Описание видеоурока
Окружающие нас предметы и объекты (на языке физики, их называют физическими телами), занимают определенное положение в пространстве относительно друг друга. Если с течением времени положение одного тела, относительно другого не меняется, это означает, что первое тело находится в покое относительно второго. Например, дорожный знак и дерево друг относительно друга покоятся. Если с течением времени положение одного тела, относительно другого меняется, это означает, что первое тело совершает механическое движение, относительно второго тела. Например, трамвай и дерево. Трамвай относительно дерева совершает механическое движение. Механическое движение тела - изменение его положения в пространстве относительно других, которое происходит с течением времени. Как описать движение и рассчитать основные параметры для простейшего случая мы знаем из курса математики и физики седьмого класса. Положение тела мы можем задать с помощью координатной прямой. Чтобы найти скорость тела необходимо путь разделить на время… Однако в практической жизни, чаще встречаются более сложные виды механического движения. И для их описания нам понадобятся новые инструменты. Рассмотрим следующие виды движения:
- поступательное движение (например, спуск с горы на санях);
- вращательное движение (например, суточное вращение Земли);
- колебательное движение (например, движение маятника).
Каким же образом или с помощью чего мы сможем описать более сложные виды движения? Во-первых, нужно выбрать объект, относительно которого, будем рассматривать движение интересующих нас тел. Во-вторых, из курса математики нам известно, что задать положение точки можно с помощью системы координат (например, прямоугольной). В-третьих, нужно будет отсчитывать время. То есть, для того, чтобы рассчитать, где будет находиться в конкретный момент тело, нам понадобится система отсчета. Системой отсчета в физике называют совокупность тела отсчета, системы координат, связанной с телом отсчета, и неподвижный прибор для измерения времени. Важно помнить, что всякая система отсчета условна и относительна. Выбрав иную систему отсчета - мы получим движение с совершенно иными параметрами. Тела в физике реальны, они часто имеют значительные размеры, в отличие от абстрактной точки в математической системе координат. Так можем ли мы использовать систему координат, для нахождения местоположения физического тела? Если размеры самого тела во много раз меньше прочих размеров, с которыми приходится иметь дело в условиях конкретной задачи, то размерами самого тела можно пренебречь в конкретно этих условиях. Тогда такое тело в физике принимают за материальную точку.
Например, нам необходимо рассчитать время, которое затратит самолет, чтобы долететь из Минска до Бургаса. В данном условии задачи размеры и форма самого транспорта нам не важны. Необходимо знать скорость, которую он развивает и расстояние между городами. Этих данных будет достаточными для решения задачи. В этой задаче за материальную точку правомерно принять самолет. Если же нам необходимо будет рассчитать сопротивление ветра на определенной высоте и при конкретной скорости, то при решении данной задачи, никак не обойтись без точного знания формы и размеров того же самолета, т.к. сила сопротивления зависит от формы и скорости движения самолета. А значит, тело (самолет) нельзя принять за материальную точку. За материальную точку можно принять так же тело, в случае если все точки тела передвигаются одинаково (такое движение называют поступательным). Например, если поезд метрополитена проедет даже всего одну остановку, но по прямому участку, его можно считать материальной точкой, потому что все части поезда перемещались одинаково и на равное расстояние.
Выберите из предложенных условий задач тот случай, когда тело можно считать материальной точкой:
1. Вычислите давление, которое оказывает танк на поверхность.
2. Определите объем шара, пользуясь измерительным прибором мензуркой.
3. Определите высоту, на которую поднялся космический шаттл.
При поднятии космического шаттла, можно пренебречь размерами самой ракеты по сравнению с расстояниями, на которые она поднимается. Значит, ее можно принять за материальную точку.
В остальных случаях размеры самих тел необходимо учитывать при решении задачи.
Молчанова Лариса Анатольевна
учитель физики и естествознания
МБОУ СОШ №150 г. Красноярска
Тема 1 «Законы движения и взаимодействия тел»
Урок 1.1 Материальная точка. Система отсчета
Цель урока: Познакомиться с основными характеристиками движения. Рассмотреть понятие материальной точки и принципы его применения. Объяснить составные части системы отсчета.
Ход урока
1. Организационный момент
Отмечание присутствующих. Объявление темы и название урока (слайд 1).
2. Изучение нового материала
1) Вступительное слово учителя:
Мы начинаем рассматривать с вами вопросы взаимодействия тел, материальной точки, системы отсчета с главного вопроса – движение . В общем случае, любые изменения, которые происходят в природе, можно назвать движением.
В курсе физики 9 класса изучение движения мы начнем с простейшего вида движения – механического движения (слайд 2).
Рассматривают несколько видов движения. Это, в первую очередь, поступательное, самое простое, довольно редко встречающееся; вращательное и колебательное (слайд 3).
Кроме того, можно говорить о форме траектории движения тела, то есть линии, по которой движется тело (слайд 4).
Обратите внимание, что при изучении движения, нам следует рассматривать вопросы, связанные с телом. Для характеристики движения используют следующие величины: это, прежде всего, пройденный путь, скорость, траектория, а также очень важные вещи – это координаты тела (слайд 5).
Разберем, где встречаются все эти величины. В первую очередь необходимо отметить знакомую с 7 класса величину – пройденный путь. Она обозначается буквой S и выражается в метрах. Пройденный путь – это длина траектории, а траектория – это линия, вдоль которой движется тело (слайды 6, 7).
Следующая характеристика – скорость. Из курса 7 класса можно вспомнить, что скорость – это величина, характеризующая быстроту движения. Обозначается она латинской буквой V и измеряется м/с (слайд 8).
И вот следующая характеристика – это координаты. Обращаю ваше внимание, что из математики вы помните, что для того, чтобы определить местоположение тела, необходимо указать его координаты. До середины прошлого тысячелетия использовалась только одна координата – мы ее называем ось ОХ или ось абсцисс. Но на сегодняшний день вы знаете, что у нас пространство трехмерное, и используются поэтому координаты по трем осям: х, у и z (слайд 9). Задавая эти точки (координаты), мы можем определить местоположение тела.
Очень важный вопрос, который следует здесь отметить – это то, как рассматривать тело в данной системе координат. Дело в том, что тела по размеру могут быть очень разные – большие, сверхбольшие (некоторые космические тела), маленькие, микроскопические, поэтому чтобы удобнее было использовать характеристики движения тела, необходимо ввести такое понятие, как материальная точка (слайд 10).
Если рассмотреть, например, поезд, который подходит к станции, то в этом случае мы не можем считать его по сравнению со станцией материальной точкой, так как их размеры сравнимы (слайд 11). В этом случае, если размеры тел сравнимы, то их нельзя считать МТ. А вот если рассмотреть движение поезда, ну например, из Москвы в Красноярск, то в этом случае расстояние, которое преодолевает поезд намного больше (несоизмеримо) с его размерами. Поэтому в этом случае мы можем говорить о поезде как о МТ (слайд 12). В этом случае удобно задавать координаты тела (точки) и говорить о том, как оно движется.
Рассмотрим, как определить местоположение тела в пространстве. Для того, чтобы это сделать, нужно знать координаты. Если мы имеем дело с одномерным движением, то есть тело движется вдоль одной прямой по оси ОХ, то координата будет только одна – х. Если движение двухмерное, то координат будет две – х и у, в этом случае мы будем использовать прямоугольную систему координат. И если трехмерное, то три координаты. Такую систему координат называют декартова система координат.
Также следует отметить, что тело движется во времени, поэтому нам нужно говорить, какие координаты у тела в данный момент времени. И вот здесь мы приходим к очень важному выводу: для характеристики движения необходимо ввести систему отсчета.
Системой отсчета мы называем три составных части – это система координат, тело отсчета и прибор времени отсчета – часы (слайд 13). Обращаю ваше внимание на то, что телом отсчета может быть и другая МТ, в этом случае мы можем говорить о том, что начало координат совпадает с точкой отсчета. В целом это и будет система отсчета, используемая во всем мире. Кроме такой системы отсчета используются и другие – содержащие не только прямоугольную систему координат, но и так называемые радиус-вектор. С помощью такой системы тоже можно задавать местоположение тела, например, это широко используется в навигации.
3. Закрепление изученного
Выполнение упражнения 1 стр. 9 учебника (фронтальный разбор).
4. Итог урока
В заключение урока необходимо отметить, что всякое движение мы характеризуем системой отсчета, координатами. Необходимо помнить, что мы можем использовать такое понятие, как МТ. Также нужно помнить о том, что иногда мы можем рассматривать не все тело целиком, а какую-то его часть и эту часть принимать за МТ. На следующих уроках мы познакомимся с другими характеристиками движения.
Домашнее задание: §1.
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Разуменская средняя общеобразовательная школа №2»
Белгородского района Белгордской области
Конспект урока по физике
в 9 классе
«»
подготовила
учитель математики и физики
Елсукова Ольга Андреевна
г. Белгород
2013
Тема: Законы взаимодействия и движения тел.
Тема урока: Материальная точка. Система отсчета.
