План-конспект урока по физике (9 класс) на тему: Лабораторная работа «Сложение сил, направленных вдоль прямой и под углом. Определение равнодействующей для сил, направленных вдоль одной прямой

Цели урока: актуализация и систематизация знаний учащихся о силах, способах их измерений.

Привитие вкуса к исследовательской работе,

Развитие познавательного интереса,

Формирование исследовательских умений и вычисление физических величин с помощью опытных данных.

Воспитание сотрудничества при работе в парах, при выполнении лабораторного эксперимента.

Оборудование: металлическое колечко, набор гирь, 3 динамометра, нити.

Ход урока:

I .Повторение

Фронтальный опрос:

I закон Ньютона.

Сила – причина ускорения.

II закон Ньютона.

Равнодействующая сил.

III закон Ньютона.

Сложение векторов правилу треугольника и параллелограмма. (у доски)

Сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу (точке) сил, называется равнодействующей или результирующей силой.

Сила, которая производит на тело такое же действие, как и несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил.

Нахождение равнодействующей нескольких сил - это геометрическое сложение действующих сил; выполняется по правилу треугольника или параллелограмма.

Проблема урока.

“Однажды Лебедь, Рак да Щука
Везти с поклажей воз взялись
И вместе, трое, все в него впряглись;
Из кожи лезут вон,
А возу все нет ходу!
Поклажа бы для них казалась и легка:
Да Лебедь рвется в облака,
Рак пятится назад,
А Щука тянет в воду!
Кто виноват из них, кто прав –
Судить не нам;
Да только воз и ныне там!”

(И.А.Крылов)

В басне выражено скептическое отношение к Александру I, она высмеивает неурядицы в Государственном Совете 1816 г. реформы и комитеты, затеваемые Александром I не в силах были стронуть с места глубоко увязший воз самодержавия. В этом-то, с политической точки зрения, Иван Андреевич был прав. Но мы давайте выясним физический аспект. Прав ли Крылов? Для этого необходимо экспериментально проверить актуальность понятия- равнодействующая сил, приложенных к телу/

II . Выполнение лабораторной работы по учебнику

Записываем тему сегодняшнего урока- тему лабораторной работы. Ознакомьтесь с техникой безопасности на сегодняшнем уроке и распишитесь в журнале по технике безопасности.

Оформляем лабораторную работу.(отчет: тема, цель, оборудование).

Определение равнодействующей для сил, направленных вдоль одной прямой.

F = F 1 + F 2

Вывод: Равнодействующая двух сил, направленных в одну сторону равна геометрической сумме этих сил.

Определение равнодействующей для сил, направленных под углом.

Сделать соответствующий рисунок. F = F 1 + F 2

Вывод: Равнодействующая нескольких сил равна геометрической сумме этих сил.

Повторить опыт, изменив значения сил F 1 и F 2 и результат записать.

Тема: Лабораторная работа «Сложение сил, направленных вдоль прямой и под углом»
Цели урока: актуализация и систематизация знаний учащихся о силах, способах их измерений.
Привитие вкуса к исследовательской работе,
Развитие познавательного интереса,
Формирование исследовательских умений и вычисление физических величин с помощью опытных данных.
Воспитание сотрудничества при работе в парах, при выполнении лабораторного эксперимента.
Оборудование: металлическое колечко, набор гирь, 3 динамометра, нити.

Ход урока:
I.Повторение
Фронтальный опрос:
I закон Ньютона.
Сила – причина ускорения.
II закон Ньютона.
Равнодействующая сил.
III закон Ньютона.
Сложение векторов правилу треугольника и параллелограмма. (у доски)
Сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу (точке) сил, называется равнодействующей или результирующей силой.

Сила, которая производит на тело такое же действие, как и несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил.
Нахождение равнодействующей нескольких сил - это геометрическое сложение действующих сил; выполняется по правилу треугольника или параллелограмма.

Проблема урока.
“Однажды Лебедь, Рак да ЩукаВезти с поклажей воз взялисьИ вместе, трое, все в него впряглись;Из кожи лезут вон,А возу все нет ходу!Поклажа бы для них казалась и легка:Да Лебедь рвется в облака,Рак пятится назад,А Щука тянет в воду!Кто виноват из них, кто прав –Судить не нам;Да только воз и ныне там!”
(И.А.Крылов)
В басне выражено скептическое отношение к Александру I, она высмеивает неурядицы в Государственном Совете 1816 г. реформы и комитеты, затеваемые Александром I не в силах были стронуть с места глубоко увязший воз самодержавия. В этом-то, с политической точки зрения, Иван Андреевич был прав. Но мы давайте выясним физический аспект. Прав ли Крылов? Для этого необходимо экспериментально проверить актуальность понятия- равнодействующая сил, приложенных к телу/
II. Выполнение лабораторной работы по учебнику
Записываем тему сегодняшнего урока- тему лабораторной работы. Ознакомьтесь с техникой безопасности на сегодняшнем уроке и распишитесь в журнале по технике безопасности.
Оформляем лабораторную работу.(отчет: тема, цель, оборудование).
Определение равнодействующей для сил, направленных вдоль одной прямой.
Вывод: Равнодействующая двух сил, направленных в одну сторону равна геометрической сумме этих сил.
Определение равнодействующей для сил, направленных под углом.
Сделать соответствующий рисунок. F=F1 +F2
Вывод: Равнодействующая нескольких сил равна геометрической сумме этих сил.
Повторить опыт, изменив значения сил F1 и F2 и результат записать.
Формулируем вывод в выполненной работе.
III. Итог урока.
IV. Домашнее задание: повторить §8,9 .
Рисунок 1Заголовок 315

Приложенные файлы

СЛОЖЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ ПОД УГЛОМ К ДРУГ ДРУГУ.

Оборудование: набор по статике с магнитными держателями.

Для проведения этого опыта на щите подвешивают пружину и оттягивают её двумя динамометрами так, чтобы последние расположились под прямым углом и по­казывали 3 или 4 единицы (150 г и 200 г). Отмечают мелом положение колечка пру­жины и проводят риски позади динамометров, чтобы отметить направление сил [а]. Затем один динамометр убирают, а другим оттягивают пружину так, чтобы колечко вновь оказалось на оставленной ранее метке. Риской на щите отмечают новое поло­жение динамометра и записывают его показание [б].

Убрав динамометр, проводят мелом из отмеченной точки прямые через 3 риски и на этих прямых в произвольном масштабе строят 3 вектора силы [в]. Соединив концы векторов, показывают, что полученный четырехугольник - паралле­лограмм, а вектор равно­действующей представлен в нём диагональю.

Вектор равнодейст­вующей силы полезно на­чертить цветным мелом. Этим можно подчеркнуть, что равнодействующая не является третьей силой, действующей одновре­менно с двумя первыми, а заменяет эти силы . Иногда, без применения цветного мела, векторы составляющих сил зачёркивают.

Правило сложения двух сил, направленных под углом друг к другу, выведено и записано выше в опытах, исходя из определения равнодействующей как силы, эквивалентной по своему действию двум данным силам. Мерой действия служила де­формация пружины.

Проведенный опыт может служить достаточным основанием для введения по­нятия уравновешивающей силы. В описанном опыте сила натяжения пружины является уравновешивающей силой по отношению к двум составляющим или к их равно­действующей.

ОПЫТ № 7

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Вариант А.

Оборудование: прибор для взаимодействия тел и удара шаров.

Установку собирают по рисунку. Контакты и лампочку соединяют последовательно и подключают к источнику питания.

Проверяют работу прибора. Лампочка должна вспыхивать при одновременном замыкании контактов (контакты вначале можно замкнуть, соединяя пластины пальцами). Установив колодки на одинаковом расстоянии от середины шкалы, сжимают пружину-ударник и подводят к ней один из шаров; устанавливают их так, чтобы они касались друг друга против нулевого деления шкалы. После взаимодействия ударник и шар движутся в противоположные стороны, одновременно ударяют о пластины выключателя и лампочка вспыхивает.

По одинаковому пути, пройденному тележками за одно и то же время, можно заключить об одинаковых ускорениях, сообщенных тележками друг другу; одинаково и противоположно направленные ускорения вызываются только одинаковыми по величине и разными по направлению силами.

Вариант Б.

Оборудование: две тележки, маятники.

В данном опыте маятники, подвешенные на нитях и установленные на тележках, позволяют непосредственно измерять величины сил. По отклонению маятников во время взаимодействия можно судить о величинах сил, так как угол отклонения маятника будет пропорционален ускорению тележки.

ОПЫТ № 8

НЕВЕСОМОСТЬ

Вариант А

Оборудование: прибор для демонстрации невесомости.

Во время демонстрации прибор должен свободно падать. Для этого его следует подбросить вверх на высоту не менее 0,5 м.

При свободном падении груз, находясь в состоянии невесомости, освобождает контакты, которые замыкают электрическую цепь лампы накаливания, подключенной к источнику питания. Лампочка загорается. Так как шар полупрозрачный, то свече­ние лампочки хорошо видно.

Вариант Б

Оборудование: груз наборный в 2 кг, штатив универсальный, шнур, полоска

бумаги, мешок с песком.

На прочном шнурке, пропущенном через кольцо штатива, подвешивают груз в 2 кг, состоящий из отдельных ци­линдрических гирь. На другом конце шнура делают петлю, которую зацепляют за крючок муфты на стержне штатива. Между гирями наборного груза закладывают полоску газет­ной или промокательной бумаги и свободный её конец проч­но зажимают в лапке штатива. Отцепив петлю шнурка, медленно опускают груз. Последний натягивает и разрывает бумажную полоску. Из этого можно заключить, что бумаж­ная полоска была достаточно сильно прижата гирей.

Заменяют порванную полоску бумаги такой же целой полоской, отцепляют шнурок и отпускают его. Груз свобод­но падает, а бумажная полоска, освободившись, повисает на лапке штатива.

Опыт показывает, что при свободном падении давление гири на опору отсут­ствуем, т.е. гиря при падении находится в состоянии невесомости.

Решение задачи о сложении нескольких сил, направленных под углом друг к другу, начнем со случая, когда на тело действуют только две силы, не лежащие на одной прямой. В этом случае, как показывает опыт, равновесие тела невозможно; значит, равнодействующая таких сил не может равняться нулю. Например, на тело, подвешенное на нити, действует вертикально сила тяжести, и если нить (а значит, и сила натяжения нити) расположена наклонно к вертикали, то тело не остается в покое. На этом основано устройство отвеса.

Рис. 64. Если динамометры растянуты, то равновесие груза при вертикальном положении нити невозможно

Рис. 65. Условия равновесия трех сил, действующих под углом друг к другу

Другой пример: к телу, подвешенному на нити, прикрепим два динамометра, расположенных горизонтально под углом друг к другу (рис. 64). Легко проверить на опыте, что и в этом случае тело не останется в покое и нить не будет вертикальной ни при каком растяжении динамометров.

Найдем равнодействующую двух сил, направленных под углом друг к другу. Так как равнодействующая равна по модулю и противоположна по направлению уравновешивающей силе (§ 39), то для решения задачи достаточно найти условия равновесия тела под действием трех сил (двух данных и третьей уравновешивающей). Для нахождения этих условий поставим опыт, в котором модули и направления всех сил легко определить. Свяжем три нити, привяжем к ним разные грузы и перекинем две из нитей через блоки (рис. 65). Если масса каждого из грузов меньше суммы масс двух других, то узел займет некоторое положение и будет оставаться в покое; значит, это положение будет положением равновесия. При этом все нити расположатся в одной вертикальной плоскости. На узел действуют силы, и, равные по модулю силам тяжести, действующим на грузы, и направленные вдоль нитей. Каждая из этих сил уравновешивает две остальные. Изобразим силы, приложенные к узлу, отрезками, отложенными от узла, направленными вдоль нитей и равными, в выбранном масштабе, модулям сил. Оказывается, что при равновесии отрезок, изображающий любую из этих сил, совпадает с диагональю параллелограмма, построенного на отрезках, изображающих две другие силы. Эти параллелограммы показаны на рисунке штриховыми линиями. Значит, диагональ параллелограмма изображает равнодействующую двух сил, изображаемых его сторонами, причем равнодействующая направлена в сторону, противоположную третьей силе. Таким образом, силы складываются (как и перемещения) по правилу параллелограмма, т. е. по правилу векторного сложения.

Из правила параллелограмма сил следует, что модуль равнодействующей силы зависит не только от модулей слагаемых сил, но также и от угла между их направлениями. При изменении угла модель равнодействующей изменяется в пределах от суммы модулей сил (если угол равен нулю) до разности модулей большей и меньшей сил (если угол равен 180°). В частном случае сложения двух равных по модулю сил можно, в зависимости от угла между силами, получить любое значение модуля равнодействующей в пределах от удвоенного модуля одной из сил до нуля.

Вместо правила параллелограмма можно применять правило треугольника, как мы это делали для перемещений. При сложении более чем двух сил можно либо прибавлять их векторно одну за другой, либо строить из векторов ломаную; тогда равнодействующая изобразится звеном, замыкающим ломаную. При равновесии ломаная замкнется: равнодействующая будет равна нулю. Например, ломаная из трех уравновешивающихся сил образует треугольник.

Решение задачи о сложении нескольких сил, направленных под углом друг к другу, начнем со случая, когда на тело действуют только две силы, не лежащие на одной прямой. В этом случае, как показывает опыт, равновесие тела невозможно; значит, равнодействующая таких сил не может равняться нулю. Например, на тело, подвешенное на нити, действует вертикально сила тяжести, и если нить (а значит, и сила натяжения нити) расположена наклонно к вертикали, то тело не остается в покое. На этом основано устройство отвеса.

Рис. 64. Если динамометры растянуты, то равновесие груза при вертикальном положении нити невозможно

Рис. 65. Условия равновесия трех сил, действующих под углом друг к другу

Другой пример: к телу, подвешенному на нити, прикрепим два динамометра, расположенных горизонтально под углом друг к другу (рис. 64). Легко проверить на опыте, что и в этом случае тело не останется в покое и нить не будет вертикальной ни при каком растяжении динамометров.

Найдем равнодействующую двух сил, направленных под углом друг к другу. Так как равнодействующая равна по модулю и противоположна по направлению уравновешивающей силе (§ 39), то для решения задачи достаточно найти условия равновесия тела под действием трех сил (двух данных и третьей уравновешивающей). Для нахождения этих условий поставим опыт, в котором модули и направления всех сил легко определить. Свяжем три нити, привяжем к ним разные грузы и перекинем две из нитей через блоки (рис. 65). Если масса каждого из грузов меньше суммы масс двух других, то узел займет некоторое положение и будет оставаться в покое; значит, это положение будет положением равновесия. При этом все нити расположатся в одной вертикальной плоскости. На узел действуют силы, и, равные по модулю силам тяжести, действующим на грузы, и направленные вдоль нитей. Каждая из этих сил уравновешивает две остальные. Изобразим силы, приложенные к узлу, отрезками, отложенными от узла, направленными вдоль нитей и равными, в выбранном масштабе, модулям сил. Оказывается, что при равновесии отрезок, изображающий любую из этих сил, совпадает с диагональю параллелограмма, построенного на отрезках, изображающих две другие силы. Эти параллелограммы показаны на рисунке штриховыми линиями. Значит, диагональ параллелограмма изображает равнодействующую двух сил, изображаемых его сторонами, причем равнодействующая направлена в сторону, противоположную третьей силе. Таким образом, силы складываются (как и перемещения) по правилу параллелограмма, т. е. по правилу векторного сложения.

Из правила параллелограмма сил следует, что модуль равнодействующей силы зависит не только от модулей слагаемых сил, но также и от угла между их направлениями. При изменении угла модель равнодействующей изменяется в пределах от суммы модулей сил (если угол равен нулю) до разности модулей большей и меньшей сил (если угол равен 180°). В частном случае сложения двух равных по модулю сил можно, в зависимости от угла между силами, получить любое значение модуля равнодействующей в пределах от удвоенного модуля одной из сил до нуля.

Вместо правила параллелограмма можно применять правило треугольника, как мы это делали для перемещений. При сложении более чем двух сил можно либо прибавлять их векторно одну за другой, либо строить из векторов ломаную; тогда равнодействующая изобразится звеном, замыкающим ломаную. При равновесии ломаная замкнется: равнодействующая будет равна нулю. Например, ломаная из трех уравновешивающихся сил образует треугольник.