Инерциальные системы отсчета и принцип относительности в механике 10 класс конспект

Обновлено: 06.07.2024

сформулировать принцип относительности Галилея; продолжить формирование умений решать вычислительные и качественные задачи на применение основных законов механики.

Вложение	Размер
printsip_otnositelnosti_galileya.docx	84.65 КБ

Предварительный просмотр:

Принцип относительности Галилея.

Словарь : принцип относительности, неинерциальная система отчета, инерциальная система отчета.

Записать математическое выражение 2-го закона Ньютона.
Единица массы в СИ ?
Единица силы в СИ ?
Какая сила сообщает телу массой 1 кг, ускорение 5 м/с 2 , 1 м/с 2 .
Математическое выражение 3-его Закона Ньютона.

Принцип относительности Галилея : все механические явления во всех инерциальных системах отсчёта протекают одинаково при равных начальных условиях.

Наряду с приведённой выше формулировкой принципа относительности допускается и ряд других, ей эквивалентных.

Все законы классической механики во всех инерциальных системах отсчёта имеют один и тот же вид.
Никакими механическими опытами, проводимыми в изолированной лаборатории, невозможно установить, покоится она или движется равномерно и прямолинейно относительно данной инерциальной системы отсчёта.
В механике все инерциальные системы отсчёта равноправны, то есть среди них нет преимущественной, главной системы отсчёта.

Закрепление материала

Вопрос 1. На рисунке изображен график скорости движения тела массой 800 кг. Какова величина действующей силы?

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Легко понять, что любая система отсчета, которая движется равномерно и прямолинейно относительно данной инерциальной системы отсчета, также является инерциальной. В самом деле, если тело относительно определенной инерциальной системы отсчета движется с постоянной скоростью , то по отношению к системе отсчета, которая сама движется со скоростью , это тело согласно закону сложения скоростей будет двигаться с некоторой новой, но также постоянной скоростью .
Ускорение тела в обеих системах отсчета равно нулю.
Напротив, любая система отсчета, движущаяся с ускорением относительно инерциальной системы отсчета, уже будет неинерциальной. Действительно, если , а скорость изменяется, то скорость также будет меняться с течением времени: .
Следовательно, характер движения тела будет изменяться при переходе от одной системы отсчета к другой.
Так как систему отсчета, связанную с Землей, можно приближенно рассматривать как инерциальную, то и системы отсчета, связанные с поездом, движущимся с постоянной скоростью, или с кораблем, плывущим по прямой с неизменной скоростью, также будут инерциальными. Но как только поезд начнет увеличивать свою скорость, связанная с ним система отсчета перестанет быть инерциальной. Закон инерции и второй закон Ньютона перестанут выполняться, если рассматривать движение по отношению к таким системам.

Принцип относительности. На основании подобных наблюдений можно сформулировать один из самых фундаментальных законов природы - принцип относительности:
Все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.
Это утверждение известно как принцип относительности в механике. Его еще называют принципом относительности Галилея.
Не нужно думать, что выполнение принципа относительности означает полную тождественность движения одного и того же тела относительно различных инерциальных систем отсчета. Тождественны лишь законы динамики. Законы движения тел определяются не только законами динамики, но и начальными скоростями и начальными координатами тел. А начальные скорости и начальные координаты данного тела относительно разных систем отсчета различны.
Так, камень будет падать отвесно, если его начальная скорость равна нулю по отношению к Земле. В равномерно движущемся поезде камень также будет падать отвесно по отношению к стенам вагона, если начальная скорость камня по отношению к поезду равна нулю. Но, с точки зрения наблюдателя на Земле, камень, падающий отвесно в поезде, будет двигаться по параболе (рис.3.15, 3.16). Дело в том, что начальная скорость камня по отношению к системе отсчета, связанной с Землей, отлична от нуля и равна скорости поезда.

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 в механике – все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта.

Инвариантность – это неизменность физической величины или закона определённых преобразованиях или изменениях условий;

Относительные величины – величины, изменяющиеся при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой, являются относительными. Кинематические величины, такие, как скорость, перемещение, траектория движения – примеры относительных величин.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев. Г.Я,.Буховцев. Б.Б., Сотский. Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С.85 - 88.

Элементарный учебник физики 1. Механика. Под. ред. Г. С. Ландсберга, 2001. С. 89-92.

Открытые электронные ресурсы:

Основное содержание урока

Ускорение тела в обеих системах отсчёта равно нулю.

Геоцентрическая система отсчёта инерциальна лишь приближённо

Наиболее близка к инерциальной система отсчёта, связанная с Солнцем и неподвижными звёздами.

На основании подобных наблюдений можно сформулировать один из самых фундаментальных законов природы - принцип относительности

Одним из фундаментальных опытов, подтверждающий суточное вращение Земли и неинерциальной геоцентрической системы, является опыт Фуко. Подвешенный под куполом маятник совершал колебания не зависимо от вращения опоры.

Галилео Галилей первым обратил внимание на то, что равномерное прямолинейное движение по отношению к Земле совершенно не сказывается на течении всех механических явлений.

Если в движущемся с постоянной скоростью вагоне изучать падение тел, колебания маятника и другие явления, то результаты будут точно такими же, как и при исследовании этих явлений на Земле

Все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта.

Инвариантность означает неизменность физической величины или закона при определённых преобразованиях условий.

Если сила, с которой мяч ударяется о землю, не зависит от того, кто наблюдал этот удар: человек, стоящий рядом, или пассажир равномерно движущегося автобуса.

Инвариантными при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой является ускорение, масса и сила. Также инвариантными будут законы Ньютона, о чём говорит принцип относительности Галилея.

Величины, изменяющиеся при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой, являются относительными (неинвариантными). Кинематические величины, такие, как скорость, перемещение, траектория движения – примеры относительных величин

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

Разбор типовых тренировочных заданий

1. Систему отсчёта, связанную с Землёй, будем считать инерциальной. Система отсчёта, связанная с автомобилем, тоже будет инерциальной, если автомобиль

1) движется равномерно по прямолинейному участку шоссе

2) разгоняется по прямолинейному участку шоссе

3) движется равномерно по извилистой дороге

4) по инерции вкатывается на гору.

2. Какая из физических характеристик не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой?

1) Ускорение

4) Кинетическая энергия

3. Единицей измерения какой физической величины является Ньютон?

А) Силы, Б) Массы, В) Работы, Г) Энергии, Д) Мощности.

Правильный ответ: А) Силы

4. На тело действует сила тяжести 30 Н и сила 40 Н, направленная горизонтально. Каково значение модуля равнодействующих этих сил?

Цели:
1. Воспитать творческое мышление.
2. Воспитание логического мышления путем активизации мыслительной деятельности
3. Развить умение сравнивать, выявлять закономерности, обобщать логически мыслить, умение работать в группах

Оборудование: Интерактивная доска, иигровые карточки, штатив, шарик, нить, тарелка, пробка, 3 вилки, картофель шуруп. Бейджики.

1. При каком условии тело движется с постоянной скоростью
2. Материальная точка-это…
3. Можно ли считать материальной точкой, самолет, идущий на посадку
4. Свободное тело-это тело
5 I Закон Динамики
6. Выберете неинерциальную систему отсчета
7 Динамометр- это прибор для измерения…
8 О каком законе ньютона идет речь:
9 За единицу силы принят Учитель: Ребята, те цифры, что остались у вас не закрытыми выпишите себе на листочек.

То что земля вращается вокруг собственной оси установил Жан-Бернар Фуко в 1850году. Он подвесил огромный маятник в парижском Пантеоне зале с очень высоким куполом. Длина подвеса была 67м и шар очень тяжелый -28 кг. Ведь маятник должен был качаться много часов подряд. Если бы он был легким, его скоро остановила сопротивление воздуха. Снизу к шару приделали остриё, а на полу Пантеона насыпали кольцом грядочку из песка. Маятник раскачали. Острие стало оставлять на песке бороздки. Через несколько часов маятник оставлял бороздки в другой части грядочки. Плоскость маятника Фуко словно поворачивалась по часовой стрелке. Но мы то уже знаем, что маятник колеблется только в одной плоскости. Дело в том что Земля вращается и вместе с ним вращается и Пантеон, но маятник был подвешен на гибком тросе и оставался на месте такой опыт был проведен в Санкт-Петербурге в Исаакиевском соборе.

мозговой штурм
Учитель: Сегодня вы разделены на три группы у вас на столе лежат бейджики с вашими сегодняшними должностями
атташе – уполномоченный от группы в разрешении возникших вопросов. Он может подойти ко мне с любым вопросом;
Секретарь- тот кто будет записывать все ваши мысли
Парламентер- тот кто будет представлять ваше мнение у доски
Советник- тот кто будет представлять ваши знания
Вам дается минуту для распределение ролей.
Задание для первой группы: нас с вами не в Пантеоном не в Исаакиевский собор не пустят проводить опыты.
У вас такое задание как с помощью тарелки вилок, картофелины, шурупа, тарелки с мукой и нитки показать модель опыта Фуко.
(Ребята, из вышеперечисленных предметов, собирают маятник. И устанавливают его на тарелке с мукой. И путем Равномерного вращения добиваются рисунка на муке .)
Задание для второй группы: Вы сегодня сказали , что Земля движется вокруг собственной оси. Имеет ли она ускорение. Если имеет то чему оно будет равно у экватора? И можно ли считать инерциальной систему отсчета связанную с Землей.
(Высчитывают центростремительное ускорение Земли, на экваторе.)
Задание для третей группы: Дана инерциальная система отсчета, которая движется относительно земли со скоростью v1 ,в этой системе движется тело со скоростью v2 , определите скорость тела относительно Земли.
На доске два ролика. На этих двух роликах изображен один и тот же самолет, только на одном он стоит на аэродроме, а на другом находится в полете. Как определить какой из них движется, а какой из них покоится. Что вы можете сказать о законах Ньютона в двух случаях.
Время работы в группах ограниченно.
Учитель: Время работы в группах прошло. Выступающие, приглашаются к доске. По порядку, сначала третья группа, затем вторая и первая.
Итоги (обратная связь).

По записи на доске, учитель повторяет все выводы групп сделанные на уроке.

повторить §§ 22,27; и новый параграф 28

Полный текст материала Урок по физике "Инерциальные системы отсчета и принцип относительности в механике"; 10 класс смотрите в скачиваемом файле.
На странице приведен фрагмент.

Читайте также: