Главная | Регистрация | Вход | RSSЧетверг, 28.03.2024, 11:41

ФИЗИЧЕСКИЙ КАЛЕЙДОСКОП

Меню сайта
Мини-чат
Наш опрос
Посетитель, кто вы?
Всего ответов: 707
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Дневник

Главная » 2009 » Январь » 12 » Методика преподавания физики.
20:00
Методика преподавания физики.

урок на тему «принцип относительности Галилея» (10 класс)

  Т.И.Якупова,  к.п.н., доцент кафедры ТиМПФ АГПУ 

Механическому принципу относительности в школьных учебниках уделяется недостаточное внимание, материал излагается кратко, тезисно. Учащиеся формально воспроизводят формулировку,  испытывая трудности в применении этого принципа для анализа конкретных ситуаций.

Формирование понятия о принципе относительности Галилея мы  проводим на широкой экспериментальной основе. Десять демонстрационных опытов убеждают школьников в истинности теоретических положений, а разработанная система вопросов помогает учащимся сравнивать, анализировать, делать нужные выводы. Использование компьютерной презентации к уроку повышает эффективность восприятия и усвоения материала учащимися, возбуждает их интерес.

 Цели урока:   

·  сформировать понятие о принципе относительности Галилея;

·  убедить учащихся в равноправии ИСО;

·  показать значение принципа относительности для науки;

·  продолжить формирование умений наблюдать, сравнивать, анализировать, делать выводы;

·  показать значение экспериментального метода познания для физики;

·  продолжить формирование научного мировоззрения учащихся.

Оборудование: тележка легкоподвижная, штатив с капельницей, колба, цилиндр с указателями силы тяжести и силы реакции опоры, диск вращающийся, нитяной маятник, ноутбук с проектором, разработанная к уроку презентация материала.

Ход урока

I. Актуализация знаний.

Фронтальный опрос:

1.      В чем заключается относительность движения?

2.      Что такое система отсчета?

3.      Какие системы отсчета называют инерциальными?

4.      Сформулировать I  закон Ньютона.

5.       Сформулировать II закон Ньютона.

6.      Сформулировать III закон Ньютона.

7.      Как определяется скорость тела относительно неподвижной системы отсчета?

8.      Как находится перемещение тела относительно неподвижной системы отсчета?

А теперь давайте на основе несложных опытов выясним, при каких условиях выполняется первый закон Ньютона.

Опыт 1. Поведение шара в неподвижной системе отсчета (рис.1).

Рис. 1

Шар находится в покое. Силы, действующие на него, уравновешены. Первый закон Ньютона выполняется.

Опыт 2. Поведение шара в системе отсчета, движущейся равномерно и прямолинейно (рис. 2).

Рис. 2

Хотя тележка движется, шар находится в покое, силы, действующие на него,  уравновешены. Первый закон Ньютона выполняется.

Вывод 1. Первый закон Ньютона  выполняется в системах отсчета, которые неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно относительно ИСО.

Рис. 3

Опыт 3. Поведение шара в системе отсчета, движущейся прямолинейно, но  равноускоренно  (рис. 3).

Рис. 4

Шар пришел в движение, хотя сила тяжести по-прежнему  уравновешена силой реакции опоры. Первый закон Ньютона нарушился.

Опыт 4. Поведение шара в равномерно вращающейся системе отсчета (рис. 4).

Шар, подвешенный на нити, отклонился на некоторый угол ?, хотя первоначально сила тяжести была уравновешена силой упругости нити. Первый закон Ньютона нарушился.

Вывод 2. В системах отсчета, которые движутся с ускорением относительно ИСО (т.е. в неинерциальных СО), первый закон Ньютона не выполняется.II.    Изучение нового материала:1) Выдвижение проблемы и решение ее с помощью демонстраций

Мы выяснили, что законы Ньютона выполняются в ИСО.

Рис. 5

Перед учащимися ставится проблема, которая решается с использованием эксперимента.Теперь давайте экспериментально проверим, одинаково ли протекают механические явления в различных ИСО?

Опыт 5. Падение капель в неподвижной системе отсчета (рис.5).

Рис. 6

Рассмотрим неподвижную систему отсчета, связанную с Землей. Будем наблюдать падение капель воды в узкую колбу. Учащиеся убеждаются в том , что капли попадают в колбу.Вопрос. Будут ли попадать капли в колбу, если тележка с капельницей  будет двигаться равномерно и прямолинейно? 

Ребята высказывают разные мнения. Обращаемся к опыту, поставив капельницу с колбой на тележку.

Рис. 7

Опыт 6. Падение капель в системе отсчета, движущейся равномерно и прямолинейно (рис.6).

 Учащиеся (некоторые с удивлением) убеждаются в том, что капли попадают в колбу. Выясняем причины: капельница и колба движутся с одинаковой скоростью, равной скорости движения тележки.

Вывод: все инерциальные системы отсчета равноправны, механические явления протекают в них одинаково.  В этом и заключается принцип относительности Галилея.

Рис.8

Вопрос: Что произойдет, если подвижная  СО начнет двигаться с ускорением?  Попадут ли капли в колбу и нет?

Опыт 7. Падение капель в системе отсчета, движущейся прямолинейно, но с ускорением (рис. 7).

Капли не попадают в колбу, они отклоняются от вертикального положения в зависимости от того, как движется тележка: равноускоренно или равнозамедленно.

Теперь видоизменим опыт, поставив капельницу с колбой на равномерно вращающийся круг (с угловой скоростью ?).

Опыт 8. Падение капель в равномерно вращающейся системе отсчета (рис.8).

Капли  снова не попадают в колбу, отклоняясь от центра вращения круга.

