Урок движение тела брошенного вертикально вверх невесомость. Движение тела, брошенного вертикально вверх

Урок 15. Движение тела брошенного вертикально вверх. Невесомость (Федосова О.А.)

Текст урока

• Конспект

  Название предмета - физика Класс - 9 УМК (название учебника, автор, год издания) - Физика. 9 кл.: учебник/ А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. - М.: Дрофа, 2014. Уровень обучения (базовый, углубленный, профильный) - базовый Тема урока - Движение тела, брошенного вертикально вверх. Невесомость Лабораторная работа №2 «Измерение ускорения свободного падения». Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1 Место урока в системе уроков по теме - 15/15 Цель урока - выявить и доказать от чего зависит свободное падение тел и движение тела, брошенного вертикально вверх, используя формулу Галилея. Задачи урока - Дать понятие о свободном падении тел и его особенностях. Изучить историю открытия закономерностей этого движения. Научить выполнять расчеты при свободном падении тел. Объяснить значение опытов Г.Галилея. Продолжить формирование умения высказывать умозаключения; Развитие самостоятельности в суждениях; Развитие логического мышления; развивать умение ставить мысленный эксперимент; развивать у учеников память, внимание; формировать умение решать качественные задачи. Продолжить воспитание отношения к физике, как к интересной и необходимой науке; Воспитывать в ребятах уважение и доброжелательность друг к другу, умение слушать ответ товарища; Формировать у учащихся аккуратность, при работе с записями в тетради. Планируемые результаты - -Наблюдать опыты, свидетельствующие о состоянии невесомости тел; -сделать вывод об условиях, при которых тела находятся в состоянии невесомости; -измерять ускорение свободного падения; Техническое обеспечение урока -компьютер, мультимедийный проектор Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока (возможны ссылки на интернет-ресурсы) – презентация к уроку с диска «Физика 9 класс» от VIDEOUROKI.NET https://videouroki.net/look/diski/fizika9/index.html, тест 15 «Свободное падение» Автор: © 2014, ООО "КОМПЭДУ", http://compedu.ru Содержание урока 1. Организационный этап 1. Взаимное приветствие учителя и обучающихся; проверка отсутствующих по журналу. 2. Актуализация субъектного опыта обучающихся Тренировочные задания и вопросы: 1. Свободным падением называется_ 2. Свободное падение по своему характеру является_ 3. Ускорение свободного падения g = _ 4. Все ли тела падают с одинаковым ускорением? Почему?_ 5. Почему в комнате дробинка долетает быстрее пушинки, если они падают с одной высоты?_ 6. Сколько времени тело будет падать с высоты h = 11,25 м? _ 3. Лабораторная работа №2 «Измерение ускорения свободного падения» Цель: измерить ускорение свободного падения с помощью прибора для изучения движения тел. Содержание работы Для проведения опытов используйте направляющую плоскость 1, каретку 2, датчики 3, электронный секундомер 4, пластиковый коврик 5 (рис.). Ускорение свободного падения можно определить, измерив путь и время движения из состояния покоя. Для точного измерения времени падения используется электронный секундомер 4 с магнитными датчиками 3. Запуск и остановка электронного секундомера могут осуществляться либо нажатием « Пуск/Стоп», либо с помощью магнитоуправляемых контактов герконов- в выносных датчиках 3. Геркон (герметический контакт) состоит из двух близко расположенных упругих металлических контактов, которые при внесении в магнитное поле или при приближении намагничиваются и притягиваются друг к другу. В результате замыкается участок электрической цепи, соединённый с выводами геркона. Схема электронного секундомера устроена так, что при первом замыкании электрических контактов на его входе происходит запуск секундомера, при следующем замыкании секундомер останавливается, Управление герконами осуществляется небольшим постоянным магнитом, укрепленным в середине внешней боковой стороны каретки 2. Порядок выполнения задания Установите направляющую плоскость почти вертикально для уменьшения влияния силы трения. С помощью магнитных держателей прикрепите датчики к направляющей плоскости, один у её верхнего края, другой у нижнего края Нажатием на кнопку «Сброс» установите нуль на шкале электронного секундомера, Проверьте работоспособность секундомера поочерёдным поднесением магнита каретки сначала к первому датчику, затем ко второму датчику. Секундомер должен начать измерение времени при поднесении магнита к верхнему датчику и завершить измерение поднесении магнита к нижнему датчику. Цифры на шкале до точки показывают секунды, цифры после точки – десятые и сотые доли секунды. Измерьте расстояние s между датчиками. Отпустите каретку и измерьте время t ее свободного падения. Повторите измерения 5 раз. Вычислите ускорение свободного падения: g = 2s /t 2 Найдите среднее арифметическое значение ускорения свободного падения. № Время движения t,с Путь s,м Ускорение свободного падения g,м/с 2 1 2 3 4 5 Определите отклонение полученного вами значения g от действительного значения, равного 9,8 м/с2 (т.е. найдите разность между ними). Вычислите, какую часть (в процентах) составляет эта разность от действительного значения g. Это отношение называется относительной погрешностью ε. Чем меньше относительная погрешность, тем выше точность измерений. ε =| g ср – g| /g 4. Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации) И тот взвился под облака; На миг исчез - и свысока Шумя, летит на князя снова. Проворный витязь отлетел И в снег с размаха рокового Колдун упал - да там и сел... А. С. Пушкин (Руслан и Людмила) Интересным примером прямолинейного равноускоренного движения является свободное падение тела и движение тела, брошенного вертикально. Такие движения тел изучал знаменитый итальянский уче­ный Галилео Галилей. Он установил, что эти движения равноускоренные. Измерения показали, что при таких движениях ускорение направлено вертикально вниз и по абсолютному значению равно примерно 9,8 метра деленного на секунду в квадрате. Особенно удивительно и в течение долгого времени было загадкой то, что это ускорение одинаково для всех тел. При решении задач на свободное падение тел координатную ось естественно направ­лять по вертикали вверх или вниз, а за тело отсчета выбирать Землю. Координата точки на оси - это ее высота над поверх­ностью Земли (или глубина под поверхностью Земли). Формулы для скорости, перемещения и координаты свободно падающего тела и тела, брошенного вертикально, ничем не отличаются от формул для прямолинейного равноускоренного движения. В этих формулах жэ - это проекция на ось координат вектора ускорения свободного падения тел; оно положи­тельно и равно + 9,8 метра деленного на секунду в квадрате, если координатная ось на­правлена вниз, и –9,8 метра деленного на секунду в квадрате, если ось координат на­правлена вверх. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся движения тел под действием силы тяжести - свободное падение тел по прямолинейной и криволинейной траектории. Свободное падение тел по прямолинейной траектории Решим следующую задачу. Задача 1. Тело свободно падает без начальной скорости с высоты h над поверхностью Земли. Определите время движения и скорость тела в последний момент движения. Как мы уже знаем, свободное падение тел - это равноускоренное движение, поэтому, для решения данной задачи, воспользуемся формулами равноускоренного движения для координаты тела и скорости. Выпишем начальные условия движения. И подставим их в уравнение движения. Из полученного уравнения движения легко определить время полета тела, оно равно квадратному корню из удвоенной высоты деленной на ускорение свободного падения. Если теперь полученное значение промежутка времени подставить в уравнение скорости, то можно легко получить формулу для расчета скорости в последний момент движения. Как мы видим, скорость равна минус корень квадратный из два жэ аш. Знак минус указывает на то, что движение тела, в нашем случае, происходит против оси координат. Задача 2. Мяч бросили вверх с начальной скоростью вэ нулевое направленной вертикально вверх. Определите: время всего движения; скорость в последний момент движения, а также на какую максимальную высоту поднимется тело? Как и в предыдущей задаче воспользуемся формулами равноускоренного движения тела. Выписываем начальные условия движения. И подставляем их в уравнение движения. Тогда уравнения движения запишутся в виде: игрек равно вэ нулевое тэ минус жэ тэ квадрат попалам; и вэ равно вэ нулевое минус жэ тэ. Найдем все время движения мяча, учитывая, что в последний момент своего движения его координата равна нулю: Ноль равно вэ нулевое тэ минус жэ тэ квадрат пополам. Решая полученное квадратное уравнение относительно тэ, найдем его корни. Корень уравнения равный нулю соответствует начальному моменту времени. Таким образом, время всего полета мяча определяется формулой: тэ равно два вэ нулевое деленное на жэ Скорость тела в последний момент движения определим из уравнения скорости для равноускоренного движения, подставив в него время полета мяча. Оказывается, что с какой скоростью мы бросим мяч вертикально вверх, с такой же скоростью он вернется обратно. Чтобы определить максимальную высоту полета мяча, нам необходимо определить промежуток времени, за который мяч поднимется на эту высоту. Из уравнения скорости видно, что мяч движется равнозамедленно вверх, пока не достигает максимальной высоты, затем на мгновение останавливается и дальше начинает двигаться равноускоренно вниз. Учитывая, что в верхней точке траектории скорость мяча равна нулю, определим время подъема. Как мы видим, оно равно половине времени всего движения. Теперь, если подставить полученное значение промежутка времени в уравнение движения, то мы с вами, определим максимальную высоту полета мяча. Вес тела, движущегося под действием только силы тяжести, равен нулю. В этом можно убедиться с помощью опытов, изображённых на рисунке 31. К самодельному динамометру подвешен металлический шарик. Согласно показаниям покоящегося динамометра, вес шарика (рис. 31, а) равен 0,5 Н. Если же нить, удерживающую динамометр, перерезать, то он будет свободно падать (сопротивлением воздуха в данном случае можно пренебречь). При этом его указатель переместится на нулевую отметку, свидетельствуя о том, что вес шарика равен нулю (рис. 31, б). Вес свободно падающего динамометра тоже равен нулю. В данном случае и шарик, и динамометр движутся с одинаковым ускорением, не оказывая друг на друга никакого влияния. Другими словами, и динамометр, и шарик находятся в состоянии невесомости. В рассмотренном опыте динамометр и шарик свободно падали из состояния покоя. Теперь убедимся в том, что тело будет невесомым и в том случае, если его начальная скорость не равна нулю. Для этого возьмём полиэтиленовый пакет и примерно на 1/3заполним его водой; затем удалим из пакета воздух, скрутив его верхнюю часть в жгут и завязав на узел (рис. 31, в). Если взять пакет за нижнюю, заполненную водой часть и перевернуть, то свитая в жгут часть пакета под действием веса воды раскрутится и заполнится водой (рис. 31, г). Если же, переворачивая пакет, удерживать жгут, не позволяя ему раскрутиться (рис. 31, д), а затем подкинуть пакет вверх, то и во время подъёма, и во время падения жгут не будет раскручиваться (рис. 31, е). Это свидетельствует о том, что во время полёта вода не действует своим весом на пакет, так как становится невесомой. Можно перекидывать этот пакет друг другу, тогда он будет лететь по параболической траектории. Но и в этом случае пакет сохранит в полёте свою форму, которую ему придали при броске. 5.Закрепление материала в форме теста с взаимопроверкой: 1.От чего свободно тело при свободном падении? а) от массы б) от силы тяжести в) от сопротивления воздуха г) от всего вышеперечисленного 2. В трубке, из которой откачан воздух, на одной и той же высоте находятся дробинка, пробка и птичье перо. Какое из этих тел позже всех достигнет дна трубки при их свободном падении с одной высоты? а) дробинка б) пробка в) птичье перо г) все три тела достигнут дна трубки одновременно 3. При отсутствии сопротивления воздуха скорость свободно падающего тела за пятую секунду падения увеличивается на а) 10 м/с б) 15 м/с в) 30 м/с г) 45 м/с 4. С высокого отвесного обрыва начинает свободно падать камень. Какую скорость он будет иметь через 3с после начала падения? Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. а) 30 м/с б) 10 м/с в) 3 м/с г) 2 м/с 5. Сосулька, упав с края крыши, долетела до Земли за 3 с. Путь сосульки приблизительно равен а) 12м б) 24 м в) 30 м г) 45 м Проверьте свои ответы. Номер вопроса 1 2 3 4 5 Ответы в г а а г 6.Домашнее задание §14, тест 15 «Свободное падение»

