Урок в 9 классе "Движение на поворотах"

Урок в 9 классе

Тема урока: «Движение на поворотах»

Класс занимается по углубленной программе

Цель урока: подробно рассмотреть движение на поворотах различных видов транспорта как частный случай движения по окружности;

в ходе решения задач выявить особенности каждого типа задач и их общие признаки.

Используется технология деятельностного подхода в сочетании с личностно-ориентированной технологией.

Оформление к уроку: несколько слайдов обобщающего содержания на различных этапах урока.

Ход урока.

1.Фронтальная проверка наличия домашнего задания, ответы на вопросы по домашнему заданию.

2. Изучаем динамику движения тел по окружности. Какие типы задач умеем решать?

Учащиеся называют следующие типы задач:

-вес тела на экваторе планеты, на полюсе, на любой широте;

-расчет 1 космической скорости;

-движение шарика на нити и конического маятника, расчет силы натяжения нити;

-движение тела по выпуклым (вогнутым) мостам;

-вес тела в лифте, движущемся с ускорением;

-летчик в мертвой петле;

-груз на вращающемся диске.

Краткое повторение алгоритма решения задач на примерах решенных ранее задач (фронтально). На экране – слайд с чертежами для решения различных типов задач на движение тела по окружности. Следует обратить внимание на тот факт, что центростремительная сила не является самостоятельной силой: ее роль в различных случаях играют другие силы.

Следующий слайд дает возможность учащимся самостоятельно сформулировать тему урока: «Движение на поворотах». На слайде – поворот автомобиля, мотоцикла, самолета и т.д.

Что общего в этих иллюстрациях? (Все виды транспорта поворачивают, т. е. в каждом случае присутствует центростремительная сила).

Очевидно есть и различия? Автомобиль отличается от мотоцикла, поезда, самолета…(Поворот в каждом конкретном случае осуществляется под действием разных сил).

3.Решение различных типов задач. Цель одна для всех случаев: выяснить, какие силы осуществляют поворот и найти ответ на поставленный в задаче вопрос. Об этом учащиеся догадываются сами. При решении всех задач учитель с привлечением учащихся дает образец чертежа на доске, записывает уравнения, и учащиеся самостоятельно завершают решение задачи. Заготовки чертежей для экономии времени выполнены на доске до начала урока.

а).Поворот автомобиля. Учащиеся с помощью учителя обращают внимание на то, что один автомобиль поворачивает, наклоняясь, а другой – почти не наклоняясь. Мотоцикл всегда наклоняется. Это разные случаи.

Учащимся предлагается задача №6.19.(Гольдфарб) Каким должен быть максимальный коэффициент трения скольжения между шинами автомобиля и асфальтом, чтобы автомобиль мог пройти закругление радиусом 200м при скорости 100км/ч?

В ходе рассуждений учащиеся выясняют, что при повороте автомобиля главную роль в создании центростремительной силы играет сила трения покоя, которая направлена к центру поворота. Учитель обращает внимание на то, что это именно сила трения покоя, обусловленная сцеплением колес с асфальтом, несмотря на то, что автомобиль едет. Не путать с силой трения качения, которая направлена против движения.

Получив ответ, учащиеся дают ответ на вопросы: «Почему в задаче речь идет о максимальном коэффициенте трения? От чего зависит радиус поворота автомобиля? Это максимальный или минимальный радиус? Почему любой автомобиль все-таки хотя бы немного наклоняется? В каких случаях он наклоняется на больший угол?» Учащиеся должны догадаться, что наклон облегчает поворот, но объяснить этого не могут.

б) Чтобы ответить на последние два вопроса, учащимся предлагается решить задачу.

Гольдфарб, №6.21. Мотоциклист едет по горизонтальной дороге со скоростью 72км/ч, делая поворот радиусом 100м. На сколько при этом он должен наклониться, чтобы не упасть на повороте?

Учащиеся приходят к выводу, что сила трения покоя и в этом случае играет по-прежнему главную роль, но для облегчения поворота мотоцикл должен наклониться, чтобы при повороте не возникло вращающего момента, который может перевернуть мотоцикл. Равнодействующая силы трения и силы реакции со стороны дороги должна проходить вдоль тела мотоциклиста.

Анализируя ответ, учащиеся приходят к выводу, что чем больше скорость мотоцикла и меньше радиус поворота, тем больше должен быть угол наклона. Наклон облегчает поворот: при одной и той же скорости поворот с наклоном происходит по дуге окружности меньшего радиуса.

А если не наклоняться? Под действием силы трения колеса мотоцикла поворачивали бы. А сам мотоцикл с мотоциклистом «отставали « бы от колес из-за инерции. Мотоцикл упал бы. Поэтому при повороте мотоцикл наклоняется в сторону, противоположную направлению падения, т.е. внутрь окружности.

Может ли, все-таки, мотоцикл повернуть, не наклоняясь? Да. Но в этом случае, чтобы не упасть, его скорость должна быть как можно меньше, чтобы мотоциклист мог удержать мотоцикл от падения.

Отвечая на вопросы учителя: «От чего зависит радиус поворота? Это максимальный или минимальный радиус? Какова максимальная скорость мотоциклиста? », учащиеся обращают внимание на то, что формула для расчета радиуса поворота получилась одна и та же и для автомобиля, и для мотоцикла. Но у автомобиля 4 колеса, и ему не обязательно наклоняться: он не упадет.

Учащиеся делают вывод: условия поворота автомобиля отличаются от условий поворота мотоцикла.

Задачи на рассмотрение поворотов каких видов транспорта решаются аналогично? ( Велосипед, самокат).

в) А если мотоцикл поворачивает на треке?

Предлагается задача №6.22.(Гольдфарб) Чему равна максимальная скорость мотоцикла, если он будет поворачивать на наклонном треке с углом наклона 30 градусов? Даны радиус траектории и коэффициент трения.

В ходе анализа задачи учащиеся отвечают на вопросы:

«Почему в этом случае мотоцикл не наклоняется относительно трека, а располагается перпендикулярно треку?»

«Почему сила трения при движении мотоцикла направлена вниз по треку, т.е. к центру поворота?»

«Как направлена сила трения и почему, если мотоцикл стоит на треке ?» (имеется в виду трек с очень малым углом наклона, чтобы мотоцикл не упал).

Учащиеся под руководством учителя решают задачу: расставляют силы, выбирают положительные направления осей (при этом следует обратить внимание, что ось ох направлена не вниз по треку, а горизонтально к центру поворота), записывают 2 закон Ньютона в проекциях на оси и решают систему уравнений.

Далее идет анализ полученного результата, в ходе которого учащиеся отвечают на вопросы:

«Что будет, если скорость будет меньше найденной максимальной скорости?» (Радиус траектории уменьшится, и мотоцикл свалится с трека).

«Почему найденное значение скорости максимально ?» (При решении мы записывали известную формулу для расчета максимального значения силы трения).

«Как уменьшить максимальное значение скорости?»

Какие типы задач решаются так же? (Автомобиль поворачивает на проселочной дороге – продавливает трек; конькобежец поворачивает на льду – прорезает трек; самолет на вираже – необходимо, используя игрушечный самолет, назвать действующие на него силы ).

«Почему самолет на вираже наклоняется?» (Силы трения как таковой нет и нельзя уменьшить скорость, чтобы развернуться).

А если конькобежец на треке? Есть ли отличие от мотоцикла на треке? (Есть. На коньки не действует сила трения. Поворот обеспечивают 2 силы: сила тяжести и сила реакции со стороны трека).

г) Может ли мотоцикл на треке наклоняться? (Да)

С какой целью он наклоняется, если можно проехать по треку и без наклона? (Причина та же, что и на горизонтальной поверхности: чтобы не упасть.) Учащимся предлагается решить дома задачу на движение мотоцикла по треку, если он наклоняется. Требуется найти угол наклона, при котором он не упадет. Это минимальный или максимальный угол?

Так же дома необходимо сравнить максимально допустимые скорости движения мотоцикла по наклонному треку и по горизонтальной круговой траектории при одинаковых радиусах закругления траектории и одинаковых значениях коэффициента трения. Поводом для такого сравнения является следующее размышление: почему гонки часто устраивают на треках?

Решение этих задач необходимо обязательно проверить на следующем уроке.

д) Вагон на рельсах – разобрать качественно.

Это особый разговор. Чем отличаются рельсы от шоссе7 Одни колеса от других?

(У вагонных колес есть реборды. Они обеспечивают поворот.) Какая сила в этом случае выполняет роль центростремительной силы? (Сила давления – это упругая сила – со стороны рельсов).

Почему поезд на повороте обязательно наклоняется? –Об этом подумать дома.

е) Кратко – итоги урока. Отличаются условия поворота для разных видов транспорта? Какие это отличия? Каков общий алгоритм решения задач на движение тел на поворотах?

На следующем уроке продолжается решение задач на движение тел на поворотах: самолет, поезд, автомобиль на треке.