Методическая разработка урока физики: Импульс тела. Закон сохранения импульса

Тема урока по физике: Импульс тела. Закон сохранения импульса. 9 класс.

Цели урока: усвоить понятие импульса тела, понятие замкнутой системы, вывести закон сохранения импульса, научится решать задачи на закон сохранения.

Задачи:

Образовательные: формировать понятия «импульс тела», «импульс силы»; добиться усвоения учащимися формулировки и вывода закона сохранения импульса.

Развивающие: продолжить совершенствование навыков решения задач с учетом теоретических знаний.

Воспитательные: показать объективность проявления закона сохранения импульса, учёт и использование его на практике.

Оборудование: металлические шарики, тележки демонстрационные, желоб лабораторный металлический, штатив с муфтой и лапкой

ХОД УРОКА

1. Актуализация знаний. Повторение изученного материала

В чём заключается основная задача механики?

Как формулируется второй закон Ньютона?

О чём гласит третий закон Ньютона?

2. Изучение нового материала

Законы движения позволяют решать задачи механики, если известны силы, приложенные к телам. Но во многих случаях законы движения нельзя использовать для решения задач именно потому, что неизвестны силы. Когда, например, приходится рассматривать столкновение двух тел, будь то столкновение автомобилей, бильярдных шаров, трудно определить значения возникающих сил. Значит, кроме силы в физике есть другая величина, которая позволяет решать задачи при взаимодействии тел. Это импульс тела.

Ребята, тема нашего урока «Импульс тела. Закон сохранения импульса».

Импульсом тела называется величина, равная произведению массы тела на его скорость. Обозначим импульс (его также называют иногда количеством движения) буквой . Тогда Из формулы видно, что импульс — векторная величина. Направление вектора импульса тела всегда совпадает с направлением вектора скорости движения. Единица импульса не имеет особого названия. Ее наименование получается из определения этой величины:

[p] = [m] · [] = 1 кг · 1 м/с = 1 кг·м/с .

При расчетах пользуются уравнением для проекций векторов: p_x = m_x. Запишем второй закон Ньютона в виде: 

С другой стороны: 

Подставим это выражение в формулу второго закона Ньютона. После преобразования, получим 

Данная формула устанавливает взаимосвязь между действующей на тело силой, временем её действия и изменением скорости тела. Изменение импульса равно произведению силы, приложенной к телу, на время ее действия. Величина – импульс силы. Изменение импульса тела равно импульсу силы.

Импульс обладает интересным и важным свойством, которое есть у немногих физических величин – это свойство сохранения.

Опыт 1

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Что происходит с импульсом? Исчезло?

Ученик. Импульс сохранился.

Опыт 2

Рисунок 3.

Учитель. Тележка обладает импульсом? 
Ученик. Нет, т.к. его скорость равна нулю.
Учитель. Шарик обладает импульсом? 
Ученик. Обладает.
Учитель. Что происходит с импульсом?
Ученик. Импульс сохраняется не полностью.

Опыт 3

Рисунок 4.

Учитель. Что происходит с импульсом?
Ученик. Импульс пропал.
Учитель. В зависимости от случая импульс сохраняется, сохраняется не полностью, исчезает. Нравится ли такой закон? 
Ученик. Нет.
Учитель. В природе все тела и явления взаимосвязаны и взаимообусловливают друг друга. Но, несмотря на это, при решении некоторых задач механики можно не учитывать влияния на некоторую группу тел всех остальных тел. Такая условно выделенная группа тел, не взаимодействующая с внешними телами, носит название замкнутой системы. 
В природе замкнутых систем тел нет. Иногда можно исключить действие внешних сил (ружье и пуля в его стволе, Солнце и планеты, пушка и снаряд).

Рассмотрим упругое столкновение, где нет потерь энергии.

Рисунок 5.

Пусть замкнутая система состоит из двух тел массами m₁ и m₂, которые до столкновения имеют скорости и (см. Рисунок 5), а после столкновения - 

Система будет замкнутая, так как силы тяжести уравновешены силами упругости поверхности, а силы сопротивления малы. Во время столкновения возникают силы (1).

По второму закону Ньютона каждую из этих сил можно заменить произведением массы на ускорение, полученное каждым из шаров при взаимодействии:

Ускорения, как мы знаем, определяются из равенств:

Заменив в уравнении (2) ускорения соответствующими выражениями из уравнений (3) и (4), получим:

В результате сокращения обеих частей уравнения (5) на t получим:

или

Сгруппируем члены уравнения (6) следующим образом:

Учитывая, что  запишем уравнение (7) в таком виде:

Левые части уравнений (7) и (8) представляют собой суммарный импульс шаров после их взаимодействия, а правые — суммарный импульс до взаимодействия.

Значит, несмотря на то, что импульс каждого из шаров при взаимодействии изменился, векторная сумма их импульсов после взаимодействия осталась такой же, как и до взаимодействия.

Уравнения (7) и (8) являются математической записью закона сохранения импульса.

Таким образом, векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел.

В этом заключается закон сохранения импульса.

Взаимодействия бывают: 1) упругими, 2) неупругими.

Алгоритм решения задач:

1. Записать условие.
2. Схематически показать взаимодействие тел до и после взаимодействия.
3. Записать для данной задачи закон сохранения импульса в векторной форме.
4. Найти проекции скоростей на ось ОХ.
5. Заменить векторы скоростей их проекциями. 
6. Из полученного уравнения найти искомую величину.

3. Решение задач

С тележки, движущейся со скоростью 2 м/с, спрыгивает мальчик со скоростью 1 м/с, направленной горизонтально против хода тележки. Масса мальчика равна 45 кг, а масса тележки – 30 кг. С какой скоростью будет двигаться тележка сразу после того, как мальчик спрыгнул с нее?

Решение.

Используя закон сохранения импульса запишем уравнение в векторном виде:

Спроектируем полученное векторное уравнение на ось ОХ:

₂ = ((45 кг + 30 кг) * 2 м/с + 45 кг )* 1 м/с) / 30 кг = 6,5 м/с

Ответ: ₂ = 6,5 м/с.

4. Домашнее задание: § 21, 22, Упр 21 (2).

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/97163-metodicheskaja-razrabotka-uroka-fiziki-impuls