Урок комплексного применения знаний и способов деятельности по теме "Законы сохранения импульса и энергии"

МОУ Каргинская средняя общеобразовательная школа

Конспект урока по теме:

«Законы сохранения импульса и энергии »

( 10 класс)

Выполнила : учитель физики

Кошкина Татьяна Александровна

Законы сохранения импульса и энергии

Тип урока : урок комплексного применения знаний и способов деятельности

Цели урока:

Образовательные:

• создание условий для глубокого усвоения системы знаний по законам сохранения в механике;

• закрепление навыков решения физических задач.

Развивающие:

• развитие коммуникативных компетенций в процессе групповой и индивидуальной деятельности;

• формировать умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала по основам механики,

• развитие познавательных интересов в процессе приобретения знаний и умений по теме.

Воспитательные:

• воспитание понимания необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, уважительного отношения к мнению оппонента при обсуждении проблем естественнонаучного содержания;

• воспитание чувства личной ответственности за результаты совместной деятельности.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, доска.

Дидактический материал: карточки-задания для выполнения самостоятельной и домашней работы

Задачи урока:

• повторить основные теоретические положения по теме “Законы сохранения в механике”;

• проверка усвоения теоретического материала ( тест№1 , самостоятельная работа)

• закрепить навыки решения задач, используя задачи из демоверсий ЕГЭ.

Ход урока

1. Организационный этап. ( слайд № 1-4)

2.Этап актуализации знаний.

2.1. Повторение теоретических основ закона сохранения импульса ( с использованием презентации) ( Cлайд № 5- 11)

- примеры проявления ЗСИ

- При стрельбе из орудия возникает отдача – снаряд движется вперед, а орудие – откатывается назад. Снаряд и орудие – два взаимодействующих тела. Скорость, которую приобретает орудие при отдаче, зависит только от скорости снаряда и отношения масс. (Cлайд № 12)

- На принципе отдачи основано реактивное движение. В ракете при сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла с большой скоростью относительно ракеты.( Cлайд № 12)

- проявление ЗСИ в природе ( сообщение учащегося) (Слайд № 13)

2.2. Контроль и самоконтроль знаний ЗСИ ( выполнения теста №1)

1 вариант

Рассчитайте:

1.Импульс шара массой 0,1 кг при подлёте к стенке со скоростью 10м/с.

2.Имрульс силы 5000 Н, действующей на спортсмена при приземлении со стороны пола в течение 0,01 с.

3. Изменение импульса шара в результате удара о стенку, если шар массой 0,1 кг при подлёте к стенке имел скорость 5 м/с, а после удара о стенку стал двигаться в противоположном направлении со скоростью, модуль которой также равен 5 м/с

Дополните предложения недостающими словами

4.Импульс тела зависит от 1)______________ и 2)____________тела.

5.Изменение импульса тела равно_____________________________.

Примените закон сохранения импульса

6. Тело массой 3 кг, движущегося со скоростью 3 м/с, догоняет тело массой 2 кг, движущееся со скоростью 2 м/с. Найти скорость системы тел после взаимодействия, если они движутся как одно целое тело.

7. Два тела движутся навстречу друг другу. Определить, в какую сторону будут двигаться тела после неупругого соударения, если массы тел 4кг и 5 кг, а скоростью равны соответственно 3м/с и 2 м/с.

8. Вагон массой 30 т, движущийся со скоростью 2 м/с по горизонтальному участку дороги, сталкивается и сцепляется с помощью автосцепки с неподвижной платформой массой 20 т. Чему равна скорость совместного движения вагона и платформы? 

2 вариант

Рассчитайте

1. Импульс силы 2000 Н, если её время действия 0,025с

2. Импульс тела массой 0,2 кг, движущегося со скоростью 25 м/с.

3. Изменение импульса шара массой 100 г при свободном падении на горизонтальную площадку со скоростью 10 м/с и абсолютно упругом ударе. Вычислите среднюю силу удара, длящегося 0,01 с.

Дополните предложения недостающими словами:

4. Импульс силы зависит от 1)_____________ и 2)_______________.

5. Импульс силы равен изменению____________________________.

