Конспект урока по физике: "Вес тела. Невесомость. Перегрузки"

Минуллина Дина Галимовна, учитель физики

Статья отнесена к разделу: Преподавание физики

Цели урока: повторить понятие веса тела, установить, как изменяется вес тела при движении его с ускорением, рассмотреть, в чем состоит причина невесомости и перегрузок.

Оборудование: два бруска, металлическая планка, груз, штатив, пружина, динамометр, фильм "Невесомость", пружинные весы, диафильм "Явление тяготения".

План урока.

I. Мотивация.

Ребята, наш сегодняшний урок я хочу начать со слов К.Э.Циолковского: "Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство".

На сегодняшний день люди сумели проникнуть за пределы атмосферы, но еще пока не завоевали все околосолнечное пространство. Какие были трудности и сложности в самом начале этого тернистого пути? Да и вообще нужно ли было человечеству осваивать космос? На эти вопросы нам предстоит ответить на уроке.

Итак, тема нашего урока: "Вес тела. Невесомость. Перегрузки".

II. Ход урока.

"Как это удивительно – обнаружить, что все явления природы управляются небольшим числом сил!" (М.Фарадей).

В механике выделяют силы тяготения, упругости, трения.

А что такое вес тела?

(Диалог учащихся).

Ученик I.

В обиходе часто вес путают с массой, силой тяжести: "Сколько весит ведро воды?" или "Взвесьте 0,5 кг конфет". Чтобы в дальнейшем избежать путаницы, дадим определение понятия "вес тела": сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. Обратим внимание: вес действует на опору или подвес, а не на тело.

Ученик II.

Возникает неожиданный вопрос: а почему, собственно, тела действуют на опоры и подвесы?

Ученик I.

Действует: это знают все, кто носил тяжелые сумки и чемоданы, кому рюкзак натирал плечи в походе.

Ученик II.

Так почему же тела давят на опору?

Ученик I.

Обычный ответ: "Потому что тело притягивается к Земле". Согласны все?

Ученик II.

Возражаю: действительно, тело притягивается к Земле с силой тяжести F = mg, но ведь это взаимодействие тела и Земли, при чем здесь опора?

Ученик I.

Другой аргумент: если бы не было опоры, то тело падало бы, а опора этому препятствует силой упругости, возникающей при её деформации.

Ученик II.

Тоже верно, но это объясняет только действие опоры на тело, а не тела на опору, и вопрос остался открытым.

Ученик I.

Вспомним третий закон Ньютона: "Если опора действует на тело, то и тело должно действовать на опору с такой же по значению силой". Действие и противодействие — силы одной природы. Реакция опоры N есть сила упругости, значит, и вес тела возникает при деформации тела. Не только тело, падая, деформирует опору или подвес, но и опора деформирует тело. Да-да, все тела, стоящие сейчас на столе перед вами, слегка сжаты, настолько мало, что никто на это не обращает никакого внимания. И лично вы, встав с постели на пол ногами и деформируя пол, сами деформируетесь (сжимаетесь) на 2—3см.

Учитель.

И действительно, деформацию тела пронаблюдать трудно, а вот деформацию опоры и подвеса — пожалуйста.

Опыт:

1) Два бруска, металлическая планка, груз.

Под действием силы тяжести некоторое время груз будет двигаться вниз, прогибая доску, а затем, остановится, при этом возникает сила, с которой опора действует на тело. Деформируется не только опора, но и тело притягивается Землей.

2) Штатив, пружина, груз.

Пружина окажется деформированной, появится сила упругости пружины, но возникнет ещё одна сила — сила упругости деформированного тела.

Когда тело находится в покое или движется прямолинейно и равномерно относительно инерциальной системы отсчета, то вес тела по модулю равен силе тяжести.

Ребята, я сейчас возьму пружинные весы. Рука покоится относительно Земли, весы покажут, что вес тела по модулю равен силе тяжести. Теперь весы выпустим из рук, и они вместе с грузом свободно падают. В этом случае стрелка весов установится на нуле. Вес исчез: груз, как говорят, стал невесомым. В чем состоит причина невесомости?

Ученик.

Невесомость объясняется тем, что сила всемирного тяготения, а значит и сила тяжести, сообщают всем телам одинаковое ускорение g. Поэтому всякое тело, на которое действует только сила тяжести или вообще сила всемирного тяготения, находится в состоянии невесомости. Но надо помнить, что если в нашем опыте стрелка весов стоит на нуле, то это не значит, что исчезла сила тяжести. Исчез вес, т.е. сила, с которой груз действует на подвес. Сила тяжести остается – она причина свободного падения.

Учитель.

А теперь представим, что вы купили молоко, и оно вытекает.

Тестовая задача №1. (см. Приложение)

Испытывает ли человек состояние невесомости?

Ученик.

Кратковременное состояние невесомости испытывал каждый. В таком состоянии находится прыгун с момента отрыва от Земли и до момента приземления; пловец, прыгающий с вышки, до соприкосновения с водой. Даже бегун в короткие промежутки времени между касаниями ногой земли. Длительное состояние невесомости возникает при свободном полете космического корабля.

Учитель.

Перед вами приборы: часы, песочные часы, весы, спиртовка. Какой из этих приборов сможет использовать космонавт по назначению во время космического полета?

(Фрагмент фильма "Невесомость").

А все-таки невесомость – друг или враг? (Выслушиваю ответы учащихся).

Вывод: невесомость далеко не безобидна для человеческого организма, но для науки она открывает новые возможности. Можно, например, смешивать жидкости, которые на Земле невозможно перемешать; получать в 50—100 раз быстрее и в 10—20 раз чище, чем на Земле, вещества, необходимые для изготовления лекарств и полупроводников, и многое другое…

Нужно подчеркнуть, что люди упорны в своих исследованиях.

А теперь рассмотрим случай, когда тело с пружинными весами движется относительно Земли с ускорением, но не совершает свободное падение.

Опыт: не выпуская весы из рук, просто резко опустим их вниз, сообщив им и грузу некоторое ускорение а, направленное вниз. Что вы пронаблюдали?

Ученик.

Если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, которое направлено так же, как и ускорение свободного падения, то его вес меньше веса покоящегося тела.

P = m (g – a)

Тестовая задача №2 (устно) (см. Приложение).

Тестовая задача №3 (письменно) (см. Приложение).

Дано: V = 72 км/ч R = 500 м m = 500 кг	СИ: a = 20 м/с	Решение:
Найти: P

Уравнение, выражающее второй закон Ньютона в векторной форме, имеет вид:

mg + N = ma

Направим координатную ось Y вертикально вниз и напишем это уравнение для проекций векторов на эту ось:

mg_y + N_y = ma_y

Ясно, что g_y = g, N_y= –N, a_y = a = v² : R

mg – N = mv² : R

Вес автомобиля Р по третьему закону Ньютона по модулю равен N.

mg – P = mv² : R

P = mg – mv² : R P = m ( g – v² : R )

P= 500 кг (10 м/с² – 400 м²/с² : 500 м ) = 4600 Н

(Ответ: Р = 4600 Н )

Опыт:

Если весы с подвешенным к ним грузом резко поднять вверх, сообщим им ускорение а, направленное вверх. Ребята, что вы пронаблюдали в этом случае?

Ученик.

Если тело движется с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, то его вес больше веса покоящегося тела.

P = m ( g + a)

Тестовая задача №4 (см. Приложение).

Дано: m = 40 кг L = R = 4 м v = 6м/с	СИ:	Решение:
Найти: F

Запишем уравнение второго закона Ньютона в векторной форме:

F + F_т = ma

где F – сила упругости опоры.

Направим координатную ось Y вверх и найдем проекции сил:

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

F – mg = ma

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

a = v² : R

F = m ( v² : R + g )

F = 40 кг ( 36 м² / с² : 4 м + 10 м/с² ) = 760 Н

(Ответ: F = 760 Н )

Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называется перегрузкой.

Перегрузки испытывают космонавты, когда ракета устремляется ввысь.

(Фрагмент фильма).

Вычислим, какую перегрузку испытывают летчики – космонавты.

Задача №216 из "Сборника задач по физике" Рымкевича( см. Приложение).

Дано: a= 20 м/с m= 80 кг	СИ:	Решение: k – перегрузка, которую испытывает летчик. k = P : P₀ P₀– нормальный вес. P₀ = mg P – вес летчика в кабине космической ракеты. P = m ( g + a ) P = 80 кг ( 10 м/с² + 20 м/с²) = 2400 Н P₀= 80 кг · 10 м/с2 = 800 Н k = 2400 Н : 800 Н = 3 Ответ: P = 2400 Н, k = 3.
Найти: P, K

Ребята, перегрузки влияют на организм человека, так как увеличивают свой вес внутренние органы летчика, увеличивается сила, с которой они действуют друг на друга и на самолет или кабину космического корабля. Это вызывает болезненные ощущения, и поэтому пилотам нужны тренировки, чтобы выдержать их. Невесомость и перегрузки – эти сложности были преодолены людьми при освоении дороги в космос. А зачем человеку осваивать космос?

(Выступление учащихся с их рефератами по теме: "Зачем человеку осваивать космос?").

III. Подведение итогов.

"Как известно, знание – сила; вряд ли человек, не имеющий никакого багажа знаний, сможет открыть что-то новое для человечества, да и не только для человечества, а просто для себя".

На наших уроках физики мы еще будем говорить, как законы физики помогали людям создавать летательные аппараты и о том, как человек изучает космическое пространство.

(Звучит произведение "Время вперед" Г. Свиридова).

А пока время неумолимо движется вперед, и вы знаете, что первый в мире космонавт Ю.А. Гагарин, первый в мире выход в открытый космос совершен А.А.Леоновым, и многое другое в деле практического освоения космоса принадлежит нашим соотечественникам.

И кто знает, может быть именно вы внесете свою лепту в "завоевание", по выражению К.Э.Циолковского, "околосолнечного пространства".

М.В.Ломоносов

О вы, которых ожидает
Отечество от недр своих
И видеть таковых желает.
Каких зовет он стран чужих,
О, ваши дни благословенны
Раченьем вашим показать
Что может собственных Платонов
И быстрых разумом Невтонов
Российская земля рождать.

IV. Выставление оценок.

V. Домашнее задание.

Упр.14 № 1—3.

Литература:

Диканева О.Т. "Воспитай творца" — Москва, "Просвещение", 1993.
Юфанова И.Л. "Занимательные вечере по физике в средней школе" — Москва, "Просвещение", 1990.
Кикоин И.К., Кикоин А.К. "Физика – 9" — Москва, "Просвещение",1990.
Балашов М.М. "Физика – 9" — Москва, "Просвещение", 1994.
Рымкевич А.П. "Сборник задач по физике" — Москва, "Просвещение", 1988.

Blog

Конспект урока по физике: "Вес тела. Невесомость. Перегрузки"

Содержание