  
  

  Тема: Свободное падение. Невесомость

  • Тип урока: комбинированный.
  • Цель урока: дать учащимся представление о свободном падении тел, как частном случае равномерного движения, при котором модуль вектора ускорения является постоянной величиной для всех тел; формировать умение рассчитывать координату и скорость тела в любой момент времени свободного падающего тела; дать понятие невесомости.
  • Оборудование к уроку: мячик, лист бумаги, бумажный шарик, металлическая монетка, бумажная монетка, шарики различной массы, «трубка Ньютона», ПК и ИД.
  
  
  • 1. Подготовка к восприятию основного материала.
  • 2. Изучение нового материала.
  • 3. Закрепление материала.
  • 4. Итоги урока.
  • 5. Домашнее задание.
  
  
  • 1. Самостоятельная работа:
  • 1 вариант. 1) Какова масса тела, которому сила 10 Н сообщает ускорение 2 м/с2?
  • 2) Каким может быть модуль равнодействующей сил 25 Н и 10 Н?
  • 2 вариант .1) Какое ускорение сообщает сила 20 Н телу массой 2 кг?
  • 2) Одна из сил, действующих на тело, равна15 Н. Чему равна вторая сил, если модуль равнодействующей этих сил равна 5Н?
  
  
  • 1) Прочитать и записать математически третий закон Ньютона.
  • 2) Чем отличается равноускоренное движение от равномерного?
  • 3) Запишите формулу определения скорости при равноускоренном движении.
  • 4) Запишите формулу определения перемещения при равноускоренном движении.
  • 5) Какие закономерности присущи равноускоренному движению?
  • 6) Назовите особенности третьего закона Ньютона
  
  
  • Так как сила тяжести, действующая на все тела вблизи поверхности Земли, постоянная, то свободно падающее тело должно двигаться с постоянным ускорением, то есть равноускоренно.
  
  

  1.Исторические сведения.

  • Теория Аристотеля: Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает.
  • противоречие: если легкое тело падает медленнее, чем тяжелое, то легкое вместе с тяжелым будет падать медленнее(?), или быстрее так как одно более тяжелое?
  • 1) Падение листа бумаги
  • и бумажного шара. 2)
  • 2) Падение различных
  • по массе шаров.
  • 3) Падение бумажной и
  • металлической монеты 3)
  • по отдельности и вместе.
  
  
  
  • Опыты с шарами разной массы, которые сбрасывали с Пизанской башни.
  • Шары приземлились практически одновременно.
  • Следовательно, если сопротивлением воздуха можно пренебречь, все тела, падая, движутся равноускоренно с одним ускорением.
  
  
  • К такому же выводу мы приходим изучая стробоскопические фотографии.
  • - фотографирование через равные промежутки времени падающего шарика (стр. 53 учебник), фото доказывают, что движение шарика равноускоренное и ускорение свободного падения g= 9,8 м/с 2
  • обозначается буквой g от латинского слова gravitas («гравитас»), что значит «тяжесть».
  • Опыты, проводимые с использованием «трубки Ньютона»,

  подтверждают, что ускорение свободного падения в данной точке Земли не зависит от массы, плотности и формы падающих тел.

  
  

  5. Объяснение падения тел разной массы с разной скоростью .

  • F 1 =F т + F c F 2 =F т + F c
  • F c F c
  • F 1 F т
  • F т F т =mg=m . 9 ,8м/с 2
  
  

  Формулы, характеризующие равноускоренное движение

  Равноускоренное движение

  Свободное падение

  V х =V ox +a х t

  Движение тела, брошенного вверх

  S х =V ox t+(a х t 2)/2

  S у =V oy t+(gt 2)/2

  V у =V o у -gt

  X = X 0 +V x0 t+(a x t 2)/2

  S=V oy t-(gt 2)/2

  У=У 0 +V 0y t+(g y t 2)/2

  У= V 0y t-(g y t 2)/2

  
  

  3.Зависимость скорости и координаты падающего тела от времени.

  
  

  3.Зависимость скорости и координаты тела, брошенного вертикально вверх, от времени.

  • Пусть начальное положение тела - начало координат, ось ОУ направим вниз, тогда графики V y (t) и У(t) :
  
  

  Невесомостью называется состояние, при котором вес тела равен нулю.

  • Это состояние возникает, если на тело действует только сила тяжести, тело движется поступательно с ускорением свободного падения.
  • То есть тело, подвешенное на пружине, не вызывает никакой деформации пружины, а тело, лежащее неподвижно на опоре, не оказывает на неё никакого силового воздействия.
  • х Р= m (g - a) g=a P=0
  
  
  • 1.Упр. 13 (2) Со стола высотой 80 см на пол падает карандаш. Определите время его падения.
  • 2. Одинаковым ли будет время свободного падения различных тел с одной и той же высоты?
  • 3. Камень падал с одной скалы 2с, а с другой 6с. Во сколько раз вторая скала выше первой?
  • Домашнее задание:
  • § 13, 14, упр.13 (1,3); №192, 204, 207.
  • Ответить на вопросы после параграфа, знать тезисы, выписанные в тетрадь.

  Слайд 2

  Повторение

  2 При наличии атмосферы движение падающих тел стремится к равномерному.

  Слайд 3
  

  3 Законы, характеризующие свободное падение если V0 = 0; V = gt если V0 = 0;

  Слайд 4

  Повторение

  4 1.В трубке, из которой откачан воздух,на одной и той же высоте находится дробинка,пробка и птичье перо. Какое из тел позже всех достигнет дна трубки? А) Дробинка. Б) Пробка. В) Птичье перо. Г) Все три тела достигнут дна трубки одновременно. 2. Чему равна скорость свободного падающего тела через 3 секунды? V0=0м/с, g =10м/с². А)15м/c Б)30м/c В)45м /c Г)90м/c 3.Какой путь пройдёт свободно падающее тело за 4 секунды? V0=0м/с,g=10м/с². А) 20м Б)40м В)80м Г)160м 4.Какой путь пройдёт свободно падающее тело за 6-ю секунду?V0=0м/с,g=10м/с². А)55м Б)60м В)180м Г)360м

  Слайд 5
  

  5 17.11.2011г. Движение тела, брошенного вертикально вверх. Задачи урока: 1.Убедиться, что движение тела, брошенного вертикально вверх, является равноускоренным. 2. Получить основные формулы для движения. 3. Привести примеры такого движения.

  Слайд 6

  Формулы

  6 Движение тела, брошенного вертикально вверх. v = vо - gt y = hо+vоt - gt2/2 Ось OY направляют вертикально вверх

  Слайд 7

  Графическое представление движения

  7 График зависимости скорости от времени. Графики зависимости ускорения, пути и координаты от времени.

  Слайд 8

  Движение тел, брошенных вертикально вверх с различными скоростями

  8 Зависимость координаты от времени V02> V01

  Слайд 9
  

  9 Есть на острове Исландия своя долина гейзеров - Хаукалдур.Именно здесь находится знаменитый Большой Гейзер.Когда, гейзер собирается с силами, он трижды подряд выбрасывает в небо мощную струю высотой в 40-60 метров. Десять минут длится этот «салют», а затем вода и пар как бы втягиваются назад в жерло. В последнее время Большой Гейзер извергается все реже. Зато его сосед - гейзер Штоккр - еще полон сил радует туристов своими струями, взлетающими на 30-40 метров вверх. Задача: С какой скоростью вырывается вода из жерла Большого Гейзера и гейзера Штоккр? Сколько времени длится «полет»? (Вода из жерла Большого Гейзера вырывается со скоростью 35 м/с, время «полета» воды - 7с. Для гейзера Штоккр эти значения, соответственно, будут равны 28 м/с и 5,6 с.)

  Слайд 10

  «Бешеный огурец»

  10 Самое воинственное растение - «бешеный огурец». В «бешенство» он приходит, когда полностью созревает. Огурец с треском отрывается от своей ножки, из отверстия, где только что была ножка плода, бьет на 6-8 метров. Оказывается, пока плод зреет, внутри него накапливаются газы. К моменту созревания их давление в его полости достигает трех атмосфер! Задача: С какой скоростью должна вырываться струя сока с семенами, чтобы достичь указанной выше высоты? Как при этом изменяется энергия семян? (Скорость струи 12,6 м/с, при этом кинетическая энергия струи превращается в потенциальную энергию.)

  Вопросы.

  1. Действует ли сила тяжести на подброшенное вверх тело во время его подъема?

  Сила тяжести действует на все тела, независимо от того, подброшено оно вверх или находится в состоянии покоя.

  2. С каким ускорением движется подброшенное вверх тело при отсутствии трения? Как меняется при этом скорость движения тела?

  3. От чего зависит наибольшая высота подъема брошенного вверх тела в том случае, когда сопротивлением воздуха можно пренебречь?

  Высота подъема зависит от начальной скорости. (Вычисления см. предыдущий вопрос).

  4. Что можно сказать о знаках проекций векторов мгновенной скорости тела и ускорения свободного падения при свободном движении этого тела вверх?

  При свободном движении тела вверх знаки проекций векторов скорости и ускорения противоположны.

  5. Как ставились опыты, изображенные на рисунке 30, и какой вывод из них следует?

  

  Описание опытов см. стр. 58-59. Вывод: Если на тело действует только сила тяжести, то его вес равен нулю, т.е. оно находится в состоянии невесомости.

  Упражнения.

  1. Теннисный мяч бросили вертикально вверх с начальной скоростью 9,8 м/с. Через какой промежуток времени скорость поднимающегося мяча уменьшится до нуля? Какое перемещение от места броска совершит при этом мяч?