Тема: Методика вивчення розділу «Взаємодія тіл»

Тема: Методика вивчення розділу «Взаємодія тіл»

План

1. Формування поняття сили та маси, як міри інертності тіла.

2. Вивчення сили пружності та закону Гука.

3. Методика формування понять «Сила тяжіння. Вага тіла. Невагомість».

4. Формування поняття «сила тертя».

1) Основними поняттями розділу є сила та маса. Методика фізики пропонує два підходи щодо введення цих понять, які базуються на уявленні про взаємодію тіл і відрізняються лише послідовністю введення.

Нр. У підручниках Ф. Я. Божинової і співавторів та Генденштейна першим вводиться поняття маси, а у Є. В. Коршака – сила (мотивація – такий підхід спрощує аналіз взаємодії тіл і подальше введення поняття маси.

У процесі актуалізації опорних знань (методом бесіди) з‘ясовують такі питання:

1. Що таке «фізичне тіло»?

2. Що таке механічний рух?

3. Який рух називають нерівномірним?

Зазначають, що будь-яке тіло, незалежно від того, рухається воно чи перебуває в стані спокою зазнає впливу інших тіл, що знаходяться на близькій або далекій відстані від нього.

Проводять спостереження взаємодії різних тіл і з’ясовують її результати:

ДЕ 1. Дія важків на пружину або гумову стрічку чи на лінійку, що лежить на опорах.

Висновок: тіла при взаємодії змінюють форму – деформуються.

ДЕ 2. Дію двох куль одна на одну (взаємодію), які підвішені на нитках.

ДЕ 3. Рух візків під дією стисненої пружини.

Висновок: тіло змінює свою швидкість, внаслідок дії на нього іншого тіла або кількох тіл. Якщо ж на нього не діють інші тіла, або дія скомпенсована, то тіло перебуває в стані спокою, або рівномірного руху. Уводять поняття інерції – як явища збереження швидкості тіла за умови компенсації (зрівноваження) впливу інших тіл.

Слово «взаємодія» вказує, що дії тіл є взаємними. Цим закладається основа для розуміння третього закону Ньютона (10 клас).

Для характеристики дії одного тіла на інше вводять фізичну величину – сила. Саме сила є причиною зміни швидкості тіла і деформації. Нагадаємо учням, що сила – це фізична величина, яка є мірою дії одно тіла на інше (відоме учням з 7-го класу фізика). Позначають – F (латинська літера) одиниця сили – ньютон (H).

Звертають увагу на те, що вона характеризується не лише чисельним значенням, а й напрямком і точкою прикладання.

Тобто, щоб описати силу необхідно вказати:

1. Точку прикладання сили.

2. Числове значення.

3. Лінію, вздовж якої діє сила.

4. Напрям дії сили.

Наступним кроком є з‘ясування способів вимірювання сили. Знайомлять учнів з різними типами динамометрів, не зупиняючись на принципу їх дії.

Далі з учнями з‘ясовують питання:

1) графічне зображення сил за допомогою стрілок певної довжини і напряму;

2) додавання сил, що діють вздовж однієї прямої. Вводять поняття рівнодійної;

3) умова зрівноваження сил.

Розгляд цих питань супроводжують відповідними малюнками на дошці.

Рисунки, що супроводжують пояснення вчителя

Графічне зображення сили

Масштаб 1 см – 1H

F

F=4H

F

Неправильно

Демонстрації додавання сил, що діють вздовж однієї прямої

1) F₁ F₂ F=F₂+F₁

2) F₁>F₂

F₂ F₁ F=F₁-F₂

3) F₁=F₂ Сили рівні за величиною, протилежні за напрямом.

F₁ F₂

З’ясовуємо в якому стані буде тіло?

Необхідно показати, що точку прикладання сили можна переносити вздовж лінії її дії. З цією метою видовжують підвіс і звертають увагу, на покази динамометра. Для закріплення вивченого використовують вправи в класі і в Д/З.

Формування поняття «маса» розпочинають із введення поняття «інертність». З цією метою використовують демонстрацію руху візків під дією стиснутої пружини, або взаємодії двох куль.

Відхилення однакове Відхилення різне

Висновки з результатів експерименту: швидкість змінюється протягом певного часу і зміна її різна для різних тіл. Властивість тіл по різному змінювати свою швидкість при взаємодії називається інертністю (властивість тіл, яка полягає в тому, що для певної зміни швидкості руху тіла потрібен певний час, який залежить від властивостей тіла).

Під час взаємодії .

Інертні властивості тіла слід продемонструвати дослідами (10.1, 10.2 з підручника Ф. А. Божинова). Кількісною мірою інертності є маса, одна з основних величин СІ. Одиницею маси є 1 кілограм.

Доцільно розповісти, що в різні часи існували різні міри маси. З 1872 існує остаточний еталон маси у вигляді платино – іридієвого циліндра висотою і діаметром 39 мм.

З’ясують методи вимірювання маси:

1. За зміною швидкостей тіла його і еталона при взаємодії.

2. Зважування – порівняння сил з якими Земля притягує тіло та еталон.

Зазначають переваги і недоліки кожного способу.

2) Вивчення розпочинають з демонстрації деформації тіл (пружина, гумовий шнур). Зауважують, що при взаємодії тіла змінюють форму. Під час спостереження визначають видовження пружини:

Аналізують стан тіла (гумового шнура) й вводять поняття сили пружності. З‘ясовують, що крім сили притягання тіла до Землі на тіло діє інша сила, напрямлена вертикально вгору, яка зупиняє тіло. Цю силу називають силою пружності. Чим більше деформується тіло, тим більшою є сила пружності.

Недеформована пружина

F_пр.

F_пр.

Прояв сил пружності пояснюють міжмолекулярними силами.

У конспект учні записують:

Сила пружності виникає при деформаціях і напрямлена в протилежний бік від зміщення частинок тіла.

Розповідають історію відкриття залежності між силою пружності та видовженням (встановив Р. Гук). У 1660 році він (у віці 25 років) встановив закон, який 16 років не був опублікований. В одній із книг він навів зашифроване формулювання (анаграма) закону, який розшифровувався - який розтяг така й сила. Через 2 роки він сформулював його так: сила любої пружини пропорційна її розтягу.

Для пружних деформацій:

.

- коефіцієнт пропорційності між силою і видовженням, який називають жорсткістю тіла.

Він залежить від властивостей тіла.

Графічна залежність між силою пружності F_{п р} і видовженням х має вигляд:

F_пр

X

Для тіла, що знаходиться на опорі, деформація опори викликає появу сили пружності, яка перпендикулярна до поверхні опори і називається силою нормальної реакції опори.

F_пр

N

Під час бесіди з учнями розглядають будову і дію динамометра. Пояснюють процес градуювання шкали динамометра.

При розгляді закону Гука учнів знайомлять з механічними властивостями твердих тіл, а саме:

- пружність;

- пластичність;

- крихкість.

З‘ясовують, що одні й ті ж матеріали в різних умовах можуть проявляти різні механічні властивості.

Наприклад: за великих навантажень пружна сталь стає пластичною і з її листів можна штампувати різні вироби. Нагріті металеві деталі можна кувати, розтягувати, гнути.

Пластичний свинець при низьких температурах стає пружним. Скло при 500-700⁰С стає пластичним як пластилін.

3) Сила тяжіння. Вага тіл. Невагомість.

Вивчення теми розпочинають з дослідів та бесіди з учнями про причини певної поведінки тіл:

1. Перепалити нитку на якій висить кулька. Кулька падає.

2. М‘яч кинутий горизонтально падає на землю.

3. Вода зі склянки виливається вниз.

Висновок: причиною такої поведінки є притягання тіл до землі. Це явище притягання тіл до Землі називають земним тяжінням.

Ознакою дії сили є зміна швидкості. Для підтвердження зміни швидкості учням пропонують візуально оцінити зміну швидкості тіла (на початку і в кінці падіння тіла).

Наголошують, що сила тяжіння прикладена до центра тіла і напрямлена вертикально вниз до центра Землі.

Наступним етапом є встановлення залежності сили тяжіння від маси тіла дослідним шляхом (за допомогою динамометра і важків).

= const = g

З‘ясовують, що зі збільшенням маси тіла (наприклад удвічі) сила тяжіння також збільшується вдвічі.

Коефіцієнт пропорційності між силою тяжіння і масою є фізична величина, яку називають прискоренням вільного падіння та позначають літерою g. Наводять значення прискорень на різних планетах:

Земля - 9,8; Місяць - 1,7; Сонце – 270; Марс - 3,8; Венера - 8,8; Юпітер – 24; Сатурн- 9,0.

Сила тяжіння F_т. є проявом загального явища, яке у Всесвіті називають всесвітнім тяжінням. Цю взаємодію називають гравітаційною.

Що треба знати про F_{тяжіння.}

1. Як позначається - F_т

2. Що характеризує - взаємодію (притягання) з Землею

3. Одиниця вимірювання – Н F_т

4. Яким приладом вимірюють - динамометром

5. Від чого залежить -

6. Формула для розрахунку - F_{т =}

Поняттям «вага» користуються в побуті, як правило, замість поняття «маса». Часто вага ототожнюється з силою тяжіння. Тому завдання вчителя дати наукове тлумачення поняття «вага».

Розглядаючи деформацію тіл, використовували взаємодію важка і лінійки. Увага учнів зверталася на сили, що діють на важок. Це сила тяжіння і сила пружності. На лінійку діє важок із силою Р. Ця сила прикладена до лінійки і називається вагою. Вимірюють як і силу тяжіння в Н (Ньютонах). Далі з‘ясовують як визначити величину даної сили. Аналізують наступні приклади.

	Р

Коли тіло опускають на підставку, то сила пружності F_пруж зростає до тих пір поки не стане рівною вазі Р.

Для нерухомого тіла відносно Землі вага тіла дорівнює силі тяжіння

Р mg

Р

F_т

Відмінність ваги Р від сили тяжіння F_{тяжіння}:

1. Різна природа.

2. Різні точки прикладання.

3. Р = F_тяж лише для нерухомого тіла або тіла, що рухається зі сталою швидкістю.

На відміну від сили тяжіння, значення ваги тіла може змінюватись залежно від напряму руху тіла. На дослідах з динамометром демонструють зменшення та збільшення ваги під час руху тіла з динамометром, а також зникнення ваги тіла при падінні тіла з прискоренням g. Цей стан називають станом невагомості.

Узагальнення та закріплення вивченого проводять у два етапи:

а) узагальнення і виділення основних понять;

б) розв‘язування задач.

4) Формування поняття «сила тертя».

Явище тертя і сила тертя вивчаються учнями 8 класу вперше. Тому введення цих понять доцільно робити під час бесіди вчителя з учнями. Звертаються до досвіду учнів. Якщо необхідно зрушити з місця шафу, то це зробити складно. Її руху буде заважати взаємодія з підлогою.

Взаємодія, що виникає в місці дотику тіл й перешкоджає їх відносному русу називають тертям, а силу, яка характеризує цю взаємодію – силою тертя.

Зазначають, що з явищем тертя людина зустрічається на кожному кроці: часом воно шкідливе, а часом просто незамінне. Наводять приклади, а учні доповнюють їх.

Вивченням тертя люди займаються вже п‘ятсот років. Першим досліджував його Леонардо да Вінчі. Важливі результати отримані Амонтоном і Кулоном.

Далі виклад матеріалу продовжують використовуючи демонстрації:

1. Утримування бруска на похилій дошці за допомогою сили тертя спокою.

2. Скочування візка по похилій площині і його зупинка.

3. Переміщення бруска по столу. Силу вимірюють динамометром. Тертя ковзання.

4. Той же брусок на котках (олівцях). Тертя кочення.

5. Дослід з бруском який поступово навантажують.

На основі демонстрацій класифікують сили тертя.

Далі досліджують від чого залежить сила тертя ковзання.

F V=const

F_трк

На основі ДЕ робимо висновок: сила тертя залежить від сили тиску бруска на поверхню стола; властивостей стичних поверхонь; якості обробки поверхонь.

На дошці роблять записи значень сили тертя і сили тиску. Тоді взявши їх відношення F _т/F _тиску­ помічають, що воно стале. Вводять коефіцієнт тертя:

де N – сила реакції, що рівна F _тиску

З‘ясовують від чого залежить коефіцієнт тертя . Наводять значення , яке визначають експериментально.

Слід звернути увагу учнів на причини виникнення сили тертя:

· шорсткість поверхонь;

· міжмолекулярна взаємодія.

Проводять дослід зі злипанню двох скляних пластинок і роблять висновок, що виникнення тертя пов‘язане не лише з нерівностями поверхонь, але й з подоланням молекулярних сил взаємодії поверхонь тіл, що стискаються.

Зазначають, що для зменшення сили тертя ковзання поверхні тіл змащують мастилом. Також з дослідів роблять висновок, що сила тертя кочення набагато менша сили тертя ковзання.

(Сухе тертя замінюють в‘язким тертям у рідині).

- Наводять цікаві факти про сили тертя: у живій природі (дельфіни, олені, черв‘яки та ін..)

- у техніці (тефлон, США 1943 р.)

- у побуті (ожеледиця, ковзани, лижі).

При вивченні сил тертя обов‘язково слід з‘ясувати питання про напрям сил тертя. Вказати напрям сил тертя в багатьох випадках складно, тому доводиться обмежитися найпростішими випадками. Наприклад, вияснити куди напрямлена сила тертя при спробі людини зсунути важкий предмет.

F

F_тр

Вивчення сил тертя важливе насамперед тим, що дозволяє закріпити такі важливі поняття як «інерція», «рух під дією сил, які компенсуються». Крім того ця тема дає можливість розвивати в учнів дослідницькі навички і спостережливість.

Для узагальнення знань про сили тертя в природі і техніці пропонують учням підібрати прислів‘я про тертя й пояснити:

- Не підмастиш - не поїдеш;

- Пішло, як по маслу;

- Вугра в руках не втримаєш;

- Що кругле то легше котиться;

- Ловка людина на динній корці не підсковзнеться;

- Миші ковзають по погоді;

- Немає такої людини, яка хоч раз на льоду не підсковзнулася;

- З намащеної нитки сітку не сплетеш;

- Той хто не мастить - той дуже скрипить.

- Скрипить, як не змащений віз.

- Як корова на льоду.

Дата добавления: 2015-10-21