Тематическое планирование 4 Текст пособия 5 Системы отсчета 5 > Закон сохранения импульса 12 Лукина Галина Степановна, методист, хкцтт 20 Физика на берегу моря 20
|
|
Скачать 0.65 Mb.
|
|
Физика 8-11 классы СОДЕРЖАНИЕ Мазур Александр Игоревич, к. ф.-м. н., доцент ТОГУ 4 ИЗБРАННЫЕ ГЛАВЫ МЕХАНИКИ 4 Пояснительная записка 4 Тематическое планирование 4 Текст пособия 5 1. Системы отсчета 5 2. Закон сохранения импульса 12 Лукина Галина Степановна, методист, ХКЦТТ 20 Физика на берегу моря 20 Пояснительная записка 20 Тематическое планирование 21 Текст пособия 21 1. Гидростатическое давление 23 2. Выталкивающая сила 25 3. Температура 26 4. Теплота 26 5. Физический практикум 29 Гаврилов Андрей Владимирович, к. ф.-м. н., доцент, кафедра общей физики ДВГГУ 45 Законы электростатики 45 Пояснительная записка 45 Тематическое планирование 45 Текст пособия 46 Основные формулы электростатики 46 Примеры решения задач 46 Рекомендуемые задачи 50 ^ Пояснительная запискаПредлагаемый курс предназначен для учащихся, окончивших 9 - 10 класс общеобразовательной школы. Анализ работ учащихся, участвующих в олимпиадах по физике, показывает, что наибольшие затруднения вызывают задачи, решение которых требует перехода в более удобную систему отсчета. Теория относительности Галилея в школе преподается учащимся на ознакомительном уровне. Поэтому учащиеся не применяют его в решении задач, хотя во многих из них решение значительно упрощается переходом в удобную систему отсчета. Выбор наиболее удобной для данной задачи системы отсчета и системы координат значительно упрощает решение задач не только по кинематике. От выбора системы отсчета и системы координат зависит вид как динамических, так и энергетических уравнений. Большую трудность у учащихся вызывают задачи, рассматривающие движение различных точек твердого тела. Предлагаемая программа знакомит учащихся с мгновенным центром вращения и мгновенными осями вращения, что позволяет значительно упростить решение многих задач. Данная программа, ставит своей целью научить школьников старших классов переходу в различные системы отсчета, познакомить с понятием неинерциальных систем, которые в школе также не изучаются. ^ : обобщить и углубить полученные в основной школе знания основных законов физики Задачи курса:
Основные знания, необходимые для усвоения данного курса:
Основные навыки и умения:
Объем курса: предлагаемый курс рассчитан на 20 часов. ^
^ 1. Системы отсчетаПри анализе задач на движение тела одним из самых важных моментов является выбор наиболее удобной для решения системы отсчета. Е  сли тело участвует одновременно в нескольких движениях (например, человек идет по движущемуся вагону, лодка движется по реке и т.д.), то вводятся понятия переносного, относительного и абсолютного движения (рис. 1).За неподвижную систему отсчета чаще всего принимают Землю. Тогда движение подвижной системы отсчета относительно неподвижной (движение вагона относительно земли, движение воды относительно берега) называют переносным движением. Движение тела относительно подвижной системы отсчета (движение человека относительно вагона, движение лодки относительно воды) называют относительным движением. Движение тела относительно неподвижной системы отсчета (движение человека относительно земли, движение лодки относительно берега) называют абсолютным движением. Тогда, согласно механическому принципу относительности Галилея, векторная сумма относительного и переносного перемещения составляет абсолютное перемещение Sп + So =Sa. Векторная сумма относительной и переносной скорости составляет абсолютную скорость vп +vo =va . Векторная сумма относительного и переносного ускорения составляет абсолютное ускорение a п + ao = aa. Приведенные выше действия означают переход из одной системы отсчета в другую. Но справедливы они лишь для поступательного движения одной системы отсчета относительно другой (координатные оси движущейся системы отсчета все время параллельны координатным осям неподвижной системы отсчета). Правило сложения скоростей устанавливает связь между скоростями одной и той же материальной точки в разных системах отсчета. Напомним, что каждая система отсчета жестко связана с некоторым телом отсчета и что движение материальной точки выглядит по-разному в различных системах отсчета. Поясним это на примере. Пусть есть две системы отсчета S и S', движущиеся друг относительно друга. Поскольку движение и покой относительны, договоримся называть систему S неподвижной, а систему S' - движущейся. Движение материальной точки М относительно системы S называют абсолютным движением, а относительно системы S' -относительным движением. Скорость точки М относительно системы S называют, соответственно, абсолютной скоростью, а относительно системы S' - относительной скоростью. Для более образного представления можно принять, например, за систему S комнату, за систему S' - воздушный шарик, летящий с вращением, а за точку М — муравья, ползущего по шарику. Переносная скорость - это скорость той точки системы S' относительно системы S, через которую проходит в данный момент точка М. В нашем примере это скорость относительно комнаты той точки воздушного шарика, через которую проползает муравей в данный момент. В любой момент времени абсолютная Vабс, относительная Vom и переносная Vпер скорости связаны соотношением Vабс= Vom + Vпер Это и есть правило сложения скоростей. Сделаем два полезных замечания.
З  адача 1. В качестве примера рассмотрим полет самолета в ветреную погоду. Приборы, регистрирующие выбранный летчиком курс, показывают, как расположена ось корпуса самолета по отношению к магнитной стрелке корпуса, а скорость самолета измеряется по обтеканию самолета потоком воздуха. В системе отсчета, связанной с воздухом, скорость самолета будет равна vo = vа- vп или vс-в = vс - vв (рис. 2).Здесь vс-в – скорость самолета относительно воздуха, vс – скорость самолета относительно точки на Земле (например, аэродрома), vв – скорость ветра. Задача № 2. Капли дождя в безветренную погоду оставляют на стекле движущегося вагона след под углом 300 к вертикали. Определить скорость падения дождевых капель на землю, если скорость движения вагона составляет 72 км/ч. РешениеВ  ыберем в качестве неподвижной системы Землю. Тогда: скорость вагона относительно поверхности Земли – переносная vп=vв; вектор этой скорости направлен горизонтально;скорость дождевых капель относительно поверхности Земли – абсолютная va,=vд; вектор этой скорости направлен вертикально вниз; скорость дождевых капель относительно вагонного окна – относительная vo; вектор этой скорости является векторной разностью векторов va и vп; направлен под углом к вертикали (рис.3). vo = va - vп, или vo =vд - vв. Из получившегося треугольника скоростей находим vд = vв Ctg ; vд = 20 Сtg 300 = 34,6 м/с. Ответ: скорость падения дождевых капель равна 34,6 м/с. Очень важно понимать, что физическая система отсчета и математическая система координат в выбранной системе отсчета совершенно не одно и то же. Так, в системе отсчета, связанной с Землей, координатная система может быть и прямоугольной, и косоугольной, и одномерной, и двухмерной, и трехмерной, с различным направлением координатных осей. Выбирая систему отсчета и систему координат, следует помнить, что:
Переход в другую систему отсчета сопровождается обязательно вычислением относительных кинематических параметров: перемещения, относительной скорости или относительного ускорения. S1-2 =S1- S2 v1-2 =v1 –v2 a 1-2 = a1 – a2. Здесь индекс 1-2 означает параметр первого тела относительно второго, принятого за точку отсчета. Часто переход в другую систему отсчета может сделать ситуацию более наглядной. Например, как узнать, на каком минимальном расстоянии друг от друга пролетят пушечные ядра после одновременного выстрела из двух пушек. Для этого достаточно одно из ядер принять за неподвижную точку отсчета (как бы оседлать его) (рис.4). Тогда относительное ускорение второго ядра относительно первого равно a 2-1= a2-a1 = g – g = 0. Это значит, что второе ядро относительно первого летит равномерно и прямолинейно со скоростью V2-1=V2–V1. Для определения минимального расстояния между ядрами достаточно опустить перпендикуляр из точки отсчета (центр первого ядра) на направление относительной скорости V2-1.  Задача № 3. По пересекающимся под углом 60 дорогам движутся две автомашины с одинаковыми скоростями 60 км/ч. Через какое время после встречи на перекрестке расстояние между ними будет 30 км? Решение: В  ыберем в качестве неподвижной системы первую автомашину. Тогда скорость второй автомашины относительно первой будет равна: v2-1=v2 -v1 (рис. 5). Получившийся треугольник - равносторонний. Значит, v2-1=v2=v1. Время, по истечении которого расстояние между машинами станет равным S, t =   ч.Ответ: через 30 минут расстояние между машинами станет равным 30 км. Задача № 4. Под мостом одновременно оказались плот и моторная лодка, плывущие в одном направлении. Обогнав плот, лодка проплыла вниз по реке 16 км и повернула обратно. Проплыв 8 км вверх по течению за 40 мин, лодка встретила тот же плот. Определить скорость течения реки и скорость лодки относительно воды. Решение: Примем за неподвижную систему воду и плывущий по реке плот. Тогда скорость лодки относительно плота одинакова и при движении вниз по реке и при движении вверх по реке. Одинаково и время движения лодки от плота вниз по реке, а затем обратно. Тогда все время движения лодки ( а значит, и плота) равно t = 2t1 . Скорость лодки относительно воды равна  , а скорость плота  . Подставляя данные, получаем: Vо= 18 км/ч; Vп= 4 км/ч.Ответ: скорость движения лодки относительно воды 18 км/ч, скорость течения реки 4 км/ч Задача № 5. Колонна автомашин длиной 2 км движется со скоростью 36 км/ч. Из начала колонны выезжает мотоциклист со скоростью 54 км/ч. Достигнув конца колонны, он возвращается обратно с той же скоростью. Определить, сколько времени мотоциклист был в пути, и какой путь прошел, пока снова не нагнал начало колонны. Р  ешениеЗадачу будем решать в системе, связанной с колонной, которую будем считать неподвижной (рис. 6). Тогда скорость мотоциклиста относительно колонны равна V2-1=V2 -V1. (Обратите внимание на векторный характер разности!). При движении от начала колонны к ее концу модуль этой скорости равен V2-1=V2 - (-V1)=(V2+V1), а при движении в обратном направлении модуль скорости мотоциклиста равен V2-1= (V2 - V1). Тогда время движения мотоциклиста равно t =  , а пройденное расстояние равноS =V2t. Подстановка значений в полученные формулы дает результат t =  ч = 8 мин, S= 7,2 км.Ответ: мотоциклист объехал колонну за 8 минут, пройдя 7,2 км. Задача № 6. Спортсмены бегут с постоянной скоростью v на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя колонну, длиной l. Навстречу спортсменам бежит тренер со скоростью u Решение Рассмотрим движение в системе, где тренер неподвижен. Очевидно скорость колонны, движущейся ему навстречу, равна (v+u), а время их встречного движения t1 =  . Скорость спортсменов относительно тренера при одинаковом направлении движения равна (v-u). Значит, вновь образовавшаяся длина колонны будет равна L=(v-u)t1, то есть L = (v–u).З  адача № 7. Два поезда движутся навстречу друг другу со скоростями 72 и 54 км/ч. Пассажир, находящийся в первом поезде, замечает, что второй поезд проходит мимо него в течение 14 с. Определить длину второго поезда.Решение Рассмотрим задачу в системе, связанной с наблюдателем А в первом вагоне. Тогда скорость второго вагона относительно него равна v2-1=v2–v1, по модулю эта скорость равна v2-1=v2+v1. Значит, длина второго поезда равна L = v2-1 t = (v2 +v1)t, L = 490 м. Ответ: длина второго поезда равна 490 м. Развитие физики сопровождалось установлением самых разных законов сохранения, утверждающих, что в изолированных системах определенные величины не могут возникать или исчезать. Представления о том, что подобные законы существуют, возникли в глубине веков. Сегодня физикам известно довольно много таких законов, часть из них знакома и вам — это законы сохранения импульса, энергии, заряда. Дальнейшее изучение физики позволит узнать, что есть весьма необычные законы сохранения, например, странности, четности и очарования. Очень часто некоторые законы сохранения оказываются справедливыми лишь при описании ограниченного круга явлений. Так, при изучении химических реакций можно считать, что масса сохраняется, однако при ядерных реакциях применение такого закона было бы ошибочным, так как, например, масса конечных продуктов деления урана меньше массы исходного количества урана. Наша программа ограничивается законом сохранения импульса и частично законом сохранения механической энергии. Задачи, предлагаемые для решения, также не выходят за рамки этих законов. |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям