Методика изучения закона сохранения импульса.

Импульс силы. Если на тело массой m в течении времени t действует сила F и скорость его движения изменяется от V₀ до V (векторы), то ускорение a движения тела равно: . На основании второго з-на Ньютона для силы можно записать выражение: . Из равенства следует: . Физическая величина равная произведению силы на время t ее действия, называется импульсом силы.

Импульс тела: физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость движения, называется импульсом тела. Изменение импульса тела рав­но импульсу силы, вызывающей это изменение. Импульс тела яв­ляется количественной характе­ристикой поступательного дви­жения тел. За единицу импульса в СИ принят импульс тела массой 1кг, движущегося поступатель­но со скоростью 1 м/с. Единицей импульса является килограмм-метр в секунду (кг_*м/с). Величину mV=p называют импульсом тела.

Закон сохранения импульса: Таким образом, векторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия. При изучении закона сохранения импульса вводят понятие “замкнутая механическая система”. Система тел, не взаимодейст­вующих с другими телами, не входящими в эту систему, назы­вается замкнутой системой. В замкнутой системе гео­метрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. Необходимым условием при­менимости закона сохранения импульса к системе взаимо­действующих тел является ис­пользование инерциальной систе­мы отсчета. Если действуют внешние силы, то суммарный импульс силы, действующей на систему, равен суммарному изменению импульса системы.

Выводят закон на основании 2-го и 3-го законов Ньютона:

Величину mV=p называют импульсом тела.

Анализ понятия энергии.

Понятие энергии – это свойство или способность тел совершать работу.определения энергии: 1. Энергия как функция состояния определяется через координаты и импульсы, т.е. через величины, изменение которых представляет ту или иную формы движения. Любому переходу системы из одного состояния в другое соответствует строго определённое изменение энергии. Если система возвращается в исходное состояние, то общее изменение энергии . Для изолированной системы – закон сохранения энергии. 2. используя определение и – вводят понятие кинетической энергии. При изучении потенциальной энергии необходимо довести до сознания школьников, что потенциальная энергия в механике – это энергия взаимодействия хотя бы двух тел.. При обсуждении вопроса о нулевом уровне потенциальной энергии следует отметить, что, во-первых, определяют не саму потенциальную энергия, а её изменение: т.е. выбор нулевого уровня произволен и диктуется соображениями удобства. И, во-вторых, за нулевой уровень обычно выбирают такое состояние, при котором потенциальная энергия стремится к минимальному значению. При совершении работы увеличение кинетической энергии сопровождается убыванием потенциальной (и наоборот), формулируют закон сохранения энергии для замкнутых систем. 3. Понятие энергии независимо от работы, с последующим раскрытием связи между ними. Суть этого подхода в том, что находят сохраняющуюся в механике величину и дают определение: Затем вводят работу как изменение кинетической энергии E_k: Здесь ученики следят за сохранением величины..Представляется наиболее приемлемым подход, при котором понятия работы и энергии вводятся одновременно при рассмотрении торможения и разгона тел. Никакая сила не может мгновенно изменить скорость тела, и тело, следовательно, пройдёт путь S. В этом суть понятия массы. Вычисляя путь при торможении, получают:

(В первой формуле заложено определение работы, во второй – кинетической энергии).. Кинематические соотношения являются следствием второго закона Ньютона и получаются в школе путём его неявного интегрирования с помощью представления перемещения как площади, ограничиваемой осями координат и зависимостью скорости от времени (V(t)).

В таком подходе сразу видны все основные особенности понятий энергии и работы (нулевой уровень, работа – как изменение энергии). Сразу же получаются и законы сохранения энергии:

Кинетическая энергия. A=Fs;F=ma; ;след-но Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела. ; Потенциальная энергия тела: Выражение показывает, что работа силы тяжести при перемещении тела массой m из точки, расположенной на высоте h₁, в точку расположенную на высоте h₂ от поверхности земли, по любой траектории равна изменению некоторой физической величины, равной произведению mgh, взятому с противоположным знаком. Физическую величину равную произведению массы тела на модуль ускорения свободного падения и на высоту, на которую поднято тело над поверхностью Земли, называют потенциальной энергией тела.

Анализ понятия работы

Работа представляет собой упорядоченную макро физическую форму энергии. Понятие “работа” было введено в науку 1826. Величина А измеряет величину энергии, переданной от одного тела к другому или превращённой из одной формы в другую. Т.е. полное раскрытие сущности работы возможно лишь в связи с усвоением понятия энергии и закона сохранения и превращения энергии в механических процессах. Первоначально вспоминают знания о работе, полученные в VII классе (), затем расширяют и уточняют определение механической работы как . Работа А постоянной силы называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла α между векторами силы и перемещения . . Выражение показывает, что работа является скалярной величиной и может иметь положительное или отрицательное значение в зависимости от знака угла α. Работа положительна, если угол между вектором силы и вектором перемещения меньше 90⁰. При значениях угла 90⁰ < α ≤ 180⁰ работа силы отрицательна. Угол может быть равен 90⁰, тогда A рано нулю. Единица измерения Дж=Н_*м.

Затем рассматривают выражения для работ различных сил:

Затем уточняют понятие мощности: , [N]=1 Ватт. Указывают, что работа зависит от выбора системы координат. Далее, используя определение и – вводят понятие кинетической энергии. вводят работу как изменение кинетической энергии E_k: Здесь ученики следят за сохранением величины, смысл которой выясняется лишь после вывода.