помощью стробоскопа.

Тележка на тележке.

Маятник Максвелла на весах.

Взаимодействие стального шарика с магнитом.

Выдергивание скатерти из-под сосуда с водой.

Опыт с инерцией гири.

Закон Гука и нелинейные деформации.

Соскальзывание бруска с наклонной плоскости.

Шарик в мертвой петле.

Движение центра масс системы тел.

Удар шаров: абсолютно упругий.

Удар шаров: абсолютно неупругий.

Сохранение момента импульса при переменном моменте инерции.

Зависимость углового ускорения от момента сил (разные грузы).

Зависимость углового ускорения от момента сил (разные радиусы шкивов).

Зависимость углового ускорения от момента инерции.

В механике большое значение приобретают классические опыты, явившиеся поворотным пунктом в развитии науки. Они составляют особую группу опытов. Это опыты по изучению движения падающих тел и опыты с маятниками, опыты Галилея и Ньютона по экспериментальному доказательству равенства инертной и гравитационной масс, опыты Кавендища, Жолли, Рихарца по обнаружению тяготения и измерению гравитационной постоянной и др. Их не всегда можно воспроизвести в школе. В этом случае их можно проиллюстрировать с помощью различных средств наглядности – учебных кинофильмов, моделей, таблиц и др.

Работа. Мощность. Энергия

Типовые задачи по данной теме

Гоночный автомобиль за 10 мин проезжает путь, равный 109,2 км. Определите его среднюю скорость.

Лучшие конькобежцы дистанцию 1500 м пробегают за 1 мин 52,2 с. С какой средней скоростью они проходят эту дистанцию?

Лыжник, спускаясь с горы, проходит 50 м за 5 с. Спустившись с горы и продолжая двигаться, он до полной остановки проходит еще 30 м за 15 с. Найдите среднюю скорость лыжника за все время движения?

Расчет пути и времени движения.

На велосипеде можно без особого напряжения ехать со скоростью 3 м/с. На какое расстояние можно уехать за 1,5 ч?

Масса тела. Единицы массы.

Выразите в килограммах массы тел: 3 т; 0,25 т; 300г; 150 г;10 мг.

Из неподвижной лодки, масса которой 80 кг, прыгает на берег мальчик. Масса мальчика 40 кг, скорость его при прыжке 2 м/с. Какую скорость приобрела лодка?

Единицы силы. Связь между силой тяжести и массой тела.

Определить силу тяжести, действующую на тело массой 3,5 кг; 400 г; 1,5 т; 60 г.

Сложение 2 сил, направленных по одной прямой. Равнодействующая сил

Человек спускается на парашюте, двигаясь равномерно. Сила тяжести парашютиста вместе с парашютом, двигаясь равномерно. Сила тяжести парашютиста вместе с парашютистом 700 Н. Чему равна сила сопротивления воздуха?

Источник