Решение задач по теме силы в природе 10 класс конспект

Обновлено: 05.07.2024

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

Методическая разработка: план-конспект урока по физике в 10 классе.

Учитель : Шилина О.П.

Дата: ноябрь 2019 г.

Тип урока : комбинированный – обучающий, повторение пройденного материала, закрепление пройденного решением задач, изучение нового материала.

Цель урока : продолжать отрабатывать навыки решения качественных, графических, экспериментальных задач по данной теме, показать наглядно применение силы упругости в промышленности

Задачи урока :

Образовательная :

- повторить закон Гука, виды деформации;

- закрепить пройденную тему решением качественных, графических, экспериментальной задач;

- дать понятие о способе добычи искусственных алмазов и их применении

Воспитательная:

- продолжать воспитывать интерес к предмету через дополнительные сведения;

- воспитывать настойчивость, трудолюбие, логическое мышление,

- воспитывать эстетические чувства

- продолжать воспитывать чувство патриотизма и гордости за свою Родину

Планируемые образовательные результаты: обучающиеся научаться решать задачи по данной теме, читать графики, делать выводы из эксперимента; расширят свой кругозор

Основные термины, понятия: деформация, сила упругости, закон Гука, кристаллическая решётка, графит, алмаз, алмазный фонд России

Закрепление знаний решением задач – 20 мин.

Новый материал - лекция «Получение искусственных алмазов

просмотр и обсуждение свойств минералов из коллекции – 5 мин.

Итог урока: оценки – 4 мин.

Упругая деформация – это…

Показать виды деформации (изгиб, кручение, сжатие, растяжение, сдвиг) у доски, на партах – объяснить деформацию линейки и ластика

Записать на доске закон Гука и объяснить его. Что показывает коэффициент жесткости k -? ( F= - k*x)

Решение задач:

Графическая задача - №164(Рымкевич) – у доски и в тетрадях : по рис.28 сравнить жесткости проволок, если представлены графики зависимости удлинения от модуля приложенной силы для стальной и медной проволок равной длины и диаметра.

Экспериментальная задача – опыт№1- на пружине подвесить груз массой 200 г., с помощью линейки и динамометра найти коэффициент жесткости пружины. Сделать чертёж, на чертеже показать силы, действующие на груз.( у доски – опыт, решение на доске и в тетрадях)

Качественные задачи – фронтальный опрос:

а) Почему на уроках физической культуры мяч отскакивает соответственно удару, а короткие скакалки (показать у доски) можно слегка удлинить?

В) опыт №3 - Почему вращается мышка? ( За счет силы упругости)

Что мы знаем о силе упругости камней?

3.Новый материал - лекция «Получение искусственных алмазов

«Сложно перечислить все области применения синтетических драгоценных камней в технике, в том числе медицинской. Используются, как правило, именно синтетические драгоценные камни, структура которых более совершенна, чем у природных аналогов.

Частичным исключением является, прежде всего, алмаз, который не требует для многих технических целей особого совершенства состава и широко применяется в виде алмазной крошки диаметром до 0,6 мм — отходов производства. В отличие от ювелирных алмазов стоимость такой крошки невелика — порядка 10 центов за карат.

В 2014 г. в мире было добыто 131,1 млн. карат алмазов разного качества и стоимости на сумму 13,8 млрд. долларов [Википедия].

Но потребности в технических применениях алмазов все увеличиваются, одной только металло- и камнеобрабатывающей [ промышленности требуется в 4-5 раз боль- ше алмазов, чем их добывают. В итоге появилось их крупное промышленное произ- водство различными методами. Ежегодно в мире, включая Россию, производится около 200 млн. карат синтетических алмазов, в основном для технических целей, где они просто незаменимы. Себестоимость синтетических алмазов ювелирного качества в настоящее время меньше стоимости при- I родных, но производят их немного. Однако часть производства работает на высокие технологии, для которых природные несовершенные и содержащие примеси алмазы непригодны. К тому же массовая технология производства точных приборов требует хорошей повторяемости свойств этих камней.

Алмазы используются в элементах пассивной и активной электроники, в оптических окнах для лазеров, датчиках ионизирующего и ультрафиолетового излучения и пр. Алмаз — полупроводник, свойства которого можно модулировать примесями, в

настоящее время активно разрабатывается возможность алмазной электроники.

Алмаз обладает целым набором удивительных свойств, определяющих его технические применения. Его теплопроводность выше, чем у всех других твердых тел. У него большой показатель преломления и высокая дисперсия (зависимость показателя преломления от длины волны). Алмаз химически и радиационно стоек. Его свойства можно регулировать электрически и оптически активными примесями. К одному из важных свойств алмаза относится его способность люминесцировать под действием рентгеновских лучей и ультрафиолета.

Начиная с XVII века, самые знаменитые физики и химики проводили опыты над алмазом и установили, что химически он полностью аналогичен графиту и состоит из атомов углерода. Углерод находится в четвертой группе таблицы Менделеева и имеет четыре электрона на внешней оболочке. В случае алмаза каждый атом углерода образует с четырьмя соседними атомами ковалентные связи, направленные в пространстве под одинаковыми углами (рис. За). Иными словами, получается правильный тетраэдр, в центре и углах которого расположены атомы углерода

Синтезируют алмазы при температуре 1200—2000°С и давлении 1000—5000 МПа (50—60 тысяч атмосфер) из порошка графита, смешанного с порошкообразным же-

лезом, никелем, хромом. Кристаллизуются алмазы за счет того, что расплав при высоких давлениях недонасыщен по отношению к графиту и перенасыщен — по отношению к алмазам.

В последние годы развивается еще один, ускоренный, так называемый детонационный (взрывной), метод получения алмазов [3]. Суть его в кратковременном создании высоких давлений и температур в углеродсодержащем материале и затем быстром охлаждении. Вариантов детонационного метода достаточно много, но в основном высокое давление создается за счет взрывчатых веществ. При этом получаются кристаллиты нанометрового, реже — микронного, размера, и только из части рабочего углеродсодержащего материала. Их используют, например, при полировке сапфиров, ферритов, твердых металлических сплавов.

Интересно, что этот метод получения алмазов тоже повторяет природу. Было замечено сходство алмазов, полученных детонационным методом, и алмазов, которые обнаружили в метеоритах. Когда изучили метеориты, прибывшие на Землю из-за пределов Солнечной системы, в них нашли наноалмазы. Предполагается, что они образовались более 5 миллиардов лет назад, когда вспышка умирающих звезд красных гигантов происходила в межзвездных облаках, богатых метаном.

В ювелирной промышленности следующими по стоимости после алмаза стоят корунды: рубин и сапфир.

В 1960 г. был создан первый лазер на рубине (сейчас используют фианит, гранат и другие синтетические камни). В часовых механизмах рубин применяют в качестве опор вращающихся частей.

Абразивные материалы на базе твердого 1 корунда так же востребованы, как материалы на базе алмазной крошки (только для менее твердых материалов). Бурый корунд I наносится на точильные бруски, круги, | наждачные шкурки. Он используется как ; огнеупорный материал при изготовлении эмалей. Его получают при термической обработке высокоглиноземного сырья, т.е. сырья, содержащего много оксида алюминия.

Сапфир — важнейший материал электронной промышленности. Бесцветный лей- косапфир используют в офтальмологии и в иллюминаторах космических станций.

Промышленное производство рубинов и сапфиров хорошо освоено.

Изумруд используется в основном в ювелирной промышленности, что касается техники — для создания твердотельных | лазеров, в квантовой электронике.

Всем хорошо знакомы фианиты — кубическая окись циркона. Название происходит от Физического института АН (ФИАН), где их синтезировали в 1972 г. В природе окись циркона имеет другую структуру, структура же фианитов определяется добавкой окислов ряда металлов (иттрий и др.).

Фианиты по ряду свойств (прежде всего коэффициенту преломления) близки к алмазу и кроме ювелирного дела, применяются в термо- и химически стойких покрыти- ях, в лазерах. )

5. просмотр и обсуждение свойств минералов из коллекции и ювелирных изделий из них: аметист, бирюза, сапфир, фиониты.

А еще, подписывайтесь на наш телеграм-канал, чтобы получать полезную рассылку каждый день.

Задача №1. Закон всемирного тяготения

Условие

Два тела притягиваются друг к другу с силой 6.67*10^-5 Н. Масса каждого тела равна 20 тонн. Найти расстояние, на котором находятся тела.

Решение

Отсюда найдем расстояние:

Ответ: 20м.

Задача №2. Вес и невесомость

Условие

Ракета с Дартом Вейдером вертикально стартует со звезды Смерти с ускорением a=20 м/с^2. Найти вес Дарта во время старта, если его масса равна 90 кг, а ускорение свободного падения в 6 раз меньше земного.

Решение

Сила тяжести, действующая на Дарта:

По второму закону Ньютона:

По 3 закону Ньютона, вес равен силе нормальной реакции опоры.

Ответ: 1,9 кН.

Задача №3. Сила упругости. Закон Гука

Условие

Брусок массой m = 6 кг покоится на наклонной поверхности. Как изменится сила натяжения пружины при изменении угла наклона от 30° до 60°. Трение не учитывать.

Решение

Выпишем все силы, которые действуют на брусок, и запишем второй закон Ньютона в векторной форме и в проекциях на оси:

Выражение для силы упругости:

Ответ: 18,3 Н.

Задача №4. Сила трения

Условие

Санки массой 5 кг скользят по горизонтальной дороге. Сила трения скольжения их полозьев о дорогу 6 Н. Каков коэффициент трения скольжения саночных полозьев о дорогу? Ускорения свободного падения считать равным 10 м/с2.

Решение

По второму закону Ньютона в проекции на вертикальную ось:

Ответ: 0,12.

Вопрос 1. Приведите примеры диссипативных сил.

Ответ. Типичные примеры диссипативной силы: сила сухого трения, сила сопротивления воздуха, сила трения качения.

Вопрос 2. Приведите примеры потенциальных сил.

Ответ. Потенциальные силы: сила тяжести, сила упругости, сила кулоновского взаимодействия.

Вопрос 3. Приведите примеры действия силы тяжести в природе.

Ответ. Вот типичные примеры проявления силы тяжести в природе:

Река течет с горы.
Дождь падает с неба.
Зрелое яблоко падает с березы на землю.

Вопрос 4. Какую природу имеют силы, которые рассматриваются в механических задачах?

Ответ. В механических задачах рассматриваются силы, природа которых различна. Например, сила тяжести является следствием всемирного тяготения. А сила трения имеет электромагнитную природу, так как обусловлена взаимодействием между частицами вещества.

В задачах важно верно определить все силы, действующие на тело, а также обозначить направления действия сил.

Вопрос 5. Что такое вес тела?

Ответ. Некоторые не задумываются, но вес тела – это не масса. Вес – сила, с которой тело действует на опору. Невесомость – состояние тела, когда вес равен нулю.

Силы в природе

Сила – векторная физическая величина, мера воздействия тел. Обозначается буквой F и измеряется в Ньютонах.

Какие бывают силы? Вообще, в физике их очень много. Вот основные силы, которые нужно знать для решения базовых задач по механике:

сила нормальной реакции опоры (имеет ту же природу, что и сила упругости); .

В электричестве действуют Сила Ампера, Сила Лоренца и кулоновская сила взаимодействия между зарядами. Конечно, это далеко не все силы, которые есть в природе.

Силы бывают диссипативные и потенциальные.

диссипативные силы – это силы, при действии которых на механическую систему ее полная энергия уменьшается, переходя в немеханические формы энергии;
потенциальные силы – силы, работа которых не зависит от вида траектории и определяется только начальным и конечным положением точки (тела).

Нужна помощь в решении задач и других заданий? Обращайтесь в профессиональный студенческий сервис.

1. Сила – термин, являющийся: а) кратким обозначением действия одного тела на другое; б) названием физической величины, характеризующей действие тел друг на друга (взаимодействие тел).

2. Признаки действия силы: меняется скорость и/или направление движения тела, меняются размеры и/или форма тела.

3. Динамометр – прибор для измерения сил. Единица силы в СИ – 1 Н (один ньютон).

4. На чертежах силу изображают в виде прямой стрелки, называемой вектором силы. Длина вектора символизирует числовое значение силы, а направление вектора указывает направление силы.

5. Если две силы: а) приложены к одному и тому же телу, б) направлены противоположно по одной прямой и в) имеют одинаковую величину, их называют уравновешенными силами.

6. Если на тело действуют только уравновешенные силы, то оно либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно. И наоборот.

7. Силой упругости называют силу, которая возникает при изменении формы и/или размеров тела. Вектор силы упругости всегда противонаправлен вектору той силы, которая вызвала деформацию. Сила упругости обусловлена взаимодействием частиц, из которых состоит тело.

Силу, действующую на тело со стороны опоры, называютсилой нормальной реакции.
Закон Гука для силы упругости: F_упр = kx, где F_упр — модуль силы упругости, х — удлинение пружины.
Прибор для измерения силы называют динамометром.
Равнодействующей двух или нескольких сил называют силу, которая производит на тело такое же действие, как одновременное действие этих сил.

8. Силой трения называют силу, которая возникает при движении (или попытке вызвать движение) одного тела по поверхности другого. Она всегда направлена противоположно направлению скольжения (или направлению возможного скольжения) рассматриваемого тела.

Основная причина возникновения сил трения скольжения и покоя — зацепление неровностей на поверхностях соприкасающихся тел.
Модуль силы трения скольжения F_тр= μN, где N — модуль силы нормальной реакции,μ — коэффициент трения.
Сила трения покоя возникает, когда пытаются сдвинуть одно из соприкасающихся тел относительно другого. Эта сила препятствует движению тел друг относительно друга.
Сила трения покоя не превышает некоторой предельной величины, которую называют максимальной силой трения покоя. Обычно принимается, что максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения.
Сила трения качения обычно намного меньше силы трения скольжения — на этом основано использование колеса.

9. Силой тяжести называют силу, с которой тело притягивается к планете. Сила тяжести всегда направлена к центру масс этой планеты. Модуль силы тяжести F_т = gm, где m — масса тела, g = 9,8 Н/кг. Точку приложения силы тяжести называют центром тяжести тела.

10. Весом тела называют силу, с которой это тело действует на свою опору или подвес. Условие равенства веса силе тяжести: тело и его опора (или подвес) должны покоиться или двигаться вместе прямолинейно и равномерно, при этом не должна действовать архимедова сила.

Вес тела приложен к опоре или подвесу, а сила тяжести — к самому телу.
Состояние, при котором вес тела равен нулю, называют состоянием невесомости. В состоянии невесомости находятся тела, на которые действует только сила тяжести.

11. Механизмы – устройства для преобразования движения и сил. Простые механизмы – наклонная плоскость (и ее разновидности: клин и винт) и рычаг (и его разновидности: ворот и блоки).

Нас окружают самые разные явления: механические, тепловые, световые и электромагнитные. Что вызывает те или иные явления? Почему некоторые тела взаимодействуют одним способом, а другие – совершенно иным. На этом уроке мы познакомимся с фундаментальными типами взаимодействий, известных науке на сегодняшний день.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Силы в природе"

Прежде чем изучать взаимодействие тел, необходимо задаться вопросом: какие вообще существуют виды взаимодействий? Какие существуют силы в природе?

Мы познакомимся с фундаментальными типами взаимодействий, а также с актуальными на сегодняшний день теориями о некоторых видах взаимодействий. В настоящее время, в физике разделяют всего четыре типа фундаментальных сил.

Итак, первый вид сил или первый вид взаимодействия вам хорошо знаком — это гравитационное взаимодействие. В общем и целом, можно сказать, что гравитационные силы действуют между всеми телами, и все тела притягиваются друг к другу. Как правило, гравитационными силами можно пренебречь, если речь не идет об огромных телах, таких как небесные тела (то есть планеты, звезды и так далее).

Второй тип взаимодействия вам тоже хорошо знаком — это электромагнитные силы. Эти силы действуют между всеми частицами, имеющими заряд электрические заряды. Электромагнитные силы, как и гравитационные, тоже имеют обширную сферу действия. Электромагнитное взаимодействие проявляется в любых живых организмах и в любых состояниях вещества.

Гравитационное взаимодействие считается самым слабым из всех типов взаимодействий. Однако, оно представляет наибольший интерес на сегодняшний день. До недавнего времени не было известно, какая частица отвечает за массу. Менее двух лет назад, эксперименты, проводимые на большом адронном коллайдере подтвердили существование бозона Хиггса. Именно эта частица отвечает за массу тел, а, следовательно, за гравитационное взаимодействие. Существует также гипотечиская частица, которая называется гравитоном, и, согласно одной из гипотез, она является переносчиком гравитационного взаимодействия.

Еще задолго до открытия элементарных частиц, человечество достаточно хорошо изучило гравитационное взаимодействие небесных тел. Но сегодня, ученые все больше убеждаются, что описание гравитационных взаимодействий на микроскопическом уровне не может быть выполнено с помощью классической теории гравитации, подобно тому, как не все процессы описываются с помощью классической механики Ньютона. Описать гравитационное взаимодействие на микроскопическом уровне уже давно пробуют с помощью квантовой теории гравитации, но она ещё до конца не разработана.

Основными направлениями, пытающимися построить квантовую теорию гравитации, являются две теории: это петлевая квантовая гравитация и теория струн.

Петлевая гравитация отстаивает дискретную структуру пространства и времени. То есть, согласно петлевой гравитации, пространство состоит из мельчайших частичек (которые называются квантовыми ячейками). Эти ячейки соединены друг с другом определенным образом, при котором на микроскопическом уровне, они создают дискретную структуру пространства, а на больших масштабах переходят в гладкую непрерывную структуру.

Теория струн гласит, что пространство и время неделимо, и пронизано некими струнами, с помощью которых и происходят все взаимодействия в так называемом, пространственно-временном континуме. Более подробно с такими понятиями вы познакомитесь при изучении теории относительности. На сегодняшний день нет известного человечеству способа проверить хотя бы одну из этих теорий. Вполне возможно, что и та, и другая теория является правильной. Ведь то же самое произошло при изучении природы света: долгое время ученые спорили о том, что же такое свет: электромагнитная волна или поток фотонов? В итоге, приняли корпускулярно-волновой дуализм, который говорит о том, что свет можно рассматривать и как поток частиц, и как волну.

Электромагнитное взаимодействие отличается тем, что заметно проявляется как макроскопическом уровне, так и на микроскопическом.

Именно это взаимодействие обуславливает изменения агрегатного состояния вещества и химические превращения. Также, электромагнитное взаимодействие может определять ряд физических свойств тела. Например, физический размер атома задан через электрическую постоянную и заряд электрона.

Электромагнитные поля играют огромную роль в жизни небесных тел, в частности, нашей планеты Земля. Как вы знаете, Земля обладает магнитным полем, которое, например, защищает нас от солнечного ветра.

Пожалуй, электромагнитные явления наиболее изучены, среди остальных типов фундаментальных явлений. Эти явления мы подробно будем изучать немного позже.

А сейчас давайте рассмотрим сильные и слабые взаимодействия. Сильные взаимодействия происходят внутри ядер атомов. На таких маленьких расстояниях (то есть порядка 10 –15 м), величина сильного взаимодействия между нуклонами становится несоизмеримой, по сравнению с электромагнитным взаимодействием, не говоря уже о гравитационном.

Напомним, что нуклонами называются частицы внутри ядра: протоны и нейтроны. До открытия ядерных сил, ученые долго не могли понять, как ядра атомов остаются стабильными, если протоны, имеющие положительные заряд, должны отталкиваться в результате электромагнитного взаимодействия. Ответ мог быть только один: ядерное взаимодействие значительно сильнее электромагнитного на таких маленьких расстояниях. Именно поэтому, ядерная энергетика получила такое развитие в современном мире: при разрушении ядерных связей выделяется огромное количество энергии. Кроме того, несколько нестабильных нейтронов способны создать цепную реакцию, которая в итоге выльется в колоссальный выброс энергии. Такие реакции называются неуправляемыми ядерными реакциями и используются в военных целях. Разумеется, подобные испытания наносят огромный вред экологии, но есть и полезное применение ядерной физики. Со временем люди научились управлять ядерными реакциями с целью получения полезной энергии. Установки, в которых проходят контролируемые ядерные реакции, называются ядерными реакторами.

Несмотря на то, что человечество с успехом изучило некоторые стороны сильного взаимодействия, чёткой теории о сильном взаимодействии нет. На данный момент, развивающейся и основной теорией, описывающей сильное взаимодействие, является квантовая хромодинамика. Фундаментальная природа сильных взаимодействий в общем и целом понятна, но сопутствующие математические расчеты крайне сложны. Более подробно вы сможете изучить сильное взаимодействие позже.

И, наконец, слабое взаимодействие. Слабые взаимодействия проявляются на еще меньшем расстоянии (порядка 10 –18 м). В этом взаимодействии участвуют все фундаментальные лептоны и кварки. Но самое главное, что слабое взаимодействие является единственным, в котором участвуют нейтрино.

Дело в том, что масса и размер нейтрино крайне малы, и нейтрино является электрически нейтральным. Таким образом, эти частицы обладают огромной проникающей способностью: например, через 1 см 2 поверхности Земли проходит порядка 60 000 000 000 нейтрино, испущенных Солнцем. Именно слабым взаимодействием обусловлены термоядерные реакции, происходящие внутри звезд. На Солнце происходит так называемый водородный цикл, в результате которого и выделяется столь огромная энергия в течение миллиардов лет.

Также, как и было сказано в начале, слабое взаимодействие обуславливает радиоактивный распад, с которым вы познакомились в девятом классе. Именно слабое взаимодействие помогло объяснить β-распад. Напомним, что β-распад характеризуется испусканием электрона и антинейтрино из ядра. При этом, один из нейтронов превращается в протон.

Возникает вопрос: откуда электрон и антинейтрино взялись внутри ядра? Только теория слабого взаимодействия помогла понять, что электрон и антинейтрино не находились внутри ядра, а родились в процессе β-распада.

Читайте также: