Механика - наука о движении тел - Кинематика

Тематическое планирование к учебнику С. В. Громова

Глава 1. Кинематика (9 ч)

Наука о движении тел. Ускорение. Скорость и путь при равноускоренном движении. Равномерное движение по окружности. Период и частота обращения.

Глава 2. Динамика (14 ч)

Первый, второй, третий законы Ньютона. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Развитие ракетной техники. Энергия. Закон сохранения энергии. Использование энергии движущейся воды и ветра.

Глава 3. Колебания и волны (15 ч)

Механические колебания. Превращения энергии при колебаниях. Виды колебаний. Резонанс. Механические волны. Скорость и длина волны. Сейсмические волны. Звуковые волны. Звук в различных средах. Громкость и высота звука. Эхо. Инфразвук и ультразвук.

Глава 4. Внутренняя энергия (13 ч)

Тепловые явления. Внутренняя энергия. Два способа изменения внутренней энергии: работа и теплоотдача. Виды теплоотдачи. Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества. Закон сохранения внутренней энергии. Уравнение теплового баланса.

Глава 5. Изменение агрегатных состояний вещества (16 ч)

Агрегатные состояния вещества. Плавление и отвердевание тел. Температура плавления. Удельная теплота плавления. Испарение и конденсация. Относительная влажность воздуха и ее измерение. Кипение. Температура кипения. Удельная теплота парообразования. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива. Тепловые двигатели: Изобретение автомобиля и паровоза. Двигатель внутреннего сгорания.

Глава I. Кинематика

Урок 1. Механика - наука о движении тел

Цели: знакомство с одним из важнейших разделов физики - механикой; определение структуры механики, основных понятий.

Демонстрации: движение тел по наклонной плоскости; относительное движение тел.

Ход урока

Введение

Во вступительной части учитель рассказывает, что будут изучать учащиеся в этом учебном году, наши задания их ждут. Также необходимо напомнить технику безопасности на уроках физики и во время проведения лабораторных работ.

Физика - наука о наиболее простых и наиболее общих свойствах мира.

- Какие закономерности вы уже подметили в природе? Вы уверены, что это - закономерности? Почему? Учитываете ли вы эти закономерности в повседневной жизни? Как учитываете?

Какие опасности угрожают нашей планете? Можете ли вы лично принять участие в спасении Земли? Что для этого делают люди? Кто же подвергает Землю опасности?

- Верите ли вы в чудеса? А что это такое - чудо? Вы видели хотя бы одно чудо? Расскажите, это интересно!

- Какие «чудеса» подарила людям наука? Расскажите.

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Механика - наука о движении тел; кинематика как раздел механики;

2. Механическое движение; система отсчета;

3. Относительность и абсолютность движения;

4. Понятие материальной точки;

5. История развития учения о механике.

1. На первом уроке учащиеся приступают к изучению одного из важнейших разделов физики - механики. Механика, как раздел физики, изучает механические движения. Структурно механика делится на три части: кинематика, динамика и статика. Каждый из этих разделов решает свой круг задач.

Кинематика изучает движение тел без учета тех причин, которые вызывают данное движение. Основными понятиями кинематики являются скорость, время, путь, координатная система отсчета, материальная точка и другие.

2. «Дайте мне материю и движение, и я построю Вселенную», - говорил французский ученый Рене Декарт (1596-1650). Но что такое движение? Согласно Декарту, «движение, в обычном понимании этого слова, есть не что иное, как действие, посредством которого данное тело переходит с одного места на другое». В наши дни движение иногда определяют как изменение положения тела в пространстве с течением времени. Однако еще Эйнштейн предупреждал, что, согласившись с таким определением, мы «примем на свою совесть не один тяжкий грех», ибо «неясно, что следует понимать здесь под словами «место» и «пространство».

Действительно, представьте, что перед вами на столе лежит яблоко. Кроме вас, в комнате больше никого нет. Закройте глаза на секунду, а затем откройте их. Можно ли утверждать, что яблоко, которое вы снова видите перед собой, продолжает находиться в том же самом месте пространства, в каком находилось за секунду до этого?

Если вы уже готовы ответить «да», то подумайте, не забыли ли вы о том, что за эту секунду Яблоко вместе с земным шаром успело пролететь в пространстве путь в 30 км? Но, если вы это учтете и скажете, что яблоко окажется в 30 км от первоначального места, то и в таком случае ответ нельзя будет признать удовлетворительным. Ведь и Солнце движется вокруг центра Галактики, а сама Галактика - относительно других скоплений звезд.

Ясно, что говорить о механическом движении можно лишь при условии, когда есть минимум два тела. В противном случае мы никогда не можем сказать, движется данное тело или нет. Любое движение мы рассматриваем относительно других тел.

Например, очень часто мы говорим, что тело перемещается относительно земли, дерева и так далее.

Главным в кинематике является определение координат тела в любой отрезок времени. Для этого вводят понятие система отсчета.

Система отсчета - совокупность тела отсчета, системы координат, связанной с ним, и часов.

Например, при помощи одной координаты определяют положение тела, которое движется по прямой (рис. 74).

При помощи прямоугольной системы координат XOY определяют положение тела на плоскости (рис. 75).

И, наконец, трехмерная система координат определяет положение тела в пространстве (рис. 76).

3. В различных системах отсчета одно и то же движение может выглядеть по-разному. Причем разный вид будут иметь и траектории, и перемещения. Разными будут и скорости.

Учитель может продемонстрировать относительность движения на примере бруска, неподвижно лежащего на двигающейся тележке (рис. 77). Брусок неподвижен относительно тележки, но перемещается относительно земли.

Можно рассмотреть траекторию падения мяча относительно точки падения, и сбоку, относительно земли.

Все эти опыты показывают относительность механического движения.

Но механическому движению присуща и абсолютность. Скорость сближения двух тел одинакова и с точки зрения наблюдателя, и из окна поезда. Невозможно найти такую систему отсчета, в которой данные тела не сближались бы, а, например, удалялись друг от друга.

4. На данном уроке желательно дать еще одно важное определение. Это понятие материальной точки.

Под материальной точкой понимают любое тело, размерами которого можно пренебречь без искажения физического содержания процесса. Это фундаментальное понятие и кинематики и динамики.

На примерах следует разобрать, в каких случаях данное тело является материальной точкой, а в каких - нет:

- движение большого (малого) бруска по прямой на опоре;

- выруливание самолета на взлетную полосу, и его полет из Москвы в Киев;

- движение слона в «посудной лавке», и движение Земли по орбите вокруг Солнца.

5. В конце урока есть смысл немного рассказать об истории развития взглядов на механику. Достаточно ярко это демонстрируется на апориях Зенона (Ахилл и черепаха). Суть парадокса - в замене непрерывного течения времени на дискретный ход. Или, как в другой апории, рассматриваемое движение происходит в разных системах отсчета, что приводит к парадоксу.

III. Закрепление изученного

С целью закрепления изученного материала можно предложить ученикам ряд простых качественных задач на понятие системы отсчета, материальной точки:

1. В движущемся вагоне пассажирского поезда на столе лежит книга. В покое или движении находится эта книга относительно: а) рельсов; б) стола?

2. Как движется токоприемник, расположенный на крыше вагона электропоезда, относительно: а) вагона; б) контактного провода?

3. Автомобиль и комбайн движутся прямолинейно, так что некоторое время расстояние между ними не меняется. Укажите, относительно каких тел они находятся в это время в покое, и относительно каких тел движутся?

4. Сидящий на вращающемся «чертовом колесе» видит, что колесо относительно него неподвижно, а деревья и строения движутся. С каким телом в данном случае связана система отсчета?

5. Изобразите схематически траекторию движения точек винта самолета относительно земли.

6. Приведите примеры задач, в которых спортсмена а) можно считать материальной точкой; б) нельзя считать материальной точкой.

7. Можно ли при определении объема стального шарика с помощью мензурки считать этот шарик материальной точкой?

8. Из центра горизонтально расположенного вращающегося диска по его поверхности вдоль радиуса пущен шарик. Каковы траектории шарика относительно земли и диска?

IV. Итог урока

Подводя итог урока, можно задать учащимся ряд вопросов по изученному материалу:

- Что изучает механика?

- На какие разделы делится механика?

- Что изучает кинематика как раздел механики?

- Вспомните определение механического движения.

- Приведите примеры относительности и абсолютности механического движения.

- Что такое материальная точка?

Домашнее задание*

1. § 1 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Задачи и упражнения (учебник, с. 126): № 1-5.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 137, 142.

Дополнительный материал

Кинематика материальной точки

В конце XVIII - начале XIX вв. в науке о движении тел (механике) постепенно стал формироваться раздел, в котором давалось лишь математическое описание того, как движутся тела, без выяснения причин, почему они так движутся. В 1818 г. польский математик и философ Юзеф Вронский (1776-1853) назвал этот раздел форономией. Однако более широкое распространение получило другое его название - кинематика (от греч. «кинематос» - «движение»), которое впервые появилось в 1834 г. в одной из работ французского ученого Андре Мари Ампера (1775-1836).

Кинематика дает в руки исследователя мощный «инструмент», позволяющий работать в области изучения движения. Она объясняет, какими способами и какими математическими средствами можно описать перемещение тела из одного места в другое. Из множества факторов, влияющих на движение тел, здесь учитывается лишь то, что оно происходит в пространстве и во времени. Но соотношения между расстояниями в пространстве изучаются в геометрии, а свойства времени - в науке, называемой хронометрией (от греч. «хронос» - «время» и «метрео» - «измеряю»), поэтому можно сказать, что кинематика представляет собой объединение геометрии и хронометрии (или геометрию пространства - времени).

В кинематике рассматриваются физические свойства тел (инертность и способность взаимодействовать) и поэтому отсутствуют такие понятия, как масса и сила. Основными в ней являются лишь геометрические характеристики движения - перемещение, скорость и ускорение. Наиболее «молодое» из перечисленных понятий - ускорение. В качестве особой физической величины оно было введено в физику в 1841 г. французским ученым Жаном Виктором Понселе (1788-1867). Вот почему именно этот год считают годом создания кинематики как самостоятельной науки.

---

*В пособии предлагается примерное домашнее задание. Учитель, исходя из уровня подготовки учащихся, сам выбирает число и уровень предлагаемых задач. В большинстве случаев учащимся предлагается домашнее задание, состоящее из трех частей: материал из учебника; задачи раздела учебника «Задачи й упражнения» (с. 126); задачи из сборника задач по физике В. И. Лукашика. Обратите внимание, что из сборника В. И. Лукашика предлагаются, в основном, задачи повышенной сложности для учащихся с высоким уровнем подготовки.