Второй закон Ньютона - Динамика

Цели: изучить физическое содержание Второго закона Ньютона - основного закона динамики.

Демонстрации: взаимодействие магнитной стрелки компаса с постоянным магнитом; взаимодействие бруска и сжатой пружины.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

При повторении изученного материала особое внимание необходимо уделить глубокому пониманию содержания первого закона Ньютона. Для этого, конечно, недостаточно формально пересказать содержание материала учебника.

Будет лучше, если повторение домашнего задания будет разбито на два этапа. На первом этапе два ученика могут ответить на вопросы к § 7. При этом нужно акцентировать внимание на правильном понимании реальных моделированных систем и их идеальных моделях. Точно такой же подход должен быть и в понимании инерциальных систем отсчета.

На втором этапе можно предложить ученикам ответить на ряд вопросов по теме, например:

- Может ли автомобиль двигаться по горизонтальному шоссе равномерно с выключенным двигателем?

- Парашютист равномерно спускается на землю. Действие каких сил скомпенсировано?

- Воздушный шарик, заполненный водородом, поднимается вверх. Какие силы действуют на шарик? Скомпенсированы ли они?

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Взаимодействие тел. Демонстрация опытов.

2. Сила как мера взаимодействия тел.

3. Второй закон Ньютона.

4. Расчет ускорения.

1. Переходя к изложению нового материала, следует обратить внимание, что в реальном мире, который нас окружает, практически не встречается изолированных тел. Следовательно, обычно тела взаимодействуют с другими, и не всегда при этом действие сил скомпенсировано.

Ранее было отмечено, что в качестве инерциальной системы отсчета можно выбирать систему, связанную с Землей. В этом случае первый закон Ньютона выполняется, если действие сил скомпенсировано.

Если рассмотреть на опыте поведение магнитной стрелки, то она выставляется определенным образом по магнитному полю Земли. Стоит только к компасу поднести постоянный магнит, как стрелка начинает менять свое положение. Значит, при этом появляется нескомпенсированная сила, выводящая стрелку из состояния покоя.

Если прикрепить брусок к сжатой пружине, а затем отпустить (см. рис. 96), тo брусок начнет двигаться по направлению силы упругости пружины.

2. Таким образом, говоря об изменении скорости тела, мы всегда подразумеваем обязательное взаимодействие тел, причем силы в этом случае нескомпенсированы.

Мерой взаимодействия тел между собой является векторная величина, I которая называется силой (F).

Основной единицей силы в системе СИ является ньютон (Н).

F = [H].

Если к телу сила не приложена, то тело не изменяет своего положения. Если тело до момента, когда F = 0, двигалось прямолинейно и равномерно, то в любой инерциальной системе отсчета такой тип движения сохранится.

В случае, когда F ≠ 0, тело начинает двигаться ускоренно. Так как масса тела m — мера инертности, то, наверное, значение ускорения должно зависеть и от массы m, и от величины силы F.

3. Ньютон установил связь между массой, силой и ускорением.

Это соотношение является Вторым законом Ньютона, его еще называют основным законом динамики:

Произведение массы тела на его ускорение равно силе, с которой на него действуют окружающие тела.

F = m · а .

Это - основное уравнение динамики поступательного движения.

Обычно к телу приложено несколько сил, и поэтому под силой F понимают равнодействующую всех сил, приложенных к телу.

Если F_p = 0, то тело покоится или движется прямолинейно и равномерно.

Если F_p ≠ 0, то тело всегда движется с ускорением.

4. Ускорение а всегда совпадает с направлением равнодействующей силы. Из второго закона Ньютона легко вывести:

Отсюда:

а) ускорение тела прямо пропорционально силе, приложенной к телу;

б) ускорение тела обратно пропорционально массе тела. Вспомним, что сила в СИ измеряется в Ньютонах. Один Ньютон - это сила, под действием которой телу массой 1 кг, сообщается ускорение в 1 м/с².

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала учитель может провести краткий опрос по изученной теме:

- От чего зависит ускорение тела?

- Как движется тело, когда векторная сумма действующих на него сил равна нулю?

- Под действием какой силы тело массой 1 кг приобретает ускорение 1 м/с²?

- Какая сила сообщает телу массой 5 кг ускорение 4 м/с²?

Для коллективного обсуждения учитель может предложить и пару более сложных задач:

1. Может ли равнодействующая трех равных по модулю сил, приложенная к одной точке, быть равной нулю?

2. При каком условии тело движется с постоянным ускорением?

Домашнее задание

1. § 8 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Задачи и упражнения (учебник, с. 126) № 41-44.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 219, 226.