Материальная точка система отсчета урок. Механическое движение
Описание видеоурока
Окружающие нас предметы и объекты (на языке физики, их называют физическими телами), занимают определенное положение в пространстве относительно друг друга. Если с течением времени положение одного тела, относительно другого не меняется, это означает, что первое тело находится в покое относительно второго. Например, дорожный знак и дерево друг относительно друга покоятся. Если с течением времени положение одного тела, относительно другого меняется, это означает, что первое тело совершает механическое движение, относительно второго тела. Например, трамвай и дерево. Трамвай относительно дерева совершает механическое движение. Механическое движение тела - изменение его положения в пространстве относительно других, которое происходит с течением времени. Как описать движение и рассчитать основные параметры для простейшего случая мы знаем из курса математики и физики седьмого класса. Положение тела мы можем задать с помощью координатной прямой. Чтобы найти скорость тела необходимо путь разделить на время… Однако в практической жизни, чаще встречаются более сложные виды механического движения. И для их описания нам понадобятся новые инструменты. Рассмотрим следующие виды движения:
- поступательное движение (например, спуск с горы на санях);
- вращательное движение (например, суточное вращение Земли);
- колебательное движение (например, движение маятника).
Каким же образом или с помощью чего мы сможем описать более сложные виды движения? Во-первых, нужно выбрать объект, относительно которого, будем рассматривать движение интересующих нас тел. Во-вторых, из курса математики нам известно, что задать положение точки можно с помощью системы координат (например, прямоугольной). В-третьих, нужно будет отсчитывать время. То есть, для того, чтобы рассчитать, где будет находиться в конкретный момент тело, нам понадобится система отсчета. Системой отсчета в физике называют совокупность тела отсчета, системы координат, связанной с телом отсчета, и неподвижный прибор для измерения времени. Важно помнить, что всякая система отсчета условна и относительна. Выбрав иную систему отсчета - мы получим движение с совершенно иными параметрами. Тела в физике реальны, они часто имеют значительные размеры, в отличие от абстрактной точки в математической системе координат. Так можем ли мы использовать систему координат, для нахождения местоположения физического тела? Если размеры самого тела во много раз меньше прочих размеров, с которыми приходится иметь дело в условиях конкретной задачи, то размерами самого тела можно пренебречь в конкретно этих условиях. Тогда такое тело в физике принимают за материальную точку.
Например, нам необходимо рассчитать время, которое затратит самолет, чтобы долететь из Минска до Бургаса. В данном условии задачи размеры и форма самого транспорта нам не важны. Необходимо знать скорость, которую он развивает и расстояние между городами. Этих данных будет достаточными для решения задачи. В этой задаче за материальную точку правомерно принять самолет. Если же нам необходимо будет рассчитать сопротивление ветра на определенной высоте и при конкретной скорости, то при решении данной задачи, никак не обойтись без точного знания формы и размеров того же самолета, т.к. сила сопротивления зависит от формы и скорости движения самолета. А значит, тело (самолет) нельзя принять за материальную точку. За материальную точку можно принять так же тело, в случае если все точки тела передвигаются одинаково (такое движение называют поступательным). Например, если поезд метрополитена проедет даже всего одну остановку, но по прямому участку, его можно считать материальной точкой, потому что все части поезда перемещались одинаково и на равное расстояние.
Выберите из предложенных условий задач тот случай, когда тело можно считать материальной точкой:
1. Вычислите давление, которое оказывает танк на поверхность.
2. Определите объем шара, пользуясь измерительным прибором мензуркой.
3. Определите высоту, на которую поднялся космический шаттл.
При поднятии космического шаттла, можно пренебречь размерами самой ракеты по сравнению с расстояниями, на которые она поднимается. Значит, ее можно принять за материальную точку.
В остальных случаях размеры самих тел необходимо учитывать при решении задачи.
Цель урока:
Задачи урока:
обучающие:
развивающие:
воспитательные:
Оборудование:
Просмотр содержимого документа
«Материальная точка. Система отсчета.»
Урок 1/1
Тема: Материальная точка. Система отсчета.
Цель урока: сформировать понятия: материальная точка, система отсчета.
Задачи урока:
обучающие:
введение понятий: материальная точка, система отсчета, траектория.
развивающие:
развитие умений выделять главное, сравнивать, обобщать, делать выводы, аргументировать собственное мнение;
развитие речи учащихся через организацию диалогического общения на уроке,
развитие моторной памяти - фиксирование учащимися информации в тетради,
развитие слуховой памяти - проговаривание определений;
развитие зрительной памяти - выполнение записей на доске;
воспитательные:
эстетическое оформление записей в тетрадях и на доске.
Оборудование: Штатив с муфтой и лапкой, желоб, шарик, тело на нити.
Ход урока:
1.Вступление.
Знакомство с учебником.
Техника безопасности в кабинете и при выполнении лабораторных работ.
Учебные принадлежности необходимые на уроке.
2.Актуализация знаний.
Ответить на вопросы:
Что такое материя? (определение ).
Что такое механическое движение? (определение ).
3.Изучение нового материала.
Физика – наука, занимающаяся изучением самых общих свойств окружающего нас мира. Это наука экспериментальная.
Отыскать наиболее общие законы природы
Объяснить конкретные процессы действием этих общих законов.
Основные разделы физики:
Механика
Термодинамика
Электродинамика
Механика – наука о движении и взаимодействии макроскопических тел.
Классическая механика состоит из трех частей:
Кинематика изучает как движется тело.
Динамика объясняет причины движения тела.
Статика объясняет причины нахождения тела в покое.
Для описания движения в кинематике вводятся специальные понятия: материальная точка, система отсчета, траектория и величины: путь, перемещение скорость, ускорение, которые важны не только в кинематике, но и в других разделах физики.
Первое, что бросается в глаза при наблюдении окружающего мира – это его изменчивость.
Ответить на вопросы:
Какие изменения вы замечаете?
Итог: частые ответы связаны с изменением положения тел относительно друг друга.
Изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени называется механическим движением .
Демонстрация:
скатывание шарика по желобу,
колебания маятника.
Относительность движения. (примеры анимация отн движения)
Материальная точка – тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данных условиях.
Критерии замены тела материальной точкой:
а) путь, пройденный телом, намного больше размеров движущегося тела.
б) тело движется поступательно. (примеры анимация мат точка)
Ответить на вопросы:
Как определить положение тела?
Необходимо тело отсчета и система отсчета.
Система отсчета: тело отсчета, система координат, часы.
Система отсчета может быть:
Одномерной, когда положение тела определяется одной координатой
Двухмерной, когда положение тела определяется двумя координатами
Трехмерной, когда положение тела определяется тремя координатами.
4.Закрепление материала.
Ответить на вопросы:
1.В каком случае тело является материальной точкой тело:
а) на станке изготавливают спортивный диск;
б) тот же диск после броска спортсмена летит на расстояние 55 м.
2.Какую систему координат (одномерную, двухмерную, трехмерную) следует выбрать для определения положения тел:
- трактор в поле;
- вертолет в небе;
- поезд;
- шахматная фигура.
Самостоятельная работа: спишите и заполните пропуски.
Всякое тело можно рассматривать как материальную точку в тех случаях, когда расстояния, проходимые точками тела, очень велики по сравнению с …
Движение называется поступательным, если все точки тела в любой момент времени движутся …
Тело, размерами и формой которого в рассматриваемом случае можно пренебречь, называется…
Все вместе: а) тело отсчета, б) система координат, в) прибор для определения времени, - образуют…
При прямолинейном движении тела положение тела определяется … координат(ой)(ами).
5.Рефлексия.
Домашнее задание: § 1.
Цель урока: Дать представление о кинематике; познакомить с целями и задачами курса физики; ввести понятия: механическое движение, траектория, путь; доказать, что покой и движение - понятия относительные; обосновать необходимость введения идеализированной модели – материальной точки, системы отсчета.
В знаменитом «Слове о полку Игореве», в котором воспет этот поход, рассказывается о полном солнечном затмении, совпавшем со вступлением князя Игоря в землю половецкую. Этого достаточно чтобы установить, что на границе половецкой земли войска Игоря были 1 мая 1185 года (в одном и том же месте полное солнечное затмение бывает примерно 1 раз в 200 лет)
Регистрирующее устройство(регистратор) прибор для автоматической записи на носитель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств. В измерительной технике совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. В регистрирующих устройствах обычно предусматривается возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени. Кроме регистрирующих устройств для записи данных, существуют также устройства регистрации аудиовизуальной информации (магнитофоны, видеомагнитофоны, фото- и кино- и видеокамеры и т. д.). Регистрирующие устройства могут представлять собой неотъемлемые функциональные узлы измерительных приборов, установок, блоки в составе информационных, измерительных, контрольных систем, комплексов, либо самостоятельные устройства.записи носитель информации датчиков величины магнитофоны измерительных приборов
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.
Сегодня мы поговорим о систематическом изучении физики и первом ее разделе - механике. Физика изучает разные виды изменений или процессов, происходящих в природе, а какие процессы в первую очередь интересовали наших предков? Конечно, это процессы, связанные с движением. Им было интересно, долетит ли копье, которое они бросили, и попадет ли оно в мамонта; им было интересно, успеет ли гонец с важной вестью добежать до заката к соседней пещере. Все эти виды движения и вообще механическое движение как раз и изучает раздел, который называется механика.
Куда бы мы ни посмотрели - вокруг нас масса примеров механического движения: что-то вращается, что-то прыгает вверх-вниз, что-то движется вперед-назад, а другие тела могут находиться в состоянии покоя, которое тоже является примером механического движения, скорость которого равна нулю.
Определение
Механическим движением называется изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени (рис. 1).
Рис. 1. Механическое движение
Как физика делится на несколько разделов, так и механика имеет свои разделы. Первый из них называется кинематика. Раздел механики кинематика отвечает на вопрос, как движется тело. Прежде чем начать работать над изучением механического движения, необходимо определить и выучить основные понятия, так называемую азбуку кинематики. На уроке мы научимся:
Выбирать систему отсчета для изучения движения тела;
Упрощать задачи, мысленно заменяя тело материальной точкой;
Определять траекторию движения, находить путь;
Различать виды движений.
В определении механического движения особое значение имеет выражение относительно других тел . Нам всегда необходимо выбрать так называемое тело отсчета, то есть тело, относительно которого мы будем рассматривать движение исследуемого нами объекта. Простой пример: подвигайте рукой и скажите - движется ли она? Да, конечно, по отношению к голове, но по отношению к пуговице на вашей рубашке она будет недвижима. Поэтому выбор отсчета очень важен, ведь относительно некоторых тел движение совершается, а относительно других тел движения не происходит. Чаще всего телом отсчета выбирают тело, которое всегда есть под руками, точнее под ногами, - это наша Земля, которая является телом отсчета в большинстве случаев.
Издавна ученые спорили о том, Земля ли вращается вокруг Солнца или Солнце вращается вокруг Земли. На самом деле, с точки зрения физики, с точки зрения механического движения это всего лишь спор о теле отсчета. Если телом отсчета считать Землю, то да - Солнце вращается вокруг Земли, если телом отсчета считать Солнце - то Земля вращается вокруг Солнца. Поэтому тело отсчета - это важное понятие.
Как же описывать изменение положения тела?
Чтобы точно задать положение интересующего нас тела относительно тела отсчета, надо связать с телом отсчета систему координат (рис. 2).
При движении тела координаты меняются, а для того чтобы описать их изменение, нам необходим прибор для измерения времени. Чтобы описывать движение, нужно иметь:
Тело отсчета;
Связанную с телом отсчета систему координат;
Прибор для измерения времени (часы).
Все эти объекты составляют вместе систему отсчета. До тех пор пока мы не выбрали систему отсчета, не имеет смысла описывать механическое движение - мы не будем уверены в том, как движется тело. Простой пример: чемодан, лежащий на полке в купе поезда, который движется, для пассажира просто покоится, а для человека, стоящего на перроне, движется. Как мы видим, одно и то же тело и движется, и покоится, вся проблема в том, что системы отсчета различны (рис. 3).
Рис. 3. Различные системы отчета
Зависимость траектории от выбора системы отсчета
Ответим на интересный и важный вопрос, зависит ли форма траектории и пройденный телом путь от выбора системы отсчета. Рассмотрим ситуацию, когда есть пассажир поезда, радом с которым на столе стоит стакан с водой. Какой же будет траектория стакана в системе отчета, связанной с пассажиром (телом отсчета является пассажир)?
Конечно, относительно пассажира стакан неподвижен. Это значит, что траектория является точкой, а перемещение равно (рис. 4).
Рис. 4. Траектория стакана относительно пассажира в поезде
Какой же будет траектория стакана относительно пассажира, который ожидает поезда на перроне? Для этого пассажира будет казаться, что стакан движется по прямой линии и у него ненулевой путь (рис. 5).
Рис. 5. Траектория стакана относительно пассажира на перроне
Из вышесказанного можно сделать вывод, что траектория и путь зависят от выбора системы отсчета.
Для того чтобы описывать механическое движение, в первую очередь необходимо определиться с системой отсчета.
Движение изучается нами для того, чтобыпредсказать, где окажется тот или иной объект в необходимый момент времени. Основная задача механики - определить положение тела в любой момент времени. Что же значит описать движение тела?
Рассмотрим пример: автобус едет из Москвы в Санкт-Петербург (рис. 6). Важны ли нам размеры автобуса по сравнению с расстоянием, которое он преодолеет?
Рис. 6. Движение автобуса из Москвы в Санкт-Петербург
Конечно же, размерами автобуса в данном случае можно пренебречь. Мы можем описывать автобус как одну движущуюся точку, по-другому ее называют материальной точкой.
Определение
Тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь, называют материальной точкой.
Одно и то же тело, в зависимости от условий задачи, может быть или не быть материальной точкой. При перемещении автобуса из Москвы в Санкт-Петербург автобус можно считать материальной точкой, ведь его размеры несопоставимы с расстоянием между городами. Но если в салон автобуса влетела муха и мы хотим исследовать ее движение, тогда в этом случае нам важны размеры автобуса, и он уже не будет являться материальной точкой.
Чаще всего в механике мы будем изучать именно движение материальной точки. При своем перемещении материальная точка последовательно проходит положение вдоль некоторой линии.
Определение
Линия, вдоль которой движется тело (или материальная точка), называется траекторией движения тела (рис. 7).
Рис. 7. Траектория точки
Иногда мы наблюдаем траекторию (например, процесс выставления оценки за урок), но чаще всего траектория - это какая-то воображаемая линия. При наличии средств измерения мы можем замерить длину траектории, вдоль которой двигалось тело, и определим величину, которая называется путь (рис. 8).
Определение
Путь , пройденный телом за некоторое время, - это длина участка траектории .
Рис. 8. Путь
Разделяют два основных вида движения - это прямолинейное и криволинейное движение.
Если траектория тела - это прямая линия, то движение называется прямолинейным. Если тело движется по параболе или по любой другой кривой - мы говорим о криволинейном движении. При рассмотрении движения не просто материальной точки, а движения реального тела различают еще два вида движения: поступательное движение и вращательное движение.
Поступательное и вращательное движение. Пример
Какие же движения называются поступательными, а какие - вращательными? Рассмотрим этот вопрос на примере колеса обозрения. Как движется кабина колеса обозрения? Отметим две произвольные точки кабины и соединим их прямой. Колесо вращается. Через некоторое время отметим те же точки и соединим их. Полученные прямые будут лежать на параллельных прямых (рис. 9).
Рис. 9. Поступательное движение кабины колеса обозрения
Если прямая, проведенная через любые две точки тела, при движении остается параллельной сама себе, то такое движение называют поступательным .
В противном случае мы имеем дело с вращательным движением. Если бы прямая не была параллельной сама тебе, то пассажир, скорее всего, вывалился бы из кабины колеса (рис. 10).
Рис. 10. Вращательное движение кабины колеса
Вращательным называют такое движение тела, при котором его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. Прямая, соединяющая центры окружностей, называется осью вращения .
Очень часто нам приходится сталкиваться с комбинацией поступательного и вращательного движения, так называемым поступательно-вращательным движением. Самый простой пример такого движения - это движение прыгуна в воду (рис. 11). Он выполняет вращение (сальто), но при этом центр его масс поступательно движется в направлении воды.
Рис. 11. Поступательно-вращательное движение
Мы сегодня изучили азбуку кинематики, то есть основные, самые важные понятия, которые в дальнейшем позволят нам перейти к решению главной задачи механики - определению положения тела в любой момент времени.
Список литературы
- Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
- Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Мнемозина, 2014.
- Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Просвещение, 1990.
- Интернет-портал «Av-physics.narod.ru» ().
- Интернет-портал «Rushkolnik.ru» ().
- Интернет-портал «Testent.ru» ().
Домашнее задание
Подумайте, что является телом отсчета, когда мы говорим:
- книга неподвижно лежит на столике в купе движущегося поезда;
- стюардесса после взлета проходит по пассажирскому салону самолета;
- Земля вращается вокруг своей оси.
