ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС ПО ФИЗИКЕ 9 КЛАСС " ДВИЖЕНИЕ И СКОРОСТЬ"
методическая разработка
Автор: Удовик Ирина Евгеньевна, учитель физики, МБОУ СШ №38, город Норильск, Красноярский край
В раздел основное общее образование
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя школа №38»
Программа утверждена на заседании школьного методического
объединения учителей математики, информатики и физики
7.09.2015г.
ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС ПО ФИЗИКЕ
9 КЛАСС
Название курса "
ДВИЖЕНИЕ И СКОРОСТЬ"
Удовик Ирина Евгеньевна,
учитель физики высшей категории
Г. Норильск,
2015 г.
1
ДВИЖЕНИЕ И СКОРОСТЬ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Движение
(филос), способ существования материи, в самом общем виде – изменение вообще, всякое взаимодействие объектов. Движение выступает как единство изменчивости и устойчивости, прерывности и непрерывности, абсолютного и относительного.
Скорость
, характеристика движения точки(тела) …Термин «скорость» применяется также для характеристики изменения во времени различных процессов, напр. С. хим. реакций, С. рекомбинации, релаксации. (Большой энциклопедический словарь. М., науч. издательство «БРЭ») Происходящие в нашем обществе изменения привели к преобразованию жизнедеятельности и мышления человека. Бесконечно и быстро меняющийся мир, смена парадигм, переоценка ценностей – вот лишь отдельные примеры вербальных характеристик той мощной динамики (взаимосвязано: внешней и внутренней), которая происходит с нами, нашим обществом и всеми его системами, в частности – образовательной системой. Мир удивляет нас своим многообразием, разобраться в котором подчас нелегко даже взрослому человеку, не говоря уже о школьниках. Сформировать собственное позитивное представление о мире так, чтобы разрозненные знания школьных предметов не существовали сами по себе, а складывались в целостную мозаику жизни, мозаику радости, каждый миг новую и прекрасную именно своей неповторимостью и многовариантностью, так, чтобы эти знания служили основой дальнейшего образования и самообразования, очень важно. 2
Все на свете движется. Ледник может течь с поистине ледяным спокойствием, перемещаясь на какой-нибудь метр за неделю. Юго-Западная Калифорния, где находится Лос- Анджелес, сдвигается на северо-запад вдоль разлома земной коры в среднем на 5 см в год. Мы постоянно находимся в движении или наблюдаем движение, и поэтому может показаться, что все мы хорошо знакомы с этим явлением. Однако некоторые его подробности не так легко наблюдать, и при их описании иногда возникает путаница. В нашем мире скорость представляет собой весьма специфический вид переменной величины. Обычно мы соотносим с ней комбинацию расстояния и времени. Но, насколько нам известно, природа вещей такова, что не существует никаких универсальных естественных единиц длины и времени. Однако естественная единица скорости существует – некоторый верхний предел скорости. Никакое тело, будь то теннисный мяч или субатомная частица, нельзя ускорить настолько, чтобы превзойти скорость света в вакууме. С педагогической точки зрения учебный материал по теме «Движение и скорость» имеет не только огромное познавательное и мировоззренческое значение, но и большой практический интерес. На этом материале решаются такие педагогические проблемы, как создание политехнической направленности курса физики, формирование естественнонаучной картины мира, развитие познавательной активности и самостоятельности школьников. Можно отметить органичное соединение различных разделов физики – от механики и электродинамики до ядерной физики и астрофизики. Школа раньше, чем другие образовательные учреждения, реагирует на изменения, происходящие в обществе. Семья обучающегося, являясь общественным институтом, в значительной степени отражает социальные интересы и потребности, вызывая тем самым изменения в содержании деятельности общеобразовательных учреждений. 3
Добровольность выбора учащимися тех или иных элективных курсов ставит перед учителем довольно сложную задачу постоянного поддержания интереса старшеклассников к выбранной тематике. Эту проблему поможет решить поможет решить модульная структура построения курсов. Элективный курс может набираться из большого количества небольших модулей, различающихся как содержанием материала, так и формами организации учебной деятельности учащихся. В этом случае теоретический модуль, предполагающий проведение ученической конференции, может продолжать модуль по решению исследовательских задач или выполнению проектных заданий. Предлагаемый курс поможет сформировать у учащихся, интересующихся физикой, более масштабное представление об окружающем мире, научит пользоваться многообразием достижений научно-технического прогресса, ориентироваться в жизни, участвуя в глобальных преобразованиях. Достоинством предлагаемого курса является выход учащихся на создание портфолио работ по итогам изучения элективного курса «Движение и скорость» по завершении изучаемого материала.
Цели курса
Расширение и углубление представлений о движении тел, частиц и космических объектов, их взаимодействии и связанным с этим изменением скоростей; формирование взгляда на движение как форму существования материального мира, частью которого является человек с его преобразующей деятельностью; овладение приемами обобщения и систематизации изученного материала в виде оформленной папки достижений учащегося по окончании изучения курса.
Задачи курса
4
Создать мотивацию учебной деятельности учащихся, заинтересовать их предстоящим изучением нового, обобщающего их знания и практический опыт, материала. Учить осваивать новые технологии с использованием разнообразных учебных и справочных пособий. Воспитывать наблюдательность и прилежность, трудолюбие, организованность. В воспитательных целях использовать самоконтроль и саморегуляцию, элементы поисковой деятельности, разнообразные формы и виды работ. Воспитывать умение анализировать, выделять главное. Использовать разнообразные методы и приемы для воспитания индивидуальности, самодостаточности, развивать личностные качества каждого ребенка. Помочь личности обрести возможность целостного духового роста, воспитывать образованного, творческого человека, готового к осмысленной деятельности в условиях современного развития общества. Пропагандировать научные знания и развивать у учащихся интерес к научной деятельности, создавать оптимальные условия для выявления одаренных и талантливых школьников, их дальнейшего интеллектуального развития и профессиональной ориентации.
Курс рассчитан на одно полугодие (17 часов). Количество
часов в неделю -1.
Инструмент для оценивания результатов -
портфолио работы
, которое структурировано по следующей схеме: 1. Титульный лист с названием курса, фотографией автора работы. 2. Содержание папки. 5
3. Синквейны (синквейн - особая стихотворная форма), написанные автором работы в начале и на заключительном этапе изучения курса. Данный вид творческой деятельности учащихся предполагает выявление интереса, мотивации к изучению курса и осуществляет его эмоциональную оценку при завершении работы. 4. Оформленные в печатном виде результаты практических заданий, выполненных дома с комментариями и пояснительными рисунками, схемами и (или) фотографиями. 5. Реферат по выбранной теме с тезисами для его представления на итоговой конференции.
Программа элективного курса
«Движение и скорость»
1.
Введение (2 часа)
Лекция. (1 ч)
Движение как неотъемлемое свойство материи, форма ее существования. Относительность движения. Актуализация знаний учащихся о значениях скорости движущихся объектов в живой и неживой природе, микро-, макро- и мегамире. Творческое задание: Составить синквейн, в котором выразить свое отношение к курсу, с которым состоялось непосредственное знакомство.
Границы «территории», изучаемой в нашем
курсе (1 ч)
Определение размеров объектов от микромира элементарных частиц до макромира звезд. Нанесение значений (в метрах) на шкалу размеров в логарифмическом масштабе. 6
Творческое задание: Построение Солнечной системы в линейном масштабе. Демонстрации: Шкала размеров тел во Вселенной.
2.
Методы измерения (2 часа)
Лекция. Теоретические и практические способы
измерения расстояний в астрономических
исследованиях (1 ч)
Метод триангуляции (техника геодезической съемки). Радиолокационный метод. Яркостный метод (метод, основанный на измерении относительной яркости звезд и галактик). Выбор единиц измерения.
Время (1 ч )
Специфические проблемы, связанные с выбором стандартной единицы времени. Взаимодействия и изменения. Необратимость процессов природы. Демонстрации: Радиоастрономия. Космические исследования. Спектральные исследования. Диаграмма «спектр-светимость».
3.
Прямолинейное движение (3 часа)
Кинематика прямолинейного движения (1 ч)
Границы скоростей движения. Описание неподвижного тела. Описание движения тела с постоянной (но ненулевой) скоростью. Средняя скорость. «Отрицательная» скорость. Мгновенная скорость. Применение графика
v(t)
для нахождения пройденного пути. Простые задачи и реальный мир. 7
Практическое занятие (1 ч)
Исследование графиков движения тел. Определение ускорения. Решение задач графическим и аналитическим способами.
Семинар. Реальный мир скоростей (1 ч)
Темы для обсуждения. Способы передвижения живых организмов (бег, прыжки, полет, плавание и т.д.) Рекорды Гиннеса в скоростях. Лабораторные методы измерения скорости (при помощи стробоскопической фотографии). Устройство и принцип работы спидометра и акселерометра.
4.
Движение в двух измерениях (2 ч)
Лекция. Обобщающее повторение (1 ч)
Способы проверки независимости вертикальной и горизонтальной скоростей. Положение точки в двух измерениях. Векторные величины. Сложение скоростей. Траектория вблизи «плоской» Земли. Космические скорости.
Практическое занятие (1 ч)
Движение по окружности. Наблюдение тангенциальной составляющей скорости. Решение задач на расчет скорости движения тел в природе и технике. Творческое задание. Раскручивание груза на нити, пропущенной через ручку, в горизонтальной плоскости и измерение частоты его вращения при изменении длины нити. 8
5.
Человек в движении (2 часа)
Лекция. Гиподинамия. Что это такое? (1 ч)
Особенности различных видов движения человека. Скорость движения при ходьбе, беге, плавании. Гиподинамия. Гигиена опорно-двигательного аппарата. Роль двигательной активности в жизни человека и профилактике заболеваний.
Семинар. Динамика человека (1 ч)
Задания. Раскройте смысл понятия «активный образ жизни». Обоснуйте необходимость движения для физического развития и здоровья человека.
6.
Движение жидкостей и газов
(3 часа)
Лекция. Молекулярно- кинетическая теория и
термодинамика (2 ч)
Работа, необходимая для сообщения кинетической энергии. Температура и скорость движения молекул. Поведение газов в зависимости от температуры. Распространение запахов. Перенос тепла. Течение «идеальной жидкости» - плохое приближение. Реальный мир вязкости. Поверхностное натяжение. Смачивание.
Семинар. Мир звуков (1 ч)
Темы для обсуждения: Свойства звуковых волн (распространение в различных средах, отражение, интерференция, дифракция). Акустика в концертных залах. Эхолокация. Звуки, издаваемые насекомыми. Акустическое загрязнение. 9
Творческое задание. Создание «бутылкофона» . Демонстрации: Выдувание шаров из мыльного раствора.
7.
Движение заряженных частиц и полей (2
часа)
Лекция. Особенности распространения
электромагнитных взаимодействий (1 ч)
Электрический ток. Электронные пучки в электрических и магнитных полях. Скорость распространения электромагнитных взаимодействий. Микроструктура мира.
Лабораторная работа. Движение электронных
пучков в магнитном поле. (1 ч)
Определение радиуса окружности и шага винтовой линии при движении электронного пучка в магнитном поле. Демонстрации: Электронно-лучевая трубка с магнитным управлением электронным пучком. Осциллограф.
8.
Обобщающее занятие (1 час)
Физико-техническая конференция по теме
«Скорость в природе и технике».
Защита портфолио. 10
Тема 1. Введение.
