Импульс закон сохранения импульса реактивное движение 9 класс конспект

Обновлено: 04.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Предмет: Физика

Класс: 9

Тема: Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Дата проведения: 27.12.2018 г.

Цели урока:

обучающие: вывести закон сохранения импульса; познакомить с понятием реактивного движения; вырабатывать самостоятельное мышление по применению знаний на практике.

развивающие: вырабатывать умение мыслить, делать выводы, применять теоретические знания для решения задач; подчеркнуть взаимосвязь с другими науками: биологией, историей.

воспитывающие: развивать культуру общения и культуру ответа на вопросы; повышать познавательную активность; способствовать развитию чувства гордости за свою Родину.

Планируемые результаты обучения:

должен знать: понятие импульса, реактивного движения, закон сохранения импульса.

должен уметь: применять закон сохранения импульса при решении задач.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Основные понятия: реактивного движения, закон сохранения импульса, упругое соударение, неупругое соударение.

Оборудование: доска, мел, интерактивная доска, воздушный шарик, стакан с водой, полоска бумаги, презентация к уроку, сегнерово колесо, вода, шарики на нити, поднос для воды, карточки для домашнего задания, для игры.

Организационный этап

Актуализация опорных знаний

2. Дайте определение физического понятия - импульс тела (это физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость). (Слайд 6)

3. Какой является эта величина: векторной или скалярной? (Скорость – величина векторная, масса – величина скалярная. Произведение скалярной и векторной величины дает величину векторную).

4. Куда направлен вектор импульса тела? (Вектор импульса тела направлен также, как и вектор скорости. Можно сказать, что эти векторы со направлены).

5. Обозначение и формула для нахождения. (Слайд 6)

6. Единица измерения. Что принимают за единицу импульса? (За единицу импульса принимают импульс тела массой 1 кг, движущегося со скоростью 1 м/с)

7. Какие тела обладают импульсом? Приведите примеры.

8. Импульс, какого тела равен 0? Приведите примеры.

9. От чего зависит импульс тела? (От массы тела и его скорости).

10. Я приведу примеры тел, обладающих импульсом и не обладающих импульсом.

Целеполагание

- Учитель: Человек давно мечтал о небе, о небесных телах. Мечтали люди о том, чтобы когда-нибудь побывать на небесных телах. Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околоземное пространство. Этими замечательными словами (К.Э. Циолковского), я хочу начать наш сегодняшний урок, на котором мы познакомимся с законом сохранения импульса, с практическим применением закона сохранения импульса. (слайд 3 – тема урока).

- Учитель: Из повседневного жизненного опыта вы знаете, что действие, которое может совершить движущееся тело, зависит от его массы и скорости.

- Если мяч, летящий с большой скоростью, футболист может остановить ногой или головой, то вагон, движущийся по рельсам даже очень медленно, человек не остановит?

- Теннисный мяч, попадая в человека, вреда не причиняет, однако пуля, которая меньше по массе, но движется с большой скоростью (600—800 м/с), оказывается смертельно опасной?

Демонстрация: стакан с водой находится на длинной полоске прочной бумаги. Если тянуть полоску медленно, то стакан движется вместе с бумагой. А если резко дернуть полоску бумаги – графин остается неподвижным?

- Учитель: На эти и другие вопросы вы сможете ответить, изучив закон сохранения импульса.

Мотивация и первичное усвоение материала

- Учитель: Значение величины “импульс” (Слайд 4)

Величина импульс – особая величина, обладающая свойством сохранения при движении и взаимодействии тел. И эта величина, и это свойство сохранения играют важную роль в науке и имеют большое практическое значение в жизни, технике:

атомная и ядерная физика (все столкновения атомных ядер, превращения при ядерных реакциях подчинены этому закону);

взрывы (военные, при строительстве);

удары (при авариях, на производстве).

Изучение закона сохранения импульса

- Справедливость закона сохранения импульса можно проследить на опыте по взаимодействию шаров.

- Рассмотрим систему, состоящую из двух тел, взаимодействующих друг с другом. Такую систему образуют, например, два шара массами m₁ и m₂, движущимися навстречу друг другу с начальной скоростью V₁ и V₂ соответственно. Пренебрегая внешними силами, действующими на шары, данную систему тел можно считать замкнутой.

- Что мы получили в правой и левой частях равенства?

В левой части равенства содержится суммарный импульс системы до взаимодействия, а в правой – после взаимодействия. Импульс каждого тела изменился, сумма же осталась неизменной.

- Это означает, что: геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы- закон сохранения импульса.

- Опытное подтверждение закона сохранения импульса:

1) С тележками. Между двумя одинаковыми покоящимися тележками находится сжатая пружина. После пережигания нити, стягивающей пружину, тележки начинают двигаться по воздушной дорожке прибора в противоположные стороны с равными по модулю скоростями. Чему равно изменение импульса системы тел, состоящих из двух тележек? (Нулю до и после).

2) С шариками подвешенными на нити.

Закрепление и первичный контроль

1) Решение задачи на неупругое соударение

С тележки, движущейся со скоростью 2м/с, спрыгивает мальчик со скоростью 1м/с, направленной горизонтально против хода тележки. Масса мальчика равна 45 кг, а масса тележки – 30 кг. С какой скоростью будет двигаться тележка сразу после того, как мальчик спрыгнул с нее?

Развивающее дифференцированное обучение и коррекция

- Закон сохранения импульса находит широкое отражение в природе и технике.

- Примером является пушка, из которой производится выстрел. Явление отдачи (отката) орудия при выстреле (слайд 14). Такую же отдачу испытывают пожарные, направляя мощную водяную струю на горящий объект и с трудом удерживающие брандспойт;

- Интересный и важный пример проявления и практического применения закона сохранения импульса – это реактивное движение.

Демонстрация: Учитель просит учащегося надуть резиновый шарик и отпустить его. Шарик приходит в движение.

- Учитель: За счёт чего шарик приходит в движение? (Шарик приходит в движение за счёт того, что из него выходит воздух.)

- Учитель: Движение шарика является примером реактивного движения, и вы правильно указали причину движения шарика. Прежде, чем вы попытаетесь сформулировать определение реактивного движения, мне бы хотелось спросить у вас, будет ли являться примером реактивного движения следующий случай:

Демонстрация: Сегнерово колесо.

Учитель: Что общего в первом и во втором опытах?

Студент: Тележка и шарик пришли в движение, потому что от них что-то отделилось (ученик, воздух или вода).

После этого учащиеся формулируют определение реактивного движения.

Реактивное движение – движение, которое возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью, какая-то его часть, т. е. движение, возникающее за счет выброса вещества. (слайд 14,15,16)

Типичным примером реактивного движения может служить движение ракет. (слайд 17)

Выступление учителя о реактивном движении - (слайд 17-25);

- РАКЕТА (нем. Rakete), летательный аппарат, движущийся под действием реактивной силы, возникающей при отбросе массы сгорающего ракетного топлива (рабочего тела). (слайд 17)

- РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ, многоступенчатая (2-5 ступеней) управляемая ракета для выведения в космос полезного груза (искусственного спутника Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и др.). до 90% массы составляет топливо; масса выводимого на околоземную орбиту полезного груза ок. 140 т. (слайд 18,19)

- РАКЕТНОЕ ОРУЖИЕ, совокупность различных ракетных комплексов, предназначенных для поражения наземных, воздушных и морских целей боевой частью ракет. (слайд 20)

- РЕАКТИВНОЕ ОРУЖИЕ, вид оружия, в котором средства поражения доставляются к цели за счет реактивной тяги двигателя (слайд 21)

- Старт космического корабля с космодрома. КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ (КА), аппарат для полета в космос или в космосе, напр. искусственный спутник Земли, космический корабль, орбитальная станция (слайд 22,23)

Наберет он в рот воды,

Чтобы не было беды,

Изо всех силенок дунет,

На врага водою плюнет

И мгновенно удерет,

Как ракетный самолет!

- Одно из главнейших изобретений человечества в XX веке - это изобретение реактивного двигателя, который позволил человеку подняться в космос. (слайд 26). Сегодня мы должны вспомнить людей, ученых, которые сделали большой вклад в развитие науки.

- После увиденного и услышанного я думаю у вас должно возникнуть чувство гордости за тех людей, которые внесли свой вклад в развитие ракетной техники. И вы, ребята, также в будущем можете внести свой вклад в интересное дело – в освоение космического пространства.

8. Контроль за результатами учебной деятельности, осуществляемой учителем и учащимися, оценка знаний.

Вопросы:

Векторная величина, являющаяся мерой механического движения, его направление совпадает с направлением скорости.

Формулировку, какого закона я сейчас прочитаю? Сумма импульсов до взаимодействия равна сумме импульсов после взаимодействия.

Величина, равная произведению силы на время ее действия.

Ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.

Движение тела, возникающие вследствие отделения от него части его массы с некоторой скоростью.

Коды ОГЭ 1.14 — 1.15. Импульс тела – векторная физическая величина. Импульс системы тел. Закон сохранения импульса для замкнутой системы тел. Реактивное движение.

Импульс тела (количество движения) р – векторная физическая величина, численно равная произведению массы тела на его скорость: .

Единицы измерения в СИ: .
Импульс механической системы равен геометрической сумме импульсов всех тел системы. Внимание! Вектор импульса тела всегда сонаправлен с вектором скорости тела. Внимание! Вектор импульса силы всегда сонаправлен с вектором силы.

Рассмотрим второй закон Ньютона для случая равноускоренного движения:
, следовательно, .

Или сила равна отношению изменения импульса тела к промежутку времени, в течение которого эта сила действовала , или сила равна изменению импульса тела за 1 с.

Закон сохранения импульса тела: Геометрическая (векторная) сумма импульсов взаимодействующих тел, составляющих замкнутую систему, остаётся неизменной: .

Система реальных тел может рассматриваться как замкнутая, если:

действие на систему внешних тел пренебрежимо мало;
действия на систему внешних тел скомпенсированы;
рассматриваются изменения, происходящие в системе в течение такого малого промежутка времени, что действие внешних тел не успевает существенно изменить состояние системы.

Если система тел не замкнута, то изменение суммарного импульса системы тел равно импульсу внешней результирующей силы: .

Примеры применения закона сохранения импульса:

любые столкновения тел (биллиардных шаров, автомобилей, элементарных частиц и т. д.);
движение воздушного шарика при выходе из него воздуха и другие примеры реактивного движения;
разрывы тел, выстрелы и т. д.

Реактивное движение – движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определённой скоростью относительно тела.

Например, движение ракеты. Если представить, что всё топливо вытекает одновременно, то согласно закону сохранения импульса в проекции на координатную ось: Mʋ – mu = 0 или . Здесь m – масса топлива, М – масса ракеты, ʋ – скорость, приобретаемая ракетой, u – скорость истечения топлива.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Урок физики в 9 классе:

«Каждый день, в который вы не пополнили своего

образования хотя бы маленьким, но новым для вас

куском знания… считайте бесплодно и невозвратно

Константин Сергеевич Станиславский

Тип урока: урок закрепления знаний

Обучающие: повторить и закрепить понятия импульс тела, импульс силы; законы изменения и сохранения импульса; выяснить уровень усвоения учащимися изученного материала.

Воспитательные: показать учащимся, что полученные теоретические знания позволяют решать различные практические задачи, с которыми мы сталкиваемся в окружающей жизни: природе, технике, спорте.

Развивающие: формирование навыков самостоятельного решения задач, требующих применения знаний в знакомой и измененной ситуации; навыков использования алгоритмов решения типовых задач; умений стоить логичные обоснованные ответы на поставленные вопросы.

1. Начало занятия. Подготовка учащихся к работе на уроке.

3. Контроль исходного уровня знаний

4. Решение качественных и вычислительных задач разного уровня. Самостоятельная работа учащихся в группах, с консультацией учителя, с использованием алгоритма решения задач на применение закона сохранения импульса.

6. Подведение итогов урока

7. Домашнее задание

1. Начало занятия. Подготовка учащихся к работе на уроке.

Известна старинная легенда о богаче с мешком золотых, который,

оказавшись на абсолютно гладком льду озера, замерз, но не пожелал расстаться с богатством. Как бы он мог спастись, если бы не был так жаден?

(Оттолкнув от себя мешок с золотом, богач сам заскользил бы по льду в противоположную сторону в силу закона сохранения импульса системы мешок–богач)

На предыдущих уроках вы познакомились с такими понятиями как: импульс тела, импульс силы, реактивное движение и одним из важнейших законов механики – законом сохранения импульса. Полученные теоретические знания позволяют решать различные практические задачи, с которыми мы сталкиваемся в окружающей жизни: природе, технике, спорте.

Эти знания позволяют разобраться, что происходит при соударениях, столкновениях, при стрельбе, взрывах, от чего зависит сила удара, и многое другое. Кроме того изученные понятия и закон сохранения импульса описывают явления столкновения молекул, атомов, элементарных частиц.

Запишите тему урока.

3. Контроль исходного уровня знаний

1. Задание ученику (на доске) Найдите соответствие названий величин, законов и формул, используя набор карточек с обозначениями физических величин, единиц измерения.

2. Качественные задачи. Демонстрации

1. Почему не разбивается стеклянный стакан, на котором лежит очень тяжелый груз, при ударе по грузу молотком? Какой из изученных законов позволяет ответить на вопрос?

2. Что произойдет при соударении шаров равной массы, если один из них отвести в сторону и отпустить? Какой из изученных законов позволяет ответить на вопрос?

Заслушиваем ответы учащихся.

4. Решение задач разного уровня.

Самостоятельная работа учащихся в группах (на усмотрение учителя), с консультацией учителя, с использованием алгоритма решения задач на применение закона сохранения импульса.

Сейчас вы будете решать задачи по данной теме. Вам предлагается решить 4-5 задач из числа предложенных на ваш выбор, работаете в группах. Пользуйтесь записями в тетрадях, учебником, делайте рисунки (они помогут решить задачи), алгоритмом, текст которого прилагается к задачам; совещайтесь между собой, обращайтесь за консультацией к учителю. Первые решившие задачу поднимают руку. После проверки разбираем решения задач на доске. Первые 2-3 задачи просты, их должны решить практически все. Если вы можете решить 4-5 задач правильно, это отличный результат. На работу отводится примерно 20 мин.

1. Футбольному мячу массой 400 г при выполнении пенальти сообщили скорость 25 м/с. Если вратарь принимает удар на руки, то через 0,04 с он гасит скорость мяча до нуля. Найти среднюю силу удара мяча.

Почему при ударах могут возникать большие силы?

2. Из пушки массой m ₁ = 800 кг стреляют в горизонтальном направлении. Какова скорость отдачи пушки, если ядро массой m ₂ = 1 кг вылетело со скоростью 400 м/с?

От чего зависит скорость отдачи орудия?

* Подумайте, где еще в жизни мы сталкиваемся с явлением отдачи?

3. Вагон массой 30 т, движущийся горизонтально со скоростью 1,5 м/с, автоматически сцепляется с неподвижным вагоном массой 20 т. (Такое взаимодействие называется неупругим) С какой скоростью движется сцепка?

4. Начинающий ковбой, накинув лассо на бегущего быка, от рывка полетел вперед со скоростью 5 м/с, а скорость быка уменьшилась с 9 до 8 м/с. Какова масса быка, если масса ковбоя составляет 70 кг?

5. На льду стоит ящик с песком. Сдвинется ли ящик, если в нем застрянет пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 500 м/с? Масса ящика равна 25 кг. Если да, то какую скорость приобретет ящик,

* Какое значение для решения задачи имеет замечание, что ящик стоит на льду?

6. Тележка массой m ₁ = 120 кг движется со скоростью V ₁ = 6 м/с. Человек, бегущий навстречу тележке со скоростью V ₂ = 2,5 м/с, прыгает на тележку. С какой скоростью V движется после этого тележка, если масса человека m ₂ = 60 кг?

6. Подведение итогов урока

1. Какой закон позволяет найти силу удара? От чего зависит сила удара? Как можно ослабить силу удара? Где в природе мы встречаемся с амортизацией ударных нагрузок?

2. Какой закон позволяет найти скорости тел при столкновении; скорость отдачи при выстреле? Как уменьшить отдачу при выстреле из ружья?

Выставление оценок за работу на уроке.

7. Домашнее задание

На следующем уроке мы изучим устройство и движение ракет, поговорим об успехах освоения космического пространства. Для закрепления умения решать задачи решить письменно:

I уровень по задачнику Л. стр. 52 № Д52, Д56, Д69

II уровень по задачнику Л. стр. 52 № Д55, Д84, Д85

III уровень по задачнику Л. стр. 52 № Д66, Д77, Д85

Уходя с урока, прикрепите красную ленточку к ракете на стенде, если вам понравился урок, и вы считаете его полезным, и желтую, если урок вам был не интересен.

сформировать понятия: импульс силы, импульс тела, реактивное движение; вывести закон сохранения импульса.

Оборудование:

компьютер с мультимедийным проектором, слайды с логическими и структурными схемами, стеклянная пластина, шарик, магнит, стакан с водой, лист бумаги, металлические шарики.

План урока:

Организация начала урока.
Активизация внимания.
Изучение нового материала.
Закрепление новых знаний.
Подведение итогов урока.
Домашнее задание.

Ход урока:

Учитель приветствует учеников, называет тему урока.

Учитель задает вопросы, ученики отвечают.

1. Формулировка второго закона Ньютона.
2. Формула второго закона Ньютона.
3. Значение и применение второго закона Ньютона.
4. Формулировка третьего закона Ньютона.
5. Формула третьего закона Ньютона.
6. Значение и применение третьего закона Ньютона.

При быстром движении магнита над шариком шарик едва сдвигается с места, при
медленном движении магнита над шариком шарик начинает двигаться вслед за магнитом.

Если медленно тянуть лист бумаги, стакан перемещается вместе с бумагой. Если лист бумаги быстро выдернуть из-под стакана, стакан останется на прежнем месте.

Проведенные эксперименты свидетельствуют о том, что результат взаимодействия тел зависит не только от значения силы, но и от времени ее действия. Законов Ньютона недостаточно для описания взаимодействия тел. Поэтому в физике для характеристики действия силы в зависимости от времени ввели специальную величину – импульс силы I.

Импульс силы – векторная физическая величина, равная произведению силы на время ее действия.

Хотя приведенная формулировка определения импульса силы характеризует его как физическую величину, формула имеет функцию закона, так как изменение значения величины в правой части приводит к изменению значения величины в левой части.

За единицу импульса принят такой импульс, при котором сила в 1 ньютон действует в течение 1 секунды.

Направление вектора импульса совпадает с направлением вектора силы.
Пуля массой 10 г, движущаяся со скоростью 5 м/с, может быть остановлена листом картона. Пулю массой 10 г, движущуюся со скоростью 900 м/с, нельзя остановить даже с помощью трех толстых досок.

При быстром движении магнита над шариком шарик едва сдвигается с места, при медленном движении магнита над шариком шарик начинает двигаться вслед за магнитом.
Если медленно тянуть лист бумаги, стакан перемещается вместе с бумагой. Если лист бумаги быстро выдернуть из-под стакана, стакан останется на прежнем месте.
Пуля массой 10 г, движущаяся со скоростью 5 м/с, может быть остановлена листом картона. Пулю массой 10 г, движущуюся со скоростью 900 м/с, нельзя остановить даже с помощью трех толстых досок.
Отдача при выстреле из ружья.
При упругом взаимодействии шаров они разлетаются с определенными скоростями.

