Решение задач в курсе физике раздела «Динамика»



Скачать 455.44 Kb.
страница1/7
Дата10.02.2019
Размер455.44 Kb.
ТипРешение
  1   2   3   4   5   6   7

Введение

В методической и учебной литературе под учебными физическими задачами понимают целесообразно подобранные упражнения, главное назначение которых заключается в изучении физических явлений, формировании понятий, развитии физического мышления учащихся и привитии им умений применять свои знания на практике.

В методическом пособии А.В. Усовой физическая задача - это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе законов и методов физики, направленных на овладение знаниями по физике и на развитие мышления.

Научить учащихся решать физические задачи - одна из сложнейших педагогических проблем. Я считаю данную проблему актуальной. Моя курсовая имеет своей целью решить две задачи:



  1. Помочь в обучении школьников умению решать задачи раздела «Динамика»

  2. Разработать алгоритм решения типовых задач раздела «Динамика».

Основная задача динамики материальной точки состоит в том, чтобы найти закон движения материальной точки, зная приложенные к ней силы, или наоборот, по известному закону движения определить силы, действующие на эту точку.

Решение задач в курсе физике раздела «Динамика» - необходимый элемент учебной работы. Довольно часто задачи решаются лишь для тренинга, используются для иллюстрации формулы, правила, закона. Некоторые учителя практически не используют задачи в своей преподавательской деятельности, а если и используют, то это в основном задачи для "троечников", с чем я и встретился на практике. Поэтому теряется такая важная цель обучения, как развитие творческих способностей. Все решаемые задачи однообразные в своих решениях, практически все сводятся к элементарной подстановке данных в ранее выученную формулу. На практике школьников не знакомят с методами и способами решения физических задач, даже не всегда показывают алгоритм решения задач. В «динамике» существует достаточно много оригинальных нестандартных методов решения задач, которые будут рассмотрены далее.

Умение решать задачи поможет запомнить, вникнуть в суть физических законов раздела «Динамика». Кроме того, при решении нескольких задач одной темы учащиеся самопроизвольно запоминают формулы, законы, какие-либо определения и т.п.

В связи с этим предлагаю в своей работе некоторые рекомендации необходимые учителю по устранению проблем, связанных с решением различных задач раздела «Динамика»

Цель работы: рассмотреть и изучить особенности и методику решения физических задач по разделу «Динамика»

Объект исследования: методика решения задач по разделу «Динамика»

Предмет исследования: обучающая среда школьного курса физики

Гипотеза исследования: решение задач раздела «Динамика» повысит интерес обучения к предмету и к учебной деятельности

1. ДИДАКТИКО - МЕТОДИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАЗДЕЛА «ДИНАМИКА»

1.1 Основные положения раздела «Динамика»

Динамика - количественное описание взаимодействия тел, определяющего характер их движения Движение по инерции - движение, происходящее без внешних воздействий. В основу динамики взяты три закона Ньютона.

Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела, или действия других тел компенсируются; эти системы отсчета называются инерциальными.

Не все системы отсчета являются инерциальными. Если система отсчета является инерциальной, то любая другая система отсчета, движущаяся относительно нее равномерно и прямолинейно, также инерциальна. Системы отсчета, движущиеся относительно инерциальной системы с ускорением, являются неинерциальными.

Принцип относительности Галилея. Во всех инерциальных системах отсчета при одинаковых начальных условиях все механические явления протекают одинаково.

Инерция - это явление сохранения скорости тела. Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции.

Инертность - это свойство тела, заключающееся в его способности сохранять скорость. Более инертными являются тела, которые медленнее изменяют свою скорость. Мерой инертности является масса.

Масса тела - физическая величина, количественно характеризующая инертность тела. [m] = кг.

Сила. Второй закон Ньютона. Сила - физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое.[F] = H (Ньютон)

Сила является векторной величиной. Если на тело действует несколько сил, то векторная сумма всех сил равна произведению массы на ускорение.

Второй закон Ньютона. Ускорение тела прямо пропорционально действующей силе и обратно пропорционально его массе:





Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета.

Третий закон Ньютона. Два тела взаимодействуют друг с другом силами, равными по величине и противоположными по направлению:

Эти силы приложены к разным телам, направлены вдоль одной прямой и никогда не уравновешивают друг друга.

Закон Гука: Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации.

Закон всемирного тяготения: Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.



Одно из проявлений силы всемирного тяготения – сила притяжения тела к Земле, называемая также силой тяжести.



Вес тела - это сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на опору или подвес.

Если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, которое направленно, так же, как ускорение свободного падения, то его вес меньше веса покоящегося тела.

Если тело( вместе с опорой или подвесом) движется с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, то его вес больше веса покоящегося тела.



Принцип суперпозиции сил: результирующая сила, действующая на частицу со стороны других тел, равна векторной сумме сил, с которыми каждое из этих тел действует на частицу.



Сила реакции опоры - сила, действующая на тело со стороны опоры перпендикулярно ее поверхности Сила натяжения - сила упругости, действующая на тело со стороны нити или пружины

Сила трения - сила, препятствующая относительному перемещению соприкасающихся тел, направленная вдоль поверхности их контакта. Сила трения покоя равна по величине и противоположно направлена силе, приложенной к покоящемуся телу параллельно поверхности его контакта с другим телом. Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе реакции опоры:

где μп - коэффициент трения покоя. Сила трения скольжения



где μ - коэффициент трения скольжения.

Сила трения качения

где μкач - коэффициент трения качения (μкач << μ < μп).

Сила трения покоя равна по модулю и направлена противоположно силе, приложенной к покоящемуся телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом. Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе нормального давления.

