Элективный курс по физике «Многообразный мир движения»
Скачать 0.55 Mb.
|
Занятие 1 История развития механики. Античность. Эллинский период. Наличие обширного комплекса практических знаний и технических навыков, высокий общий культурный уровень, а также язык, уже отточенный на тонких философских и математических исследованиях, - все это создало почву в Греции в IV веке до н.э. для начала работы по описанию, упорядочению и объяснению явлений природы. Вокруг этого ядра в течение веков сформировалась физика. Практические знания и технический опыт, как и некоторые начатки научных исследований, пришли к грекам от народов еще более древней культуры, в первую очередь из Вавилона и Египта; самые древние научные достижения Китая, начало которых можно отнести к XIII веку до нашей эры. Так в Вавилоне и Древнем Египте был предпринят ряд попыток упорядочения данных опыта и наблюдения: введение уже к 2500 году до н.э. фиксированных единиц измерения длины, веса и емкости. Общий уровень греческой культуры, несомненно, способствовал тому, что техника переросла в науку, связывающую воедино и объясняющую совокупность накопленных сведений и позволяющую таким образом предвидеть явления и влиять на них. Особую роль в развитии физики сыграл Аристотель со своим трудом о природе. Организаторский гений Аристотеля позволил свести обширный материал в единую систему, которая в течение почти двух тысяч лет служила каркасом науки. Аристотелевская физика уделяет огромное значение механике. Он изучает свободное падение тел вниз. Большой заслугой аристотелевской кинематики была формулировка точного правила сложения перемещений, формулировку принципа инерции, формулировку правила равновесия рычага, описывает действие весов и блоков. Данная эпоха ознаменована успехами Архимеда, который сконструировал мосты и дамбы, подъемный винт, различные боевые машины многое другое. Архимед считается основателем статики и гидростатики. Первым научным трудом Архимеда считается исследование центров тяжести. Средние века В общей механике арабы следовали Аристотелю и не внесли в нее сколько-нибудь значительных изменений, лишь внесли некоторый вклад в гидростатику. Аль – Наиризи написал трактат об атмосферных явлениях. Аль-Рази ввел в употребление гидростатические весы для определения удельного веса. Возрождение Эпоха возрождения связана с именем Леонардо да Винчи – великого изобретателя. Историки техники насчитывает сотни изобретений, среди которых приспособления для преобразования и передачи движения; простые и переплетенные ременные передачи; различного вида сцепления; роликовые опоры для уменьшения трения; «кардановое» соединение; различные станки и многое другое. В старинной науке гидравлике Леонардо был большим мастером и спроектировал землечерпалки, использовал принцип сообщающихся сосудов, нашел центр тяжести плоских и объемных фигур. Пизанский период отмечен деятельностью Галилея, который открыл закон постоянства периода качания маятника, исследовал свободное падение тел, доказывает теорему моментов. Галилей закладывает два краеугольных камня современной динамики: принцип инерции и классический принцип относительности. Современным своим видом классическая механика обязана Ньютону, который сформулировал основные законы движения. Восемнадцатый век Задачей восемнадцатого века было связать отдельные достижения ученых прошлого столетия в одну связную картину с помощью систематического применения методов математического анализа к исследованию физических явлений. В этом – главный вклад этого века в дальнейшее развитие науки. Занятие 2 Прямолинейное равномерное движение. Движению, родившийся в 384 г. до н. э., Аристотель придавал значительно более широкий смысл, чем принято в физике со времен Галилея. Аристотель понимает под движением любое количественное или качественное изменение, благодаря которому явление реализуется. Такое широкое понимание движения позволяет ему утверждать, что в природе все есть движение. Частному понятию изменения положения тела с течением времени он дал наименование локального движения, а локальные движения он разделял на естественные и насильственные. К естественным он относил и прямолинейное равномерное движение. Хотя этот вид движения является самым простым из всех видов движения, необходимо решение задачи разбить на несколько этапов: Качественный анализ всех возможных движений каждого тела, данного в задаче. Определение порядка отсчета времени и длин путей. Указание начальных состояний движения для каждого тела. Написание законов движения для каждого тела.* Отыскание недостающих уравнений. Алгебраическое решение полученной системы уравнений и отыскание расчетных формул для определения неизвестных величин. Согласование единиц всех величин и арифметический расчет числовых значений неизвестных. Решение задач:
Решение: Установив, что задача на прямолинейное равномерное движение одного тела, и представив себе весь процесс движения, делаем схематичный чертеж: V₁ V₂ V₃ Ѕ ₁ Ѕ₂ Ѕ₃ t₁ t₂ t₃ Составляем уравнения движения для отрезка пути: Ѕ₁=Ѕ₂+Ѕ₃; t₂=t₃; V(ср)= (Ѕ₁+Ѕ₂+Ѕ₃)/ (t₁+t₂+t₃) Читаем еще раз условие задачи, выписываем числовые значения известных величин и, определив число неизвестных в полученной системе уравнений, решаем ее относительно искомой величины. Если при решении задачи учтены все условия, то решение системы относительно средней скорости дает: V(ср)=2V₁(V₂+V₃) / (2V₁+V₂+V₃) Подставив числовые значения в расчетную формулу, получим: V(ср) ≈7 км/ч. 2. Материальная точка движется так, что координата изменяется со временем по закону: х=5t. Чему равна скорость материальной точки? Какой путь пройдет точка за 2с 3. Материальная точка движется вдоль оси Х так, что в момент времени t₁ ее координата 5м, а к моменту времени t₂ ее координата -3м. Найти скорость движения точки. Записать закон движения точки х(t). Найти перемещение и путь, пройденные точкой за любые Δt=2с движения. 4. По оси Х движутся две точки: первая по закону х₁=10+2t, вторая по закону х₂=4+5t. В какой момент они встретятся? Решить задачу аналитически и графически. 5. Материальная точка движется равномерно вдоль оси Х так, что в момент времени t₁=0 его координата х₁=10м, а через Δt=2мин координата 250м. С какой скоростью движется точка? Записать закон движения х(t). Занятие 3 Относительность движения. Все механические движения относительны. Относительность механического движения означает, что говорить о движении можно только тогда, когда указано не только тело движущееся, но и тело отсчета. Из относительности движения вытекает первое, очень важное, требование к порядку действий при рассмотрении любого вопроса о движении: При решении любой задачи о движении прежде всего должна быть указана та система отсчета, в которой будет рассматриваться движение. Решение задач:
Решение: В задаче рассматривается равномерное движение тел относительно друг друга, причем каждое тело участвует в сложном движении - оно движется относительно воды и вместе с водой, которая сама течет относительно берега. Изучая движение тел в системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно относительно неподвижной системы отсчета, все расчеты можно производить так, как если бы переносного движения не было. Изучая относительное движение двух или нескольких тел, систему отсчета удобно связывать с одним из этих тел, принимая его за тело отсчета, и рассматривать перемещения, скорости и ускорения относительно этого тела. Свяжем систему отсчета с буксиром. В этой системе буксир покоится, лодка удаляется от него со скоростью V₁+V₂, катер вместе с лодкой приближается к нему со скоростью V₁ - V₂ Допустим, что за время t₁, спустя которое катер догонит лодку, буксир удалился от лодки на расстояние Ѕ₁, тогда уравнение движения для катера и лодки за это время дает: Ѕ₀+Ѕ₁=( V₁+V₂) t₁ и Ѕ₁= V₂ t₁ Если для возвращения на буксир катеру потребовалось время t₂, то уравнение его движения имеет вид: Ѕ₀+Ѕ₁+(V₁ - V₂) t₂. Исковое время движения будет равно: t= t₁ + t₂, и за это время катер проплывет расстояние Ѕ= 2(Ѕ₀+ Ѕ₁) Решая уравнения совместно, находим: t=2Ѕ₀/( V₁ - V₂); Ѕ = 2Ѕ₀ ( 1+ V₂/V₁). 2. Два поезда идут навстречу друг другу со скоростями 36км/ч и 54км/ч. Пассажир в первом поезде замечает, что второй поезд прошел мимо него за 6 секунд. Какова длина поезда? 3. Пассажир поднимается по неподвижному эскалатору метрополитена за 3мин, а по движущемуся вверх эскалатору за 2мин. Сможет ли он подняться по эскалатору, движущемуся с той же скоростью вниз? Если сможет, то за какое время? 4. Теплоход длиной 300м движется прямолинейно по озеру со скоростью V₁ . Катер, имеющий скорость 90км/ч, проходит расстояние от кормы до носа движущегося теплохода и обратно за 37,5с. Найти скорость теплохода. 5. Пролетая над пунктом А, пилот догнал воздушный шар, который сносило ветром по курсу вертолета. Через полчаса пилот повернул обратно и встретил шар в 30км от пункта А. Чему равна скорость ветра, если мощность двигателя вертолета осталась постоянной? Занятие 4 Прямолинейное равнопеременное движение. Наибольший вклад в изучение равно - переменного движения внес в период средневековья Никола Орезм (ок. 1328-1388). Применив впервые в истории науки графическое представление движения, соответствующее современному методу координат, он установил закон, используемый и сейчас и связывающий для равно - переменного движения пройденный движущимся телом путь со временем, затраченным на его прохождение. Решение задач:
Решение: Зависимость координаты тела вдоль наклонной плоскости от времени выражается формулой: Х=V₀t - αt²/2. Отсюда t² - 2V₀t/α +2х/α=0. Так как t₁ и t₂ - корни этого уравнения при х = t, то, по теореме Виета, t₁ + t₂= 2V₀/α и t₁t₂= 2t/α. Из полученной системы получим V₀= 0,45м/с и α=0,3м/с².
Занятие 5 Движение тела, брошенного вертикально. При изучении движения тел, движущихся под действием силы тяжести, нельзя не вспомнить о Галилео Галилее, который предположил, что скорость падающих тел одна и та же для всех тел независимо от их веса. Это свойство в 1590 году было подтверждено Галилеем в опытах на Пизанской башне, проведенным им с большой торжественностью в присутствии его коллег – последователей Аристотеля – и учеников. Решение задач:
Решение: Момент встречи делит время подъема, так же и время падения тел, на две равные части. Пути же, проходимые телом, падающим без начальной скорости, в последовательные равные промежутки времени относятся как 1:3. Следовательно, встреча произойдет на ¾ высоты.
Занятие 6 Движение тела, брошенного под углом к горизонту. При движении тела, брошенного под углом к горизонту, когда на тело действует сила тяжести, задачи решаются аналогично задачам на движение тела, брошенного вертикально. Решение задач:
Решение: Очевидно, что камень брошен вверх под углом к горизонту, так как если бы он был брошен вертикально, то его скорость через 0,5с составляла бы V₀ -gt =5.1м/с. Высота, на которую поднимется камень, Н=V₀t²/(2g), где V₀t -вертикальная составляющая начальной скорости, ее можно определить из следующей системы уравнений: V₀² =Vt² +Vt² V² =Vt² +(V₀t - gt²), где Vt-горизонтальная проекция начальной скорости. Вычитая из второго уравнения первое, получим V₀t = (V₀² - V² + g²t²)/(2gt). Подставляя это уравнение в уравнение для максимальной высоты, получим Н=(V₀² -V² +g²t²)²/(8gt²) Н=2,8м
Занятие 7 Вращательное движение тел: Впервые о вращательном движении можно было узнать из работы Ньютона «Математические начала натуральной философии» в первой книге, где центростремительное движение носит геометрический характер. Леонард Эйлер пошел дальше исследования центрального движения, принятого со времен Ньютона, и рассмотрел в общем виде произвольное вращательное движение, подготовив, таким образом, почву для современной кинематики. Решение задач:
А Решение: Так как по условию задачи нить по блоку не проскальзывает, то касательное ускорение всех точек, лежащих на ободе равно ускорению грузов. Поскольку движение грузов равноускоренное и за время t они смещаются друг относительно друга на расстояние h, то уравнение движения для каждого груза будет иметь вид: h/2=α₀t²/2, так как ускорение у них одинаковое и каждый груз проходит расстояние h/2. Запишем кинематические уравнения движения для блока, учитывая, что он вращается равноускоренно: v=αt и x=αt²/2. Угловая скорость и угловое ускорение блока связаны с нормальным и касательным ускорениями точки А формулами: α(норм)=w²R и α=α(кас)/R. Полное ускорение точки α=√α(кас)²+α(норм)². Решая совместно уравнения, получим: ϕ=h/(2 R); w= h/( Rᵼ); α=(h√h²+ R² ) /( Rᵼ²).
|
Похожие:
 | Элективный курс по физике «Элементы биофизики»» Автор : Лимонов Н.... Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... | | Элективный курс по физике, 9 класс пояснительная записка Астрономия влечет молодежь глубиной и загадочностью космоса, возможностью собственными глазами наблюдать удивительный мир небесных... |
| Элективный курс 9 кл. Мир профессий Составитель курса Шааф О. В.,... Назначение документа – руководители спецкурсов, классные руководители, учителя, желающие вести элективный курс |  | Рабочая программа элективного курса по физике в 11-б классе Элективный курс предназначен для учащихся 11 класса общеобразовательных учреждений, проявляющих интерес к физике и астрономии, желающих... |
| Элективный курс по физике «Оптические явления и приборы» Программа элективный курс «Оптические явления и приборы.» разработан в рамках концепции «Предпрофильная подготовка учащихся 9 кл.»... | | Элективный курс «Задачи с параметром» Элективный курс предназначен для реализации в 11классе общеобразовательной школы |
| Элективный курс по химии Элективный курс «Рациональное питание» разработан в соответствии с концепцией предпрофильного образования | | Элективный курс по математике «решение сюжетных задач» Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов. На его изучение отводится 17 часов |
| Элективный курс «Some Pages of British History» (From ancient time... Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов, как курс по выбору в рамках предпрофильной подготовки | | Рабочая программа элективного учебного предмета " Мир и человек" Обществознание. Мир и человек ( начальная философия): элективный курс/ автор составитель Н. В. Кузьмина. Волгоград: Учитель, 2007.... |
| Элективный курс по теме «Алгебра матриц. Методы решения систем линейных... Данный элективный курс рассчитан на 14 часов. Разработаны конспекты всех уроков элективного курса | | Элективный курс по алгебре «Практикум по решению задач» Данный элективный курс во время уроков работают по учебнику А. Г. Мордковича «Алгебра 9» и изучают алгебру по программе для общеобразовательных... |
| Элективный курс по страноведению «Знакомьтесь: Соединенные Штаты Америки» Пояснительная записка Данный элективный курс заканчивается викториной on-line, позволяющей учителю закрепить и проконтролировать знания учащихся по всему... | | Элективный курс «Симметрия вокруг нас» Автор: Соктоева Любовь Жамбаловна... Для учащихся данный элективный курс призван помочь представить математику в констексте биологии |
| Название: Элективный курс Название: Элективный курс «Вычислительный эксперимент как новая методология научных исследований» | | Элективный курс по биологии Загадки и тайны генов Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов и имеет целью вызвать интерес к биологии, желание изучать данный предмет в средней... |