Результат взаимодействия тел зависит не только от значения силы, но и от времени ее действия.
Для характеристики движения тела важны значения массы и скорости движения.
В замкнутой системе тел импульс системы сохраняется.

I - импульс силы.
F - сила.
t - время.

p - импульс тела (Рене Декарт, 1596-1650)

υ₀, υ - начальная и конечная скорости тела.

[ I ] = [ F ]⋅[ t ] = нью-тон⋅секунда = Н⋅с

[ p ] = [ m ]⋅[υ] = килограмм⋅метр в секунду = (кг⋅м)/с

импульс силы,
импульс тела,
закон сохранения импульса, реактивное движение.

Направление импульса силы совпадает с направлением силы.

Направление импульса тела совпадает с направлением скорости тела.

Импульс силы равен изменению импульса тела.

Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел между собой.

где М и m – массы ракеты и газа соответственно, u и υ - скорости ракеты и газа соответственно
К.Э.Циолковский

Для расчета F, t, m, υ.
Ракеты, реактивные двигатели в авиации, космонавтике.
Водометные катера.
Движение живых существ: кальмаров, каракатиц, осьминогов.
Придумайте и нарисуйте свой пример.

Следовательно, для характеристики движения тела важно знать его массу и скорость. Поэтому была введена еще одна специальная величина – импульс тела p (количество движения).

Импульс тела – векторная физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения.

Хотя приведенная формулировка определения импульса тела характеризует его как физическую величину, формула также имеет функцию закона, так как изменение значения величины в правой части приводит к изменению значения величины в левой части.

За единицу импульса принят такой импульс, при котором тело массой 1 килограмм движется со скоростью 1 метр в секунду.

[p]=[m]⋅[υ]=килограмм⋅метр в секунду=(кг⋅м)/с

Направление импульса тела совпадает с направлением скорости тела.

Какова же связь между импульсом силы и импульсом тела?

Из второго закона Ньютона следует, что импульс силы равен изменению импульса тела.

Импульс силы равен изменению импульса тела.

Уравнение (3) является уравнением второго закона Ньютона в импульсной форме.

В жизни мы встречаемся с такими явлениями как отскакивание мяча при ударе о стенку, землю, при разлете мячей при ударе друг о друга. На даче при поливе с использованием шланга можно наблюдать, как шланг извивается, когда вода выливается из него. В ванной комнате многие наблюдали, что при сильном напоре воды кран начинает крутиться в разные стороны. Охотники и стрелки рассказывают, что при выстреле из ружья ощущается отдача оружия при вылете пули. На уроках биологии вы знакомились с принципами движения морских обитателей: кальмаров, каракатиц, осьминогов. При упругом взаимодействии шариков они разлетаются с определенными скоростями. Все наши наблюдения связаны с проявлением закона сохранения импульса тела.

Пусть m₁ - масса первого тела, m₂ - масса второго тела; υ₀₁, υ₀₂ - начальные скорости тел, υ₁, υ₂ - конечные скорости тел.

Тогда в замкнутой системе тел векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел между собой.

1. По третьему закону Ньютона два тела взаимодействуют друг с другом с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

Это уравнение называется законом сохранения импульса тел.

Замкнутой называется система тел, взаимодействующих только между собой и не взаимодействующих с телами, не входящими в эту систему.

Закон сохранения импульса проявляется в реактивном движении. Реактивное движение – движение тела за счет отделения от него части тела, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс. Принцип реактивного движения широко применяется в авиации и космонавтике.

Идея использования ракет для космических полетов была выдвинута в начале 20 века русским ученым Константином Эдуардовичем Циолковским, который разработал теорию движения ракет, вывел формулу для расчета их скорости.

Закрепление новых знаний.

Учитель решает задачу из упр. 22, №2. Ученики самостоятельно решают задачу из упр. 20, №2.

Подведение итогов.

Учитель подводит итоги урока, проверяет решение задачи из упр. 20, №2, выставляет оценки.

Читайте также: