Молчанова Лариса Анатольевна
учитель физики и естествознания
МБОУ СОШ №150 г. Красноярска
Тема 1 «Законы движения и взаимодействия тел»
Урок 1.1 Материальная точка. Система отсчета
Цель урока: Познакомиться с основными характеристиками движения. Рассмотреть понятие материальной точки и принципы его применения. Объяснить составные части системы отсчета.
Ход урока
1. Организационный момент
Отмечание присутствующих. Объявление темы и название урока (слайд 1).
2. Изучение нового материала
1) Вступительное слово учителя:
Мы начинаем рассматривать с вами вопросы взаимодействия тел, материальной точки, системы отсчета с главного вопроса – движение . В общем случае, любые изменения, которые происходят в природе, можно назвать движением.
В курсе физики 9 класса изучение движения мы начнем с простейшего вида движения – механического движения (слайд 2).
Рассматривают несколько видов движения. Это, в первую очередь, поступательное, самое простое, довольно редко встречающееся; вращательное и колебательное (слайд 3).
Кроме того, можно говорить о форме траектории движения тела, то есть линии, по которой движется тело (слайд 4).
Обратите внимание, что при изучении движения, нам следует рассматривать вопросы, связанные с телом. Для характеристики движения используют следующие величины: это, прежде всего, пройденный путь, скорость, траектория, а также очень важные вещи – это координаты тела (слайд 5).
Разберем, где встречаются все эти величины. В первую очередь необходимо отметить знакомую с 7 класса величину – пройденный путь. Она обозначается буквой S и выражается в метрах. Пройденный путь – это длина траектории, а траектория – это линия, вдоль которой движется тело (слайды 6, 7).
Следующая характеристика – скорость. Из курса 7 класса можно вспомнить, что скорость – это величина, характеризующая быстроту движения. Обозначается она латинской буквой V и измеряется м/с (слайд 8).
И вот следующая характеристика – это координаты. Обращаю ваше внимание, что из математики вы помните, что для того, чтобы определить местоположение тела, необходимо указать его координаты. До середины прошлого тысячелетия использовалась только одна координата – мы ее называем ось ОХ или ось абсцисс. Но на сегодняшний день вы знаете, что у нас пространство трехмерное, и используются поэтому координаты по трем осям: х, у и z (слайд 9). Задавая эти точки (координаты), мы можем определить местоположение тела.
Очень важный вопрос, который следует здесь отметить – это то, как рассматривать тело в данной системе координат. Дело в том, что тела по размеру могут быть очень разные – большие, сверхбольшие (некоторые космические тела), маленькие, микроскопические, поэтому чтобы удобнее было использовать характеристики движения тела, необходимо ввести такое понятие, как материальная точка (слайд 10).
Если рассмотреть, например, поезд, который подходит к станции, то в этом случае мы не можем считать его по сравнению со станцией материальной точкой, так как их размеры сравнимы (слайд 11). В этом случае, если размеры тел сравнимы, то их нельзя считать МТ. А вот если рассмотреть движение поезда, ну например, из Москвы в Красноярск, то в этом случае расстояние, которое преодолевает поезд намного больше (несоизмеримо) с его размерами. Поэтому в этом случае мы можем говорить о поезде как о МТ (слайд 12). В этом случае удобно задавать координаты тела (точки) и говорить о том, как оно движется.
Рассмотрим, как определить местоположение тела в пространстве. Для того, чтобы это сделать, нужно знать координаты. Если мы имеем дело с одномерным движением, то есть тело движется вдоль одной прямой по оси ОХ, то координата будет только одна – х. Если движение двухмерное, то координат будет две – х и у, в этом случае мы будем использовать прямоугольную систему координат. И если трехмерное, то три координаты. Такую систему координат называют декартова система координат.
Также следует отметить, что тело движется во времени, поэтому нам нужно говорить, какие координаты у тела в данный момент времени. И вот здесь мы приходим к очень важному выводу: для характеристики движения необходимо ввести систему отсчета.
Системой отсчета мы называем три составных части – это система координат, тело отсчета и прибор времени отсчета – часы (слайд 13). Обращаю ваше внимание на то, что телом отсчета может быть и другая МТ, в этом случае мы можем говорить о том, что начало координат совпадает с точкой отсчета. В целом это и будет система отсчета, используемая во всем мире. Кроме такой системы отсчета используются и другие – содержащие не только прямоугольную систему координат, но и так называемые радиус-вектор. С помощью такой системы тоже можно задавать местоположение тела, например, это широко используется в навигации.
3. Закрепление изученного
Выполнение упражнения 1 стр. 9 учебника (фронтальный разбор).
4. Итог урока
В заключение урока необходимо отметить, что всякое движение мы характеризуем системой отсчета, координатами. Необходимо помнить, что мы можем использовать такое понятие, как МТ. Также нужно помнить о том, что иногда мы можем рассматривать не все тело целиком, а какую-то его часть и эту часть принимать за МТ. На следующих уроках мы познакомимся с другими характеристиками движения.
Домашнее задание: §1.
На данном уроке, тема которого: «Материальная точка. Система отсчета», мы познакомимся с определением материальной точки, рассмотрим определение положения разных тел с помощью координат. Кроме того, рассмотрим, что такое система отсчета и зачем она нужна.
Представьте, что вы сидите дома, в своей комнате, и вам задают вопрос: «Где ты?». Как вы на него ответите? Вы можете ответить «дома», и это будет правильный ответ. Можете ответить «в своей комнате, за столом», или назвать город, или сказать, что вы в России. Ответ на вопрос «где ты?» будет дан, все эти варианты правильные.
Как, в таком случае, мы выбираем, что именно ответить? Зависит от того, насколько точно нужно знать расположение. Если спрашивает мама, которая вошла в квартиру, ей хочется знать, в какой вы комнате. Если спрашивает по телефону знакомый из другого города, чтобы встретиться с вами, то ему все равно, в своей вы комнате или на кухне, и уж тем более все равно, какая часть ваших ног находится под столом и какая часть рук лежит на столе. Ему просто надо знать, не уехали ли вы из города.
Отвечая на простой вопрос, мы отбросили все лишнее, упростили и ответили настолько точно, насколько это требуется в каждом конкретном случае.
Упрощениями мы пользуемся на каждом шагу, описывая предметы или процессы с позиции того, что нас интересует.
Еще один пример - географические карты (см. рис. 1).
Рис. 1. Географическая карта
Можно было бы размещать в атласах спутниковые фотографии местности, но этого никто не делает. При изучении географии нам не важно, как выглядит каждый объект, и объекты нас интересуют не все, поэтому при составлении карт ненужное отбрасывается. На физической карте остается рельеф и водоемы (см. рис. 2), на политической карте - границы государств и крупнейшие города (см. рис. 3)
И как вы показываете свое положение на карте? Ставите точку, которая ничего общего с вами реальными не имеет, но положение ваше описывает, и, глядя на точку на карте, вы все понимаете (см. рис. 4).
Рис. 4. Обозначение на карте
В физике мы тоже будем использовать упрощения.
Упрощенное представление о чем-нибудь, что нам необходимо изучить или описать с заданной степенью соответствия реальности, называется моделью .
Человек мыслит моделями. Представьте себе велосипед. А теперь попробуйте его как можно точнее нарисовать.
Удивительно, что многие из вас столкнутся с трудностями, а ведь все знают, как выглядит велосипед, и все с легкостью его представили. Но воображаемая картинка достаточно приблизительна: два колеса, руль, педали, сидение, эти части соединены рамой, а как именно соединены, какой они формы и какого цвета - мы не задумываемся.
Какие детали мы опускаем, а на какие обращаем внимание? В повседневной жизни - на свое усмотрение, в зависимости от потребностей. В науке же нужна точность и определенность, поэтому в физике мы будем четко оговаривать модели, которые будем изучать и которые будут с заданной точностью соответствовать действительности.
Модель
|
Когда мы говорим слово «модель» в физике, чаще всего имеем в виду уменьшенную копию чего-нибудь, какой-либо образ предмета, его описание, словесное или математическое. Такая копия не является оригиналом, но дает о нем упрощенное представление. Степень упрощения может быть разной в зависимости от того, какой информации нам достаточно. Возьмем модель автомобиля. Некоторые коллекционируют модели, которые выглядят как настоящие, т. е. дают представление о внешнем виде автомобиля (см. рис. 5).
Рис. 5. Модель автомобиля При этом такая модель не покажет устройство двигателя, но для нашей цели достаточно внешнего вида. Если вы рассказываете другу, как вас обгонял другой автомобиль, вам не обязательно иметь коллекционные модели этих автомобилей, вам не важен внешний вид, вам важно движение и расположение машин. Вам достаточно взять два прямоугольных предмета, например мобильных телефона, и сымитировать на столе обгон (см. рис. 6). Рис. 6. Обгон машин Еще один пример: вас просят купить хлеба. Понятие «хлеб» - упрощенная модель, во фразе «Купи хлеба» нет информации ни о хлебозаводе-производителе, ни о составе, ни о точной массе булки. Мы разве что уточним, белого купить или черного, все остальные детали мы опустим. Если некоторые детали важны, то нас попросят «Купи маленькую булку белого хлеба». Это будет другая более точная модель: она уже уточнит размер булки и вид хлеба, но также опустит все остальное. Моделями мы пользуемся постоянно - выбирая точность добычи или передачи информации, мы уже моделируем реальность. |
Мы займемся изучением механического движения. Движение - это перемещение тел с течением времени.
Нас интересует, что тело было в одном месте, а через некоторое время оказалось в другом. Как вы это опишете? Например, автомобиль утром был на парковке, а потом подъехал к дому. Выглянув из окна, вы покажете пальцем, где он был утром, а потом покажете, где он стоит сейчас (см. рис. 7).
Рис. 7. Положение автомобиля
Как нарисовать на бумаге свой путь из школы домой? После того как вы отметите школу, дом и несколько ключевых объектов, например автобусную остановку, станции метро, перекресток, на котором вы поворачиваете, вы отметите точками: сначала я здесь, потом иду здесь, и прихожу вот сюда (см. рис. 8).
Рис. 8. Путь из школы домой
Обратите внимание: в этих примерах, как и во многих других случаях, нам не нужно обращать внимание на размер и форму движущихся тел. Идет из школы один ученик или другой, едет автомобиль или бежит слон - мы отметим их на бумаге такими же точками. Это очень удобно, и мы, где это возможно, будем применять эту модель.
Эта модель называется материальная точка - модель тела, размерами и формой которого в данной задаче можно пренебречь.
Другие модели в кинематике
|
В механике физической моделью движущегося тела может быть материальная точка, размерами которой в данной задаче можно пренебречь, или тело, имеющее форму и размеры, если они для нас в данной задаче важны (см. рис. 9).
Рис. 9. Модели движения Модели движения, которые будем использовать, - это равномерное движение по прямой, равноускоренное движение по прямой и равномерное движение по окружности. Кто пытался проехать на велосипеде по узкой прямой тропинке или перекладине, тот знает, как трудно придерживаться идеально прямой траектории, траектория всегда кривая, но мы можем пренебречь подобными неточностями, движение вверх-вниз по кочкам вообще не учитывать, и можем свести движение к одной из изучаемых моделей. |
Нужно понимать, что любая модель имеет свои границы применения и материальными точками можно считать не все тела и не во всех случаях. Тот же автомобиль, если мы рассматриваем его перемещение с парковки к дому, может считаться материальной точкой, его размеры не важны (см. рис. 10).
Рис. 10. Автомобиль - материальная точка
Но если мы рассматриваем, как он поместится на парковке между двух соседних автомобилей, его размеры и форму нужно учитывать.
Мы займемся изучением движения материальной точки. Движение - это изменение положения во времени. Как описать положение?
Выберите в своей комнате какой-нибудь предмет, а теперь скажите, где он находится. Допустим, вы выбрали чашку, из которой вы недавно пили чай и еще не отнесли на кухню. Вы скажете что-то вроде «она стоит на столе на полметра левее клавиатуры» или «она сразу перед дневником» (см. рис. 11).
Рис. 11. Положение чашки на столе
А теперь попробуйте указать ее положение, не упоминая никакие другие предметы, как клавиатуру или дневник. Не получится. Описывая положение тела или точки, нужно выбрать другое тело и относительно него задавать положение, то есть координаты.
Координаты - это способ точного указания места, адрес этого места. Этот адрес должен не только идентифицировать место, но и помогать его найти, указывать на его положение в упорядоченном ряду подобных точек (термин «координата» происходит от слова ordinare, которое означает «упорядочивать», с приставкой со-, которая означает «вместе, совместно, согласованно»).
Свойства числа
Например, координатой дома на улице является его номер, который отсчитывается с того края улицы, который принят за начало. Номер дома не только указывает на то, о каком именно доме идет речь (о том самом, например, пятиэтажном, с парикмахерской на первом этаже), но и подсказывает, где его можно найти: если мы прошли мимо домов № 8 и № 10, то дом № 16 должен быть где-то впереди (см. рис. 12).
Рис. 12. Номер дома
Тогда как название улицы зачастую только идентифицирует ее (слышим об улице Пушкинской и понимаем, что это за улица), но не содержит в себе информации о ее положении среди других улиц (нет упорядоченности).
В кинотеатре номер ряда и номер места являются координатами кресла: мы знаем, где начало координат (обычно слева у экрана), потому если видим пятый ряд, то знаем, где искать большие номера рядов. То же с местами: если ищем место № 13, идем сразу в конец ряда, и, увидев место № 11, понимаем, что мы близко (см. рис. 13).
Рис. 13. Искомое место в кинотеатре
Номер не только имя (надпись на кресле), но и ориентир в поиске (упорядоченность).
Все, кто играл в морской бой, знают, что положение клетки можно однозначно задать парой параметров: в данном случае буквой, указывающей столбец, и числом, указывающим строку, а отсчитываются столбцы и строки от левого верхнего угла поля (см. рис. 14).
Рис. 14. Игра «Морской бой»
Можно определить положение, определив направление и расстояние, например в 50 километрах от города на северо-восток (см. рис. 15).
Рис. 15. Определение положения
Примеры систем координат
|
В любом случае, когда мы задаем положение чего-либо, мы в том или ином виде пользуемся его координатами. Например: — на фото пишут «в первом ряду второй слева Иванов» (см. рис. 16). Координатами являются ряд и место в нем;
Рис. 16. Положение человека на фото: Иванов второй слева — на билетах пишут номер ряда и номер места: координаты ряда и места (см. рис. 17);
Рис. 17. Билет — улица, номер дома - координаты: улица и номера; — «выйдешь из метро «такого-то», повернешь налево и пройдешь 100 м; — Положение тела на поверхности Земли можно задать по-разному: — 30 км на север от Москвы,40 км на восток. В данном случае координатами является пара чисел: расстояние на восток/запад и север/юг; — 50 км на северо-восток. Здесь координаты - угол направления относительно оси восток/запад + длина радиус-вектора (см. рис. 18).
Рис. 18. Положение на карте мира |
В механике мы чаще всего будем использовать прямоугольную (или декартову) систему координат. В ней положение точки на плоскости задается следующим образом. Есть точка отсчета, то есть начало координат, и есть два взаимно перпендикулярных направления. Положение точки задается расстоянием, которое нужно пройти от начала координат в одном и во втором направлении, чтобы попасть в эту точку (см. рис. 19), как в кинотеатре при продвижении по рядам и вдоль ряда по местам.
Итак, мы описываем движение материальной точки. Чтобы его описать, нам нужно тело отсчета, относительно которого задавать положение точки. Нужна система координат, чтобы точно и однозначно задавать положение (см. рис. 20).