Границы «территории», изучаемой в нашем
курсе
ЛЕКЦИЯ Фактически мы все находимся здесь. Эта шкала покрывает размеры всего существующего, от наименьших измеренных внутриатомных расстояний до размеров всей Вселенной. Мы размечаем вехами это «царство», рассматривая его как предмет нашего изучения. Человек, находящийся в среднем диапазоне размеров, открывает порядок и закономерности, которые связывают поведение атомов с природой галактик. Исследуя как микромир, так и макромир, человек также больше узнает о самом себе. РАЗМЕРЫ И РАССТОЯНИЯ Чтобы всю Вселенную нанести на карту, которая уместилась бы на одной странице, пришлось использовать шкалу степеней десяти. Когда вы «идете» по ней слева направо, каждый следующий интервал в десять раз больше предыдущего. За основную единицу длины на этой шкале принят метр, который немного длиннее английского ярда. Один метр отмечен в точке 0 этой шкалы, поскольку 10 0 =1. Другой способ воспринимать отметки этой шкалы – рассматривать их как нанесенные в логарифмическом масштабе. Отметка 1 метр находится в точке 0, поскольку lg 1=0. Один километр (около 5/8 мили) отмечен в точке 3, поскольку 1 11
километр равен 1 000 метров, lg 1000 =3, и 10 3 = 1 000. Подобным же образом 1миллиметр находится в точке -3, поскольку 10 -3 = (1/10) 3 . Живые существа занимают очень небольшой отрезок этой шкалы. Самый большой кит имеет длину не более 30метров и поэтому изображен на шкале в точке при значении менее 2. клетки биологических структур видны в микроскопии и имеют размер более одной миллионной доли метра. Этот размер показан на шкале в точке – 6 (поскольку 10 -6 равно 1/1000 000, или 0,000 001). Перемещаясь по этой шкале в сторону микромира, в точке -10 мы находим атомы. Большинство атомов имеют примерно одинаковые размеры. Сам атом громаден по сравнению со своим крошечным ядром. Диаметр ядра меньше диаметра атома в 10 000 и более, вплоть до 100 000 раз, в зависимости от элемента. Поэтому ядра располагаются на шкале Вселенной между делениями – 14 и – 15. Говорить о значительно меньших размерах на современном уровне развития науки бессодержательно, поэтому нижний предел нашей Вселенной помещается на 10 -15 м. Имеет ли смысл говорить о столь малых размерах? Да, но лишь в том случае, если их можно каким-либо способом измерить. Невооруженным глазом в видимом свете можно различать формы тел, поперечный размер которых составляет 1 мм. Лупа может обеспечить примерно 10-кратное увеличение. Даже лучшие исследовательские оптические микроскопы имеют увеличение не более 1 000 или 2 000. Поскольку невооруженный глаз может различать объекты, имеющие размеры 1 мм, то в исследовательский микроскоп можно видеть тела, размер которых равен 1/1 000 от 1 мм, или 10 -6 м (эта величина называется микрометром; ее прежнее название – микрон). Предел увеличения обусловлен тем, что свет характеризуется длиной волны, то есть некоторым собственным «размером2. Нельзя «видеть» что-либо с помощью щупа (зонда), размер которого больше, чем размеры деталей, которые вы пытаетесь рассмотреть. В электронных микроскопах в качестве зонда 12
используются электроны. Соответствующие им длины волн могут быть меньше, чем у видимого света. Таким путем достигнуто увеличение свыше 10 5 , что дает возможность видеть объекты, поперечный размер которых – всего 10 -8 м. Для размеров ниже предела, устанавливаемого электронным микроскопом, приходится использовать рассеяние электронов или других субатомных частиц и анализировать картины их рассеяния. Отметим, однако, что при попытке рассмотреть что-либо мы зондируем объект каким-либо инструментом, а затем определяем, что происходит со средством зондирования. Например, когда вы смотрите на страницу печатного текста, шрифт рассеивает падающий на страницу свет. Небольшая часть рассеянного света попадает в ваши глаза, где эта информация обрабатывается, посылается далее в головной мозг и распознается. Сходным во многих чертах способом можно «увидеть» самолет в рассеянных им волнах радара, улавливая отраженные в сторону приемника волны. Однако невозможно читать книгу, рассеивая на ней волны, излучаемые радаром. Волны радара примерно такого же размера, что и сама книга, и поэтому представляют собой слишком грубый зонд, чтобы с их помощью можно было распознавать шрифт. Можно измерить кита или даже страну довольно прямыми методами. Топографическая съемка и по сей день производится измерением базисов и углов. Первоначально метр был определен на основе сложной и даже вводящей в заблуждение землемерной программы. Во времена французской революции в 1791 г. Национальное собрание Франции проголосовало за то, чтобы в качестве единицы длины выбрать 1/10 000 000 четверти длины парижского географического меридиана. Единственной причиной, по которой произвольному стандарту приписывалось столь точное дробное число, была возможность в любое время воспроизвести этот стандарт – в предположении, что Земля всегда будет оставаться неизменной. Геодезическая партия действительно измерила дугу земного меридиана на всем протяжении от Дюнкерка на берегу пролива Ла Манш до Монжо вблизи Барселоны в Испании.( Разобрать с 13
учащимися, каким образом это было осуществлено. Повторить, что принято за эталон длины в настоящее время.) Затруднения в использовании геодезической техники связаны с необходимостью иметь измеренный базис. При измерении расстояния до Луны наибольший доступный базис – это диаметр самой Земли. В действительности следует использовать значительно меньшее расстояние, потому что в случае, когда телескопы направлены слишком близко к горизонту, возникают другие проблемы. Расстояние от Земли до Солнца равно 11 10 5 , 1 м. Если бы на Земле использовался базис 1 000 км, стягиваемый им угол был бы равен лишь 6 10 6 рад, или около одной угловой секунды. Это слишком малый угол, чтобы его можно было измерить для такой широкой мишени, как Солнце. Расстояние от Земли до Солнца на самом деле измеряется с помощью сравнения с другими расстояниями и углами в солнечной системе. В наши дни расстояния от Земли до Луны и от Земли до Венеры измеряются радиолокационным способом, то есть путем определения времени движения радио импульса от Земли до объекта и обратно. Поскольку скорость света (и равная ей скорость распространения радиоволн) известна очень точно, такое измерение расстояний может быть столь точным, как измерение времени между посылкой импульса и приемом эхо. Расстояние до ближайших звезд также определяется с помощью метода триангуляции. Но в этом случае используется внеземной базис. Им служит диаметр орбиты Земли при ее движении вокруг Солнца. Хотя этот базис и равен 11 10 3 м, из- за огромного расстояния до ближайшей звезды измерение углов требует большого искусства. Для выполнения измерений с использованием земной орбиты в качестве базиса звездное небо фотографируется одним и тем же телескопом с интервалами в шесть месяцев. При наложении двух фотографий изображения большинства звезд точно совмещаются друг с другом. Однако зимнее и летнее изображения очень близкой звезды окажутся слегка смещенными друг относительно друга. Отношение этого малого 14
