Статика физика 10 класс конспект

Обновлено: 25.06.2024

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

Учитель Смирнова С.Г.

Тип урока : Урок-практикум.

Цель урока: Привить умение применять законы Ньютона и правило моментов при решении расчетных задач

Задачи урока:

Образовательные: повторить условие равновесия тела, второй закон Ньютона

Развивающие: развивать внимание и речь, совершенствовать навыки самостоятельной работы, привить умения применять второй закон Ньютона и условие равновесия тел при решении расчетных задач

Воспитательные формировать целостное представление обучающихся о мире (природе, обществе и самом себе), о роли и месте физики в системе наук.

Оборудование: компьютер учителя, мультимедийный проектор, Физика 7-11 Библиотека электронных наглядных пособий. “Кирилл и Мефодий”.

Ход урока

1. Орг.момент

2. Организация внимания учащихся

3. Актуализация опорных знаний

Прежде чем перейти к решению задач, предлагаю проверить как вы к этому готовы.

Фронтальный опрос:

При каком условии тело находится в равновесии?

Покажите на рисунке силы, действующие на тело, равномерно движущееся по горизонтали

Покажите на рисунке силы, действующие на тело при его движении равномерно вверх по наклонной плоскости

Выберите систему координат, определите проекции этих сил на координатные оси

Изучение нового материала (решение задач)

Задача 1. Груз висит на двух тросах (рис. на слайде). Угол АСВ равен 120°. Сила тяжести, действующая на груз, равна 600 Н. Определите силы натяжения тросов АС и СВ.

Решение . Силы натяжения тросов обозначим через ₁ и ₂ . Эти силы направлены вдоль тросов от точки С (рис. 7.5, б). Кроме этих сил, на точку С действует сила тяжести m . Точка С находится в равновесии. Следовательно, сумма сил, действующих на неё, равна нулю:

₁ + ₂ + m = 0.

Оси координат выберем так, как показано на рисунке (7.5, в). При равновесии сумма проекций всех сил на оси координат равна нулю:

T ₁ - T ₁ cos60° = 0, T ₁ cos30° - mg = 0. Отсюда

Т ₂ = T ₁ cos60° ≈ 345 Н .

Задача 2. Дверь люка АО, которая может поворачиваться в шарнире О без трения, удерживается в горизонтальном положении верёвкой (рис. на слайде). Определите натяжение верёвки и силу реакции шарнира, если верёвка образует с дверью угол α = 60°. Дверь однородна и на неё действует сила тяжести 300 Н.

Решение. На дверь люка действуют три силы (рис. на слайде). сила тяжести m , приложенная к середине двери в точке D, сила натяжения со стороны верёвки и сила реакции со стороны шарнира.

Выберем оси координат так, как показано на рисунке (рис. на слайде). Поскольку дверь находится в равновесии, то сумма моментов всех сил относительно, например, шарнира равна нулю: М ₁ + М + М ₂ = 0.

Здесь M ₁ , М, М ₂ — моменты сил , m и . Найдём плечи этих сил, обозначив |АО| = l . Тогда OD = l /2 — плечо силы m , СО = AOsinα = l sinα — плечо силы . Плечо силы равно нулю, так как она приложена в шарнире.

Значит, М ₁ = -T l sinα, М ₂ = 0.

Теперь запишем правило моментов сил, учитывая знаки этих моментов:

Отсюда находим силу натяжения верёвки:

Для нахождения силы реакции шарнира воспользуемся первым условием равновесия:

m + + =0.

Запишем это векторное уравнение в проекциях на координатные оси:

или N _х = Тcosα,

Отсюда N _х = 86,5 H; N _х y = 150 H.

Модуль силы N равен

Угол, который образует сила с координатной осью OY:

Задача 3. Лестница прислонена к стене. При каком минимальном угле наклона к полу она не будет падать? Коэффициенты трения между лестницей и стеной и между лестницей и полом соответственно равны μ ₁ и μ ₂ .

Решение. На лестницу действуют следующие силы (рис. на слайде). тяжести m , нормальной реакции со стороны стены ₁ и пола ₂ , трения _тр1 и _тр2 .

Первое условие равновесия для лестницы имеет вид

m + ₁ + ₂ + _тр1 + _тр2 = 0. (1)

Для записи правила моментов выберем ось вращения, проходящую через точку С, и запишем:

Из последнего уравнения следует:

Выразим силы N ₁ и F _тp1 через силу тяжести. Для этого запишем уравнение (1) в проекциях на оси координат:

на ось X: N ₁ - F.rp2 = О,
на ось Y: F _тp1 + N ₂ - mg = 0.

По условию задачи требуется найти минимальное значение угла amin, поэтому берём максимальные значения сил трения, т. е. F _тp1 = μ ₁ N ₁ , и F _тp2 = μ ₂ N _2. Тогда

На дом: решить задачу

Свинцовый шар подвешен на нити и полностью погружён в воду (см. рисунок). Нить образует с вертикалью угол a =30°. Модуль силы, с которой нить действует на шар, Т = 30 Н. Плотность свинца p =11300 кг/м3. Чему равна масса шара? Трением шара о стенку пренебречь. Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на шар.

Решение (на следующем уроке разобрать)

Систему отсчёта, связанную с Землей, считаем инерциальной. Запишем второй закон Ньютона: . Поскольку трение шара о стенку отсутствует, линия действия силы натяжения нити будет проходить через центр шара. В проекциях на оси Ох и Оу второй закон Ньютона запишем в виде:

Объём шара .

Величина выталкивающей силы определяется по закону Архимеда: где — плотность воды. Выполняя математические преобразования с формулами (2) и (3), получим:

Абсолютно твердое тело – модельное понятие классической механики, обозначающее совокупность точек, расстояния между текущими положениями которых не изменяются.

Центр тяжести – центром тяжести тела называют точку, через которую при любом положении тела в пространстве проходит равнодействующая сил тяжести, действующих на все частицы тела.

Плечо силы - это длина перпендикуляра, опущенного от оси вращения на линию действия силы.

Момент силы - это физическая величина, равная произведению модуля силы на ее плечо.

Устойчивое равновесие - это равновесие, при котором тело, выведенное из состояния устойчивого равновесия, стремится вернуться в начальное положение.

Неустойчивое равновесие — это равновесие, при котором тело, выведенное из положения равновесия и предоставленное самому себе, будет еще больше отклоняться от положения равновесия.

Безразличное равновесие системы — равновесие, при котором после устранения причин, вызвавших малые отклонения, система остается в покое в этом отклоненном состоянии

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. 165 – 169.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2009.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Равновесие – это состояние покоя, т.е. если тело покоится относительно инерциальной системы отсчета, то говорят, что оно находится в равновесии. Вопросы равновесия интересуют строителей, альпинистов, артистов цирка и многих-многих других людей. Любому человеку приходилось сталкиваться с проблемой сохранения равновесия. Почему одни тела, выведенные из состояния равновесия, падают, а другие – нет? Выясним, при каком условии тело будет находиться в состоянии равновесия.

Раздел механики, в котором изучается равновесие абсолютно твердых тел, называется статикой. Статика является частным случаем динамики. В статике твердое тело рассматривается как абсолютно твердое, т.е. недеформируемое тело. Это означает, что деформация так мала, что её можно не учитывать.

Центр тяжести существует у любого тела. Эта точка может находиться и вне тела. Как же подвесить или подпереть тело, чтобы оно находилось в равновесии.

Подобную задачу в свое время решил Архимед. Им же были введены понятие плеча силы и момента силы.

Плечо силы — это длина перпендикуляра, опущенного от оси вращения на линию действия силы.

Момент силы — это физическая величина, равная произведению модуля силы на ее плечо.

После своих исследований Архимед сформулировал условие равновесия рычага и вывел формулу:

Это правило является следствием 2-го закона Ньютона.

Первое условие равновесия

Для равновесия тела необходимо, чтобы сумма всех сил, приложенных к телу была равна нулю.

формула должна быть в векторном виде и стоять знак суммы

Второе условие равновесия

При равновесии твердого тела сумма моментов вcех внешних сил, действующих на него относительно любой оси, равна нулю.

Не менее важен случай, когда тело имеет площадь опоры. Тело, имеющее площадь опоры, находится в равновесии, когда вертикальная прямая, проходящая через центр тяжести тела, не выходит за пределы площади опоры этого тела. Известно, что в городе Пизе в Италии существует наклонная башня. Несмотря на то, что башня наклонена, она не опрокидывается, хотя ее часто называют падающей. Очевидно, что при том наклоне, которого башня достигла к настоящему времени, вертикаль, проведенная из центра тяжести башни, все еще проходит внутри ее площади опоры.

В практике большую роль играет не только выполнение условия равновесия тел, но и качественная характеристика равновесия, называемая устойчивостью.

Различают 3 вида равновесия: устойчивое, неустойчивое, безразличное.

Если при отклонении тела от положения равновесия, возникают силы или моменты сил, стремящиеся вернуть тело в положение равновесия, то такое равновесие называется устойчивым.

Неустойчивое равновесие — это противоположный случай. При отклонении тела от положения равновесия, возникают силы или моменты сил, которые стремятся увеличить это отклонение.

Наконец, если при малом отклонении от положения равновесия тело все равно остается в равновесии, то такое равновесие называется безразличным.

Чаще всего необходимо, чтобы равновесие было устойчивым. Когда равновесие нарушается, то сооружение становится опасным, если его размеры велики.

Примеры и разбор решения заданий

1. Чему равен момент силы тяжести груза массой 40 кг, подвешенного на кронштейне АВС, относительно оси, проходящей через точку В, если АВ=0,5 м и угол α=45 0

Момент силы – это величина равная произведению модуля силы на её плечо.

Сначала найдём плечо силы, для этого нам надо опустить перпендикуляр из точки опоры на линию действия силы. Плечо силы тяжести равно расстоянию АС. Так как угол равен 45°, то мы видим, что АС=АВ

Модуль силы тяжести находим по формуле:

После подстановки числовых значений величин мы получим:

F=40×9,8 =400 Н, М= 400 ×0,5=200 Н м.

2. Приложив вертикальную силу F, груз массой М — 100 кг удерживают на месте с помощью рычага (см. рис.). Рычаг состоит из шарнира без трения и однородного массивного стержня длиной L=8 м. Расстояние от оси шарнира до точки подвеса груза равно b=2 м. Чему равен модуль силы F, если масса рычага равна 40 кг.

По условию задачи рычаг находится в равновесии. Напишем второе условие равновесия для рычага:

Предлагаюи вашему вниманию методическую разработку урока физики на тему: "Статика. Условия равновесия тел".

Вложение	Размер
plan_uroka_po_teme_usl_ravn.docx	158.12 КБ
usl_ravn.ppt	458.5 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное образовательное учреждение

г.о.Электросталь Московской области

урока физики в 10 классе:

Тип урока : Повторительно-обобщающий урок.

1.Раскрытие общекультурной значимости науки физики и формирование научного мировоззрения и мышления у учащихся.

2.Развитие коммуникативных компетенций в ходе выполнения практической работы в парах.

Организационный момент.
Проверка знаний учащихся.
Основная часть урока. Выполнение экспериментальных заданий.
Подведение итогов урока.
Домашнее задание.

Компьютер;
Экран;
Оборудование к экспериментальным заданиям:

К заданию №1: линейка; динамометр; штатив с муфтой; рычаг; набор грузов.

К заданию №2: плоская фигура произвольной формы из картона, гвоздь, отвес, штатив с муфтой и лапкой, линейка.

Технологии: компьютерные (новые информационные), групповые, элементы технологии дифференцированного обучения.

I. Организационный момент:

II. Проверка знаний учащихся:

1) Какие тела называются абсолютно твёрдыми?

2) Что понимается под равновесием в статике?

3) Какие виды равновесия вы знаете?

4) Сформулируйте первое условие равновесия.

5) Сформулируйте второе условие равновесия.

а) Что называется моментом силы относительно оси вращения?

б) Момент какой силы считают положительным, отрицательным?

6) Какая точка тела называется центром масс (тяжести)?

Учитель выставляет оценки наиболее активным ученикам.

III. Основная часть урока.

Алгоритм выполнения работы размещен на экране (слайд презентации №9-10).

линейка; динамометр; штатив с муфтой; рычаг; набор грузов.

Порядок выполнения работы:

1.Установите рычаг на штатив и

Рис. 1 уравновесьте его в горизонтальном положении с помощью расположенных на его концах передвижных гаек.

2. Подвесьте в некоторой точке одного из плеч рычага груз.

3. Прикрепите к другому плечу рычага динамометр и определите силу, которую необходимо приложить к рычагу для того, чтобы он находился в равновесии.

4. Измерьте с помощью линейки длины плеч рычага.

5. С помощью динамометра определите вес груза Р.

6. Найдите абсолютные значения моментов сил Р и F.

7. Найденные величины занесите в таблицу:

8. Сравните отношение с единицей и сделайте вывод о погрешности экспериментальной проверки правила моментов.

9. Повторить опыт с другими параметрами: длины плеча или веса груза.

10 . Сделайте вывод и запишите его в тетрадь.

Алгоритм выполнения работы размещен на экране (слайд презентации №11).

Оборудование: плоская фигура произвольной формы из картона, гвоздь, отвес, штатив с муфтой и лапкой, линейка.

Порядок выполнения работы:

1. За любое из отверстий, имеющихся в фигуре, подвесьте ее на гвоздь, зажатый в лапке штатива.

2. Наденьте на гвоздь нить отвеса. Остро отточенным карандашом отметьте точкой положение нити отвеса. Сняв пластинку, проведите прямую через точку подвеса и отмеченную точку (см. рис. 2)

З. Подвесьте фигуру за другие отверстия и проделайте аналогичные операции.

4. Убедитесь, что точка пересечения линий есть центр тяжести фигуры.

5. Сделайте вывод и запишите его в тетрадь.

6. Пластинку вложить в тетрадь.

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Решение экспериментальных задач на равновесие твёрдого тела Повторительно-обобщающий урок

Какие тела называются абсолютно твёрдыми? Абсолютно твердое тело - это идеальная модель тела, изменением размеров и формы которого в данных условиях можно пренебречь.

Что понимается под равновесием в статике? Состоянием равновесия называют состояние покоя или состояние равномерного прямолинейного движения

Какие виды равновесия вы знаете? устойчивое равновесие : неустойчивое равновесие безразличное равновесие:

Первое условие равновесия. Векторная сумма всех сил, действующих на тело, равна нулю:

Второе условие равновесия. Алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело, относительно любой точки равна нулю:

Момент силы относительно оси вращения Произведение силы на плечо: M = F . l Плечо силы - расстояние от оси вращения до линии действия силы. (обозначают буквами l или d ). Момент силы, вращающий тело против часовой стрелки, считают положительным, по часовой стрелке -отрицательным

Центр масс (тяжести) Центр масс системы материальных точек- точка, радиус-вектор которой определяется выражением: Центр тяжести – точка, относительно которой сумма моментов сил тяжести всех частиц тела равна нулю. В этой точке приложена сила тяжести тела. В однородном поле тяготения центр тяжести и центр масс совпадают.

Проверка второго условия равновесия твердого тела. Оборудование: линейка; динамометр; штатив с муфтой; рычаг; набор грузов. Порядок выполнения работы: 1.Установите рычаг на штатив и уравновесьте его в горизонтальном положении с помощью расположенных на его концах передвижных гаек. 2. Подвесьте в некоторой точке одного из плеч рычага груз. рис.1 3. Прикрепите к другому плечу рычага динамометр и определите силу, которую необходимо приложить к рычагу для того, чтобы он находился в равновесии.

8. Сравните отношение с единицей и сделайте вывод о погрешности экспериментальной проверки правила моментов. 9. Повторить опыт с другими параметрами: длины плеча или веса груза. 10. Сделайте вывод и запишите его в тетрадь. 4 . Измерьте с помощью линейки длины плеч рычага. 5. С помощью динамометра определите вес груза Р. 6. Найдите абсолютные значения моментов сил Р и F . 7. Найденные величины занесите в таблицу: l 1 , м l 2 , м P, Н F, Н M 1 =P · l 1 , Н· м M 2 =F · l 2 , Н· м

Определение центра тяжести плоской пластины Оборудование: плоская фигура произвольной формы из картона, гвоздь, отвес, штатив с муфтой и лапкой, линейка. Порядок выполнения работы: 1. За любое из отверстий, имеющихся в фигуре, подвесьте ее на гвоздь, зажатый в лапке штатива. 2. Наденьте на гвоздь нить отвеса. Остро отточенным карандашом отметьте точкой положение нити отвеса. Сняв пластинку, проведите прямую через точку подвеса и отмеченную точку (см. рис. 2) З. Подвесьте фигуру за другие отверстия и проделайте аналогичные операции. Рис. 2 4. Убедитесь, что точка пересечения линий есть центр тяжести фигуры. 5. Сделайте вывод и запишите его в тетрадь. 6. Пластинку вложить в тетрадь.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Методическая разработка урока физики в 10 классе "Механика и безопасность дорожного движения"

Как побудить наших детей к уважительному отношению не только к себе и собственному благополучию, но и к сохранению жизни и здоровья окружающих их людей? Как заставить задуматься о необход.

Тема: Великие открытия и изобретения, изменившие мир.Цель урока: 1. -Обобщить и систематизировать знания, полученные учащимися за курс.

Цель урока – формирование современных представлений о температуре как мере равновесного состояния системы Задачи: Образовательная – дать представление о тепловом равновесии системы, сформировать .

Методическая разработка урока физики по теме: "Повторение и обобщение курса физики основной школы. Подготовка к ГИА".

В данной разработке представлен тест, позволяющий определить уровень готовности учащихся 9 класса к Государственной итоговой аттестации.

Методическая разработка урока физики в 7-м классе: "Повторение по теме "Давление твёрдых тел, жидкостей и газа" Оганян Наталья Амаяковна , учитель физики

Цель: Обобщение и систематизация знаний по темам: “Давление твердых тел, жидкостей и газа”, “Сообщающиеся сосуды”, “Барометры””.Задачи:Создать условия для наблюдения учащимися физических явлений, осно.

Методическая разработка урока физики "А.Д. Сахаров-физик, защитник прав человека" (посвященный 100- летию А.Д.Сахарова)

Методическая разработка посвещена 100 летию выдающегося ученого, академика, одному из создателей первой водородной бомбы, Лауреату Нобелевской премии Мира, а впоследствии общественного .