«Связь между массой тела и силой, с которой это тело притягивается Землей»

Министерство образования Ростовской области Предпрофильный курс «Физические исследования» Работа учителя физики МОУ СОШ№4 с углубленным изучением отдельных предметов Саенко Н.В. г. Батайск 2009 г. В х о д н о й т е с т. Сегодня измеряют все: медики определяют температуру тела, объём легких, рост, пульс пациентов; продавцы взвешивают продукты, отмеряют метры ткани; портные снимают мерку с модниц; музыканты строго выдерживают ритм, считают такты; учителя физкультуры не расстаются с рулеткой и секундомером. Все жители планеты измеряют, прикидывают, размечают, замеряют и считают. С измерениями в физике связаны такие понятия как эталон, измерительные приборы, погрешности, цена деления. Что такое эталон? Приведите примеры измерительных приборов. Как определить цену деления измерительного прибора? Что такое абсолютная и относительная погрешность? Правда ли, что масса – мера количества вещества? Правда ли, что сила – мера взаимодействия тел? Какие силы бывают в природе и как их можно измерить? Что такое равнодействующая сил и как её можно определить? Назовите простые механизмы и покажите их роль в технике. Что такое архимедова сила, куда она направлена? Даёт ли выигрыш в силе наклонная плоскость? В чем состоит физический смысл измерения количества теплоты? На какие физические процессы затрачивается энергия кипящей воды7 Урок №3. Исследование первое. Тема: «Связь между массой тела и силой, с которой это тело притягивается Землей». Цель урока: установить количественную связь между силой тяжести Fт и массой тела m. Оборудование: тела разной массы, весы, грузы одинакового объема из латуни, железа, алюминия, динамометр. Силы притяжения тел к Земле – частный случай силы всемирного тяготения - называется силой тяжести и обозначается Fт. Ход работы: 1. Взвесте груз, то есть измерьте его массу. 2. Измерьте силу тяжести , действующую на груз, уравновесив его силой упругости пружины динамометра. 3. Реультаты измерений занесите в таблицу. m, кг. Fт, H. 4. Приведенные цифры проверьте, а остальные клетки таблицы для грузов из латуни, железа и аллюминия заполните самостоятельно. Полученные результаты обработайте и представьте в виде графика и аниалитически. Есть два способа , выразить эту закономерность. I. Способ связан с графиком. Если все экспериментальные точки укладываются на прямую, проходящую, через точку 0, то говорят, что одна величина прямо пропорциональна другой величине, с которой она связана: Fт ~ m бывают и другие зависимости. Смысл прямо пропорциональной зависимости прост: во сколько раз возрастает (уменьшаетсся) одна величина (масса), во сколько же раз возрастает (уменьшается) другая, связанная с ней величина (сила тяжести). II. Способ. Позволяет установить прямую пропорциональность двух величин, не прибегая к графику, если обе величины (сила тяжести и масса) изменяются одинаково, то их отношение должно быть постоянным. Чтобы это проверить, достаточно Fт/m. Проверьте утверждегние, что это сооотношение должно быть постоянным. Fт/m = 1н/0,1кг = 2н/0,2кг = 3н/ 0,3кг ... = ? Соотношение: Fт/m= 10 н/кг для всех результатов опыта одинаково. Это число называют коэффициентом пропорциональности. Вывод: Сила тяжести, действующая на тело, прямо пропорциональна массе тела. Коэффициент пропорциональности 10 н/кг F = 10 н/кг m. | Отнесемся критически к полученному закону. Во-первых, силу тяжести массу мы измерили не точно, а с некоторой погрешностью. Значит, и значение коэффициента пропорциональности 10 н/кг вряд ли абсолютно точное. Как же определить каково оно на самом деле? Выход очевиден: нужно брать более точные приборы (с меньшей ценой деления) и получать результаты с меньшей погрешностью. Измерять не будем, а воспользуемся готовыми результатами. Коэффициент пропорциональности для Москвы равен 9,8156 10 н/кг. Во-вторых, для школьников Амстердама, Дели, Вашингтона или Владивостока выполняющих данное исследование, нет уверенности, что они получат такой же результат. При выполении работы с такой же точностью, аналогичным по качесву приборами результат будет таким же: 10н/кг . Но более точные измерения показывают: коэффициент пропорциональности зависит от широты местности, где проводят измерения. Так, в Вашингтонеg = 9,8012 н/кг, Токио = 9,7980 н/кг , а на Северном полюсе = 9,8322 н/кг. Кроме того, значение коэффициента, как выяснилось, зависит от высоты, на которой проводят измерения. На уровне моря g= 9,8066 н/кг, на вершине Эвереста (8888 м) – 9,7820 н/кг , а на совсем труднодоступной высоте 400 км – 8,45 н/кг. Различия невелики, но они есть! Различные измерения выявили их, и именно в этих незначительных на обычный взгляд различиях таится одно из подтверждений закона всемирного тяготения и других общих законов природы. в-третьих: Каков физический смысл коэффициента пропорциональности? В математике это просто коэффициент, а в физике любая величина имеет прямое отношение к Природе. Коэффициент пропорциональности между силой тяжести и массой показывает, насколько велико тяготение в данном месте возле некоторой планеты. Этот своеобразный показатель тяготения обозначают g. На нашей Земле g=9,8 н/кг, а на других планетах он имеет иное значение. Это и понятно, ведь у планет разные массы и радиусы. На маленьком Меркурии, быстро вращающемся вокруг солнца и повернутым к нему одной стороной, g=3,7 н/кг. На планете бурь Венере, поверхность которой скрыта плотным слоем облаков, g=8,8 н/кг. На Марсе, испещренном ударами метеоритов (эти следы называются марсианскими каналами) g=3,8 н/кг . На гиганте Юпитере – кандидате в будущую звезду - g=24 н/кг, а на Сатурне, украшенном удивительными кольцами g=9,1 н/кг. На На Уране тяготение такое же, как и у нас: g=9,8 н/кг. На Нептуне – планете, открытой «на кончике пера», - g=13,5 н/кг. О тяготении на последней из известных планет – далеком Плутоне – достоверных данных нет, так как не удалось точно определить радиус и массу планеты. Предположительно g=0,6 н/кг. На ближайшем к Земле довольно крупном небесном теле – Луне g=1,6 н/кг, то есть притяжение на Луне в 6 раз слабее, чем на Земле. Не исключено, что кому-то из землян в XXI веке предстоит обживать Луну. Проверь себя: 1. Определите силу тяжести, действующую на вас на Земле, а также на всех планетах солнечной системы и на Луне. Свою массу вы знаете. Насколько позволяет судить весь современный опыт, масса тела не зависит, от того, где оно находится. А сила тяжести зависит. 2. Находясь на некоторой планете, вы провели взвешивание тела и измеряли действующую на него силу тяжести. Результаты: m=150 г, F=0,57 H. На какой планете вы находитесь? 3. Тело массой 50 кг упало с высоты 10 м. Какую работу при этом совершила действующая на него сила тяжести? 4. Почему безменном изготовленным на Земле нельзя воспользоваться на других планетах или на больших высотах над Землей? F,н m,кг 5.На графике представлены результаты измерений массы и силы тяжести в двух точках нашей планеты. В каких местах получены эти данные? Рефлексия: 1.Понравилось ли вам наш урок? 2. Узнали ли что-нибудь новое для себя? 3. Нравится ли вам заниматься исследовательской деятельностью? Урок №4. Исследование второе. Тема: «Изучение силы трения» Цель урока: определить силу трения скольжения и коэффициент трения. Оборудование: брусок, набор грузов, стол, динамометр. О трении знают все. Известно как трудно ехать на несмазанном велосипеде (да еще и против ветра) или тащить санки по посыпанной песком дорожке (да еще с грузом); трудно передвигать шкаф. Значит, трение препятствует движению. Попробуйте продемонстрировать, как сила трения препятствует движению. Трение нужно преодолевать, чтобы поддерживать движение, и эту работу выполняют двигатели автомобилей, тепло и электровозов, других машин и наши собственные мышцы. Наверно, единственные люди, кто безоговорочно радуются сопротивлению среды – это парашютисты. Трение не только препятствует движению, но и совершенно очевидно, что без трения буквально и шага не сделаешь. Трение удерживает все стоящие на столе и на полу предметы, а также нити в швах, гвозди и шурупы в стенах и деталях, гайки на болтах, узлы. Так судите сами: трение полезно или вредно? В отношении природы эти суждения вообще не уместны. Когда же возникает сила трения? Во всех примерах, где существует прикосновение поверхностей взаимодействующих тел. Трение скольжения Трение покоя Трение качения Приведите свои примеры. Механизмы трения различны, их не один и не два, а гораздо больше Один из них объясняет сопротивление скольжения тел зацеплением мелких зазубрин, которые всегда есть на поверхности тел. Другой показывает, что колесо деформирует опору, и перед ним образуется маленький бугорок. Проверьте опытом данные гипотезы. Можно ли придумать способы уменьшить или увеличить трение? Регулировать размер зазубрин путем обработки поверхности. Использовать смазки. Регулировать трение подбором соответствующих материалов. Прижатие трущихся поверхностей с большей или меньшей силой. Шины автомобилей, подошвы ботинок, шероховатые подушечки лап животных, резиновые кружочки, прикрепленные к ножкам многих приборов, резиновые перчатки хирургов. Что объединяет эти примеры? Вести нагруженные санки труднее, чем не нагруженные. И дело здесь не в массе, а именно в силе, которая прижимает санки к дороге. Эта сила равна силе тяжести, действующей на санки F = mg. Но если бы тащили санки с таким же грузом по такой же поверхности на луне, то пришлось бы приложить значительно меньшую силу, ведь показатель тяготения на Луне меньше, чем на Земле, примерно в 6 раз Ход работы: Определите значение силы трения Fтр.ск. с помощью динамометра, уравновесив силы трения силой упругости пружины динамометра. С помощью груза изменяйте массу деревянного бруска, а значит силу, прижимающую брусок к поверхности. Её называют силой давления и обозначают буквой N. N = F = mg. Занесите полученные результаты в таблицу. N, Н Fтр.ск., Н Теперь постройте график Fтр.ск., Н Fтр.ск. ~ N N, Н Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе давления поверхности на тело. Итак, во сколько раз возрастает (уменьшается) сила давления тела на поверхность, во столько же раз возрастает (уменьшается) сила трения скольжения. Значит Fтр.ск./N, есть постоянное число для двух данных материалов. Это число называется коэффициентом трения скольжения µ. µ = Fтр.ск./N. 4.Рассчитайте коэффициенты трения по полученным результатам и определите среднее значение коэффициента трения µ =(µ1 + µ2 + µ3 + µ4)/ 4. 5.Оцените погрешность. 6. Сделайте вывод. Результат ожидаемый, неправда ли? Одна из русских сказок, известная с раннего детства, является прекрасной иллюстрацией свойств силы трения покоя. Что это за сказка? А какую силу прилагает «лошадка хворосту воз», если воз движется равномерно? Масса саней и воза 200 кг. будем считать, что движение происходит по горизонтальной дороге, хотя в стихотворении Н. А. Некрасова «лошадка» поднимается медленно в гору. Немало забот инженеров, техников, изобретателей связано с трением. Это неудивительно: машины и механизмы содержат много трущихся деталей; большинство транспортных машин имеют колеса (гусеницы), с помощью которых отталкиваются от земли, рельсов или дорожного покрытия. Наконец, двигатели машин совершают работу и сжигают топливо в основном для того, чтобы преодолеть трение в деталях машин и сопротивление среды. Нередко в технике возникает потребность уменьшить силу трения между деталями машин и механизмов. При этом широко используют смазку. Не приходилось ли вам лично использовать смазку для уменьшения трения? В каких обстоятельствах? Но есть еще одна возможность повлиять на трение, заменить трение скольжения трением качения. Это можно сделать, пометив между осью и опорой шарики или ролики. Чтобы ось и опора не изнашивались, шарики и ролики помещают между двумя обкладками, сделанными из прочного материала. Колесо Ось С помощью подшипников можно уменьшить трение в 20-35 раз. Проверь себя: 1.Некоторые насекомые (мухи, тараканы, жуки) свободно ходят не только по вертикальной стене, но и по потолку! Значит, трение при их перемещении не играет решающей роли, как при ходьбе или беге человека? На красных лапах гусь тяжелый, Задумав плыть по лону вод, Ступает бережно на лёд, Скользит и падает.... Вопрос: почему падает гусь? Иногда, наблюдая хоккейный матч, вы видите, как врач бежит по льду к травмированному хоккеисту мелкими шажками. Почему «мелкими»? Американские астронавты, побывавшие на Луне, проехали по ней около 36 км на луноходе «Ровер» (m=725 кг с грузом и двумя астронавтами). Различалась ли сила трения между ведущими колесами лунохода на Земле и на Луне? Если отличалась, то, по каким причинам? Кому из везущих сани тяжелее, если значение коэффициента трения равны µ1 = 0,03; µ2 = 0,015. Рефлексия: 1.Встречались ли вы с силой трения в реальной жизни? 2.Узнали ли вы что - то новое из нашего урока? 3.Нравиться ли вам работать с приборами? Урок №5 Исследование третье.

Похожие:

	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательные: закрепить понятия о физических величинах (путь, время, скорость, масса, объем, плотность, сила, вес); законы и формулы...		Диплом Синтез волшебной сказки Можно предположить, что есть связь между героями повествования. Возникает вопрос: а нет ли определенной связи и компенсации определенной...
	Какой тип взаимодействия описывает закон всемирного тяготения? Два тела притягиваются и отталкиваются друг от друга с силой, которая прямопропорциональна произведению масс обоих тел и обратнопропорциональна...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Пусть m1 = mз (масса Земли), m2 = m (масса тела), r = rз (радиус Земли), h = 0 (высота тела над Землёй). Тогда
	Существуют системы отсчета, в которых тело находится в состоянии... Импульсом тела называется вектор равный произведению массы тела на его скорость: (Подробнее, ниже)		М. В. Келдыша Российской Академии наук Анализ возможности использования лазерного воздействия на сближающееся с землей небесное тело
	1. Тело, состоящее из атомов или молекул, обладает: 1 Кинетической... Цели: образовательная – ознакомление обучающихся с основами развития пищевой продукции, спроса на продукцию и услуги оп		Контрольные вопросы Движение небесных тел. Рассмотрим модель движения космического тела (планеты, кометы, спутника) под действием силы всемирного тяготения...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Не каждому. Жаль, что часто во многих школах очень слабо дают понять ученикам эту самую связь. И я решил, что с помощью использования...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Сегодня у нас необычный урок. Наш урок пройдет в экспериментальной лаборатории, в которой мы проведем опыты и установим закономерности...
	Урок 3 Связь между координатами вектора и координатами его начала... Цели: рассмотреть связь между координатами вектора и координатами его начала и конца; разобрать задачи о нахождении координат середины...		Урок развития речи по картине Цель: показать связь произведений изобразительного искусства с изучаемым литературным материалом, научить искать между ними ассоциативную...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Инерциальные системы отсчёта – это системы отсчёта, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной,...		Реферат на тему «Характеристика аморфных тел и веществ» Для таких тел невозможно указать температуру, при которой они превращаются в жидкость (плавятся). Эти тела называют аморфными. По...
	1 Краткая история экологии В настоящее время большинство исследователей считает, что экология — это наука, изучающая отношения живых организмов между собой...		Реферат по физике т е м а: тепловые свойства воды Вода – это большая часть циркулирующей в нашем теле крови. И так не только у людей: большая часть тела всех живых существ это вода....