( Fтр )max = µ N

Невесомость - состояние тела, при котором оно движется только под действием силы тяжести. Вес тела в состоянии невесомости равен нулю

1.2 Понятие физической задачи и классификация задач

Задачей считают проблему и определяют её как некую систему, связанную с другой системой - человеком (в широком смысле).

Физическая задача - это проблема, решаемая с помощью логических умозаключений, математических действий на основе законов и методов физики





2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ДИНАМИКИ

2.1 Классификация задач и рекомендации по методам их решения

Основная задача динамики материальной точки состоит в том, чтобы найти закон движения материальной точки, зная приложенные к ней силы, или наоборот, по известному закону движения определить силы, действующие на эту точку.



Задачи на динамику материальной точки удобно решать в следующей последовательности:

  1. Представив по условию задачи физический процесс, следует сделать схематический чертеж и указать на нем все тела, участвующие в движении, и связи между ними (нити, пружины и т.д.). Изобразить направления ускорений этих тел, если это возможно по условию задачи. В противном случае направления ускорений следует проставить произвольным образом.

  2. Изобразить все силы, приложенные к телам, движение которых изучается. При этом прежде чем рисовать силу, надо ответить мысленно на вопрос: «А какое именно тело (Земля, подставка, нить или пружина) действует на данное тело с силой, которую Вы пытаетесь изобразить?» Если Вы не в состоянии указать такое тело, то это означает, что сила реально не существует и ее изображать не надо. Расставляя силы, приложенные к телу, необходимо все время помнить, что силы могут действовать на данное тело только со стороны каких-то других тел: со стороны Земли – это сила тяжести , со стороны нити – сила натяжения , со стороны пружины – сила упругости ; со стороны подставки – сила реакции и, если поверхности подставки и тела шероховатые, сила трения . Кроме этого, в некоторых задачах на тело могут действовать силы сопротивления и силы притяжения (или отталкивания) с другими телами; если в условии задачи нет специальных оговорок, этими силами обычно пренебрегают.

При изображении сил следует помнить, что:

а) сила тяжести направлена вертикально вниз (к центру Земли);

б) сила натяжения нити направлена вдоль нити от тела;

в) сила упругости направлена вдоль пружины от тела, если пружина в процессе движения растянута, или к телу, если пружина сжата;

г) сила реакции опоры направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения тела с подставкой;

д) сила трения скольжения направлена по касательной к поверхности подставки в сторону противоположную скорости движения точек поверхности тела, соприкасающихся с подставкой;

е) сила сопротивления направлена в сторону, противоположную вектору скорости тела.

При расстановке сил, приложенных к телу, не обязательно их прикладывать к строго определенным точкам тела (например, силу тяжести к центру масс). Обычно, все силы изображают приложенными к какой-либо произвольной точке тела, выбор которой определяется удобством и наглядностью рисунка.



После того, как проставлены все силы, желательно проверить, имеется ли сила противодействия каждой из сил, изображенных на рисунке. Нет необходимости рисовать силы противодействия силе тяжести, силам реакции опоры и трения , если подставкой, по которой движется тело, является другое неподвижное тело, например, Земля.

  1. Выбрать инерциальную систему отсчета, оси координат которой направить наиболее удобным для решения задачи образом. В некоторых задачах бывает удобным для каждого из тел, участвующих в движении, выбрать свое направление осей. Обычно удобно для каждого тела одну из осей системы координат направить вдоль вектора ускорения.

  2. Записать уравнение второго закона Ньютона для каждого тела в векторной форме.

  3. Записать уравнения второго закона Ньютона в проекциях на оси выбранной системы координат. При наличии трения скольжения, силы трения, входящие в уравнения, нужно представить через соответствующие коэффициенты трения и силы нормального давления.

  4. Упростив, если можно, уравнение динамики, дополнить их необходимыми соотношениями кинематики для получения замкнутой системы уравнений, которую решить относительно искомых неизвестных величин.

Задачи на динамику прямолинейного движения материальной точки, исходя из методики их решения, можно разбить на следующие основные типы.

    1. Все силы , действующие на тело совпадают с прямой, вдоль которой направлен вектор ускорения. В этом случае уравнение второго закона Ньютона в векторном виде и решение в скалярной форме проводится с учетом направления сил.

    2. Если действующие на тело силы разнонаправлены (а тем более некоторые из них не совпадают по направлению с , например, движение тела по наклонной плоскости):

      • выбрать две произвольные оси ОХ и OY (для упрощения решения желательно одну из них направить вдоль вектора ускорения);

      • спроецировать все действующие силы на оси ОХ и OY;

      • Записать второй закон Ньютона соответственно для осей ОХ:

OY: ;

Решить систему уравнений совместно (при необходимости дополнить соответствующими кинематическими уравнениями движения).



    1. Движение нескольких сил, связанных невесомыми и нерастяжимыми нитями (движение нескольких тел по горизонтальной и наклонной плоскостях; задачи на блоки, через которые перекинута нить - веревка, канат, шнур и т.д.).

Основные закономерности при решении задач на блоки можно сформулировать следующим образом:

      • блок считать невесомым (или его массой можно пренебречь);

      • нити между телами считать невесомыми и нерастяжимыми;

      • силы натяжения нити по обе стороны блока одинаковы;

      • второй закон Ньютона записывать для каждого тела в отдельности (с учетом выбранного направления движения системы тел);

      • если нить перекинута, например, через 2 невесомых блока (один – подвижный, второй – неподвижный), сила натяжения нити будет по всей длине одинакова, но ускорение грузов вследствие движения подвижного блока разные.

Используя дифференциальные уравнения движения материальной точки можно решить две основные задачи динамики точки, которые формулируют следующим образом.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7


База данных защищена авторским правом ©dogmon.org 2019
обратиться к администрации

    Главная страница