Урок .   Первый закон Ньютона

Элементы образовательного содержания:

Причины движения.  Причины изменения скорости.  Первый закон Ньютона. Принцип инерции.  Экспериментальное подтверждение закона инерции.  Относительность движения и покоя. Преобразование Галилея. Закон сложения скоростей. Принцип относительности Галилея.

Цель

Учащиеся должны усвоить, что:

• тело может двигаться прямолинейно и равномерно без воздействия на него других тел
• под воздействием другого тела изменяется скорость тела
• инерция – явление покоя или прямолинейного равномерного движения, когда на тело не действуют другие тела
• любое тело, выведенное какими либо телами из состояния покоя, после прекращения  действия этих тел продолжает движение; такое движение называют движением по инерции;
• тело движется прямолинейно и равномерно, если действия других тел скомпенсированы
• Если тело изменяет скорость, следовательно, сумма всех сил, действующих на тело не равна нулю
• Если тело не изменяет скорость, следовательно, сумма всех сил, действующих на тело равна нулю

Учащиеся должны осознать:

• Относительность движения и покоя.
• Сущность преобразований Галилея.
• Суть закона сложения скоростей.
• Принцип относительности Галилея

Учащиеся должны научиться:

• Объяснять движение тел по инерции в конкретной ситуации
• Объяснять причины равномерного и неравномерного движения
• Применять закон сложения скоростей

Необходимые пояснения к сценарию:

1. В ходе проведения урока проводятся демонстрации, но в сценарии только упоминается о них. Это сделано потому, что  целью этого сценария является стремление показать как, используя зрительную, слуховую и мыслительную фиксацию на  нить, которой является презентация, нанизываются этапы «создания знания в сознании учащихся».   Список демонстраций (Различные случаи скатывания шарика с наклонной плоскости, опыт с тележкой и шарами, монета, которая проваливается в бутылку).
2. В сценарии урока в некоторых местах представлена избыточная информация, которая в процессе урока доносится до слушателей в сокращенном варианте

Ход урока

1 слайд.

Краткий организационный момент, приветствие, объявление темы урока  и постановка целей и задач перед учащимися

2 слайд

Фиксируем, какие понятия неявно связываются данными утверждениями:

Сила   ó   движение

Обращаем внимание на имеющиеся доказательства.

Слайд 3.

Обращаем внимание на пункт о мелочах и на пункт о том, что не всегда можно доверять очевидным выводам

Слайд 4

Обращаем внимание на мелочи:

 Подчеркиваем слово – кажутся.  

Начинаем спор о правильности утверждений. (В зависимости от ситуации учитель выбирает точку зрения наименее популярную)

Слайд 5.

Несмотря на то, что подробное исследование вопроса о том «Кто» толкает, не является целью урока,

• выясняем роль силы тяжести в создании движения в данной ситуации
• обращаем внимание учащихся, на то что «часть силы тяжести – проекция на ось OY - прижимает тело к наклонной плоскости»
• обращаем внимание учащихся, на то что «другая часть силы тяжести – проекция на ось OХ – стремится столкнуть тело с наклонной плоскости»
• Говорим – «Эврика!!!»
•  анализируем, как поведет себя тело, если сильнее наклонить плоскость
• обращаем внимание на мелочи – точнее на то как меняются «прижимающая» и «скатывающая» сил
• J  Нашли силу, видим движение - приходим к неверному выводу, что КАЖЕТСЯ, опять нашли подтверждение правоты Аристотеля.

Переходя к следующему сюжету слайда, неверно убеждаемся в том, что опять прав Аристотель.

Делаем неверный  вывод: Сила прекратила действовать – тело остановилось!

Разравнивая песок на пути движения шарика, получаем ситуации, в которых на тело не действует  сила, но оно движется.

Не вдаваясь особо в комментарии, подводим к необходимости задуматься…

Напоминаем утверждения:

• Без внешнего воздействия не может быть движения
• Чем сильнее воздействие, тем больше скорость движения
• Обращаем внимание на то, что в этих утверждениях связывают силу и скорость

Мыслители и математики — веками пытались вывести формулы для описания законов движения материальных тел — и постоянно спотыкались о  непроговоренные  условности.   Древним философам даже в голову не приходило что для того чтобы тело двигалось совсем не обязательно наличие силы.

Потребовался  гений Галилея сформулировавшего принцип инерции:

Если на тело не действуют внешние силы,  то оно сохраняет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения.

Исаак Ньютон взял названные в его честь законы не из воздуха. Они, фактически, стали кульминацией долгого исторического процесса формулирования принципов классической механики.

Законы Ньютона  это поворотный момент в истории физической науки — блестящая компиляция всех накопленных к тому историческому моменту знаний о движении физических тел в рамках физической теории, которую теперь принято именовать классической механикой. Можно сказать, что с законов движения Ньютона пошел отсчет истории современной физики и вообще естественных наук.

Слайд 6.

Еще раз обращаем внимание на пункт о мелочах и на пункт о том, что не всегда можно доверять очевидным выводам, так же акцентируем внимание на пункте о законах Ньютона

Слайд 7

Анализируем предложенные ситуации используя принцип инерции Галилея, названый Исааком Ньютоном Первым законом  и делаем правильные выводы:

Наличие силы приводит не к скорости, А К ИЗМЕНЕНИЮ СКОРОСТИ.

Подчеркиваем, эту казалось бы мелочь.

Если сила больше, то скорость больше изменяется

Обращаем внимание на причину, по которой останавливается тело.

Замечаем «мелочь» - имя которой - сила трения.

Замечаем вторую «мелочь» тело останавливается не потому что тело перестали толкать, а наоборот потому что начали толкать в направлении противоположном движению.

Замечаем «мелочь», что наличие силы опять приводит к изменению скорости.

Уменьшаем воздействие силы трения и отмечаем, что сила стала меньше, поэтому скорость будет меньше меняться

Убираем песок… и опять делаем выводы…

По новому взглянув на ранее рассмотренные ситуации, убеждаемся в гениальности  и  необходимости осознания Первого закона Ньютона

Слайд 8

Первый закон Ньютона

Учитывая столь серьезный, исторически сложившийся провал,

Первый закон Ньютона сформулирован безоговорочно революционным образом. Он утверждает:

• Если какую-либо материальную частицу или тело попросту не трогать, оно будет продолжать прямолинейно двигаться с неизменной скоростью само по себе.
• Если тело равномерно двигалось по прямой, оно так и будет двигаться по прямой с неизменной скоростью.
• Если тело покоилось, оно так и будет покоиться, пока к нему не приложат внешних сил.
• Чтобы просто сдвинуть физическое тело с места – нужно изменить его скорость и именно для изменения скорости, к телу нужно обязательно приложить стороннюю силу.

Слайд 9

При инерционном движении тела по замкнутой циклической траектории его анализ с позиции первого закона Ньютона только и позволяет точно определить его характеристики.

Рассмотрим в качестве примера легкоатлетический молот — ядро на конце струны, раскручиваемое вокруг тела.

Ядро в этом случае движется не по прямой, а по окружности — значит, согласно первому закону Ньютона, его что-то удерживает; это «что-то» — и есть центростремительная сила, которую мы прилагаем к ядру, раскручивая его. Реально мы и сами можем ее ощутить — рукоять легкоатлетического молота ощутимо давит нам на ладони.

Если же мы разожмем руку и выпустим молот, он — в отсутствие внешних сил — незамедлительно отправится в путь по прямой.

Точнее будет сказать, что так молот поведет себя в идеальных условиях (например, в открытом космосе), поскольку под воздействием силы гравитационного притяжения Земли он будет лететь строго по прямой лишь в тот момент, когда вы его отпустили, а в дальнейшем траектория полета будет всё больше отклоняться в направлении земной поверхности.

Если же мы попробуем действительно выпустить молот, выяснится, что отпущенный с круговой орбиты молот отправится в путь строго по прямой, являющейся касательной (перпендикулярной к радиусу окружности, по которой его раскручивали) с линейной скоростью, равной скорости его обращения по «орбите».

Слайд 10

 Помощью учеников проговариваем поведение всех трех тел после столкновения колес тележки с песчаной горкой и причину, по которой шары будут продолжать двигаться (Явление инерции – стремление не изменять скорость).

Слайд 11

 Помощью учеников проговариваем поведение всех трех тел после столкновения колес тележки с песчаной горкой и причину, по которой шары будут продолжать двигаться (Явление инерции – стремление не изменять скорость).

Обращаем внимание на «незначительные» отличия рисунка от предыдущего

Слайд 12

Некоторые люди легкомысленно относятся к проблемам безопасности на транспорте  L

Многие убеждены, что в мире нет ничего хуже, чем терроризм, ведь от терактов практически каждый день в мире гибнут люди: от мелких терактов единицы, от крупных – тысячи.

Но оказывается, смертность от терроризма в 400 раз меньше, чем смертность от автокатастроф. Такой вывод сделали эксперты на основе проведенных исследований.

(  Обращаем внимание что в данной ситуации причиной аварии является инерция  L  … )

Слайд 13

Возить детей непристегнутыми плохо не потому, что можно “налететь” на штраф, а из-за опасности подобных действий. Исследования подтверждают, что использование сидений на 70% сокращают смертность детей в автоавариях и на 60% ранения. Никто не сможет удержать на руках ребенка во время аварии: при столкновении на скорости всего 50 км/ч его вес возрастает в 20 раз. Печальная статистика свидетельствует, что 15% побывавших в аварии детей, погибают, а 35% - получают ранения различной степени тяжести. Причем чаще всего получают смертельные травмы (около 45%) дети до семи лет! Что уж говорить про мелкие травмы, которые непристегнутый ребенок может получить даже при не очень резком торможении автомобиля.

Вы скажете - я прекрасный водитель и со мной такого не может произойти. Действительно вероятность попадания в серьезную аварию относительно мала, но даже малейший риск остается риском и, если авария все-таки случается, то исправить последствия уже невозможно и тогда остается только сожалеть о тех мерах безопасности, которые могли бы облегчить последствия или даже спасти ребенка.

Кроме этого, заблуждение относительно последствий аварии одно из наиболее серьезных. Травмы, легкие или даже очень серьезные, могут быть нанесены ребенку даже при простом резком торможении на относительно низкой скорости, если ребенок не находится в автомобильном сиденье.

В любом дорожном происшествии на скорости всего 45 км в час ребенок не находящийся в детском сиденье может быть брошен силой инерции вперед к лобовому стеклу

Ребенок может погибнуть даже в случае дорожного происшествия на скорости всего 10 км в час

Ребенок, сидящий на переднем сиденье, может погибнуть, если в результате происшествия на скорости всего в 9 км его силой инерции выбрасывает через лобовое стекло

Непристегнутый пассажир имеет 50% шанс получить травму на скорости 45 км в час и вероятность, что травма при этом будет серьезной или даже смертельной равна 75%

Пассажиры на заднем сиденье, которые не пристегнуты ремнями безопасности, во время происшествия сами являются дополнительной угрозой, так как их движение может травмировать, и даже фатально, других людей находящихся в машине

Не пристегнутый в автомобильном сиденье ребенок в случае аварии может ударить водителя с силой равной весу слоненка

65% смертельных случаев и травм происходит с детьми путешествующими на заднем сиденье, 35% - на переднем

90% травм могут быть предотвращены и три из четырех смертельных случаев могут не произойти если ребенок находится в специальном автомобильном кресле отвечающем европейскому стандарту и при условии, что оно правильно используется

Ремень безопасности

В начале XIX века ремни безопасности предложил использовать английский изобретатель Джордж Кэйли. В 1913 году впервые в истории авиации ремень применил Адольф Пегу, однако до 30-х годов XX века ремни в самолётах не использовались.

В 1903 году Луис Рэно изобрёл пятиточечный ремень безопасности. На этой основе фирма Вольво разрабатывала трёхточечный ремень безопасности.

В гоночных автомобилях пяти- и шеститочечные ремни безопасности служат, помимо основного назначения, в качестве дополнительного средства боковой поддержки, удерживая тело водителя на водительском сиденье

В России по статистике около 70% водителей не используют ремни безопасности. Пристегиваться для многих водителей считается постыдным и «ненужным».

Слайд 14

 Помощью учеников проговариваем, поведение всех трех тел после толчка по тележке и  причину, по которой шары будут стремится остаться на месте  (Явление инерции – стремление не изменять скорость)

Мысленно заменим шар лежащий на тележке, на брусок и сделаем выводы и поясним причины

Слайд 15

Делаем акцент на «мелочи» - обращаем внимание, что будет видеть (и ощущать L) наблюдатель находящийся внутри равномерно движущегося, без  толчков, подпрыгиваний и раскачивания закрытого вагона, если он окажется на пути тяжелого шара в момент резкой остановки вызванной какими-то внешними силами.

Обращаем внимание что, по мнению наблюдателя, шар безо всяких внешних причин придет в движение.

Делаем акцент что первый закон выполняется в инерциальных системах отсчета

Слайд 16

Слайд 17 - 18

Слайд 19

Как правило, на сухом шоссе дистанцию между автомобилями в метрах приблизительно устанавливают равной численному значению скорости. Например, если скорость движения автомобиля 40 км/час, то расстояние от впереди идущего автомобиля должно быть не менее 40 метров.

На скользкой же дороге дистанция должна быть увеличена не менее чем в два раза. Высокие скорости движения здесь недопустимы. И понятно почему. Ведь внезапная остановка, резкое торможение может привести к заносу передней или задней оси автомобиля, потере управления и, как следствие, к аварии.

Причиной заноса автомобиля, как мы уже отмечали, является плохое сцепление колес с дорогой. Резкое торможение, движение на поворотах с повышенной скоростью ведут к тому, что сила инерция превышает силу сцепления и отрывает колеса автомобиля от дороги. Колеса в этом случае продолжают движение "юзом" вместо качения. Они скользят по направлению силы инерции: вперед - при резком торможении, а на поворотах - вбок. Вот почему на скользком и мокром шоссе следует избегать резких торможений и больших скоростей на поворотах.

Повороты на скользкой дороге, даже очень плавные, рекомендуется выполнять без выключения сцепления и со скоростью, вдвое меньшей, чем при движении по сухой дороге.

Если во время движения автомобиля появился боковой занос, то необходимо прекратить торможение, быстро повернуть рулевое колесо в сторону заноса, а затем, как только автомобиль выровняется, плавно возвратить рулевое колесо в первоначальное положение.

Тормозить на скользкой дороге рекомендуется комбинированно, преимущественно двигателем, путем плавного уменьшения числа оборотов коленчатого вала и одновременно притормаживать ножными тормозами. Такое торможение более эффективно, чем одними тормозами, а автомобиль при этом более устойчив от боковых заносов

Слайд 20-21

Анализируем игру в керлинг.

Обращаем внимание на то что лед впереди движущегося тела можно при помощи щетки делать более скользким или расцарапав его сделать более шероховатым

Слайд 22

Акцентируем внимание на том, что массивное тело – в данном случае маховик может быть использовано для накопления, хранения и дальнейшего использования механической энергии

Слайд 23 – 25

Анализируем ситуации

Слайд 26.

Еще раз обращаем внимание на цели и задачи

Слайд 27

Делаем очевидные выводы:

Делаем правильные выводы, опираясь на относительность движения и покоя. Закон сложения скоростей. Принцип относительности Галилея.

Слайд 27

Рассматривая предложенную задачу,  «создаем новое знание» приходя к осознанию принципа относительности Галилея,  сущности преобразований Галилея и закона сложения скоростей.

Формируем понимание, как находят скорость в различных системах отсчета и умение находить скорость в различных системах отсчета

Слайды с 29 по 32

Служат для предварительного подведения итогов и систематизации

Слайд 33

Историческая, с элементами фантазии экскурсия в прошлое и осознание к каким последствиям приводила точка зрения Аристотеля

Нужно увеличивать количество лошадей (Лошадиных сил) и не имеет физического обоснования необходимость строительства качественных дорог

Напротив точка зрения  предложенная Ньютоном – позволяет начать бороться с причинами, препятствующими движению.

Приводим примеры:

• Хорошие дороги
• подшипники (и фторопласт),
• роликовые коньки,
• велосипед,
• поезд на магнитной подушке и другое

Также обобщаем выводы по двум законам Ньютона, акцентируя внимание именно на первом законе

Слайды 34 -37

Подводим итоги урока.

Домашнее задание и прощаемся до следующего урока J

К домашнему заданию дополнительно:

1. Как объяснить  опускание столбика ртути при встряхивании медицинского термометра?
2. К потолку каюты  равномерно идущего теплохода подвешен шар.  Какое изменение произойдет в положении шара, если теплоход пойдет:

• Ускоренно
• Замедленно
• Повернет в сторону
• Внезапно остановится

1. С высокого обрыва  безопаснее прыгать в  рыхлую песчаную насыпь, чем на твердую почву.  Почему?
2. Почему на поворотах реки во время ледохода образуются заторы льда?
3. Почему человек, неожиданно выезжая с гладкого льда на снег, падает вперёд?
4. Поезд, подходя к станции, замедляет движение. В каком направлении в это время легче тащить по полу тяжелый ящик — по ходу поезда или в обратном направлении? По­чему?
5. Заяц, спасаясь от преследующей его собаки, делает рез­кие прыжки в сторону. Почему собаке трудно поймать зай­ца, хотя она бегает быстрее?
6. На чём основан один из способов насаживания молотка на рукоятку?
7. Если человек, сидящий в лодке, перестаёт грести, то лодка всё равно продолжает некоторое время плыть дальше. Почему?

10) Куда и почему наклоняются пассажиры относи­тельно автобуса, когда он резко трогается с места, тормо­зит, поворачивает налево?

1. Почему опасно переходить дорогу перед близко идущим транспортом?
2. Почему при резком увеличении скорости автобуса пассажиры отклоняются назад?
3. Почему капли дождя при резком встряхивании слетают с одежды?
4. Почему, если тарелку, полную супа, быстро поставить на стол, суп из тарелки выплескивается?

Список использованной литературы

1. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика для поступающих в ВУЗы: Учебное пособие. – 2-е изд., испр. – М.: Наука, 1982.

2. Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX века): Справ. пособие. – М.: Высшая школа, 1989.

3.  Громов  С. В. Физика 10 класс.:  Учебник для 10 класса общеобразовательных учебных заведений. – 3-е изд., стереотип. – М.: Просвещение 2002

4. Гурский И.П. Элементарная физика с примерами решения задач: Учебное руководство /Под ред. Савельева И.В. – 3-е изд., перераб. – М.: Наука, 1984.

5. Перышки А. В. Гутник Е. М. Физика.9-й кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – 9-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005.

6. Иванова Л.А. Активизация познавательной деятельности учащихся при изучении физики: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1983.

7. Касьянов В.А. Физика.10-й кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – 5-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2003.

8.  Кабарди О. Ф.  Орлов  В. А.  Зильберман  А. Р. Физика . Задачник  9-11 кл

9.  Куперштейн  Ю. С.  Физика Опорные конспекты и дифференцированные задачи  10 кл Петербург,  БХВ 2007

10. Методика преподавания физики в средней школе: Механика; пособие для учителя. Под ред. Э.Е. Эвенчик. Издание второе, переработанное. – М.: Просвещение, 1986.

11. Перышкин А. В.  Физика.7-й кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – 4-е изд., исправленное. – М.: Дрофа, 2001

                12.  Прояненкова Л. А  Стефанова Г. П. Крутова И. А.  Поурочное планирование к учебнику  

                Громова С.В., Родина Н.А. «Физика 7 кл»  М.:«Экзамен», 2006

13. Современный урок физики в средней школе /В.Г. Разумовский, Л.С. Хижнякова, А.И. Архипова и др.; Под ред. В.Г. Разумовского, Л.С. Хижняковой. – М.: Просвещение, 1983.

14,  Фадеева А.А.  Физика.  Рабочая тетрадь для  7 класса М. Генжер 1997

Ресурсы сети интернет:

www.mustangs.ru/page/49/

http://elementy.ru/trefil/22

http://festival.1september.ru

учебное электронное издание ФИЗИКА 7-11 класс практика www.physicon.ru

Физика 10-11 Подготовка к ЕГЭ  1С образование

Библиотека электронных наглядных пособий - КиМ

Физика библиотека наглядных пособий 7-11 классы 1С образование

А также картинки по запросам с http://images.yandex.ru