Тема «Равновесие материальной точки системы.»
Цели урока: изучить два условия равновесия, виды равновесия (устойчивое, неустойчивое, безразличное); выяснить, при каких условиях тела более устойчивы; формировать умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала;
поддержание интереса к предмету, повышение общей культуры учащихся.
Ход урока:
- Организационный момент
Приветствие класса, определение готовности к уроку. Краткий анализ выполнения контрольной работы, оглашение оценок.
Создание проблемной ситуации
Учитель: (слайд 1) Перед вами изображение памятника «Медный всадник», который расположен в Санкт-Петербурге на Сенатской площади. Скульптор – Этьен Фальконе. Скульптура представляет собой восседающего на вздыбленном коне Петра I. Возникает вопрос – как Фальконе обеспечил равновесие скульптуры, выполненной из бронзы? Ответ на этот вопрос мы получим в конце урока. Запишите тему урока «Условие равновесия тел» (слайд 2, 3).
Вы изучили два раздела физики: Кинематика и Динамика. Следующий раздел – Статика. В данном разделе изучают условия равновесия тела или системы тел. Изучение условий равновесия тел имеет большое практическое значение. Например, при строительстве зданий, мостов, туннелей, памятников.
Объяснение нового материала
Учитель: Равновесие – это состояние покоя. Т.е. если тело покоится относительно инерциальной системы отсчета, то говорят, что оно находится в равновесии.
Учитель: Первого условия не всегда достаточно для того, чтобы тело находилось в равновесии. Например, когда тело вращается вокруг некоторой оси.
Для того, чтобы сформулировать второе условие равновесия, необходимо ввести физическую величину, которая называется моментом силы:
|
|
М=F*d
Момент силы относительно оси вращения тела – это физическая величина, равная произведению модуля силы, приложенной к телу, на ее плечо. Плечо силы – это расстояние от оси вращения до линии действия силы.
В Международной системе единиц момент силы измеряют в ньютон-метрах: [М] = 1Н*1м = 1Н*м.
Откройте учебники на стр. 65, рис.3.2 (разбор рисунка с указанием плеч сил, случаев положительного и отрицательного моментов сил).
Сформулируем теперь второе условие равновесия: тело, способное вращаться вокруг неподвижной оси, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех действующих на него сил относительно любой оси вращения равна нулю:
М_1+М_2+⋯+М_n=0
Это условие также называют правилом моментов сил.(слайд 4)
Важным понятием в статике является понятие центра тяжести. Центр тяжести тела – это точка, через которую проходит равнодействующая всех параллельных сил тяжести, действующих на отдельные элементы тела (при любом положении тела в пространстве). (слайд 5)
Теперь рассмотрим виды равновесия (запись в тетради, пояснение каждого вида с помощью рисунков на слайде 6-9):
Виды равновесия
устойчивое неустойчивое безразличное
Вывод: равновесие устойчиво, если при малом отклонении от положения равновесия есть сила, стремящаяся вернуть его в исходное положение. При устойчивом равновесии тела его центр тяжести занимает низшее из возможных ближайших положений. Следовательно, чем ниже расположен центр тяжести тела, тем устойчивее его положение.
|
|
Рассмотрим опыт с отклоняющейся призмой (учебник, стр.66). Поставим на доску призму с отвесом и начнем ее постепенно поднимать за один край. Что мы видим? Пока линия отвеса пересекает поверхность, ограниченную опорой, равновесие сохраняется. При устойчивом равновесии вертикальная прямая, проходящая через центр тяжести, всегда будет проходить через площадь опоры. Чем больше площадь опоры, тем устойчивее его равновесие.
(слайд 10) Исходя из вышесказанного и внимательно посмотрев на изображение, попробуйте ответить на вопрос: какой выход нашел скульптор Фальконе, чтобы удержать вздыбленную лошадь на пьедестале?
Разрешение проблемной ситуации
Ученики: скульптор увеличил площадь опоры, добавил третью точку опоры, поместив змею под задними копытами.
Учитель: верно, в этом случае проще обеспечить попадание проекции центра тяжести тела на площадь опоры. Также скульптор понизил общий центр тяжести всего памятника. Каким образом?
Ученики: установил пьедестал, который понижает общий центр тяжести.
Учитель: скульптор также произвел отливку таким образом, что передняя часть всадника оказалась облегченной, а задние ноги и хвост массивными.
Применение полученных знаний
Учитель: Каким специальностям необходимы знания о равновесии тел?
Ученики: Проектировщикам и конструкторам различных сооружений (высотных зданий, мостов, телевизионных башен и т.д.), цирковым артистам, водителям и другим специалистам.
Учитель: Почему «Ванька-встанька» возвращается в положение равновесия при любом наклоне игрушки (слайд 11)?
Ученики: У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка её опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры всегда наименьшее.
Учитель: Почему Пизанская башня стоит под наклоном и не падает (слайд 12-13)?
Ученики: Вертикаль, проходящая через центр тяжести, пересекает поверхность, ограниченную опорой.
Д/з выучить конспект, записать 3 примера:где применяется момент силы.