Импульс тела (открытый урок)

Тема: Импульс тела. Закон сохранения импульса.

Оборудование: металлические шарики на нитях, тележки демонстрационные, грузы.

Средства обучения: карточки с тестами, икт, опыты

Ход урока

1. Организационный этап (1мин)

Для того чтобы проверить как хорошо вы усвоили прошлые темы, мы с вами разгадаем небольшой кроссворд, ключевым словом, которого окажется тема нашего сегодняшнего урока. https://vneuroka.ru/novyj-krossvord/16-163436071310660/

1. Явление сохранения скорости постоянной при отсутствии внешних воздействий или при их компенсации.

2. Явление изменения объема или формы тела.

3. Сила, возникающая при деформации, стремящая вернуть тело в первоначальное положение.

4. Английский ученый, современник Ньютона, установил зависимость силы упругости от деформации.

5. Единица массы.

6. Английский ученый, открывший основные законы механики.

7. Векторная физическая величина, численно равная изменению скорости за единицу времени.

8. Сила, с которой Земля притягивает к себе все тела.

9. Сила, возникающая благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел.

10. Мера взаимодействия тел.

11. Раздел механики, в которой изучают закономерности механического движения материальных тел под действием приложенных к ним сил.

3. Изучение нового материала. (18 мин)

Тема нашего урока “Импульс тела. Закон сохранения импульса”

Цели урока: усвоить понятие импульса тела, понятие замкнутой системы, изучить закон сохранения импульса, научится решать задачи на закон сохранения.

Задачи:

1. образовательные: формирование понятий “импульс тела”, “импульс силы”; умения применять их к анализу явления взаимодействия тел в простейших случаях; добиться усвоения учащимися формулировки и вывода закона сохранения импульса;

2. развивающие: формировать умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала по основам механики, навыки поисковой познавательной деятельности, способность к самоанализу;

3. воспитательные: развитие эстетического вкуса учащихся, вызвать желание постоянно пополнять свои знания; поддерживать интерес к предмету.

Сегодня на уроке мы с вами не только будем ставить опыты, но и доказывать их математически.

Зная основные законы механики, в первую очередь три закона Ньютона, казалось бы, можно решить любую задачу о движении тел. Я вам продемонстрирую опыты, а вы подумайте, можно ли в этих случаях используя только законы Ньютона решить задачи?

Проблемный эксперимент.

Опыт №1. Скатывание легкоподвижной тележки с наклонной плоскости. Она сдвигает тело, находящееся на ее пути.

Можно ли найти силу взаимодействия тележки и тела? (нет, так как столкновение тележки и тела кратковременное и силу их взаимодействия определить трудно).

Опыт №2. Скатывание нагруженной тележки. Сдвигает тело дальше.

Можно ли в данном случае найти силу взаимодействия тележки и тела?

Сделайте вывод: с помощью каких физических величин можно охарактеризовать движение тела?

Вывод: Законы Ньютона позволяют решать задачи связанные с нахождением ускорения движущегося тела, если известны все действующие на тело силы, т.е. равнодействующая всех сил. Но часто бывает очень сложно определить равнодействующую силу, как это было в наших случаях.

Если на вас катится игрушечная тележка, вы можете остановить ее носком ноги, а если на вас катится грузовик?

Вывод: для характеристики движения надо знать массу тела и его скорость.

Поэтому для решения задач используют еще одну важнейшую физическую величину - импульс тела. Обозначается импульс английской буквой р.

Сообщение ученика

Понятие импульса было введено в физику французским ученым Рене Декартом (1596-1650 г.), который назвал эту величину “количеством движения”: “Я принимаю, что во вселенной… есть известное количество движения, которое никогда не увеличивается, не уменьшается, и, таким образом, если одно тело приводит в движение другое, то теряет столько своего движения, сколько его сообщает”.

Найдем взаимосвязь между действующей на тело силой, временем ее действия, и изменением скорости тела.

Пусть на тело массой m начинает действовать сила F. Тогда из второго закона Ньютона ускорение этого тела будет а.

Вспомните как читается 2 закон Ньютона?

Запишем закон в виде 

С другой стороны: 

Или   Получили формулу второго закона Ньютона в импульсной форме.

Обозначим произведение  через р: 

Произведение массы тела на его скорость называется импульсом тела.

Импульс р – векторная величина. Он всегда совпадает по направлению с вектором скорости тела. Любое тело, которое движется, обладает импульсом.

