Второй закон Ньютона - ДИНАМИКА - Уроки физики в 10 классе - конспекты уроков - План урока - Конспект урока - Планы уроков - разработки уроков по физике

ДИНАМИКА

Урок № 4

Тема. Второй закон Ньютона

Цель: сформулировать и записать в математической форме второй закон Ньютона; объяснить зависимость между величинами, входящими в формулы этого закона; развивать логическое мышление, умение объяснять проявления второго закона Ньютона в природе; формировать интерес к изучению физики, воспитывать трудолюбие, ответственность.

Тип урока: изучение нового материала.

Демонстрации: зависимость ускорения тела от силы, действующей на него.

Оборудование: тележка с легкими колесами, вращающийся диск, набор грузиков, пружина, блок, брусок.

ХОД УРОКА

И. Актуализация опорных знаний учащихся

Цепочка формул (воспроизвести формулы):

II. Мотивация учебной деятельности учащихся

Учитель. С помощью законов Ньютона можно не только объяснять наблюдаемые механические явления, но и предсказывать их ход. Напомним, что прямая основная задача механики состоит в нахождении положения и скорости тела в любой момент времени, если известны его положение и скорость в начальный момент времени и силы, которые действуют на него. Эта задача решается с помощью второго закона Ньютона, который сегодня мы будем изучать.

III. Восприятие нового материала

1. Зависимость ускорения тела от силы, действующей на него

Зависимость ускорения тела от сил, действующих на него. Установить опытным путем связь между ускорением и силой абсолютно точно невозможно, поскольку любое измерение дает лишь приближенное значение измеряемой величины. Но определить характер зависимости ускорения от силы можно с помощью несложных опытов. Уже простые наблюдения показывают: чем большая сила действует на тело, тем быстрее изменяется скорость тела, т.е. тем больше его ускорение. Естественно предположить, что ускорение прямо пропорционально силе. Проверять это предположение удобно на примере поступательного движения тележки с легкими колесами, который движется с малым трением и у которого масса колес мала по сравнению с массой тележки. На основе опытов делают вывод: приобретенное телом ускорение прямо пропорционально силе,которая на него действует. На опытах с вращающимся диском показать, что при движении по окружности ускорение тоже пропорциональное приложенной силе. Силу, действующую на тележку, можно изменять, заменяя подвешен груз. Тележка с тягарцем под действием той же силы приобретает меньшего ускорения, чем пустой. Это отличие обусловлено свойством тела, называется инертностью. Инертность - свойство, которое заключается в том, что для изменения скорости тела на заданную величину необходимо, чтобы воздействие на него определенного другого тела продолжалась некоторое время. Чем больше это время, тем інертнішим есть тело.

Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением для разных тел может быть разным. Этот коэффициент пропорциональности является мерой инертности определенного тела и называется его массой. Чем больше масса тела, тем большую силу нужно приложить, чтобы придать телу определенного ускорения.

Более инертное тело имеет большую массу, менее инертно - меньшую:

2. Второй закон Ньютона

Количественная зависимость между ускорением, действующей силой и массой тела выражает важный закон природы - второй закон Ньютона. В физике действие одного тела на другое, действие, которое влечет за собой ускорение, называют силой. Можно сказать, что сила - это и причина ускорения. Именно так обозначал силу И. Ньютон: «Приложенная сила есть действие, выполнение над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». Это действие выполняет какое-то другое тело. Если, например, тело, которое свободно падает, движется с ускорением, то оно вызвано действием на это тело Земли. Ускорение тела, которое падает, вызванное силой, приложенной к нему (или которая действует на него). Эту силу называют силой тяжести.

Другой пример. Пусть один конец спиральной пружины закреплен. Прикрепим к второму концу брусок - он остается в покое. Видовжимо пружину на At и снова прикрепим к ней брусок.

Отпустив растянутую пружину, увидим, что брусок движется с ускорением. Очевидно, оно вызвано взаимодействием бруска и пружины. Но теперь на брусок действует сила со стороны пружины, которая и вызвала ускорение бруска. Эту силу называют силой упругости.

Второй закон динамики Ньютона устанавливает связь между кинематическими и динамическими величинами. Чаще всего он формулируется так: ускорение, который получает тело, прямо пропорционально массе тела и имеет то же направление, что и сила:

где - ускорение, - равнодействующая сил, действующих на тело, Н; m - масса тела, кг.

Если из этого выражения определить силу , то получим второй закон динамики в такой формулировке: сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение, которого предоставляет эта сила.

Ньютон сформулировал второй закон динамики несколько иначе, использовав понятие количества движения (импульса тела). Импульс - произведение массы тела на его скорость (то же, что количество движения) - одна из мер механического движения: Импульс (количество движения) является величиной векторной. Поскольку ускорение , то

Ньютон сформулировал свой закон так: изменение количества движения тела пропорциональна действующей силе и происходит по направлению той прямой, вдоль которой эта сила действует.

Стоит рассмотреть еще одна из формулировок второго закона динамики. В физике широко используется векторная величина, которая называется импульсом силы - это произведение силы на время ее действия: Используя это, получим . Изменение импульса тела равно импульсу силы, которая на него действует.

Второй закон динамики Ньютона обобщил исключительно важный факт: действие сил не вызывает собственно движения, а лишь изменяет его; сила вызывает изменение скорости, т.е. ускорение, а не саму скорость. Направление силы совпадает с направлением скорости лишь в частичном случае прямолинейного рівноприскореного (Δ > 0) движения. Например, во время движения тела, брошенного горизонтально, сила тяжести направлена вниз, а скорость образует с силой определенный угол, что во время полета тела меняется. А в случае равномерного движения тела по окружности сила все время направлена перпендикулярно скорости движения тела.

Единица измерения силы в СИ определяют на основе второго закона Ньютона. Единица измерения силы называется [H] и определяется так: сила в 1 ньютон придает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2. Таким образом,

Примеры применения второго закона Ньютона

Как пример применения второго закона Ньютона можно рассмотреть, в частности, измерение массы тела при помощи взвешивания. Примером проявления второго закона Ньютона в природе может быть сила, что действует на нашу планету со стороны Солнца, и др.

Границы применения второго закона Ньютона:

1) система отсчета должна быть инерционной;

2) скорость тела должна быть гораздо меньшей, чем скорость света (для скоростей, близких к скорости света, второй закон Ньютона используется в импульсном виде: ).

IV. Закрепление материала

Решение задач

1. На тело массой 500 г одновременно действуют две силы 12 Н и 4 Н, направленные в противоположном направлении вдоль одной прямой. Определить модуль и направление ускорения.