الأقسام: الفيزياء

فصل: 7

نوع الدرس:تعلم مواد جديدة.

أهداف الدرس وغاياته:

• تعليمي:
  • تقديم المفاهيم الأساسية للحركة الميكانيكية: نسبية الحركة ، المسار ، المسافة المقطوعة ، الحركة المنتظمة وغير المنتظمة ؛
  • تقديم مفهوم السرعة ككمية فيزيائية وصيغة ووحدات قياسها.
• تعليمي:
  • طور الاهتمامات المعرفيةوالقدرات الفكرية والإبداعية والاهتمام بدراسة الفيزياء.
• تعليمي:
  • تطوير مهارات اكتساب المعرفة بنفسها ، وتنظيم الأنشطة التعليمية ، وتحديد الأهداف ، والتخطيط ؛
  • لتكوين القدرة على تنظيم وتصنيف وتعميم المعرفة المكتسبة ؛
  • تنمية مهارات الاتصال لدى الطلاب.

أثناء الفصول

I. لحظة تنظيمية

ثانيًا. الواجب المنزلي:§§13-14 ، على سبيل المثال. 3 (شفهي).

ثالثا. شرح مادة جديدة

1. ابدأ الدرس بإعلان موضوع جديددرس وحاول الإجابة على السؤال: "ما الذي يسمح لنا بالحكم على ما إذا كان الجسد يتحرك أم في حالة راحة؟". بعد إجابات الطلاب ، نقتبس مقتطفًا من قصيدة أ.س.بوشكين "الحركة" (انظر الشكل 1).
في المقطع ، أثيرت نقطة مهمة للغاية ، ضرورية للتفكير حول ما إذا كان الجسم يتحرك أو في حالة راحة. وهي ، بالنسبة إلى الهيئات التي تحدث الحركة أو لا تحدث. كيف يمكنك معرفة ما إذا كان الجسم يتحرك أم في حالة راحة؟

أرز. واحد ( عرض، الشريحة 2)

2. نسبية الحركة.

من أجل عزل هذه العلامة المميزة للحركة الميكانيكية مثل النسبية ، دعونا نفكر ونحلل تجربة بسيطة مع عربة تتحرك على طاولة. دعونا نفكر فيما يتعلق بالموضوعات التي ينتقل إليها ، وفيما يتعلق بأي موضوع يرتكز عليه (انظر الشكل 2 ، 3).

أرز. 2 (الشرائح 4-10).

أرز. 3 (الشريحة 11).

رابعا. من أجل دمج المادة ، نقوم بحل المهام التالية:

مهمة 1.وضح فيما يتعلق بالأجسام التالية التي تكون في حالة راحة وفيما يتعلق بما - في حالة حركة: راكب في شاحنة متحركة ؛ سيارة تتبع شاحنة على نفس المسافة ، حمولة في مقطورة سيارة.

المهمة 2.ما هي أجساد الشخص الذي يقف على الرصيف في حالة الراحة وما هي الأجسام التي يتحرك فيها؟

أرز. 4 (الشريحة 12).

المهمة 3.ضع قائمة بالجثث المتعلقة بسائق الترام المتحرك في حالة راحة.

يجيب التلاميذ عادة أن الشخص في حالة راحة بالنسبة إلى الرصيف والشجرة وإشارة المرور والمنزل والمتحرك بالنسبة إلى سيارة تسير على طول الطريق. في هذه الحالة ، يجب على الطلاب الانتباه إلى حقيقة أن شخصًا ، مثل الأرض ، يتحرك بسرعة 30 كم / ثانية بالنسبة للشمس.

3. مسار الحركة.

بعد ذلك ، نقدم مفهوم المسار ، واعتمادًا على شكله ، نميز بين نوعين من الحركة: المستقيم والمنحني. بادئ ذي بدء ، نلفت انتباه الطلاب إلى حركة مثل هذه الأجسام ، التي يمكن رؤية مساراتها بوضوح (انظر الشكل 5). نقدم هنا مفهوم المسافة المقطوعة ككمية مادية تقاس بطول المسار الذي يتحرك فيه الجسم لفترة زمنية معينة. في هذا الصدد ، نكرر الوحدات الأساسية لقياس الطول المعروفة من مسار الرياضيات.

أرز. 5 (شريحة 15).

المهمة 4.طابق مثال الحركة الميكانيكية مع نوع مسار الأدوات.

نوع المسار على سبيل المثال

أ) سقوط النيزك 1) الدائرة
ب) حركة عقرب ساعة التوقيف 2) منحنى
ج) قطرة مطر تسقط في هدوء 3) خط مستقيم
طقس.

المهمة 5.عبر عن المسافة المقطوعة بالأمتار:

65 كم
0.54 كم
4 كم 300 م
2300 سم
4 م 10 سم

(الشريحة 16).

4. حركة موحدة مستقيمة

مزيد من النظر في ما هي أنواع الحركة الموجودة؟ دعنا نحدد نوع الحركة التي تسمى موحدة. حركة يسافر فيها الجسم مسافات متساوية في فترات زمنية متساوية. ضع في اعتبارك مثالاً على الحركة المنتظمة المستقيمة (انظر الشكل 6).

دحرجة الجسم على مستوى مائل (الشكل 2) ؛

أرز. 2. دحرجة الجسم على مستوى مائل ()

السقوط الحر (الشكل 3).

كل هذه الأنواع الثلاثة من الحركة ليست موحدة ، أي أن السرعة تتغير فيها. في هذا الدرس ، سنلقي نظرة على حركة متفاوتة.

حركة موحدة - حركة ميكانيكية، حيث يقطع الجسم نفس المسافة في أي فترات زمنية متساوية (الشكل 4).

أرز. 4. حركة موحدة

تسمى الحركة غير المتكافئة.، حيث يغطي الجسم مسافات غير متساوية في فترات زمنية متساوية.

أرز. 5. حركة متفاوتة

تتمثل المهمة الرئيسية للميكانيكا في تحديد موضع الجسم في أي وقت. مع الحركة غير المتكافئة ، تتغير سرعة الجسم ، لذلك من الضروري معرفة كيفية وصف التغيير في سرعة الجسم. لهذا ، يتم تقديم مفهومين: متوسط ​​السرعة والسرعة اللحظية.

ليس من الضروري دائمًا مراعاة حقيقة تغيير سرعة الجسم أثناء الحركة غير المتساوية ؛ عند التفكير في حركة الجسم على جزء كبير من المسار ككل (لا نهتم بالسرعة في كل لحظة من الوقت) ، فمن الملائم تقديم مفهوم متوسط ​​السرعة.

على سبيل المثال ، يسافر وفد من تلاميذ المدارس من نوفوسيبيرسك إلى سوتشي بالقطار. المسافة بين هذه المدن سكة حديديةحوالي 3300 كم. كانت سرعة القطار عند مغادرته لتوه من نوفوسيبيرسك ، هل هذا يعني أنه في منتصف الطريق كانت السرعة نفس الشيء ، ولكن عند مدخل سوتشي [M1]؟ هل من الممكن ، بوجود هذه البيانات فقط ، التأكيد على أن وقت الحركة سيكون (الشكل 6). بالطبع لا ، لأن سكان نوفوسيبيرسك يعرفون أن القيادة إلى سوتشي تستغرق حوالي 84 ساعة.

أرز. 6. التوضيح على سبيل المثال

عند التفكير في حركة جسم على جزء طويل من المسار ككل ، يكون من الأنسب تقديم مفهوم السرعة المتوسطة.

سرعة متوسطةيسمى نسبة الحركة الكلية التي قام بها الجسم إلى الوقت الذي تم فيه هذه الحركة (الشكل 7).

أرز. 7. متوسط ​​السرعة

هذا التعريف ليس مناسبًا دائمًا. على سبيل المثال ، يجري رياضي مسافة 400 متر - لفة واحدة بالضبط. إن إزاحة الرياضي هي 0 (الشكل 8) ، لكننا نفهم أن متوسط ​​سرعته لا يمكن أن يساوي صفرًا.

أرز. 8. النزوح هو 0

من الناحية العملية ، غالبًا ما يتم استخدام مفهوم متوسط ​​سرعة الأرض.

متوسط ​​سرعة الأرض- هذه هي نسبة المسير الكامل الذي يقطعه الجسم إلى الوقت الذي يسير فيه المسير (الشكل 9).

أرز. 9. متوسط ​​سرعة الأرض

هناك تعريف آخر لمتوسط ​​السرعة.

متوسط ​​السرعة- هذه هي السرعة التي يجب أن يتحرك بها الجسم بشكل موحد ليغطي مسافة معينة في نفس الوقت الذي قطعه فيه ، متحركًا بشكل غير متساو.

من مسار الرياضيات ، نعرف ما هو المعنى الحسابي. للأرقام 10 و 36 سوف تساوي:

لمعرفة إمكانية استخدام هذه الصيغة لإيجاد متوسط ​​السرعة ، سنحل المسألة التالية.

مهمة

يتسلق راكب الدراجة منحدرًا بسرعة 10 كم / ساعة في 0.5 ساعة. علاوة على ذلك ، بسرعة 36 كم / ساعة ، ينخفض ​​في غضون 10 دقائق. أوجد السرعة المتوسطة لراكب الدراجة (شكل 10).

أرز. 10. توضيح المشكلة

منح:; ; ;

لايجاد:

قرار:

بما أن وحدة قياس هذه السرعات هي كم / س ، فسنوجد متوسط ​​السرعة كم / س. لذلك ، لن تتم ترجمة هذه المشكلات إلى النظام الدولي للوحدات. دعنا نحول إلى ساعات.

متوسط ​​السرعة:

يتكون المسار الكامل () من المسار لأعلى المنحدر () ولأسفل المنحدر ():

طريق صعود المنحدر هو:

مسار الانحدار هو:

الوقت المستغرق لإكمال المسار هو:

إجابه:.

بناءً على إجابة المشكلة ، نرى أنه من المستحيل استخدام صيغة المتوسط ​​الحسابي لحساب متوسط ​​السرعة.

لا يكون مفهوم السرعة المتوسطة مفيدًا دائمًا لحل المشكلة الرئيسية للميكانيكا. بالعودة إلى مشكلة القطار ، لا يمكن الجدال أنه إذا كان متوسط ​​السرعة على مدار رحلة القطار بأكملها ، فسيكون بعد 5 ساعات على مسافة من نوفوسيبيرسك.

يتم استدعاء متوسط ​​السرعة المقاسة خلال فترة زمنية متناهية الصغر سرعة الجسم اللحظية(على سبيل المثال: عداد السرعة للسيارة (الشكل 11) يوضح السرعة اللحظية).

أرز. 11. يظهر عداد السيارة السرعة لحظية

هناك تعريف آخر للسرعة اللحظية.

سرعة فورية- سرعة الجسم في وقت معين ، وسرعة الجسم عند نقطة معينة من المسار (الشكل 12).

أرز. 12. السرعة الفورية

لفهم هذا التعريف بشكل أفضل ، ضع في اعتبارك مثالاً.

دع السيارة تتحرك في خط مستقيم على جزء من الطريق السريع. لدينا رسم بياني لاعتماد إسقاط الإزاحة في الوقت المناسب لحركة معينة (الشكل 13) ، دعنا نحلل هذا الرسم البياني.

أرز. 13. رسم بياني لإسقاط الإزاحة مقابل الوقت

يوضح الرسم البياني أن سرعة السيارة ليست ثابتة. لنفترض أنك بحاجة إلى إيجاد السرعة اللحظية للسيارة بعد 30 ثانية من بدء المراقبة (عند النقطة أ). باستخدام تعريف السرعة اللحظية ، نجد معامل متوسط ​​السرعة خلال الفترة الزمنية من إلى. للقيام بذلك ، ضع في اعتبارك جزءًا من هذا الرسم البياني (الشكل 14).

أرز. 14. رسم بياني لإسقاط الإزاحة مقابل الوقت

من أجل التحقق من صحة إيجاد السرعة اللحظية ، نجد الوحدة النمطية لمتوسط ​​السرعة للفترة الزمنية من إلى ، ولهذا فإننا نعتبر جزءًا من الرسم البياني (الشكل 15).

أرز. 15. رسم بياني لإسقاط الإزاحة مقابل الوقت

احسب متوسط ​​السرعة لفترة زمنية معينة:

تلقينا قيمتين للسرعة اللحظية للسيارة بعد 30 ثانية من بدء الملاحظة. بتعبير أدق ، ستكون القيمة التي يكون فيها الفاصل الزمني أقل ، أي. إذا قللنا الفترة الزمنية المدروسة بقوة أكبر ، فإن السرعة اللحظية للسيارة عند هذه النقطة أسيتم تحديده بدقة أكبر.

السرعة اللحظية هي كمية متجهة. لذلك ، بالإضافة إلى العثور عليها (إيجاد الوحدة النمطية الخاصة بها) ، من الضروري معرفة كيفية توجيهها.

(في) - السرعة اللحظية

يتزامن اتجاه السرعة اللحظية مع اتجاه حركة الجسم.

إذا كان الجسم يتحرك بشكل منحني ، فإن السرعة اللحظية يتم توجيهها عرضيًا إلى المسار عند نقطة معينة (الشكل 16).

التمرين 1

هل يمكن أن تتغير السرعة اللحظية () في الاتجاه فقط دون تغيير القيمة المطلقة؟

قرار

للحصول على حل ، ضع في اعتبارك المثال التالي. يتحرك الجسم على طول مسار منحني (الشكل 17). حدد نقطة على المسار أو نقطة ب. لاحظ اتجاه السرعة اللحظية عند هذه النقاط (يتم توجيه السرعة اللحظية بشكل عرضي إلى نقطة المسار). دع السرعات تكون متطابقة في القيمة المطلقة وتساوي 5 م / ث.

إجابه: يمكن.

المهمة 2

هل يمكن أن تتغير السرعة اللحظية فقط في القيمة المطلقة دون تغيير الاتجاه؟

قرار

أرز. 18. توضيح المشكلة

يوضح الشكل 10 ذلك عند هذه النقطة أوفي هذه النقطة بيتم توجيه السرعة اللحظية في نفس الاتجاه. إذا كان الجسم يتحرك بعجلة منتظمة ، إذن.

إجابه:يمكن.

في هذا الدرس ، بدأنا في دراسة الحركة غير المتكافئة ، أي الحركة بسرعات متفاوتة. خصائص الحركة غير المنتظمة هي سرعات متوسطة ولحظية. يعتمد مفهوم السرعة المتوسطة على الاستبدال العقلي للحركة غير المستوية بحركة موحدة. أحيانًا يكون مفهوم السرعة المتوسطة (كما رأينا) مناسبًا جدًا ، ولكنه غير مناسب لحل المشكلة الرئيسية للميكانيكا. لذلك ، تم تقديم مفهوم السرعة اللحظية.

فهرس

1. ج. مياكيشيف ، ب. بوكوفتسيف ، ن. سوتسكي. الفيزياء 10. - م: التربية ، 2008.
2. أ. ريمكيفيتش. الفيزياء. كتاب المشاكل 10-11. - م: بوستارد ، 2006.
3. ا. سافتشينكو. مشاكل في الفيزياء. - م: نوكا ، 1988.
4. أ. بيريشكين ، في. كروكليس. دورة فيزياء. T. 1. - م: الدولة. uch.-ped. إد. دقيقة. تعليم روسيا الاتحادية الاشتراكية السوفياتية ، 1957.

1. بوابة الإنترنت "School-collection.edu.ru" ().
2. بوابة الإنترنت "Virtulab.net" ().

الواجب المنزلي

1. الأسئلة (1-3 ، 5) في نهاية الفقرة 9 (ص 24) ؛ ج. مياكيشيف ، ب. بوكوفتسيف ، ن. سوتسكي. فيزياء 10 (انظر قائمة القراءة الموصى بها)
2. هل من الممكن ، بمعرفة متوسط ​​السرعة لفترة زمنية معينة ، إيجاد الحركة التي يقوم بها الجسم لأي جزء من هذه الفترة؟
3. ما الفرق بين السرعة اللحظية في الحركة المستقيمة المنتظمة والسرعة اللحظية في الحركة غير المنتظمة؟
4. أثناء قيادة السيارة ، تم أخذ قراءات عداد السرعة كل دقيقة. هل يمكن تحديد متوسط ​​سرعة السيارة من هذه البيانات؟
5. ركب الدراج الثلث الأول من الطريق بسرعة 12 كيلومترًا في الساعة ، والثالث الثاني بسرعة 16 كيلومترًا في الساعة ، والثلث الأخير بسرعة 24 كيلومترًا في الساعة. أوجد متوسط ​​سرعة الدراجة للرحلة بأكملها. أعط إجابتك بالكيلومتر / الساعة

التحضير لـ ZNO. الفيزياء.
ملخص 2. حركة متفاوتة.

5. حركة أحادية المتغير (متسارعة بشكل منتظم)

حركة متفاوتة- حركة متغيرة السرعة.
تعريف. سرعة فورية- سرعة الجسم عند نقطة معينة من المسار ، في وقت معين. يتم العثور عليها من خلال نسبة حركة الجسم إلى الفترة الزمنية ∆t ، التي تم خلالها إجراء هذه الحركة ، إذا كان الفاصل الزمني يميل إلى الصفر.

تعريف. التسريع - قيمة توضح مقدار تغير السرعة خلال فترة زمنية ∆t.

أين هو النهائي ، والسرعة الأولية للفترة الزمنية المدروسة.

تعريف. حركة مستقيمة متغيرة بشكل متساوٍ (متسارع بشكل موحد)- هذه حركة تتغير فيها سرعة الجسم بقيمة متساوية لأي فترات زمنية متساوية ، أي هي حركة ذات تسارع مستمر.

تعليق.بقول أن الحركة يتم تسريعها بشكل موحد ، فإننا نعتبر أن السرعة تزداد ، أي إسقاط التسارع عند التحرك على طول الاتجاه المرجعي (تتطابق السرعة والتسارع في الاتجاه) ، والتحدث - تباطأ بشكل متساوٍ ، فنحن نعتبر أن السرعة تتناقص ، أي (يتم توجيه السرعة والتسارع تجاه بعضهما البعض). في الفيزياء المدرسية ، عادةً ما تسمى هاتان الحركتان بالتسارع المنتظم.

معادلات الإزاحة م:

الرسوم البيانية للحركة المستقيمة متغيرة بشكل منتظم (متسارع بشكل موحد):

الرسم البياني عبارة عن خط مستقيم موازٍ لمحور الوقت.

الرسم البياني عبارة عن خط مستقيم مبني "بالنقاط".

تعليق.يبدأ الرسم البياني للسرعة دائمًا من السرعة الأولية.

الغرض من الدرس: نستمر في تشكيل مفاهيم المتوسط ​​واللحظية و سرعات نسبية؛ نقوم بتحسين القدرة على التحليل والمقارنة وبناء الرسوم البيانية.

خلال الفصول

1. فحص الواجب المنزليمن خلال العمل المستقل

الخيار 1

أ) ما نوع الحركة التي تعتبر موحدة؟

ب) اكتب معادلة الحركة المنتظمة المستقيمة لنقطة في شكل متجه.

