Открытый урок по теме: «Импульс тела. Закон сохранения импульса», 9 класс.

Открытый урок по теме:

«Импульс тела. Закон сохранения импульса»,

9 класс.

Цели урока:

1. Обосновать необходимость введения новой физической величины – импульс тела, ввести понятие - импульс силы.

2. Формировать понятие о замкнутых системах, вывести закон сохранения импульса.

Задачи:

1. Образовательные:

- раскрыть содержание закона сохранения импульса, понятий: импульс тела, импульс силы и научить применять полученные знания к анализу явлений взаимодействия тел;

- обеспечить усвоение понятия центра тяжести тела, устойчивого, неустойчивого, безразличного равновесий, устойчивости тел;

- продолжить формирование умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала по основам механики;

1. Развивающие:

- повысить познавательную активность обучающихся;

- развивать умения и навыки решения;

- развивать интеллектуальные способности обучающихся;

- активизировать деятельность обучающихся в процессе урока.

1. Воспитательные:

- раскрывать общекультурную значимость науки физики и формирование научного мировоззрения и мышления у обучающихся;

- формировать интерес к физике и ее приложениям.

1. Актуализация знаний.

1.Какой раздел физики называется механикой?

2.В чём заключается основная задача механики?

3.Как формулируется второй закон Ньютона?

4.О чём гласит третий закон Ньютона?

5.В каком случае основную задачу механики можно решить с помощью законов Ньютона?

Учитель: А как быть, если не известны значения сил, действующих на тело? Как тогда решается основная задача механики?

1. Демонстрационный эксперимент:

а) столкновение на столе двух шаров;

б) на неподвижную тележку, стоящую на столе, бросаем брусок.

Учитель: Как описать взаимодействия тел в этих опытах?

Тела изменяют свою скорость под воздействием силы, действующей со стороны другого тела.

Давайте найдём взаимосвязь между действующей на тело силой, временем её действия и изменением скорости тела.

• Учитель работает на доске, учащиеся в тетрадях.

Пусть на тело массой m, которое покоится, действует сила , тогда по второму закону Ньютона: ,по определению:,так как левые части равенств одинаковые, следовательно:, (данная формула устанавливает взаимосвязь между действующей на тело силой, временем её действия и изменением скорости тела.) Обозначим:-импульс тела, а  – изменение импульса тела.

Таким образом, мы получили ответ на поставленный вопрос. Не зная значений сил, действующих на тело, многие задачи в механике, можно решить, прибегая к величинам, характеризующим механическое движение, и способным сохранятся при определённых условиях. Одной из таких физических величин является импульс тела.

Итак, тема нашего урока: “Импульс тела. Закон сохранения импульса”

1. Работа по теме урока:

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. Ребята, 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.

Историческая справка

Понятие импульса было введено в физику французским ученым Рене Декартом (1596 – 1650 гг), 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».

Рене Декарт родился в дворянской семье, в школьные годы проявил интерес к математике. Получив образование, Декарт служил в армии, много путешествовал, затем поселился в Нидерландах, посвятив себя науке. Развивая идеи Галилея, сформулировал закон сохранения количества движения.

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

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

F = ma

а = (V - V₀ ) / t

одставив в первое выражение значение ускорения, получаем:

F = m (V₀ - V) / t

или:

Ft = mV – mV₀

Рассмотрим правую часть, мы видим, что произведение массы на скорость есть импульс тела.В тетради записываем определение, что называем импульсом тела.

p = mV

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.

Выясним, в каких единицах измеряется импульс тела.

Т.к. масса измеряется в кг, а скорость – в м/с, то импульс тела измеряется в кг·м/с.

Но в правой части есть еще произведение массы на начальную скорость. Получаем, что все то, что стоит в правой части мы называем изменением импульса тела и обозначаем ∆p

∆p = mV – mV₀ - изменение импульса тела

Задача (устно): Найдите импульс тела массой 5 кг, движущегося со скоростью 2 м/с.

Слева у нас произведение силы на время есть импульс силы

Ft – импульс силы

В каких единицах будет выражаться импульс силы? (Н с)

Оказывается, что

Ft = ∆p

В векторном виде мы задачи не решаем.

Далеко не все задачи в механике можно решить, используя законы Ньютона. К таким задачам можно отнести расчет скорости тел после соударения и расчет текущей скорости тела, у которого меняется масса.

Рассмотрим опыт с мячами.

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

Запишем определение в тетрадь.

Замкнутая система тел – это совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих 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.

«Вывод закона сохранения импульса»

1. По третьему закону Ньютона два тела взаимодействуют друг с другом с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

2. По второму закону Ньютона

3. Используем формулу ускорения

4. Подставляем формулу ускорения в формулу (1)

5. После сокращения на время t и раскрытия скобок получаем

6. Перенесем в левую часть уравнения векторы импульсов тел до взаимодействия, а в правую часть – векторы импульсов тел после взаимодействия.

Это уравнение называется законом сохранения импульса тел.

Но, закон сохранения импульса выполняется только в замкнутых системах.

Определение замкнутой системы (Слайд 10)

Формулировку закона сохранения импульса обучающиеся смотрят в учебнике.

1. Закрепление изученного материала.

«Применение закона сохранения импульса в жизни»

Учитель: В жизни мы встречаемся с такими явлениями как отскакивание мяча при ударе о стенку, землю, при разлете мячей при ударе друг о друга. На даче при поливе с использованием шланга можно наблюдать, как шланг извивается, когда вода выливается из него. В ванной комнате многие наблюдали, что при сильном напоре воды кран начинает крутиться в разные стороны. Охотники и стрелки рассказывают, что при выстреле из ружья ощущается отдача оружия при вылете пули. На уроках биологии вы знакомились с принципами движения морских обитателей: кальмаров, каракатиц, осьминогов.

Закон сохранения импульса проявляется в реактивном движении. А с этим видом движения мы с вами познакомимся на следующем уроке. (Слайд 11,12)

1. “Два шарика и тележка” (экспериментальная задача)

На одинаковой высоте укреплены два желоба, по которым с одинаковой высоты скользят два одинаковых шарика.

Если скатывается:

1. Правый шарик – тележка приходит в движение;

2. Левый шарик – тележка приходит в движение;

3. Если скатываются оба сразу, то тележка остается в покое. Почему? Ответ: в первом и во втором случаях тележка получала импульс при взаимодействии с шариком. В случае, когда скатываются оба шарика сразу, горизонтальные проекции импульсов шариков равны и противоположны по знаку, а их сумма равна нулю, поэтому тележка была неподвижной.

2. а) Из двух тел различной массы,

движущихся с одинаковыми

скоростями, импульс которого больше?

б) Из двух тел равной массы , движущихся

с различными скоростями, импульс

какого больше?

в) Определите знаки проекций импульсов тел.

3.Тело массы небольшой (10 кг.) 
скорость развивает (5м/с). 
И какой же это тело импульс получает?

4. Скорость легкового автомобиля в 2 раза больше скорости грузового, а масса – в 4 раза меньше массы грузового автомобиля. Сравните модули импульсов автомобилей.

(Импульс легкового автомобиля меньше в два раза.)

5. Два шарика, стальной и алюминиевый, одинакового объема, падают с одной и той же высоты. Сравните их импульсы в момент падения на землю. (Импульс стального больше, так как больше его масса.)

1. Работа по книге:

Задача 1. Из ружья массой 5 кг вылетает пуля массой 5 г со скоростью 600 м\с. Найти скорость отдачи ружья.

Учитель на доске последовательно излагает ход решения задачи на применение закона сохранения импульса.

Задача 2. (№357 стр.49)

Дано: решение

m₁=0,1 кг

m₂=0,2 кг до после

v₁=4 м/с m₁v₁ - m₂v₂ = v (m₁ + m₂)

v₂=3 м/с 0,2*3 - 0,1*4= v(0,1+0,2)

v – ? 0,6 - 0,4= v*0,3

0,2= v*0,3 v=0,2/0,3=0,66≈0,7 м/с

Ответ: 0,7 м/с

Задача 3. (1-11 стр.71)

Дано: СИ решение

m₁=100 кг m₁v₁ = v (m₁ + m₂)

m₂=10 т 10000кг

v₁=500 м/с

v – ?

Ответ: 4,9 м/с

Задача 4 (1-15 стр.71)

Дано: решение

m₁=0,2 кг m₁v₁ - m₂v₂ = v (m₁ + m₂)

m₂=0,5 кг m₁v₁ - m₂v₂ = 0

v₂=0,8 м/с m₁v₁ = m₂v₂

v =0
v₁ – ?

Ответ: 2 м/с

Задача 5. (2-2 стр.72)

Дано: решение

m₁=80 кг m₁v₁= v (m₁ + m₂)

m₂=20 кг
v₁=4 м/с

v₂=0

v – ?

Ответ: 3,2 м/с

1. Домашнее задание.

§§ 21,22, упр.21(2).

7. Итог урока.

1.Что называется импульсом тела?

2.Что можно сказать о направлении векторов импульса и скорости движущегося тела?

3.Что означает утверждение о том, что несколько тел образуют замкнутую систему?

4.Какую систему называют замкнутой?

5.Сформулируйте закон сохранения импульса.