Примените закон сохранения импульса:

6.Тело массой 5 кг, движущееся со скоростью 2 м/с, догоняет тело массой 3 кг, движущееся со скоростью 1 м/с. Найти скорость системы тел после взаимодействия, если они движутся как одно целое тело.

7. Два тела движутся навстречу друг другу. В какую сторону и с какой скоростью будут двигаться тела после соударения, если удар неупругий. Массы тел 2 кг и 3 кг, а скорости соответственно 4 м/с  и     5 м/с.

8. Вагон массой 25 т, движущийся со скоростью 2м/с, сталкивается с неподвижным вагоном массой 20 т и сцепляется с ним. Определите скорость вагонов после сцепки.

2.3. Проверка работы по образцу ( слайд № 14)

2.4 Повторение теоретических основ закона сохранения энергии.  Cлайд № 15- 18)

2.5. Самоконтроль знаний ЗСЭ ( слайд № 19)

3. Этап комплексного применения знаний по теме «Законы сохранения импульса и энергии » ( решение задач у доски из демоверсий ГИА и ЕГЭ ). Слайд 20-25.

Рефлексия, подведение итогов ( слайд № 29)

Домашнее задание: карточки- задания.

Приложение

Реактивное движение в природе и технике

Реактивное движение - движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

Реактивная сила возникает без какого-либо взаимодействия с внешними телами.

Применение реактивного движения в природе.

Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны.

Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая ее через особое отверстие - "воронку", и с большой скоростью (около 70 км\час) двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму.

Сальпа - морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вперед.

Применение реактивного движения в технике.

В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае заново изобрели реактивное движение, которое приводило в действие ракеты - бамбуковые трубки, начиненные порохом, они также использовались как забава. Один из первых проектов автомобилей был также с реактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону

Идея использования ракет для космических полётов была предложена ещё в начале нашего столетия русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским.

Идея К.Э.Циолковского была осуществлена советскими учёными под руководством академика Сергея Павловича Королёва. Первый в истории искусственный спутник Земли с помощью ракеты был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г.

Одно из главнейших изобретений человечества в XX веке - это изобретение реактивного двигателя, который позволил человеку подняться в космос.

В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и пр.).

Основную массу ракеты составляет топливо с окислителем (окислитель нужен для поддержания горения топлива, поскольку в космосе нет кислорода).

Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления. Благодаря большой разности давлений в камере сгорания и в космическом пространстве, газы из камеры сгорания мощной струей устремляются наружу через раструб специальной формы, называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи.

Перед стартом ракеты её импульс равен нулю. В результате взаимодействия газа в камере сгорания и всех остальных частей ракеты вырывающиёся через сопло газ получает некоторый импульс. Тогда ракета представляет собой замкнутую систему, и её общий импульс должен и после запуска равен нулю. Поэтому и оболочка ракеты совсем, что в ней находится, получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположный по направлению.

В практике космических полетов обычно применяют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полетов, чем одноступенчатые.

Наиболее массивную часть ракеты, предназначенную для старта и разгона всей ракеты, называют первой ступенью. Когда первая массивная ступень многоступенчатой ракеты исчерпает при разгоне все запасы топлива, она отделяется. Дальнейший разгон продолжает вторая, менее массивная ступень, и к ранее достигнутой при помощи первой ступени скорости она добавляет ещё некоторую скорость, а затем отделяется. Третья ступень продолжает наращивание скорости до необходимого значения и доставляет полезный груз на орбиту.

Первым человеком, который на ИСЗ совершил полёт в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 г. Он облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток»

Советские ракеты первыми достигли Луны, облетели Луну и сфотографировали её невидимую с Земли сторону, первыми достигли планету Венера и доставили на её поверхность научные приборы. В 1986 г. Два советских космических корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкого расстояния исследовали комету Галлея, приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет.

Законы сохранения в механике.

• Живет всегда природа по своим законам.
• Мы изучаем их, стремясь понять,
• И очень важно знать и понимать основы,
• Чтоб эти знанья в жизни применять.

• А человек – явление самой природы –
• Всегда стремился к ней, она его душа.
• Энергия везде, энергия свободы
• И до чего ж природа хороша !