ج) تعطى حركات جسمين بواسطة المعادلات: x1 = 5 - t ،

وصف طبيعة حركة الجثث. أوجد الإحداثيات الأولية ، ومعامل واتجاه سرعاتها. ارسم الرسوم البيانية للحركة ، الرسوم البيانية للسرعة Vx (t). تحديد وقت ومكان اجتماع هذه الهيئات تحليليًا وبيانيًا.

الخيار 2

أ) ما هي سرعة الحركة المستقيمة والموحدة؟

ب) اكتب معادلة الحركة المستقيمة لنقطة في شكل إحداثيات.

ج) توصف المعادلات حركة اثنين من راكبي الدراجات: x1 = 12t؛

صِف طبيعة حركة كل راكب دراجة ، أوجد معامل واتجاه سرعاتهما ، Vx (t). تحديد وقت ومكان الاجتماع بيانيا وتحليليا.

2. تعلم مواد جديدة

مفهوم متجه السرعة المتوسطة: هذا هو نسبة متجه الإزاحة إلى الوقت الذي حدث خلاله هذا الإزاحة. Vcr = Δr / Δt

بمعرفة معامل متجه السرعة المتوسطة ، من المستحيل تحديد المسار الذي يقطعه الجسم ، لأن مقياس متجه الإزاحة لا يساوي المسار الذي يتم قطعه في نفس الوقت.

مفهوم وحدة السرعة المتوسطة (السرعة الأرضية) Vav = S / Δ t

وحدة متوسطة السرعة يساوي النسبةالمسار S إلى الفاصل الزمني Δt ، الذي تم خلاله تمرير هذا المسار.

مفهوم السرعة اللحظية (محادثة مع الطلاب)

ما سرعة الحركة المتناوبة التي يظهرها عداد سرعة السيارة؟

حول ما السرعة في السؤالفي الحالات التالية:

أ) سافر القطار بين المدن بسرعة 60 كم / ساعة.

ب) سرعة المطرقة عند الاصطدام 8 م / ث ؛

ج) قطار سريع يمر بإشارة ضوئية بسرعة 30 كم / ساعة

يُطلق على متوسط ​​السرعة المقاسة خلال فترة زمنية قصيرة بحيث يمكن اعتبار الحركة موحدة خلال هذه الفترة السرعة اللحظية أو السرعة ببساطة.

Vcr = Δr / Δt ؛ في t → 0 Vav → Vmgn (v)

يتطابق اتجاه متجه السرعة المتوسطة مع متجه الإزاحة Δr ، في الفاصل الزمني Δt → 0 ، عندما ينخفض ​​المتجه Δr في القيمة المطلقة ويتزامن اتجاهه مع اتجاه المماس عند نقطة معينة من المسار.

مفهوم السرعة النسبية

تتم إضافة السرعات وفقًا للصيغة: S2 = S1 + S ، حيث S1 هي إزاحة الجسم بالنسبة للإطار المرجعي المتحرك ؛ S هو إزاحة الإطار المرجعي المتحرك ؛ S2 هي حركة الجسم بالنسبة للإطار المرجعي الثابت.

دعنا نغير الترميز مع مراعاة المعرفة حول متجه نصف القطر:

بقسمة جانبي المعادلة على Δt ، نحصل على: Δr2 / Δt = Δr1 / t + Δr / Δt أو V2 = V1 + V حيث

V1 هي سرعة الجسم بالنسبة للإطار المرجعي الأول (المتحرك) ؛

V هي سرعة الإطار المرجعي المتحرك:

V2 هي سرعة الجسم بالنسبة للإطار المرجعي الثاني (الثابت).

حل المشكلات لتوحيد المادة المدروسة

قطع سائق الدراجة النارية مسافة 90 كيلومترًا في أول ساعتين ، وتحرك بسرعة 50 كيلومترًا في الساعة خلال الساعات الثلاث التالية. ما هو متوسط ​​سرعة سائق الدراجة النارية طوال الرحلة؟

T \ u003d 2 س معادلة متوسط ​​السرعة: Vav \ u003d S / t

S = 90 كم