М.В.Смирнова,
г. Сосновый Бор, Ленинградская обл.
Законы сохранения при упругом и неупругом взаимодействиях
План-конспект урока физики в компьютерном классе. 10-й класс
Использование компьютерных технологий на уроках физики становится не только возможным, но и необходимым элементом школьной программы. Это позволяет повысить заинтересованность в изучении предмета, сделать урок более наглядным. Возрастает число обучающих программ как на дисках, так и на сайтах интернета. Но для экономии рабочего времени требуются разработки конкретных уроков (лучше в виде сборника), которые можно проводить и в компьютерном классе с самостоятельной работой учащихся на компьютере, и в кабинете физики с использованием мультимедийных презентаций. В предлагаемой разработке используются программы «Упругие и неупругие соударения» из пакета учебных программ (ПУП) «Открытая физика» фирмы «Физикон».
Цели и задачи урока: познакомить учащихся с понятием упругий и неупругий удары; на конкретных примерах рассмотреть, как выполняются законы сохранения энергии и импульса в применении к упругим и неупругим взаимодействиям. Ввести понятие компьютерная модель; закрепить полученные знания в ходе компьютерного моделирования физического эксперимента, приближенного к реальному.
Ход урока
1. Формулируется цель и задачи урока. С целью повторения материала проводится фронтальная беседа: какие силы называются консервативными? дайте определение полной механической энергии тела; энергия – величина векторная или скалярная? как записывается выражение для изменения механической энергии при наличии неконсервативных сил? какая система тел называется замкнутой? сформулируйте закон сохранения энергии; дайте определение импульса тела; импульс – величина векторная или скалярная? чему равен импульс системы тел? сформулируйте закон сохранения импульса
2. Вводится понятие абсолютно упругого удара – столкновения тел, в результате которого их внутренние энергии остаются неизменными. При абсолютно упругом ударе сохраняется не только импульс, но и механическая энергия системы тел. Примеры: столкновение бильярдных шаров, атомных ядер и элементарных частиц. Даётся пояснение упругого центрального и нецентрального ударов. На доске выполняется рисунок:
В результате центрального упругого удара двух шаров одинаковой массы, они обмениваются скоростями: первый шар останавливается, второй приходит в движение со скоростью, равной скорости первого шара.
3. Вводится понятие абсолютно неупругого удара: так называется столкновение двух тел, в результате которого они соединяются вместе и движутся дальше как одно целое. При неупругом ударе часть механической энергии взаимодействующих тел переходит во внутреннюю, импульс системы тел сохраняется. Примеры неупругого взаимодействия: столкновение слипающихся пластилиновых шаров, автосцепка вагонов и т.д. Обсуждается вопрос: можно ли поймать рукой летящую пулю и положить её в карман? Важен не только правильный ответ, но и пояснения к ответу. На доске выполняется рисунок:
После неупругого соударения два шара движутся как одно целое со скоростью, меньшей скорости первого шара до соударения.
После пояснения основного материала проводится демонстрационный эксперимент с одинаковыми стальными и пластилиновыми шарами, подвешенными на тонких нитях. Левый шар отводится в сторону и отпускается. После столкновения приходит в движение крайний правый шар, который отклоняется на такой же угол. Пластилиновые шары после соударения движутся как одно целое.
4. Совместно с учителем проводится работа с рабочим листом 1. Делаются необходимые пояснения: направление движения левой тележки совпадает с направлением оси X, при движении тележек не учитываются силы трения; в окне указаны только начальные параметры движения тележек, окна с указанием параметров тележек после взаимодействия на рисунке нет. Учащиеся вместе с учителем выполняют необходимые расчёты: энергия и проекция импульса каждой тележки до и после соударения, полная механическая энергия и импульс системы тел до и после соударения. Все расчёты проводятся для двух типов соударений: упругого и неупругого. Отмечается, что при упругом взаимодействии сохраняется полная механическая энергия и импульс системы тел, а при неупругом – только импульс системы тел, а полная механическая энергия уменьшается. Обсуждается вопрос, за счёт чего происходит изменение механической энергии. После заполнения рабочего листа 1, учащиеся занимают свои рабочие места за компьютерами.
5. Самостоятельная работа за компьютером. Учащиеся запускают пакет прикладных программ «Открытая физика», в перечне компьютерных моделей выбирают модель, соответствующую теме урока. Учитель поясняет функции кнопок в рабочем окне программы, затем предлагает в течение нескольких минут понаблюдать за компьютерным экспериментом (режим упругого взаимодействия). Обращает внимание на то, как меняются значения проекции скорости, энергии проекции импульса в результате взаимодействия тележек, а также на то, что эти данные отображаются в рабочем окне программы, следовательно, их можно не рассчитывать в каждом конкретном случае.
После этого учащиеся выполняют самостоятельную работу на рабочем листе 2: устанавливают в рабочем окне программы параметры системы тележек (массу и начальную скорость каждой) по своему усмотрению и проводят компьютерный эксперимент либо в пошаговом, либо в непрерывном режиме. Сначала устанавливают режим упругого взаимодействия В рабочий лист 2 записывают полную механическую энергию системы и импульс до взаимодействия тележек и после, формулируют вывод. Затем нажимают «Сброс», устанавливают режим неупругого взаимодействия и повторяют всю работу. Рабочие листы 2 сдают учителю на проверку. В оставшееся время учащиеся либо просматривают видеозапись эксперимента, имеющегося в ПУП, либо решают задачу, предлагаемую программой с дальнейшей реализацией параметров и находят ответ к задаче в компьютерном эксперименте.
