Вес тела в разных условиях движения. Невесомость. Перегрузка.

МБОУ «СОШ №4 г.Вельск»

Архангельская область

Романова Елена Вениаминовна

учитель физики

Урок в 10 классе [Слайд 1]

Тема: Вес тела в разных условиях движения. Невесомость. Перегрузка.

Цель:

Образовательная.

• Сформировать у учащихся понятие веса в различных условиях движения,

проверить знания и умения учащихся в процессе решения задач.

Воспитательная.

Видеть практическую ценность получаемых знаний, продолжить формирование коммуникативных умений.

Задачи урока:

Образовательные:

• формирование понятия вес тела.

Развивающие:

• формирование компетентности «решение проблем» (оценка результата, рефлексия)

• формирование информационной компетентности (извлечение информации, обработка информации)

• формирование коммуникативной компетентности (письменная коммуникация, диалог).

Воспитательные:

• воспитание качеств личности: целеустремлённости, трудолюбия.
   

Тип урока: 

• урок повторения и формирования новых знаний, закрепление их через решение расчетных и качественных задач, тестирование.

Методы: частично-поисковый, контроль, самооценка.

План урока:

1. Д.З. §17. Отв.вопросы устно, упр.13(п.), досчитать задачу в тетради

1.1Повторение материала (7-10 мин.) Устный фронтальный опрос.

1.2. Презентация с беседой. Опыты.

2. Просмотр видеоролика «Запуск ракеты с космодрома «Плесецк»».(1,5 мин)

3. Самостоятельная работа. Самооценка. (8-10 мин.)

4. Решение задачи на нахождение веса тела при криволинейном движении тела под действием нескольких сил, выпуклый и вогнутый мост. (4мин.)

5. Закрепление знаний. Самостоятельное решение задач. Верхняя и нижняя мертвая петля.

(4 мин.)

6.Сообщение П.Н. Нестеров.(4 мин)

7.Прсмотр видеороликов «Петля Нестерова».(3 мин.)

8. Решение задачи с использованием понятия веса для тела на полюсе и экваторе.(5 мин.)

9. Подведение итогов урока.(2 мин.)

Оборудование и материалы: экран, компьютер, проектор, презентация, модель вращения Земли, прибор для демонстрации невесомости Любимова, демонстрационный динамометр с грузом и столиком, обруч с грузом на резиновой ленте.

1.Итак, ребята давайте вспомним (фронтальный опрос):

[Слайд 2]

1.Учитель: 1. Что такое вес тела?

Ученики: 1. Вес тела - сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес.

[Слайд 3]

Учитель: 2. В чем различие между весом тела и силой тяжести, действующей на тело?

Ученики: 2 Сила тяжести - это гравитационная сила, приложенная к телу.

Вес тела - сила упругости, приложенная к опоре или подвесу.

Учитель: 3. Тело покоится на опоре. Какие силы действуют на тело и на опору?

3. На тело действует сила тяжести; на опору - вес тела.

Учитель: 4. Если тело покоится на опоре или подвесе или движется с ними прямолинейно и равномерно, то чему равен вес тела?

Ученики: 4. Вес тела равен силе тяжести.

Учитель: 5.Давайте проверим. На столе у вас приготовлено лабораторное оборудование: динамометр и груз. Закрепите груз на динамометре и убедитесь, что в покое и при равномерном прямолинейном движении Р= mg.

Ученики: 5. Проводят эксперимент.

Учитель: 6.А теперь резко поднимите динамометр вверх. Что вы наблюдали?

Ученики: 6. Увеличение веса.

Учитель: 7. А теперь резко опустите вниз. Что вы наблюдали?

Ученики: 7. Уменьшение веса.

Учитель: 8. А если выпустить динамометр с грузом из рук, то он свободно падает и находится в состоянии невесомости, т.е. у него отсутствует вес. Почему?

Ученик: 9. Всякое тело, на которое действует только сила тяжести или вообще сила всемирного тяготения, находится в состоянии невесомости.

Учитель: 10. В чем состоит причина невесомости?

Ученик: 10. Состояние невесомости состоит в том, что сила всемирного тяготения (следовательно и сила тяжести) сообщают всем телам одинаковое ускорение g.

Учитель: 11. Исчезает ли сила притяжения тела к Земле при переходе тела в состояние невесомости?

Ученик: 11. Нет. Сила тяжести (притяжения) остается и именно она является причиной свободного падения.

Учитель: 12. А если тело брошено вверх?

Ученик: 12. Тело также будет находиться в состоянии невесомости.

[Слайд 4,5], опыты.

2. Молодцы! У нас в области есть 1-й Государственный испытательный космодром «Плесецк», с которого осуществляется запуск ракет «Ангара», «Рокот», «Союз», «Тополь». При старте любой ракеты наблюдается явление перегрузки. [Слайд 6]

3. Проверим ваши знания в процессе решения самостоятельной работы:

«Вес тела в разных условиях движения» (2 варианта). [Слайд 7]

4. Решение задач на нахождение веса тела при криволинейном движении тела под действием нескольких сил, выпуклый и вогнутый мост.(4 мин.)

Направим координатную ось Y вниз и найдем проекции сил.

Из второго закона Ньютона следует:

mg – N = mv² /R

Вес Р по третьему закону Ньютона по модулю равен N.

mg – P = mv² / R

P = mg – mv²/ R P = m ( g – v² /R )-уменьшение веса

Направим координатную ось Y вверх и найдем проекции сил:

P = N
(по модулю вес тела равен силе упругости опоры)

N – mg = ma

N = ma + mg = m ( a + g )

Р = m ( v²/R + g )-увеличение веса [Слайд 8]

5. Рассмотрим еще несколько случаев, когда наблюдается изменение веса при движении по окружности: [Слайд 9]

• Движение по выпуклому и вогнутому мосту

• Летчик в «мертвой петле»

• Центрифуга стиральной машины

5.1. Решение задач на движение тела по окружности (верхняя и нижняя «мертвая» петля). Два ученика решают задачи на закрытой доске, а весь класс в тетрадях на месте. Самооценка, проверка по доске.

6. Сообщение учащихся. [Слайд 10]

На заре авиации большинство авиаторов летало «блинчиком», «тарелочкой», ровненько. Строго-настрого запрещалось при поворотах накренять самолет. «Бойтесь кренов!» — учили молодых пилотов инструкторы тогдашних авиационных школ. У военного летчика Петра Николаевича Нестерова такие советы вызывали возмущение и протест. «Посмотрите на птиц, — говорил он своим товарищам-летчикам, — разве они так летают? Делая поворот, птица непременно накренится, повернется боком к земле: одно крыло — вверх, другое — вниз».

Сам он летал иначе. При виражах смело наклонял машину. Авиаторы, видевшие его полеты, только ахали от изумления, а командир отряда нет-нет да и предупредит строго: «Поосторожней надо бы, поручик, а то и до беды недалеко». «Как они не понимают? — удивлялся Нестеров. — Ведь если правильно управлять машиной, воздух будет удерживать ее в любом положении». Петр Николаевич вспоминал: «Я много спорил об этом с опытными летчиками, но все мои доказательства оставались без внимания. А порой приходилось выслушивать даже насмешки».

ЦИРКОВОЙ НОМЕР

В цирке он видел номер, называвшийся «мертвой петлей». Артист стремительно съезжал на велосипеде по наклонной дорожке. Затем она круто шла вверх, сворачивалась в огромную спираль. Артист мчался по спирали. В какой-то момент он оказывался вниз головой, но не падал. При быстром движении возникала сила, которая удерживала его от падения. Нестеров был уверен, что на самолете, в воздухе, тоже можно выполнить такую же «мертвую петлю». Об этом ему говорил весь его опыт летчика, подтверждали и расчеты.

«Но для чего нам нужен этот цирковой трюк?» — спрашивали летчики. Кое-кто из них начал поговаривать, что Нестеров просто хочет прославиться, выделиться. В рукописном журнале авиаторов даже появилась стихотворная загадка под названием «Кто он?». В ней предлагалось разгадать имя того «полупризнанного героя», который бредит «мертвой петлей». Петр Николаевич ответил тоже стихами, обращением к авиаторам:

«МЕРТВАЯ ПЕТЛЯ»

Нестеров считал, что военный летчик должен владеть самолетом так, как гимнаст владеет своим телом. «Воздушные бои будут схожи с нападениями ястребов на ворон. А кто из нас захочет быть вороной?» — спрашивал он авиаторов. Он служил под Киевом, летая на «Ньюпоре», распространенном тогда военном самолете. Здесь он и осуществил 9 сентября 1913 года давно задуманный план. Позже Петр Николаевич писал: «О своем опыте я никого не предупреждал, хотя все знали, что я вообще собираюсь его сделать».

Теплый день клонился к вечеру, когда Нестеров сел в свой «Ньюпор», привязался к сиденью, опробовал мотор и пошел на взлет. На высоте километра закрыл бензин и направил машину в пике.

Все, кто находился в ту минуту на аэродроме, с волнением смотрели в небо. А Нестеров, набрав скорость, включил мотор и повел самолет вверх, положил его «на спину». Потом — опять вниз. И, наконец, снова — в горизонтальный полет. Самолет описал в воздухе круг, петлю. Все это заняло не более десяти секунд. Нестеров выровнял машину и красивой змейкой спланировал на аэродром, к ангарам.

7. Просмотр двух видеороликов (Петля Нестерова). [Слайд 11,12]

8. Решение задачи с использованием понятия веса для тела на полюсе и экваторе. [Слайд 13]

(учитель объясняет у доски, решая вместе с классом)

Проблемный вопрос для учащихся: «Почему тело, находящееся на полюсе Земли, имеет больший вес, если бы оно находилось в состоянии покоя на экваторе.»

Ответ учеников: на экваторе тело имеет линейную скорость, поэтому обладает центростремительным ускорением.

(ЕГЭ) [Слайд 14]  Вес тела на по­лю­се пла­не­ты, име­ю­щей форму шара, на 16 про­цен­тов пре­вы­ша­ет вес на эк­ва­то­ре. Если плот­ность пла­не­ты , то пе­ри­од об­ра­ще­ния пла­не­ты равен

1) 

2) 

3) 

4) 

Дано: СИ: Решение:

P₁=1,16P₂

_______________

Т - ?

Вес P тела — это сила, с ко­то­рой тело давит на опору или рас­тя­ги­ва­ет под­вес. Опре­де­лим, чему равен вес не­ко­то­ро­го тела на по­лю­се и на эк­ва­то­ре. Для опре­де­лен­но­сти рас­смот­рим тело, ле­жа­щее на го­ри­зон­таль­ной опоре (это пред­по­ло­же­ние не огра­ни­чи­ва­ет общ­ность по­лу­ча­е­мых далее ре­зуль­та­тов).

По тре­тье­му за­ко­ну Нью­то­на сила дей­ствия равна силе про­ти­во­дей­ствия, а по­то­му, вес тела равен по ве­ли­чи­не силе ре­ак­ции опоры N, дей­ству­ю­щей на тело. Сле­до­ва­тель­но, до­ста­точ­но срав­нить силы ре­ак­ции опоры в двух слу­ча­ях.

Обо­зна­чим массу тела через m. Пусть ра­ди­ус пла­не­ты через R, тогда масса пла­не­ты равна . По­сколь­ку пла­не­та од­но­род­ная и имеет форму сферы, со­глас­но за­ко­ну все­мир­но­го тя­го­те­ния сила при­тя­же­ния тела к пла­не­те в обеих точ­ках оди­на­ко­ва и равна

.

Рас­смот­рим слу­чай, когда тело на­хо­дит­ся на по­лю­се. Вто­рой закон Нью­то­на для него в про­ек­ции на ра­ди­аль­ную ось при­об­ре­та­ет вид:

.

Когда же тело на­хо­дит­ся на эк­ва­то­ре, оно вра­ща­ет­ся вме­сте с пла­не­той во­круг оси вра­ще­ния, а зна­чит, оно дви­жет­ся с цен­тро­стре­ми­тель­ным уско­ре­ни­ем  где   —   уг­ло­вая ско­рость вра­ще­ния пла­не­ты. Сле­до­ва­тель­но, для тела на эк­ва­то­ре вто­рой закон Нью­то­на в про­ек­ции на ра­ди­аль­ную ось при­об­ре­та­ет вид:

Со­глас­но усло­вию, , а зна­чит,

Со­глас­но усло­вию, , а зна­чит,

От­сю­да для пе­ри­о­да об­ра­ще­ния пла­не­ты имеем:

Пра­виль­ный ответ: 1.

10. Подведение итогов. Рефлексия. [Слайд15]
Оцените сегодняшний урок: 0- нет, 1 – да. 

[Слайд 16].

Приложение.

1.Перегрузки .

Термин жэ используется в космонавтике и авиации для обозначения перегрузок — увеличения веса тела, вызванные его ускоренным движением.

Допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 4,33 жэ.

Обычный человек может выдерживать перегрузки до 5 g.

Тренированные пилоты в антиперегрузочных костюмах могут переносить перегрузки до 9 g. Сопротивляемость к отрицательным, направленным вверх перегрузкам, значительно ниже.

Обычно при 2-3 g в глазах «краснеет» и человек теряет сознание из-за прилива крови к голове. Примерные значения перегрузок, встречающихся в жизни:

Человек, стоящий неподвижно 1 g

Пассажир в самолете при взлете 1,5 g

Парашютист при приземлении со скоростью 6 м/с 1,8 g

Парашютист при раскрытии парашюта (при изменении скорости от 60 до 5 м/с) 5,0 g

Космонавты при спуске в космическом корабле «Союз» до 3,0—4,0 g

Летчик при выполнении фигур высшего пилотажа до 5 g

Летчик при выведении самолета из пикирования 8,0—9 g

Перегрузка (длительная), соответствующая пределу физиологических возможностей человека 8,0—10,0 g

2.Презентация.

Список литературы.

1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика.Учебник 10 класс 3-е изд., стер. - М.: 2012. - 303 с

2. В.Ф.Шаталов, В.М. Шейман, А.М.Хаит .Опроные конспекты по кинематике и динамике. М. «Просвещение» 1989г.- 143 с.

3. kostyor.ru›1-07/heros.php . Петля Нестерова. Герои неземных стихий.

4. Космодром Плесецк (г. Мирный) Запуск ракеты. - YouTube.

5.Петля Нестерова. - YouTube.

Вес. Невесомость. Перегрузка.

Сила, с которой тело действует на опору или растягивает подвес, называется весом тела.

Вес тела(опора и подвес покоятся или движутся равномерно и прямолинейно)

Движение с ускорением

Перегрузка

Самостоятельная работа

• Вариант1.
• Вариант1.
• Вариант1.

• Вариант 2.

Летчик в «мёртвой петле», центрифуга стиральной машины, движение по выпуклому и вогнутому мосту.

  Вес тела на полюсе планеты, имеющей форму шара, на 16 процентов превышает вес на экваторе. Если плотность планеты  , то период обращения планеты равен…

Дано: СИ: Решение: P 1 =1,16P 2 ________________ Т - ?  

Спасибо за урок!