Конспекти уроків - ЛЕКЦІЇ З ФІЗИКИ 10 клас - МЕХАНІКА Частина I - 2018 рік

Лекція № 8. Рівномірний рух матеріальної точки по колу

Мета:

1. Нагадати учням, що, виходячи з виду траєкторії, будь-який механічний рух логічно розподіляти на прямолінійний і криволінійний, при цьому останнього значно більше.

2. Звернути увагу, що криволінійний вид траєкторії зумовлено особливостями швидкості і прискорення цього руху.

3. Показати, що будь-який складний криволінійний рух складається з окремих ділянок рівномірного руху по колу, тому саме йому на сьогоднішньому занятті буде приділено основну увагу.

4. Підкреслити, що, по-перше, рівномірний рух по колу поширений у природі і техніці, а по-друге, він є одним із різнорідних видів періодичних рухів, що зумовлюють цілі розділи фізики і техніки.

5. Довести, що специфіка рівномірного руху по колу вимагає для його характеристики введення додаткових специфічних параметрів, зокрема: радіус-вектор, кут зміщення, кутова швидкість, період, частота, циклічна частота, доцентрове (або нормальне) прискорення.

6. Детально ознайомити учнів з вищевказаними специфічними характеристиками рівномірного руху матеріальної точки по колу.

7. Розглянуті поняття закріпити розв'язуванням задач.

Обладнання й матеріали: різні пристрої, що демонструють рух по колу, наприклад: електрофорна машина, модель генератора змінного струму, електроточило, сегнерове колесо, колесо Франкліна, будь-який візочок, демонстраційний секундомір, настінний годинник тощо.

Демонстрування:

1. Напрямок лінійної швидкості під час руху по колу.

2. Порівняння лінійних і кутових швидкостей різних пристроїв, що обертаються.

Базові поняття і терміни: рівномірний рух по колу, лінійна швидкість, дотична, радіус-вектор, кут зміщення, період, частота, циклічна частота, кутова швидкість, радіан, радіан за секунду Тип заняття: комбіноване.

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

Учитель вітається з учнями, перевіряє їхню готовність до заняття і повідомляє, що сьогоднішнє заняття присвячено частотнішому, порівняно з прямолінійним, криволінійному виду руху, а певніше, його надто поширеному виду — рівномірному руху матеріальної точки по колу. Рух по колу є одним із видів періодичного руху, який також вельми поширений в природі і техніці, скажімо, електромагнітні коливання, що зокрема зумовлюють радіозв’язок і змінний струм.

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ (ФРОНТАЛЬНЕ ОПИТУВАННЯ)

1. Прямолінійний чи криволінійний рух існує в природі і техніці? Наведіть приклади на підтвердження вашої думки.

2. На які окремі ділянки можна розбити траєкторію будь-якого криволінійного руху?

3. Якими параметрами описується прямолінійний рух та чому їх не достатньо для опису криволінійного, зокрема рівномірного руху матеріальної точки по колу?

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Деякі особливості криволінійного руху

Криволінійні рухи є більш поширеними, ніж прямолінійні. Будь-який криволінійний рух можна розглядати як рух по дугах кіл із різними радіусами. Вивчення руху по колу дає також ключ до розгляду довільного криволінійного руху.

Далі доречно перейти безпосередньо до розгляду рівномірного руху по колу, тобто руху по колу зі сталою за модулем швидкістю.

2. Основні характеристики рівномірного руху по колу

Під час розгляду рівномірного руху матеріальної точки по колу доречно, перш за все, ввести таке поняття як радіус-вектор Це вектор, який зв’язує вісь обертання та точку, яка обертається по колу, і напрямлений до цієї точки (рис. 8.1).

Якщо за систему відліку взяти систему, пов’язану з тілом відліку — віссю обертання, то знання положення радіус-вектора r дозволяє відповісти в цьому випадку на основну задачу — визначити положення тіла (матеріальної точки) в поданий момент часу. Кут між двома сусідніми положеннями радіус-вектора називають кутом повороту φ. Кут φ вимірюють у радіанах. 1 радіан дорівнює центральному куту, який опирається на дугу, хорда якої дорівнює радіусу.

Тобто одному повному оберту відповідає кут 2п рад. Отже, 1 рад = 57°32'.

Кутова швидкість ω рівномірного руху по колу дорівнює відношенню кута повороту Δφ до часу, за який утворився цей кут

Період обертання T — це час, за який точка здійснює один повний оберт по колу:

де N — число обертів за час t.

Обертова частота n — кількість повних обертів, здійснюваних точкою під час рівномірного руху по колу за одиницю часу

c^-1 — це обертова частота, за якої за одну секунду здійснюється один оберт.

Зв’язок між періодом і частотою зворотній

Лінійна швидкість v завжди напрямлена по дотичній і її модуль визначається так

Кутову швидкість ω можна визначити за такою формулою

Тому зв’язок між лінійною та кутовими швидкостями такий

Під час криволінійного руху миттєва швидкість у будь-якій точці траєкторії напрямлена по дотичній до траєкторії в цій точці. А оскільки дотична до кола перпендикулярна до радіуса, то миттєва швидкість під час руху по колу в кожній точці траєкторії напрямлена перпендикулярно до радіуса (рис. 8.2).

3. Прискорення під час рівномірного руху по колу

Під час руху по колу, як і будь-якого криволінійного руху, напрямок швидкості змінюється з часом. А якщо швидкість тіла змінюється нехай навіть тільки за напрямком, то тіло рухається з прискоренням. Під час рівномірного руху зміна швидкості зумовлена тільки зміною напрямку швидкості. Неважко довести, що зміна швидкості напрямлена перпендикулярно до швидкості — по радіусу до центра кола.

Із цієї причини прискорення тіла під час рівномірного руху по колу називають доцентровим прискоренням.

Модуль доцентрового прискорення

IV. УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ Й КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ І ВМІНЬ УЧНІВ

1. Як напрямлена миттєва швидкість під час криволінійного руху?

2. Якими параметрами характеризується рівномірний рух по колу?

3. Що називають періодом T рівномірного руху по колу?

4. Що називають кутовою швидкістю рівномірного руху по колу?

5. Що називають обертовою частотою рівномірного руху по колу?

6. Що таке один радіан?

7. Схарактеризуйте зв’язок між лінійною і кутовою швидкістю.

8. Що означає «секунда мінус першого степеня»?

9. Задача. Радіус держална колодязного коловорота втричі більший за радіус валу, на який намотується трос. Яка швидкість кінця держална під час підйому цебра з глибини 10 м за 20 с?

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ ЗАНЯТТЯ

Виставлення оцінок, коротке обґрунтування їх. Коментарі помилок і враження від окремих моментів засвоєння одержаних на цьому занятті знань. Ще раз підкреслити, що обертальний рух є окремим видом періодичного руху, тому такі базові поняття, як період, частота, кутова швидкість (циклічна частота), є одними з основних у великому розділі «Фізика коливань», де вивчають коливальний рух, змінний струм, електромагнітні коливання, механічні хвилі, звук та електромагнітні хвилі.

VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1. Опрацювати конспект заняття: «Рівномірний рух матеріальної точки по колу».

2. Опрацювати запропоновану літературу.

3. Дати письмові відповіді на запитання, які задавалися на етапі узагальнення.

4. Підібрати і розв’язати задачу за темою: «Рівномірний рух матеріальної точки по колу».

VII. ЛІТЕРАТУРА

1. Барьяхтар В. Г. Фізика 10 клас. Академический уровень: учебник для общеобразоват. учебных заведений / В. Г. Барьяхтар, Ф. Я. Божинова. — 2-е изд. — Х.: Ранок, 2014. — 352 с. (§ 14 ст. 67-69).

2. Соколович Ю. А., Богданова А. С. Довідник з курсу фізики середньої школи з прикладами розв’язування задач. — Х.: Веста: Ранок, 2002. — 464 с. (§ 1.5.; ст. 24-26).

3. Пугач М. П. Механіка. Нестандартні запитання й задачі / М. П. Пугач, М. Г. Александров, К. М. Стрюк. — Х.: Вид. група «Основа», 2018. —96 с. — (Серія «Б-ка журн. «Фізика в школах України»; Вип. 1 (169)).

4. Карпухина Е. А. Физика. 10 класс. Академический уровень: сборник задач / Е. А. Карпухина, Ф. Я. Божинова, В. В. Хардипов. — 2-е изд., перераб. и допол. — Х.: Ранок, 2011. — 288 с.