Вывод: в системах отсчета, движущихся с ускорением законы Ньютона не выполняются.2). Работа с учебником

Зачитывается отрывок из учебника (Шахмаев, 9 класс) о мысленном опыте Галилея, его смысл обсуждается с учащимися.

3). Анализ характеристик движения в разных инерциальных системах отсчета

Принцип относительности Галилея утверждает полное равноправие всех ИСО.  Однако это не означает, что одно и то же движение в разных ИСО одинаково.

Рис.9

Давайте выясним, какие характеристики движения меняются при переходе от одной ИСО к другой, а какие нет. Рассмотрим две одинаковые лабора-тории (см. рис. 9).

Допустим, что на берегу полноводной равнинной без поворотов реки и в трюме баржи, плывущей по течению этой реки с постоянной скоростью, оборудованы эти лаборатории.

Лаборатории оснащены абсолютно одинаковыми приборами для измерения расстояний, времени, массы, силы, ускорения и т.д. Допустим, также, что баржа плывет со скоростью  относительно берегов и не испытывает никакой качки: =const.

Системы отсчета, связанные с лабораториями, обозначим  XY  и    X` Y`. Эти системы инерциальны и равноправны.

Допустим, что  обе лаборатории имеют по прозрачной стене и наблюдатели одной из них видят все, что происходит в другой.

1)      Наблюдатели отмечают, что их часы идут одинаково: t`=t .

Вывод: время в ИСО инвариантно (неизменно).2)      Пусть в обеих лабораториях изучают падение шариков. Следя за их падением наблюдатель в лаборатории на барже (рис.10) заметит, что его шарик падал по вертикали за время  t.  А наблюдатель, находящийся на берегу (рис.

Рис.10

Рис.11

11), увидит, что шарик на барже падал по параболе и  время его падения  также равно t.. Вывод: траектория движения зависит от системы отсчета, в которой это движение изучается, а время не зависит.

3)                  Пусть в лаборатории, расположенной на барже, по направлению ее движения с постоянной скоростью катится шарик.

Наблюдатель внутри этой лаборатории определяет, что скорость движения шарика .

Наблюдатель, находящийся на берегу, будет считать, что скорость шарика , причем  

Вывод: скорость движения зависит от системы отсчета, в которой это движение изучается.

4)                  Далее наблюдатель на барже определит, что за время  t шарик переместится на расстояние ,   а наблюдатель на берегу найдет, что перемещение шарика будет , причем  ,

 т.е.  

Вывод: Перемещение тела зависит от системы отсчета, в которой изучается движение.

Теперь выпишем соотношения, которые мы получили:

   t`=t,                ,                

Эти   соотношения получили название преобразований  Галилея.

5)            Изменится ли масса  тела, если его перенести с берега на баржу или наоборот?  Нет, масса тела от этого не изменится. По определению масса тела – величина постоянная, являющаяся мерой инертности тела.

Вывод: Масса тела остается постоянной во всех ИСО.

6)            Как вы думаете, ускорение тела будет изменяться при переходе от одной ИСО к другой?

Подсчитаем ускорение в движущейся ИСО. Пусть тело взаимодействует с другим телом и в результате получает ускорение, которое можно определить по формуле:

Вывод: модуль ускорения неизменен во всех ИСО.7)            Сила, которая сообщает телу ускорение, не зависит от системы отсчета. Она определяется взаимодействием тел, поэтому:     F`=F

Вопрос: Какие характеристики движения изменяются при переходе от одной ИСО к другой?

Ответ: скорость, перемещение, траектория.

Вопрос: А какие характеристики остаются неизменными при переходе от одной ИСО к другой, т.е. являются инвариантными?

Ответ: время, ускорение, масса, сила.

8) И последнее, что надо выяснить.

Вопрос: Одинакова ли будет запись 2 закона Ньютона?

В результате обсуждения делается вывод: да, одинакова.

F=ma ;               F`=m`a`;           т.к.   F`=F;          a`=a;            m`=m.Вывод: Уравнение 2 закона Ньютона не изменилось при переходе от одной ИСО к другой.Кроме того, во всех ИСО справедлив закон инерции -  1 закон Ньютона. Добавим к этому знание о том, что взаимодействие двух тел не зависит от системы отсчета, и можно сформулировать принцип относительности Галилея: Все инерциальные системы отсчета равноправны – это проявляется в том, что законы механики в них записываются одинаково.

Открытие принципа относительности – одно из величайших достижений человеческого разума. Оно оказалось возможным лишь после того, как люди поняли, что ни Земля, ни Солнце не являются центром Вселенной

Принцип относительности Галилея имеет большое значение для науки в целом: он говорит о всеобщем и объективном, т.е. не зависящем от человеческого сознания, характере изучаемых нами законов механики.

В 1905 году, развивая этот принцип дальше, А.Эйнштейн создал теорию относительности – одну из важнейших физических теорий нашего времени, с которой вы познакомитесь в выпускном классе.

III. Закрепление. Демонстрация кинофрагмента1) Воспроизведение записей на доске в тетрадях учащихся.

2) Ответы на вопросы по записям.

·  Сформулировать закон инерции.

·  Какие системы отсчета являются инерциальными?

·  Какими опытами можно продемонстрировать инерциальность системы отсчета?

·  В чем состоит принцип относительности Галилея?

·  Чем определяется значение этого принципа для науки?

3) Демонстрация кинофрагмента «Принцип относительности Галилея».IV. Домашнее задание: § 30.  (Мякишев Г.Я., и др. Физика- 10) V.           Подведение итогов урока.

http://rzhuuu.ru/?page_id=20

Просмотров: 2893 | Добавил: Админ | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа
Поиск
Календарь
«  Январь 2009  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031
Архив записей
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz

  • Copyright MyCorp © 2024