Рис. 20. Система отсчета
Но движение - это перемещение с течением времени, поэтому нужно еще определиться с измерением времени. Казалось бы, секунда у всех на часах длится одинаково, если не считать неисправных часов, тогда в чем проблема измерять время? Представьте: если начало движения засечь по часам, которые показывают 14:40, а окончание - по секундомеру, который остановится на показании 02:36:41, причем неизвестно, когда он запущен. Поэтому с прибором измерения времени и моментом начала измерения тоже нужно определиться, как мы определяемся с телом отсчета и системой координат.
Теперь у нас есть все инструменты, которые нужны для описания движения: тело отсчета, система координат и прибор измерения времени. Вместе они составляют систему отсчета .
При решении задач мы будем самостоятельно выбирать систему отсчета, в которой описанный в задаче процесс нам будет рассматривать наиболее удобно.
На этом наш урок окончен, спасибо за внимание.
Список литературы
1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. - 2-е издание передел. - X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. - 464 с.
2. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений - 14-е изд., стереотипное. - М.: Дрофа, 2009. - 300 с.
Домашнее задание
1. Дайте определение материальной точки.
2. Что такое система отсчета?
3. Что такое модель?
4. Определите координаты трех точек:
Механическое движение тела – изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. Чтобы судить о том, движется данное тело или нет, надо сначала выбрать тело отсчета, а затем посмотреть, изменяется ли его положение рассматриваемого тела относительно выбранного тела отсчета. При этом тело может двигаться относительно одного какого-либо тела отсчета и покоиться относительно другого.
Можно принять тело за материальную точку даже в том случае, если его размеры соизмеримы с расстоянием, которое оно прошло. Например, человек неподвижно стоит на ступеньке эскалатора. В любой момент времени все точки его тела движутся одинаково. Такое движение называется поступательным.
Но если необходимо определить путь, который прошло тело за определённый промежуток времени, то нам потребуются еще приборы для измерения времени – часы. Система координат, связанная с телом отсчета, и часы для отсчета времени образуют систему отсчета, позволяющую определять положение движущегося тела в любой момент времени.
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Разуменская средняя общеобразовательная школа №2»
Белгородского района Белгордской области
Конспект урока по физике
в 9 классе
«»
подготовила
учитель математики и физики
Елсукова Ольга Андреевна
г. Белгород
2013
Тема: Законы взаимодействия и движения тел.
Тема урока: Материальная точка. Система отсчета.
Форма учебного занятия: урок
Тип: I + II (урок изучения знаний и способов деятельности)
Место урока в разделе: 1
Цели и задачи:
обеспечить восприятие, осмысление и первичное запоминание учащимися понятий материальная точка, поступательное движение, система отсчета;
организовать деятельность учащихся по воспроизведению изученного материала;
обобщить знания о понятии «материальная точка» ;
проверить применение на практике изученного материала ;
развивать познавательную самостоятельность и творческие способности учащихся;
воспитывать навыки творческого усвоения и применения знаний;
развивать коммуникативные способности учащихся;
развивать устную речь учащихся;
Оснащение урока: доска, мел, учебник.
Ход урока:
Организация начала учебного занятия:
Поприветствовать учащихся;
Проверить санитарно- гигиеническое состояние класса (проветрен ли класс, вымыта доска, наличие мела ), если есть не совпадения с санитарно-гигиеническими нормами попросить учеников их исправить вместе с учителем.
Познакомится с учащимися, отметить отсутствующих на уроке;
Подготовка к активной деятельности учащихся:
Сегодня на уроке нам предстоит вернуться к изучению механических явлений. В 7 классе вы уже сталкивались с механическими явлениями и перед тем как приступить к изучению нового материала, давайте вспомним:
Что такое механическое движение?
Механическим движением – называется изменение положение тела в пространстве с течением времени.
Что такое равномерное механическое движение?
Равномерное механическое движение – это движение с постоянной скоростью.
Что такое скорость?
Скорость – это физическая величина, которая характеризует быстроту перемещения тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка.
Что такое средняя скорость?
Средняя скорость - это отношение всего пройденного пути ко всему времени.
Как определить скорость если мы знаем расстояние и время?
В 7 классе вы решали достаточно простые задачи на нахождение пути, времени или скорости движения. В этом году мы более подробно рассмотрим, какие виды механического движения существуют, как описать механическое движение любого вида, что делать, если скорость на протяжении движения меняется и т.д.
Уже сегодня мы с вами познакомимся с основными понятиями, которые помогают описать как количественно, так и качественно механическое движение. Эти понятия являются очень удобными инструментами при рассмотрении любого вида механического движения.
Изучение нового материала:
В окружающем нас мире всё находится в непрерывном движении. Что же понимается под словом «Движение»?
Движение – любое изменение, происходящее в окружающем мире.
Наиболее простым видом движения является уже известное нам механическое движение.
При решении любых задач, касающихся механического движения, необходимо уметь описывать это движение. А это значит, что нужно определить: траекторию движения; скорость движения; путь пройденный телом; положение тела в пространстве в любой момент времени др.
Например, на учениях в РА чтобы запустить снаряд, необходимо знать траекторию полета, на какое расстояние упадет.
Из курса математики нам известно, что положение точки в пространстве задаётся с помощью системы координат. Допустим нам нужно описать положение не точки, а всего тела, которое как мы знаем, состоит из множества точек, а каждая точка имеет свой набор координат.
При описании движения тела, которое имеет размеры, возникают и другие вопросы. Например, как описать движение тела, если при движении тело ещё и вращается вокруг собственной оси. В подобном случае помимо собственной координаты, каждая точка данного тела обладает собственным направлением движения и собственным модулем скорости.
В качестве примера можно привести любую из планет. При вращении планеты противоположные точки на поверхности имеют противоположное направление движения. Причём чем ближе к центру планеты, тем меньше скорость у точек.
Как тогда быть? Как описать движение тела, которое имеет размер?
Для этого можно воспользоваться понятием, которое подразумевает, что размер тела как бы пропадает, а масса тела остаётся. Такое понятие называется материальной точкой.
Записываем определение:
Материальной точкой называется тело, размерами которого в условиях решаемой задачи можно пренебречь.
Материальных точек в природе не существует. Материальная точка – это модель физического тела . С помощью материальной точки решается достаточно большое количество задач. Но применять замену тела на материальную точку не всегда можно.
Если в условиях решаемой задачи размер тела не оказывает особого влияния на движение, тогда можно такую замену произвести. Но если размер тела начинает влиять на движение тела, то замена невозможна.
Например, футбольный мяч. Если он летает и быстро перемещается по футбольному полю, то он материальная точка, а если лежит на прилавки спортивного магазина, то это тело не является материальной точкой. Самолет летит в небе – материальная точка, приземлился – его размерами пренебречь уже нельзя.
Иногда можно принимать за материальную точку тела, размеры которых соизмеримы. Например, человек поднимается на эскалаторе. Он просто стоит, но каждая его точка движется в том же направление и с той же скоростью, что и человек.
Такое движение называется поступательным. Запишем определение.
Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково. Например, всё тот же автомобиль совершает по дороге поступательное движение. Точнее, поступательное движение совершает только кузов автомобиля, в то время как его колёса совершают вращательное движение.
Но с помощью одной материальной точки мы не сможем описать движение тела. Поэтому введем понятие системы отсчёта.
Любая система отсчёта состоит из трёх элементов:
1) Из самого определения механического движения вытекает первый элемент любой системы отсчёта. «Движение тела относительно других тел». Ключевая фраза – относительно других тел. Тело отсчёта – это тело, относительно которого рассматривается движение
2) Опять же из определения механического движения следует второй элемент системы отсчёта. Ключевая фраза – с течением времени. Это значит, что для описания движения нам необходимо определить время движения от начала в каждой точке траектории. А для отсчёта времени нам нужны часы .
3) А третий элемент мы с вами уже озвучивали в самом начале урока. Для того, чтобы задать положение тела в пространстве нам нужна система координат .
Таким образом, системой отсчёта называется система, которая состоит из тела отсчёта, связанной с ним системой координат и часов.
Системы отсчета Мы с вами будем пользоваться декартовой системой двух видов: одномерной и двухмерной.