• Цель : - создание условий для глубокого усвоения системы знаний по законам сохранения в механике; - закрепление навыков решения физических задач.

Закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса позволяют находить решения для ударного взаимодействия тел.

О неизменности в мире …

« Я принимаю, что во Вселенной … есть известное количество движения, которое никогда не увеличивается, не уменьшается, таким образом, если одно тело приводит в движение другое, то теряет столько своего движения, сколько его сообщает».

В XVII веке впервые были указаны величины, сохраняющиеся в тех или иных явлениях .

• Физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела (или количеством движения):
• Физическая величина, равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы ( II закон Ньютона):
• Импульс силы равен изменению импульса тела
• Единицей измерения импульса в СИ является килограмм-метр в секунду ( кг·м/с ).

Законы сохранения: Импульс тела

Закон сохранения импульса: полный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Где - масса тел

- скорости тел до взаимодействия

- скорости тел после взаимодействия

Или учитывая, что

Где - импульсы тел до взаимодействия

- импульсы тел после взаимодействия

Законы сохранения: Закон сохранения импульса

Примеры применения закона сохранения импульса:

1. Любые столкновения тел (биллиардных шаров, автомобилей, элементарных частиц и т.д.);

2. Движение воздушного шарика при выходе из него воздуха;

3. Разрывы тел, выстрелы и т.д.

Упругий удар

Абсолютно упругий удар – столкновения тел, в результате которого их внутренние энергии остаются неизменными. При абсолютно упругом ударе сохраняется не только импульс, но и механическая энергия системы тел. Примеры: столкновение бильярдных шаров, атомных ядер и элементарных частиц. На рисунке показан абсолютно упругий центральный удар:

В результате центрального упругого удара двух шаров одинаковой массы, они обмениваются скоростями: первый шар останавливается, второй приходит в движение со скоростью, равной скорости первого шара.

Неупругий удар

Абсолютно неупругий удар: так называется столкновение двух тел, в результате которого они соединяются вместе и движутся дальше как одно целое. При неупругом ударе часть механической энергии взаимодействующих тел переходит во внутреннюю, импульс системы тел сохраняется. Примеры неупругого взаимодействия: столкновение слипающихся пластилиновых шаров, автосцепка вагонов и т.д. На рисунке показан абсолютно неупругий удар:

После неупругого соударения два шара движутся как одно целое со скоростью, меньшей скорости первого шара до соударения.

Проявление закона сохранения импульса - реактивное движение

• При стрельбе из орудия возникает отдача – снаряд движется вперед , а орудие – откатывается назад .
• Снаряд и орудие – два взаимодействующих тела.
• В ракете при сгорании топлива газы , нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла с большой скоростью относительно ракеты .

V – скорость ракеты после истечения газов

Осьминоги вбирают в себя воду и затем резко выбрасывают её, получая при этом импульс, направленный в противоположную сторону. Управляя струёй, осьминог может двигаться в нужном направлении.

Движение ракет

Тест № 1

1

1 вариант

  3

2 вариант

2

3

  3

3

4

4

3

5

2

5

1

2

6

1

4

7

6

8

4

5

итого

5

28

5

2 8

« 5 » - 25-29б.

« 4 » - 22- 24б.

« 3 » - 19-21б

К=0,7-0,79 - "удовлетворительно"

К=0,8-0,89 - "хорошо"

К=0,9-1,00 - "отлично

Законы сохранения: Кинетическая энергия

• Кинетическая энергия – это энергия движения.
• Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости , называется кинетической энергией тела :
• Теорема о кинетической энергии : работа приложенной к телу равнодействующей силы равна изменению его кинетической энергии:
• Если тело движется со скоростью v , то для его полной остановки необходимо совершить работу

Законы сохранения: Потенциальная энергия

• Потенциальная энергия - энергия взаимодействия тел
• Потенциальная энергия определяется взаимным положением тел (например, положением тела относительно поверхности Земли).

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень

E p  = mgh

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией

Законы сохранения: Закон сохранения механической энергии

• Сумма кинетической и потенциальной энергии тел , составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной .
• Сумму E = E k  + E p называют полной механической энергией
• Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения , то механическая энергия не сохраняется . Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел ( нагревание ).
• Закон сохранения и превращения энергии: при любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую.
• Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» ( perpetuum mobile ) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии

Реши самостоятельно: (любую задачу)

1 . Тело, движущееся со скоростью 4 м/с, имеет кинетическую энергию 16Дж. Найти массу этого тела.

2 . Определите полную механическую энергию тела массой 2кг, которое на высоте 2м имело скорость 36км/ч.

3 . С какой высоты упало яблоко, если оно ударилось о землю со скоростью 6 м/с?

ГИА 2010 г. Для придания наиболее эффективного ускорения космическому кораблю струя выхлопных газов, вырывающаяся из сопла его реактивного двигателя, должна быть направлена

• по направлению движения корабля
• противоположно направлению движения корабля
• перпендикулярно направлению движения корабля
• под произвольным углом к направлению движения корабля

(ГИА 2010 г.) 25. Гиря падает на землю и ударяется о препятствие. Скорость гири перед ударом равна 140 м/с. Какова была температура гири перед ударом, если после удара температура повысилась до 100 0 С ? Считать, что все количество теплоты, выделяемое при ударе, поглощается гирей. Удельная теплоемкость гири равна 140 Дж/(кг· 0 С).

(ЕГЭ 200 7 г., Демо) А5. Тележка массой m , движущаяся со скоростью v , сталкивается с неподвижной тележкой той же массы и сцепляется с ней. Импульс тележек после взаимодействия равен

• 0
• mv /2
• mv
• 2 mv

(ЕГЭ 2002 г., КИМ) А5. Для того, чтобы уменьшить кинетическую энергию тела в 2   раза, надо скорость тела уменьшить в …

• 2 раза
• 4 раза
• раз
• раз

(ЕГЭ 2003 г., КИМ) А5. Мальчик подбросил футбольный мяч массой 0,4 кг на высоту 3 м. Насколько изменилась потенциальная энергия мяча?

• 4 Дж
• 12 Дж
• 1,2 Дж
• 7,5 Дж

(ЕГЭ 2003 г., демо) А 2 6. Неподвижная лодка вместе с находящимся в ней охотником имеет массу 250 кг. Охотник выстреливает из охотничьего ружья в горизонтальном направлении. Какую скорость получит лодка после выстрела? Масса пули 8 г, а ее скорость при вылете равна 700 м/с.

• 22,4 м/с
• 0,05 м/с
• 0,02 м/с
• 700 м/с

(ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А5. Потенциальная энергия взаимодействия с Землей гири массой 5 кг увеличилась на 75 Дж. Это произошло в результате того, что гирю

• подняли на 1,5 м
• опустили на 1,5м
• подняли на 7 м
• опустили на 7 м

(ЕГЭ 2009 г., ДЕМО) А4. Легковой автомобиль и грузовик движутся со скоростями υ 1 = 108 км/ч и υ 2 = 54 км/ч. Масса легкового автомобиля m = 1000 кг. Какова масса грузовика, если отношение импульса грузовика к импульсу легкового автомобиля равно 1,5?

• 3000 кг
• 4500 кг
• 1500 кг
• 1000 кг

(ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А7. Тело массой 2 кг движется вдоль оси ОХ. Его координата меняется в соответствии с уравнением х  = А + Bt  +  Ct 2 , где А = 2 м, В = 3 м/с, С = 5 м/с 2 . Чему равен импульс тела в момент времени t  =   2  c ?

• 86 кг  м/с
• 48 кг  м/с
• 46 кг  м/с
• 26 кг  м/с

Из трех предложенных стихов выбрать одно, характеризующее состояние на конец урока.

1 ) Искрятся глаза,

Смеётся душа,

И ум мой поёт:

«К знаниям вперёд»

2) Не весел я сегодня,

В тишине взгрустнулось мне,

И о законах сохраненья

Все промчалось вдалеке .

3) Вспоминая, все познания свои,

И мир физики вновь постигая,

Я благодарен матушке судьбе,

Что импульс есть и энергии не счесть.