смещения к фокусному расстоянию телескопа дает тот же самый угол, что и отношение базиса к расстоянию до звезды. Для одной угловой секунды и фокусного расстояния 10 м смещение изображения на фотопластинке находится следующим образом: 6 10 5 1 рад= смещение/10 м. Смещение изображения равно примерно 6 10 50 м, то есть50 микрометрам. Расстояние от Земли до звезд должно измеряться с помощью микроскопа! Существует еще один способ измерения расстояний до далеких галактик. Скорость галактики относительно нас можно измерить с помощью доплеровского смещения. Если источник волн движется по направлению к наблюдателю, частота волн кажется более высокой. Например, гудок поезда имеет более высокий тон, когда поезд приближается к слушателю. Когда поезд проходит мимо и уносится прочь, тон резко снижается. Подобным же образом характеристический спектральный узор, создаваемый светом от различных химических элементов в удаленных галактиках, виден на Земле сдвинутым в сторону низких частот. Величина этого «красного смещения» к большим длинам волн говорит о том, насколько быстро данная галактика удаляется от нас. Оказывается, что все галактики разлетаются друг от друга. Вселенная расширяется. Более того, чем дальше находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется от нас. Поскольку эта закономерность проверена для сравнительно близких галактик, расстояния до которых можно измерить независимо (яркостными методами), мы используем ее для нахождения расстояний до далеких галактик, измеряя их скорости по красному смещению. Таким способом наблюдались галактики, удаленные от нас на десять биллионов световых лет. Они движутся со скоростями, превышающими половину скорости света, и расположены у пределов видимой части Вселенной. Если Вселенная началась с огромного взрыва около пятнадцати биллионов лет назад (что выглядит правдоподобно) и с тех пор все время расширялась, то ив самом деле должны существовать пределы Вселенной. Многие детали 15
происхождения Вселенной и ее далеких областей все еще окутаны тайной. Однако независимо от этих деталей пределы нашей Вселенной находятся на расстоянии около 10 26 м. за этими пределами любой объект удалялся бы от нас так быстро, что любая посылаемая к нам информация (такая, как характеристические спектры излучения различных элементов) оказалась бы в результате красного смещения сдвинутой в фоновый шум излучения низких энергий. Синий свет, например, оказался бы не просто сдвинутым к красному свету, но приобрел бы гораздо большую длину волны, соответствующую радиоволнам. Творческое задание: Построение Солнечной системы в линейном масштабе. Шкала размеров тел во Вселенной. Физика – это не математика и не логика. Все наши теории и модели полезны лишь в том случае, если они предсказывают реальные события в реальном мире. Более того, понимание физики не приходит в результате только умственных упражнений. Нужно на своем собственном опыте знакомиться с явлениями. Как, находясь на Земле, можно на собственном опыте постичь то, что предложено в данной лекции? Может быть, вы построите собственную Вселенную? А еще лучше, построить в масштабе карту чего-нибудь более близкого к дому, например, Солнечной системы! Чтобы лучше понять природу предложенной вам в начале лекции логарифмической шкалы, постройте свою Солнечную систему в линейном масштабе. Если вы захотите иметь модель Солнечной системы, которую можно скатать в рулон и положить в карман, сделайте ее масштабную модель на длинной бумажной ленте, такой, как для кассовых аппаратов. Учащимся предлагается таблица.
Расстояние от планет до Солнца. Диаметр планет
16
Планета Среднее расстояние от Солнца, 10 6 км Средний диаметр, км Меркурий Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон Солнце 57,9 108,1 149,5 225,8 777,8 1426 2868 4494 5908 - 4840 12520 12740 6780 139800 115000 47400 43000 5800 1393000 Обсуждается масштаб. Можно посоветовать воспользоваться масштабом 5 000 000 км в одном см. В предложенном масштабе изображения планет сжимаются в точки. И тем не менее даже самая близкая звезда на такой шкале находилась бы на расстоянии около 100 км, или 60 миль.
Тема №3. Прямолинейное движение
К семинару
РЕАЛЬНЫЙ МИР СКОРОСТЕЙ
можно предложить для обсуждения следующий график. 17
Рассмотрим силы, действующие при внезапной остановке автомобиля. Предположим, что вы на скорости 18 м/с (около 65 км/ч) врезаетесь в бетонную стену. Автомобиль замедляется до полной остановки на пути менее 1 м. это расстояние покрывается за счет пространства, обычно занятого мотором и прочими вещами. Принимая, что автомобиль замедляется с постоянным ускорением от начальной скорости 18 м/с, найдем необходимое для этого время: с с м м v x t ср 11 , 0 / 9 1 . Если ваши привязные ремни хорошо подогнаны и застегнуты, то вы замедляетесь за то же время. Когда привязные ремни не надеты, вы не почувствуете никакой силы, пока не ударитесь грудью о рулевое колесо. Колесо незамедлительно провалится, предоставляя вам еще немного свободного времени до удара о приборный щиток и ветровое стекло. Затем за короткое время вам придется остановиться, если только вы не вылетите вперед, выбив ветровое стекло. На графике зависимости силы от времени для такой аварии нарисованы три кривые: для корпуса автомобиля, для водителя с привязными ремнями и для водителя без ремней. Временной масштаб событий соответствует результатам испытаний, проводимых автомобилестроителями с использованием манекенов. Действительное развитие событий разительным образом отличается, конечно, в зависимости от того, застрянет ли рулевое колесо в животе у водителя и какой частью головы он ударится о стекло. Есть один важный момент, который не следует упускать из виду в течение той десятой секунды, пока происходят все эти события. Измерение импульса вашего тела будет одним и тем же независимо от того, застегнуты ли ваши привязные ремни. Вы двигались со скоростью 18 м/с, и примерно через десятую долю секунды ваша скорость стала равна нулю. Поэтому полная площадь под кривой F(t) должна быть той же самой: 18
. 10 1 , 1 / 10 1 , 1 / 18 0 60 3 3 с Н с м кг с м кг mv Если бы удалось растянуть действие силы равномерно на все время столкновения , то Н с с Н F 4 3 10 1 11 , 0 10 1 , 1 . Знак «-» показывает, что направление силы противоположно направлению первоначального движения. Как видно из графика, действительный эффект привязных ремней не обеспечивает идеальной безопасности, но максимальная перегрузка становится типичной. Кроме того, силы натяжения привязных ремней приложены к частям тела, обладающим большей гибкостью , чем череп, и эти силы распределяются по больней площади тела. Заметьте, что водителя убивает отнюдь не само столкновение автомобиля с препятствием. Напротив, роковой удар обусловлен вторым столкновением, когда водитель налетает на внутреннее оборудование автомобиля. Автомобиль уже почти останавливается, когда непристегнутый водитель врезается в него. Расстояние, на котором замедляется водитель, а тем самым и время его остановки примерно в 10 раз меньше, чем у автомобиля. Поэтому действующая на тело останавливающая сила раз в 10 больше, чем была бы в том случае, если бы водитель был прикреплен к автомобилю.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ
Тема №9 Движение в двух измерениях
Творческое задание. Раскручивание груза на нити, пропущенной через ручку, в горизонтальной плоскости и измерение частоты его вращения при изменении длины нити. Попытайтесь раскрутить грузик по горизонтальной окружности. В качестве ручки можно использовать любую трубку, грузик сделайте из ластика или чего-нибудь вроде этого. Добейтесь, чтобы частота была равна 1 с -1 , а затем втягивайте нить в трубку, 19
пока радиус не уменьшится до половины первоначального значения. Втягивая нить, прикладываете ли вы какой- либо вращающий момент к этой системе? Чему равна новая частота? Подсчитайте ее и проверьте наблюдением. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Большой энциклопедический словарь. М.; Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1997 2. Суорц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений: Пер. с англ. В 2-х т.—М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1986 3. Научно-методический журнал «Естествознание в школе» №1 2004. 4. Научно-методический журнал «Физика в школе» №8 2005, № 42 1998 20
ДВИЖЕНИЕ И СКОРОСТЬ"
Удовик Ирина Евгеньевна,
учитель физики высшей категории
Г. Норильск,
2015 г.
1
ДВИЖЕНИЕ И СКОРОСТЬ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Движение
(филос), способ существования материи, в самом общем виде – изменение вообще, всякое взаимодействие объектов. Движение выступает как единство изменчивости и устойчивости, прерывности и непрерывности, абсолютного и относительного.
Скорость
, характеристика движения точки(тела) …Термин «скорость» применяется также для характеристики изменения во времени различных процессов, напр. С. хим. реакций, С. рекомбинации, релаксации. (Большой энциклопедический словарь. М., науч. издательство «БРЭ») Происходящие в нашем обществе изменения привели к преобразованию жизнедеятельности и мышления человека. Бесконечно и быстро меняющийся мир, смена парадигм, переоценка ценностей – вот лишь отдельные примеры вербальных характеристик той мощной динамики (взаимосвязано: внешней и внутренней), которая происходит с нами, нашим обществом и всеми его системами, в частности – образовательной системой. Мир удивляет нас своим многообразием, разобраться в котором подчас нелегко даже взрослому человеку, не говоря уже о школьниках. Сформировать собственное позитивное представление о мире так, чтобы разрозненные знания школьных предметов не существовали сами по себе, а складывались в целостную мозаику жизни, мозаику радости, каждый миг новую и прекрасную именно своей неповторимостью и многовариантностью, так, чтобы эти знания служили основой дальнейшего образования и самообразования, очень важно. 2
Все на свете движется. Ледник может течь с поистине ледяным спокойствием, перемещаясь на какой-нибудь метр за неделю. Юго-Западная Калифорния, где находится Лос- Анджелес, сдвигается на северо-запад вдоль разлома земной коры в среднем на 5 см в год. Мы постоянно находимся в движении или наблюдаем движение, и поэтому может показаться, что все мы хорошо знакомы с этим явлением. Однако некоторые его подробности не так легко наблюдать, и при их описании иногда возникает путаница. В нашем мире скорость представляет собой весьма специфический вид переменной величины. Обычно мы соотносим с ней комбинацию расстояния и времени. Но, насколько нам известно, природа вещей такова, что не существует никаких универсальных естественных единиц длины и времени. Однако естественная единица скорости существует – некоторый верхний предел скорости. Никакое тело, будь то теннисный мяч или субатомная частица, нельзя ускорить настолько, чтобы превзойти скорость света в вакууме. С педагогической точки зрения учебный материал по теме «Движение и скорость» имеет не только огромное познавательное и мировоззренческое значение, но и большой практический интерес. На этом материале решаются такие педагогические проблемы, как создание политехнической направленности курса физики, формирование естественнонаучной картины мира, развитие познавательной активности и самостоятельности школьников. Можно отметить органичное соединение различных разделов физики – от механики и электродинамики до ядерной физики и астрофизики. Школа раньше, чем другие образовательные учреждения, реагирует на изменения, происходящие в обществе. Семья обучающегося, являясь общественным институтом, в значительной степени отражает социальные интересы и потребности, вызывая тем самым изменения в содержании деятельности общеобразовательных учреждений. 3
Добровольность выбора учащимися тех или иных элективных курсов ставит перед учителем довольно сложную задачу постоянного поддержания интереса старшеклассников к выбранной тематике. Эту проблему поможет решить поможет решить модульная структура построения курсов. Элективный курс может набираться из большого количества небольших модулей, различающихся как содержанием материала, так и формами организации учебной деятельности учащихся. В этом случае теоретический модуль, предполагающий проведение ученической конференции, может продолжать модуль по решению исследовательских задач или выполнению проектных заданий. Предлагаемый курс поможет сформировать у учащихся, интересующихся физикой, более масштабное представление об окружающем мире, научит пользоваться многообразием достижений научно-технического прогресса, ориентироваться в жизни, участвуя в глобальных преобразованиях. Достоинством предлагаемого курса является выход учащихся на создание портфолио работ по итогам изучения элективного курса «Движение и скорость» по завершении изучаемого материала.
Цели курса
Расширение и углубление представлений о движении тел, частиц и космических объектов, их взаимодействии и связанным с этим изменением скоростей; формирование взгляда на движение как форму существования материального мира, частью которого является человек с его преобразующей деятельностью; овладение приемами обобщения и систематизации изученного материала в виде оформленной папки достижений учащегося по окончании изучения курса.
Задачи курса
4
Создать мотивацию учебной деятельности учащихся, заинтересовать их предстоящим изучением нового, обобщающего их знания и практический опыт, материала. Учить осваивать новые технологии с использованием разнообразных учебных и справочных пособий. Воспитывать наблюдательность и прилежность, трудолюбие, организованность. В воспитательных целях использовать самоконтроль и саморегуляцию, элементы поисковой деятельности, разнообразные формы и виды работ. Воспитывать умение анализировать, выделять главное. Использовать разнообразные методы и приемы для воспитания индивидуальности, самодостаточности, развивать личностные качества каждого ребенка. Помочь личности обрести возможность целостного духового роста, воспитывать образованного, творческого человека, готового к осмысленной деятельности в условиях современного развития общества. Пропагандировать научные знания и развивать у учащихся интерес к научной деятельности, создавать оптимальные условия для выявления одаренных и талантливых школьников, их дальнейшего интеллектуального развития и профессиональной ориентации.
Курс рассчитан на одно полугодие (17 часов). Количество
часов в неделю -1.
Инструмент для оценивания результатов -
портфолио работы
, которое структурировано по следующей схеме: 1. Титульный лист с названием курса, фотографией автора работы. 2. Содержание папки. 5
3. Синквейны (синквейн - особая стихотворная форма), написанные автором работы в начале и на заключительном этапе изучения курса. Данный вид творческой деятельности учащихся предполагает выявление интереса, мотивации к изучению курса и осуществляет его эмоциональную оценку при завершении работы. 4. Оформленные в печатном виде результаты практических заданий, выполненных дома с комментариями и пояснительными рисунками, схемами и (или) фотографиями. 5. Реферат по выбранной теме с тезисами для его представления на итоговой конференции.
Программа элективного курса
«Движение и скорость»
1.
Введение (2 часа)
Лекция. (1 ч)
Движение как неотъемлемое свойство материи, форма ее существования. Относительность движения. Актуализация знаний учащихся о значениях скорости движущихся объектов в живой и неживой природе, микро-, макро- и мегамире. Творческое задание: Составить синквейн, в котором выразить свое отношение к курсу, с которым состоялось непосредственное знакомство.
Границы «территории», изучаемой в нашем
курсе (1 ч)
Определение размеров объектов от микромира элементарных частиц до макромира звезд. Нанесение значений (в метрах) на шкалу размеров в логарифмическом масштабе. 6
Творческое задание: Построение Солнечной системы в линейном масштабе. Демонстрации: Шкала размеров тел во Вселенной.
2.
Методы измерения (2 часа)
Лекция. Теоретические и практические способы
измерения расстояний в астрономических
исследованиях (1 ч)
Метод триангуляции (техника геодезической съемки). Радиолокационный метод. Яркостный метод (метод, основанный на измерении относительной яркости звезд и галактик). Выбор единиц измерения.
Время (1 ч )
Специфические проблемы, связанные с выбором стандартной единицы времени. Взаимодействия и изменения. Необратимость процессов природы. Демонстрации: Радиоастрономия. Космические исследования. Спектральные исследования. Диаграмма «спектр-светимость».
3.
Прямолинейное движение (3 часа)
Кинематика прямолинейного движения (1 ч)
Границы скоростей движения. Описание неподвижного тела. Описание движения тела с постоянной (но ненулевой) скоростью. Средняя скорость. «Отрицательная» скорость. Мгновенная скорость. Применение графика
v(t)
для нахождения пройденного пути. Простые задачи и реальный мир. 7
Практическое занятие (1 ч)
Исследование графиков движения тел. Определение ускорения. Решение задач графическим и аналитическим способами.
Семинар. Реальный мир скоростей (1 ч)
Темы для обсуждения. Способы передвижения живых организмов (бег, прыжки, полет, плавание и т.д.) Рекорды Гиннеса в скоростях. Лабораторные методы измерения скорости (при помощи стробоскопической фотографии). Устройство и принцип работы спидометра и акселерометра.
4.
Движение в двух измерениях (2 ч)
Лекция. Обобщающее повторение (1 ч)
Способы проверки независимости вертикальной и горизонтальной скоростей. Положение точки в двух измерениях. Векторные величины. Сложение скоростей. Траектория вблизи «плоской» Земли. Космические скорости.
Практическое занятие (1 ч)
Движение по окружности. Наблюдение тангенциальной составляющей скорости. Решение задач на расчет скорости движения тел в природе и технике. Творческое задание. Раскручивание груза на нити, пропущенной через ручку, в горизонтальной плоскости и измерение частоты его вращения при изменении длины нити. 8
5.
Человек в движении (2 часа)
Лекция. Гиподинамия. Что это такое? (1 ч)
Особенности различных видов движения человека. Скорость движения при ходьбе, беге, плавании. Гиподинамия. Гигиена опорно-двигательного аппарата. Роль двигательной активности в жизни человека и профилактике заболеваний.
Семинар. Динамика человека (1 ч)
Задания. Раскройте смысл понятия «активный образ жизни». Обоснуйте необходимость движения для физического развития и здоровья человека.
6.
Движение жидкостей и газов
(3 часа)
Лекция. Молекулярно- кинетическая теория и
термодинамика (2 ч)
Работа, необходимая для сообщения кинетической энергии. Температура и скорость движения молекул. Поведение газов в зависимости от температуры. Распространение запахов. Перенос тепла. Течение «идеальной жидкости» - плохое приближение. Реальный мир вязкости. Поверхностное натяжение. Смачивание.
Семинар. Мир звуков (1 ч)
Темы для обсуждения: Свойства звуковых волн (распространение в различных средах, отражение, интерференция, дифракция). Акустика в концертных залах. Эхолокация. Звуки, издаваемые насекомыми. Акустическое загрязнение. 9
Творческое задание. Создание «бутылкофона» . Демонстрации: Выдувание шаров из мыльного раствора.
7.
Движение заряженных частиц и полей (2
часа)
Лекция. Особенности распространения
электромагнитных взаимодействий (1 ч)
Электрический ток. Электронные пучки в электрических и магнитных полях. Скорость распространения электромагнитных взаимодействий. Микроструктура мира.
Лабораторная работа. Движение электронных
пучков в магнитном поле. (1 ч)
Определение радиуса окружности и шага винтовой линии при движении электронного пучка в магнитном поле. Демонстрации: Электронно-лучевая трубка с магнитным управлением электронным пучком. Осциллограф.
8.
Обобщающее занятие (1 час)
Физико-техническая конференция по теме
«Скорость в природе и технике».
Защита портфолио. 10
Тема 1. Введение.
Границы «территории», изучаемой в нашем
курсе
ЛЕКЦИЯ Фактически мы все находимся здесь. Эта шкала покрывает размеры всего существующего, от наименьших измеренных внутриатомных расстояний до размеров всей Вселенной. Мы размечаем вехами это «царство», рассматривая его как предмет нашего изучения. Человек, находящийся в среднем диапазоне размеров, открывает порядок и закономерности, которые связывают поведение атомов с природой галактик. Исследуя как микромир, так и макромир, человек также больше узнает о самом себе. РАЗМЕРЫ И РАССТОЯНИЯ Чтобы всю Вселенную нанести на карту, которая уместилась бы на одной странице, пришлось использовать шкалу степеней десяти. Когда вы «идете» по ней слева направо, каждый следующий интервал в десять раз больше предыдущего. За основную единицу длины на этой шкале принят метр, который немного длиннее английского ярда. Один метр отмечен в точке 0 этой шкалы, поскольку 10 0 =1. Другой способ воспринимать отметки этой шкалы – рассматривать их как нанесенные в логарифмическом масштабе. Отметка 1 метр находится в точке 0, поскольку lg 1=0. Один километр (около 5/8 мили) отмечен в точке 3, поскольку 1 11
километр равен 1 000 метров, lg 1000 =3, и 10 3 = 1 000. Подобным же образом 1миллиметр находится в точке -3, поскольку 10 -3 = (1/10) 3 . Живые существа занимают очень небольшой отрезок этой шкалы. Самый большой кит имеет длину не более 30метров и поэтому изображен на шкале в точке при значении менее 2. клетки биологических структур видны в микроскопии и имеют размер более одной миллионной доли метра. Этот размер показан на шкале в точке – 6 (поскольку 10 -6 равно 1/1000 000, или 0,000 001). Перемещаясь по этой шкале в сторону микромира, в точке -10 мы находим атомы. Большинство атомов имеют примерно одинаковые размеры. Сам атом громаден по сравнению со своим крошечным ядром. Диаметр ядра меньше диаметра атома в 10 000 и более, вплоть до 100 000 раз, в зависимости от элемента. Поэтому ядра располагаются на шкале Вселенной между делениями – 14 и – 15. Говорить о значительно меньших размерах на современном уровне развития науки бессодержательно, поэтому нижний предел нашей Вселенной помещается на 10 -15 м. Имеет ли смысл говорить о столь малых размерах? Да, но лишь в том случае, если их можно каким-либо способом измерить. Невооруженным глазом в видимом свете можно различать формы тел, поперечный размер которых составляет 1 мм. Лупа может обеспечить примерно 10-кратное увеличение. Даже лучшие исследовательские оптические микроскопы имеют увеличение не более 1 000 или 2 000. Поскольку невооруженный глаз может различать объекты, имеющие размеры 1 мм, то в исследовательский микроскоп можно видеть тела, размер которых равен 1/1 000 от 1 мм, или 10 -6 м (эта величина называется микрометром; ее прежнее название – микрон). Предел увеличения обусловлен тем, что свет характеризуется длиной волны, то есть некоторым собственным «размером2. Нельзя «видеть» что-либо с помощью щупа (зонда), размер которого больше, чем размеры деталей, которые вы пытаетесь рассмотреть. В электронных микроскопах в качестве зонда 12
используются электроны. Соответствующие им длины волн могут быть меньше, чем у видимого света. Таким путем достигнуто увеличение свыше 10 5 , что дает возможность видеть объекты, поперечный размер которых – всего 10 -8 м. Для размеров ниже предела, устанавливаемого электронным микроскопом, приходится использовать рассеяние электронов или других субатомных частиц и анализировать картины их рассеяния. Отметим, однако, что при попытке рассмотреть что-либо мы зондируем объект каким-либо инструментом, а затем определяем, что происходит со средством зондирования. Например, когда вы смотрите на страницу печатного текста, шрифт рассеивает падающий на страницу свет. Небольшая часть рассеянного света попадает в ваши глаза, где эта информация обрабатывается, посылается далее в головной мозг и распознается. Сходным во многих чертах способом можно «увидеть» самолет в рассеянных им волнах радара, улавливая отраженные в сторону приемника волны. Однако невозможно читать книгу, рассеивая на ней волны, излучаемые радаром. Волны радара примерно такого же размера, что и сама книга, и поэтому представляют собой слишком грубый зонд, чтобы с их помощью можно было распознавать шрифт. Можно измерить кита или даже страну довольно прямыми методами. Топографическая съемка и по сей день производится измерением базисов и углов. Первоначально метр был определен на основе сложной и даже вводящей в заблуждение землемерной программы. Во времена французской революции в 1791 г. Национальное собрание Франции проголосовало за то, чтобы в качестве единицы длины выбрать 1/10 000 000 четверти длины парижского географического меридиана. Единственной причиной, по которой произвольному стандарту приписывалось столь точное дробное число, была возможность в любое время воспроизвести этот стандарт – в предположении, что Земля всегда будет оставаться неизменной. Геодезическая партия действительно измерила дугу земного меридиана на всем протяжении от Дюнкерка на берегу пролива Ла Манш до Монжо вблизи Барселоны в Испании.( Разобрать с 13
учащимися, каким образом это было осуществлено. Повторить, что принято за эталон длины в настоящее время.) Затруднения в использовании геодезической техники связаны с необходимостью иметь измеренный базис. При измерении расстояния до Луны наибольший доступный базис – это диаметр самой Земли. В действительности следует использовать значительно меньшее расстояние, потому что в случае, когда телескопы направлены слишком близко к горизонту, возникают другие проблемы. Расстояние от Земли до Солнца равно 11 10 5 , 1 м. Если бы на Земле использовался базис 1 000 км, стягиваемый им угол был бы равен лишь 6 10 6 рад, или около одной угловой секунды. Это слишком малый угол, чтобы его можно было измерить для такой широкой мишени, как Солнце. Расстояние от Земли до Солнца на самом деле измеряется с помощью сравнения с другими расстояниями и углами в солнечной системе. В наши дни расстояния от Земли до Луны и от Земли до Венеры измеряются радиолокационным способом, то есть путем определения времени движения радио импульса от Земли до объекта и обратно. Поскольку скорость света (и равная ей скорость распространения радиоволн) известна очень точно, такое измерение расстояний может быть столь точным, как измерение времени между посылкой импульса и приемом эхо. Расстояние до ближайших звезд также определяется с помощью метода триангуляции. Но в этом случае используется внеземной базис. Им служит диаметр орбиты Земли при ее движении вокруг Солнца. Хотя этот базис и равен 11 10 3 м, из- за огромного расстояния до ближайшей звезды измерение углов требует большого искусства. Для выполнения измерений с использованием земной орбиты в качестве базиса звездное небо фотографируется одним и тем же телескопом с интервалами в шесть месяцев. При наложении двух фотографий изображения большинства звезд точно совмещаются друг с другом. Однако зимнее и летнее изображения очень близкой звезды окажутся слегка смещенными друг относительно друга. Отношение этого малого 14
смещения к фокусному расстоянию телескопа дает тот же самый угол, что и отношение базиса к расстоянию до звезды. Для одной угловой секунды и фокусного расстояния 10 м смещение изображения на фотопластинке находится следующим образом: 6 10 5 1 рад= смещение/10 м. Смещение изображения равно примерно 6 10 50 м, то есть50 микрометрам. Расстояние от Земли до звезд должно измеряться с помощью микроскопа! Существует еще один способ измерения расстояний до далеких галактик. Скорость галактики относительно нас можно измерить с помощью доплеровского смещения. Если источник волн движется по направлению к наблюдателю, частота волн кажется более высокой. Например, гудок поезда имеет более высокий тон, когда поезд приближается к слушателю. Когда поезд проходит мимо и уносится прочь, тон резко снижается. Подобным же образом характеристический спектральный узор, создаваемый светом от различных химических элементов в удаленных галактиках, виден на Земле сдвинутым в сторону низких частот. Величина этого «красного смещения» к большим длинам волн говорит о том, насколько быстро данная галактика удаляется от нас. Оказывается, что все галактики разлетаются друг от друга. Вселенная расширяется. Более того, чем дальше находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется от нас. Поскольку эта закономерность проверена для сравнительно близких галактик, расстояния до которых можно измерить независимо (яркостными методами), мы используем ее для нахождения расстояний до далеких галактик, измеряя их скорости по красному смещению. Таким способом наблюдались галактики, удаленные от нас на десять биллионов световых лет. Они движутся со скоростями, превышающими половину скорости света, и расположены у пределов видимой части Вселенной. Если Вселенная началась с огромного взрыва около пятнадцати биллионов лет назад (что выглядит правдоподобно) и с тех пор все время расширялась, то ив самом деле должны существовать пределы Вселенной. Многие детали 15
происхождения Вселенной и ее далеких областей все еще окутаны тайной. Однако независимо от этих деталей пределы нашей Вселенной находятся на расстоянии около 10 26 м. за этими пределами любой объект удалялся бы от нас так быстро, что любая посылаемая к нам информация (такая, как характеристические спектры излучения различных элементов) оказалась бы в результате красного смещения сдвинутой в фоновый шум излучения низких энергий. Синий свет, например, оказался бы не просто сдвинутым к красному свету, но приобрел бы гораздо большую длину волны, соответствующую радиоволнам. Творческое задание: Построение Солнечной системы в линейном масштабе. Шкала размеров тел во Вселенной. Физика – это не математика и не логика. Все наши теории и модели полезны лишь в том случае, если они предсказывают реальные события в реальном мире. Более того, понимание физики не приходит в результате только умственных упражнений. Нужно на своем собственном опыте знакомиться с явлениями. Как, находясь на Земле, можно на собственном опыте постичь то, что предложено в данной лекции? Может быть, вы построите собственную Вселенную? А еще лучше, построить в масштабе карту чего-нибудь более близкого к дому, например, Солнечной системы! Чтобы лучше понять природу предложенной вам в начале лекции логарифмической шкалы, постройте свою Солнечную систему в линейном масштабе. Если вы захотите иметь модель Солнечной системы, которую можно скатать в рулон и положить в карман, сделайте ее масштабную модель на длинной бумажной ленте, такой, как для кассовых аппаратов. Учащимся предлагается таблица.
Расстояние от планет до Солнца. Диаметр планет
16
Планета Среднее расстояние от Солнца, 10 6 км Средний диаметр, км Меркурий Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон Солнце 57,9 108,1 149,5 225,8 777,8 1426 2868 4494 5908 - 4840 12520 12740 6780 139800 115000 47400 43000 5800 1393000 Обсуждается масштаб. Можно посоветовать воспользоваться масштабом 5 000 000 км в одном см. В предложенном масштабе изображения планет сжимаются в точки. И тем не менее даже самая близкая звезда на такой шкале находилась бы на расстоянии около 100 км, или 60 миль.
Тема №3. Прямолинейное движение
К семинару
РЕАЛЬНЫЙ МИР СКОРОСТЕЙ
можно предложить для обсуждения следующий график. 17
Рассмотрим силы, действующие при внезапной остановке автомобиля. Предположим, что вы на скорости 18 м/с (около 65 км/ч) врезаетесь в бетонную стену. Автомобиль замедляется до полной остановки на пути менее 1 м. это расстояние покрывается за счет пространства, обычно занятого мотором и прочими вещами. Принимая, что автомобиль замедляется с постоянным ускорением от начальной скорости 18 м/с, найдем необходимое для этого время: с с м м v x t ср 11 , 0 / 9 1 . Если ваши привязные ремни хорошо подогнаны и застегнуты, то вы замедляетесь за то же время. Когда привязные ремни не надеты, вы не почувствуете никакой силы, пока не ударитесь грудью о рулевое колесо. Колесо незамедлительно провалится, предоставляя вам еще немного свободного времени до удара о приборный щиток и ветровое стекло. Затем за короткое время вам придется остановиться, если только вы не вылетите вперед, выбив ветровое стекло. На графике зависимости силы от времени для такой аварии нарисованы три кривые: для корпуса автомобиля, для водителя с привязными ремнями и для водителя без ремней. Временной масштаб событий соответствует результатам испытаний, проводимых автомобилестроителями с использованием манекенов. Действительное развитие событий разительным образом отличается, конечно, в зависимости от того, застрянет ли рулевое колесо в животе у водителя и какой частью головы он ударится о стекло. Есть один важный момент, который не следует упускать из виду в течение той десятой секунды, пока происходят все эти события. Измерение импульса вашего тела будет одним и тем же независимо от того, застегнуты ли ваши привязные ремни. Вы двигались со скоростью 18 м/с, и примерно через десятую долю секунды ваша скорость стала равна нулю. Поэтому полная площадь под кривой F(t) должна быть той же самой: 18
. 10 1 , 1 / 10 1 , 1 / 18 0 60 3 3 с Н с м кг с м кг mv Если бы удалось растянуть действие силы равномерно на все время столкновения , то Н с с Н F 4 3 10 1 11 , 0 10 1 , 1 . Знак «-» показывает, что направление силы противоположно направлению первоначального движения. Как видно из графика, действительный эффект привязных ремней не обеспечивает идеальной безопасности, но максимальная перегрузка становится типичной. Кроме того, силы натяжения привязных ремней приложены к частям тела, обладающим большей гибкостью , чем череп, и эти силы распределяются по больней площади тела. Заметьте, что водителя убивает отнюдь не само столкновение автомобиля с препятствием. Напротив, роковой удар обусловлен вторым столкновением, когда водитель налетает на внутреннее оборудование автомобиля. Автомобиль уже почти останавливается, когда непристегнутый водитель врезается в него. Расстояние, на котором замедляется водитель, а тем самым и время его остановки примерно в 10 раз меньше, чем у автомобиля. Поэтому действующая на тело останавливающая сила раз в 10 больше, чем была бы в том случае, если бы водитель был прикреплен к автомобилю.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ
Тема №9 Движение в двух измерениях
Творческое задание. Раскручивание груза на нити, пропущенной через ручку, в горизонтальной плоскости и измерение частоты его вращения при изменении длины нити. Попытайтесь раскрутить грузик по горизонтальной окружности. В качестве ручки можно использовать любую трубку, грузик сделайте из ластика или чего-нибудь вроде этого. Добейтесь, чтобы частота была равна 1 с -1 , а затем втягивайте нить в трубку, 19
пока радиус не уменьшится до половины первоначального значения. Втягивая нить, прикладываете ли вы какой- либо вращающий момент к этой системе? Чему равна новая частота? Подсчитайте ее и проверьте наблюдением. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Большой энциклопедический словарь. М.; Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1997 2. Суорц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений: Пер. с англ. В 2-х т.—М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1986 3. Научно-методический журнал «Естествознание в школе» №1 2004. 4. Научно-методический журнал «Физика в школе» №8 2005, № 42 1998 20
В раздел основное общее образование