Определение: импульс тела – это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление, совпадающее с направлением вектора скорости.

Как любая физическая величина, импульс измеряется в определенных единицах.

Кто желает вывести единицу измерения для импульса? (Ученик у доски делает записи).

(р) = (кг м/с )

Вернемся к нашему равенству  . В физике произведение силы на время действия называют импульсом силы.

Импульс силы показывает, как изменяется импульс тела за данное время.

Рене Декарт установил закон сохранения количества движения, однако он не ясно представлял себе, что количество движения является векторной величиной. Понятие количества движения уточнил голландский физик и математик Христиан Гюйгенс, который, исследуя удар шаров, доказал, что при их соударении сохраняется не арифметическая сумма, а векторная сумма количества движения.

Эксперимент (на нитях подвешиваются два шарика)

Правый отклоняют и отпускают. Вернувшись в прежнее положение и ударившись о неподвижный шарик, он останавливается. При этом левый шарик приходит в движение и отклоняется практически на тот же угол, что и отклоняли правый шар.

Импульс обладает интересным свойством, которое есть лишь у немногих физических величин. Это свойство сохранения. Но закон сохранения импульса выполняется только в замкнутой системе.

Система тел называется замкнутой, если взаимодействующие между собой тела, не взаимодействуют с другими телами.

Импульс каждого из тел, составляющих замкнутую систему, может меняться в результате их взаимодействия друг с другом.

Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел.

В этом заключается закон сохранения импульса.

Примеры: ружье и пуля в его стволе, пушка и снаряд, оболочка ракеты и топливо в ней.

Закон сохранения импульса.

Закон сохранения импульса выводится из второго и третьего законов Ньютона.

Для примера возьмем систему из двух тел: шары массами m₁ и m₂ равномерно и прямолинейно движутся со скоростями v₀₁ и v₀₂, причем их скорости противоположно направлены, то есть шары движутся навстречу друг другу. Импульсы шаров записываются p₀₁=m₁v₀₁ и p₀₂=m₂v₀₂ соответственно.

Когда шары приблизятся друг к другу, произойдет столкновение. Удар не будет мгновенным, он займёт пусть малое, но вполне измеримое время t, при этом появятся силы взаимодействия F₁ и F₂, которые будут приложены к первому и второму шарам соответственно. Как известно, под действием силы скорость тела меняется, поэтому изменятся и скорости шаров. После столкновения модули и направления скоростей могут быть совершенно иными, поэтому обозначим скорости   v₁ и v₂ соответственно. Изменятся и импульсы шаров, они станут равны p₁=m₁v₁ и p₂=m₂v₂ соответственно.

Тогда, согласно закону сохранения импульса, имеют место равенства:

p₀₁+p₀₂=p₁+p₂

или

m₁v₀₁+m₂v₀₂=m₁v₁+m₂v₂.

Данные равенства являются математической записью закона сохранения импульса.

 Закон сохранения импульса выполняется и в том случае, если на тела системы действуют внешние силы, векторная сумма которых равна нулю.

Таким образом, более точно закон сохранения импульса формулируется так:

векторная сумма импульсов всех тел замкнутой системы — величина постоянная, если внешние силы, действующие на неё, отсутствуют или же их векторная сумма равна нулю.

4. Закрепление изученного материала. (4 мин.)

1) Что называется импульсом тела?

2) Назовите единицы измерения импульса тела в СИ?

4) В чем заключается закон сохранения импульса?

5) При каких условиях выполняется этот закон?

6) Какую систему называют замкнутой?

7) Почему происходит отдача при выстреле из ружья?

6. Решение задач (10мин.)

Два неупругих тела, массы которых 2 и 6 кг, движутся навстречу друг другу со скоростями 2 м/с каждое. С какой скоростью и в каком направлении будут двигаться эти тела после удара?

Учитель комментирует рисунок к задаче.

7. Подведение итогов урока; домашнее задание (2 мин)

Домашнее задание: §§3.1-3.5 с.70-79, конспект

Так же вам необходимо пройти тест на моем персональном сайте в разделе «тесты». Попасть на сайт вы можете по прямой ссылке или через сайт нашего техникума, на котором кстати есть и сайты других преподавателей. На сайте можно не только будет пройти тест, но и ознакомиться с материалом лекции. Следите за новыми публикациями и ставьте пальцы вверх.