Конспект урока «Столкновения тел» по физике для 10 класса

Методические рекомендации к уроку

Название презентации: «Столкновения тел».

Автор: Якунина Ольга Борисовна, МАОУ лицей№4 г.Таганрог, Ростовской области.

Предмет: Физика.

Класс: 10.

Межпредметные связи: астрономия, технология

Форма проведения: обзорная лекция.

Тип урока: урок обобщения материала на основе систематизации и углубления предыдущих знаний.

Время проведения: 2 академических часа (80 минут).

Данная презентация предназначена для изучения темы: «Соударение тел».

Пакет содержит информацию в доступном, наглядном виде, знакомит учащихся с основными понятиями данной темы, развивает наглядно-образное мышление, умение анализировать, обсуждать и делать выводы.

Образовательные цели:

1. Познакомить учащихся с основными видами ударов.

2. Применяя закон сохранения импульса и энергии, выяснить основные особенности этих ударов

3. Выяснить, где можно применять свойства различных соударений.

4. С помощью презентации наглядно показать, как происходят соударения, и что является результатом этих соударений.

5. Познакомить учащихся со столкновениями небесных тел и возможными результатами этих столкновений.

Формировать понятия: упругий удар, неупругий удар, абсолютно неупругий удар, центральный и нецентральный удары.

Развивающие цели:

1. Развивать и совершенствовать умение применять имеющиеся у учащихся знания в измененной ситуации.

2. Совершенствовать умения высказывать свою точку зрения и принимать альтернативную информацию по данной проблеме.

Воспитательные цели:

1. Развивать умение вести индивидуальную, групповую дискуссию, самостоятельного поиска решения, конструирования обобщенного способа решения новой задачи.

2. Развивать умение анализировать полученные результаты.

Применяемые на уроке педагогические технологии: сотрудничество, проблемное обучение, поисковый метод, групповая работа.

Материалы и оборудование:

Персональный компьютер, экран, мультимедийный проектор, установка для демонстрации упругого удара шаров, шарик для настольного и большого тенниса.

Основополагающий вопрос занятия:

Как использовать законы сохранения энергии и импульса для описания различных видов соударений?

Вопросы темы:

В чем принципиальное отличие упругого от неупругого соударений тел?

Применение соударений в технике и быту.

План проведения занятий.

Подготовительный этап:

Подготовка презентации, компьютера, экрана, демонстраций.

Этапы обучения:

1. Слайд № 1. Вступительное слово учителя. Объявляется тема урока

Переход от слайда к слайду происходит с помощью линейной и нелинейной навигации.

2. Слайды со 2 по 6.

• Ударом (или столкновением) принято называть кратковременное взаимодействие тел, в результате которого их скорости испытывают значительные изменения.

• Человек издревле знаком с ударами и научился использовать их в своих целях. Попробуйте забить гвоздь, не ударяя молотком по шляпке, а просто надавливая на нее! Другие примеры – добыча руды, футбол, ударные музыкальные инструменты. Неожиданные удары, как при падении метеорита или автомобильной аварии, могут быть весьма опасными. Так или иначе, важно умение заранее рассчитать результат удара.

• В процессе удара возникают кратковременные ударные силы взаимодействия между сталкивающимися телами, причем эти силы во много раз превосходят все внешние силы, действующие на тела. Поэтому в процессе удара систему соударяющихся тел можно приближенно считать замкнутой и применять к ней закон сохранения импульса.

• Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.

3. Перед слайдом №7 учащимся задается вопрос:

Привести примеры абсолютно неупругого удара.

• Примерами абсолютно неупругого удара являются столкновение метеорита с Землей, мухи с лобовым стеклом автомобиля, пули с песком, захват нейтрона ядром урана, присоединение электрона ионом и т.д

4. После слайда №8 учащимся предлагается самостоятельно вывести формулу скорости при абсолютно неупругом соударении и сверить ее с тем, что написано на слайде. Одновременно один из учащихся выводит эту формулу на доске.

5. Слайд №9. В соответствии с законом сохранения импульса, общая скорость поступательного движения тел после абсолютно неупругого прямого центрального удара равна:

6. Слайды № 10-11.

• При абсолютно неупругом ударе происходят различного рода процессы в соударяющихся телах (их пластические деформации, трение и др.), в результате которых механическая энергия системы уменьшается, переходя во внутреннюю энергию сталкивающихся тел

7. Как определить изменение кинетической энергии в результате неупругого удара? Вывод формулы на доске.

8. Слайд № 12.

• Изменение кинетической энергии системы двух сталкивающихся тел при абсолютно неупругом прямом центральном ударе равно:

9. Чему равно относительное уменьшение энергии при неупругом ударе, когда одно из тел покоится? Вывод формулы на доске.

10. Слайд № 13.

• Если второе тело до удара покоится, то относительное уменьшение кинетической энергии системы при абсолютно неупругом прямом центральном ударе

11. Где можно применить это свойство?

12. Слайд № 14, 15.

• Использование абсолютно упругого удара в технике:

1) Изменение формы тел (ковка, штамповка, клепка и т.п.)

2) Для перемещения тел в среде с большим сопротивлением (забивание гвоздей, свай и т.п.)

• В первом случае целесообразно, чтобы отношение было возможно ближе к 1, т. е. необходимо, чтобы (масса отковываемого изделия и наковальня должны во много раз превосходить массу молота).

Во втором случае нужно, чтобы потери кинетической энергии при ударе были минимальны, т. е. чтобы (масса молотка должна во много раз превосходить массу забиваемого гвоздя).

13. Слайд № 16.

• Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел.

14. Привести примеры абсолютно упругого удара.

15. Слайд №17

• Футбольный мяч после удара о стенку восстанавливает шарообразную форму;

• Абсолютно упруго сталкиваются многие элементарные частицы, бильярдные шары, теннисный мяч с ракеткой.

16. Слайд №18, 19.

• Центральным ударом шаров называют соударение, при котором скорости шаров до и после удара направлены по линии центров.

• В одномерном случае упругих столкновений относительная скорость движения объектов после столкновения равняется относительной скорости движения до столкновения.

17. Используя закон сохранения энергии и импульса, вывести формулу для определения скорости взаимодействующих тел при абсолютно неупругом соударении. Вывод формулы на доске.

18.Слайд № 20.

• Скорости двух абсолютно упругих шаров массами после абсолютно упругого взаимодействия:

19. Слайд №21 – 24. Анализ полученных формул:

• Центральное и абсолютно упругое столкновение шаров с одинаковой массой.

После столкновения налетающий шар останавливается(т.е. при ударе шары обмениваются скоростями)

• Центральное и абсолютно упругое столкновение шара с большей массой и покоящегося шара с меньшей массой. Шары продолжают двигаться в одном направлении со скоростями, обратно пропорциональными массам этих шаров.

При этом, если масса большего шара во много раз больше меньшего, то скорость меньшего равна 2.

• Центральное и абсолютно упругое столкновение шара с меньшей массой и покоящегося шара с большей массой. Шары разлетаются в разные стороны

• Если масса второго шара во много раз больше массы первого шара , тогда Если при этом второй шар первоначально покоился, то, т. е. первый шар отскакивает от неподвижного массивного шара и движется в обратную сторону со скоростью

20. Показать опыт с двумя теннисными шарами, и на опыте убедиться, что более легкий шар отскакивает значительно дальше.

21. Слайды № 25 – 28

• Передача импульса вдоль цепочки абсолютно упругих шаров с одинаковой массой. Лишь последний шар продолжает движение. 

• Центральное столкновение шаров.

• Центральное и абсолютно упругое столкновение налетающего шара с неподвижным осциллятором. Так как в момент удара пружина не действует, налетающий шар останавливается.

• Центральное и абсолютно упругое столкновение налетающего шара с неподвижным осциллятором. Осциллятор приводится в движение и сталкивается с другим покоящимся шаром.

23. Показать опыт с ударами абсолютно упругих шаров и попросить ребят дать ему объяснение.

24. Слайд 29-31.

• НЕЦЕНТРАЛЬНЫЙ УДАР Частным случаем нецентрального упругого удара может служить соударения двух бильярдных шаров одинаковой массы, один из которых до соударения был неподвижен, а скорость второго была направлена не по линии центров шаров

• Нецентральное и абсолютно упругое столкновение шаров с одинаковой массой. После удара шары разлетаются под углом к первоначальному движению.

• Нецентральное столкновение и рассеяние лёгких частиц на тяжёлых частицах.

• Скорости лёгких шаров практически неизменны по величине, а направление их движения меняется на угол от 0 до 180⁰ в зависимости от того, как произошло столкновение: центральным образом или шары лишь слегка соприкоснулись краями. Тяжёлый шар при этом будет двигаться со скоростью, не превосходящей (скорость отдачи при центральном ударе), а угол разлёта составляет величину от -90 до .

25. После слайда №31. Вывести формулу для соотношения между направлением скоростей при нецентральном столкновении тел равной массы.

26. Слайд № 32

• Нецентральное упругое соударение шаров одинаковой массы. d – прицельное расстояние. Если массы шаров одинаковы, то векторы скоростей и шаров после упругого соударения всегда направлены перпендикулярно друг к другу.

27. Слайд № 33-39.

• СТОЛКНОВЕНИЯ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ

• 4,5 миллиарда лет назад, вскоре после формирования Земли, планетезималь размером с Марс ударила Землю под косым углом к земной поверхности. В результате столкновения ударившееся тело разрушилось. Часть его вещества затем собралась вместе из кольца вращающихся вокруг Земли выброшенных обломков, образовав Луну. По данным, полученным при компьютерном моделировании этого события, предполагается, что Луна обрела сферическую форму между одним и ста годами после столкновения.

• Моделирование, проведенное в 2005 году доктором Робин Кэнап, показало, что спутник Плутона Харон мог также образоваться около 4,5 миллиардов лет назад от столкновения Плутона с другим телом из пояса Койпера, диаметром от 1600 до 2000 км, которое ударило планету на скорости 1 км/с. Кэнап предполагает, что такой процесс формирования спутников планет мог быть обычным делом в молодой Солнечной системе.

• Фильм

• Время от времени астероиды переходят на орбиты, пересекающиеся с орбитами Земли и других планет. При этом возникает вероятность их столкновения с планетами. Доказательством существования такой вероятности являются гигантские кратеры - астроблемы, которыми испещрены поверхности Марса, Меркурия, Луны. На Земле, с ее мощной атмосферой и, кратеры со временем разрушаются и исчезают. Здесь их выявлено более сотни. Опасные космические объекты (ОКО) диаметром 1 км и больше достигают поверхности Земли и производят удар по ней. В результате образуется кратер.

• Фильм

• Хотя вероятность столкновения с ОКО, приводящая к глобальным последствиям, не велика, но, во-первых, такое столкновение может произойти в следующем году точно так же, как и через миллион лет, а во-вторых, последствия будут сравнимы только с глобальным ядерным конфликтом. В частности, поэтому, несмотря на низкую вероятность столкновения, число жертв от катастрофы столь велико, что в расчете на год сравнимо с числом жертв авиакатастроф, убийств и т.п.

• Чем можно воздействовать на ОКО?

• кинетический удар массивного тела по поверхности ОКО, изменение отражающей световой способности (для комет), что приведет к изменению траектории под воздействием излучения Солнца;

• облучение лазерными источниками энергии;

• размещение двигателей на ОКО;

• воздействие мощными ядерными взрывами и другие способы.

Заключительный этап занятия:

Ответить на основополагающие вопросы темы, используя игру «О, счастливчик!»

Для этого учащиеся разбиваются по парам и , используя компьютер, отвечают на вопросы.

Для тех, кто прошел первый уровень, оценка «3», второй уровень – «4», третий уровень – «5»

Если совместными усилиями учащиеся дойдут до 15 вопроса, то они выиграли «кладезь знаний» по теме: «Столкновения тел».

Макет рабочей тетради ученика.

Тема: «Столкновения тел».

Цели урока:

1. Познакомить учащихся с основными видами ударов.

2. Применяя закон сохранения импульса и энергии, выяснить основные особенности этих ударов

3. Выяснить, где можно применять свойства различных соударений.

4. С помощью презентации наглядно показать, как происходят соударения, и что является результатом этих соударений.

5. Познакомить учащихся со столкновениями небесных тел и возможными результатами этих столкновений.

Формировать понятия: упругий удар, неупругий удар, абсолютно неупругий удар, центральный и нецентральный удары.

Изучить характерные особенности различных соударений.

Основополагающий вопрос:

Как использовать законы сохранения энергии и импульса для описания различных видов соударений?

Ход урока:

1. Удар – это

2. Основные виды ударов:

1)_______________________________________

2)_______________________________________

3)_______________________________________

3. Неупругий удар – это __________________________________________

__________________________________________________________________

4. Применение неупругого удара: ___________________________________

5. Вывод формулы скорости взаимодействующих тел при неупругом ударе

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Вывод формулы уменьшения кинетической энергии при неупругом ударе _______________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________

3. Вывод формулы изменения кинетической энергии при неупругом ударе

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Использование неупругого удара и его свойств быту и технике:

_________________________________________________________________

2. Абсолютно упругий удар – это ____________________________________

_________________________________________________________________

2. Примеры абсолютно упругого удара: ______________________________

3. Центральный удар - это _________________________________________

4. Вывод формулы скоростей тел после абсолютно упругого центрального взаимодействия_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Анализ формулы:

а) при , m₁=m₂: ________________________________________

б) при , m_{1 2}: _______________________________________

в) при , m₁₂: ________________________________________

г) при , m₁m₂ (шарик и стенка): _______________________

_______________________________________________________________

2. Нецентральный удар - ______________________________________________________________________________________________________________________________

3. Определение угла между скоростями при нецентральном ударе двух шаров одинаковой массы: ______________________________________________________________________________________________________________________________

4. Способы воздействия на ОКО:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________