Форма учебного занятия: урок
Тип: I + II (урок изучения знаний и способов деятельности)
Место урока в разделе: 1
Цели и задачи:
обеспечить восприятие, осмысление и первичное запоминание учащимися понятий материальная точка, поступательное движение, система отсчета;
организовать деятельность учащихся по воспроизведению изученного материала;
обобщить знания о понятии «материальная точка» ;
проверить применение на практике изученного материала ;
развивать познавательную самостоятельность и творческие способности учащихся;
воспитывать навыки творческого усвоения и применения знаний;
развивать коммуникативные способности учащихся;
развивать устную речь учащихся;
Оснащение урока: доска, мел, учебник.
Ход урока:
Организация начала учебного занятия:
Поприветствовать учащихся;
Проверить санитарно- гигиеническое состояние класса (проветрен ли класс, вымыта доска, наличие мела ), если есть не совпадения с санитарно-гигиеническими нормами попросить учеников их исправить вместе с учителем.
Познакомится с учащимися, отметить отсутствующих на уроке;
Подготовка к активной деятельности учащихся:
Сегодня на уроке нам предстоит вернуться к изучению механических явлений. В 7 классе вы уже сталкивались с механическими явлениями и перед тем как приступить к изучению нового материала, давайте вспомним:
Что такое механическое движение?
Механическим движением – называется изменение положение тела в пространстве с течением времени.
Что такое равномерное механическое движение?
Равномерное механическое движение – это движение с постоянной скоростью.
Что такое скорость?
Скорость – это физическая величина, которая характеризует быстроту перемещения тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка.
Что такое средняя скорость?
Средняя скорость - это отношение всего пройденного пути ко всему времени.
Как определить скорость если мы знаем расстояние и время?
В 7 классе вы решали достаточно простые задачи на нахождение пути, времени или скорости движения. В этом году мы более подробно рассмотрим, какие виды механического движения существуют, как описать механическое движение любого вида, что делать, если скорость на протяжении движения меняется и т.д.
Уже сегодня мы с вами познакомимся с основными понятиями, которые помогают описать как количественно, так и качественно механическое движение. Эти понятия являются очень удобными инструментами при рассмотрении любого вида механического движения.
Изучение нового материала:
В окружающем нас мире всё находится в непрерывном движении. Что же понимается под словом «Движение»?
Движение – любое изменение, происходящее в окружающем мире.
Наиболее простым видом движения является уже известное нам механическое движение.
При решении любых задач, касающихся механического движения, необходимо уметь описывать это движение. А это значит, что нужно определить: траекторию движения; скорость движения; путь пройденный телом; положение тела в пространстве в любой момент времени др.
Например, на учениях в РА чтобы запустить снаряд, необходимо знать траекторию полета, на какое расстояние упадет.
Из курса математики нам известно, что положение точки в пространстве задаётся с помощью системы координат. Допустим нам нужно описать положение не точки, а всего тела, которое как мы знаем, состоит из множества точек, а каждая точка имеет свой набор координат.
При описании движения тела, которое имеет размеры, возникают и другие вопросы. Например, как описать движение тела, если при движении тело ещё и вращается вокруг собственной оси. В подобном случае помимо собственной координаты, каждая точка данного тела обладает собственным направлением движения и собственным модулем скорости.
В качестве примера можно привести любую из планет. При вращении планеты противоположные точки на поверхности имеют противоположное направление движения. Причём чем ближе к центру планеты, тем меньше скорость у точек.
Как тогда быть? Как описать движение тела, которое имеет размер?
Для этого можно воспользоваться понятием, которое подразумевает, что размер тела как бы пропадает, а масса тела остаётся. Такое понятие называется материальной точкой.
Записываем определение:
Материальной точкой называется тело, размерами которого в условиях решаемой задачи можно пренебречь.
Материальных точек в природе не существует. Материальная точка – это модель физического тела . С помощью материальной точки решается достаточно большое количество задач. Но применять замену тела на материальную точку не всегда можно.
Если в условиях решаемой задачи размер тела не оказывает особого влияния на движение, тогда можно такую замену произвести. Но если размер тела начинает влиять на движение тела, то замена невозможна.
Например, футбольный мяч. Если он летает и быстро перемещается по футбольному полю, то он материальная точка, а если лежит на прилавки спортивного магазина, то это тело не является материальной точкой. Самолет летит в небе – материальная точка, приземлился – его размерами пренебречь уже нельзя.
Иногда можно принимать за материальную точку тела, размеры которых соизмеримы. Например, человек поднимается на эскалаторе. Он просто стоит, но каждая его точка движется в том же направление и с той же скоростью, что и человек.
Такое движение называется поступательным. Запишем определение.
Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково. Например, всё тот же автомобиль совершает по дороге поступательное движение. Точнее, поступательное движение совершает только кузов автомобиля, в то время как его колёса совершают вращательное движение.
Но с помощью одной материальной точки мы не сможем описать движение тела. Поэтому введем понятие системы отсчёта.
Любая система отсчёта состоит из трёх элементов:
1) Из самого определения механического движения вытекает первый элемент любой системы отсчёта. «Движение тела относительно других тел». Ключевая фраза – относительно других тел. Тело отсчёта – это тело, относительно которого рассматривается движение
2) Опять же из определения механического движения следует второй элемент системы отсчёта. Ключевая фраза – с течением времени. Это значит, что для описания движения нам необходимо определить время движения от начала в каждой точке траектории. А для отсчёта времени нам нужны часы .
3) А третий элемент мы с вами уже озвучивали в самом начале урока. Для того, чтобы задать положение тела в пространстве нам нужна система координат .
Таким образом, системой отсчёта называется система, которая состоит из тела отсчёта, связанной с ним системой координат и часов.
Системы отсчета Мы с вами будем пользоваться декартовой системой двух видов: одномерной и двухмерной.
Механическое движение тела – изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. Чтобы судить о том, движется данное тело или нет, надо сначала выбрать тело отсчета, а затем посмотреть, изменяется ли его положение рассматриваемого тела относительно выбранного тела отсчета. При этом тело может двигаться относительно одного какого-либо тела отсчета и покоиться относительно другого.
Можно принять тело за материальную точку даже в том случае, если его размеры соизмеримы с расстоянием, которое оно прошло. Например, человек неподвижно стоит на ступеньке эскалатора. В любой момент времени все точки его тела движутся одинаково. Такое движение называется поступательным.
Но если необходимо определить путь, который прошло тело за определённый промежуток времени, то нам потребуются еще приборы для измерения времени – часы. Система координат, связанная с телом отсчета, и часы для отсчета времени образуют систему отсчета, позволяющую определять положение движущегося тела в любой момент времени.
Из курса физики седьмого класса мы помним, что механическое движение тела – это его перемещение во времени относительно других тел. Исходя из таких сведений, мы можем предположить необходимый набор инструментов для расчета движения тела.
Во-первых, нам необходимо нечто, относительно чего мы будем производить наши расчеты. Далее, нам потребуется условиться, каким образом мы будем определять положение тела относительно этого «нечто». И наконец, нужно будет как-то фиксировать время. Таким образом, для того, чтобы рассчитать, где будет находиться в конкретный момент тело, нам понадобится система отсчета.
Система отсчета в физике
Системой отсчета в физике называют совокупность тела отсчета, системы координат, связанной с телом отсчета, и часы или иной прибор для отсчета времени. При этом всегда следует помнить, что всякая система отсчета условна и относительна. Всегда можно принять другую систему отсчета, относительно которой любое движение будет иметь совершенно другие характеристики.
Относительность – это вообще немаловажный аспект, который следует учитывать практически при любых расчетах в физике. Например, во многих случаях мы далеко не в любой момент времени можем определить точные координаты движущегося тела.
В частности, мы не можем расставить наблюдателей с часами на каждых ста метрах вдоль железнодорожного пути от Москвы до Владивостока. В таком случае мы рассчитываем скорость и местоположение тела приближенно в течение какого-то отрезка времени.
Нам не важна точность до одного метра при определении местоположения поезда на пути в несколько сотен или тысяч километров. Для этого в физике существуют приближения. Одним из таких приближений является понятие «материальная точка».
Материальная точка в физике
Материальной точкой в физике обозначают тело, в случаях, когда его размерами и формой можно пренебречь. При этом считается, что материальная точка имеет массу исходного тела.
Например, при расчете времени, которое понадобится самолету, чтобы долететь из Новосибирска до Новополоцка, нам не важны размеры и форма самолета. Достаточно знать, какую скорость он развивает и расстояние между городами. В случае же, когда нам надо рассчитать сопротивление ветра на определенной высоте и при определенной скорости, то тут уж никак не обойтись без точного знания формы и размеров того же самолета.
Практически всякое тело можно считать материальной точкой либо когда расстояние, преодолеваемое телом велико в сравнении с его размерами, либо когда все точки тела двигаются одинаково. Например, автомобиль, проехавший несколько метров от магазина до перекрестка, вполне сравним с этим расстоянием. Но даже в такой ситуации его можно считать материальной точкой, потому что все части автомобиля перемещались одинаково и на равное расстояние.
А вот в случае, когда нам надо разместить тот же автомобиль в гараже, его уже никак не сочтешь материальной точкой. Придется учитывать его размеры и форму. Это тоже примеры, когда необходимо учитывать относительность, то есть относительно чего мы производим конкретные расчеты.