Настройки отображения

Размер шрифта:
Цвета сайта
Изображения

Параметры

Тема «Закон всемирного тяготения.

И опыт-сын ошибок трудных,

И гений- парадоксов друг

А.С.Пушкин

Цели урока:

Образовательные:

  • Закрепить знания по предыдущим темам.
  • Закрепить навыки решения задач (расчетных, качественных, экспериментальных).
  • Совершенствовать навыки применения формул.
  • Повторить основные физические понятия и законы.
  • Научить применять знания, полученные на уроке.
  • Показать связь с жизнью, расширять межпредметные связи.

Воспитательные:

  • Воспитывать добросовестное отношение к учебе.
  • Прививать навыки как самостоятельной работы, так и работы в коллективе.
  • Воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.
  • Формировать интерес к предмету, к учебе, воспитывать инициативу, творческое отношение.
  • Содействовать формированию представлений об общей физической картине мира.
  • Показать объективный характер законов природы.

Развивающие:

  • Развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять необходимые задания.
  • Развивать физическое мышление учащихся, их творческие способности.
  • Расширять познавательный интерес путем привлечения дополнительного материала, а также потребности к углублению и расширению знаний.
  • Развивать речевые навыки.
  • Формировать умения выделять главное, анализировать, сопоставлять полученные результаты, самостоятельно формулировать выводы.
  • Развивать умение применять знания в новой ситуации.
  • Объяснять наблюдаемые явления.
  • Развивать устную и письменную речи, логическое мышление и внимание.

Оборудование: компьютер, телевизор, презентация к уроку, фильмы, интерактивные модели

Тип урока: комбинированный.

 

Ход  урока:

  1. Организационный момент. Объявление темы целей урока.

Мотивация (с использованием слайдов презентации, стихи, фрагменты фильмов, интерактивные модели)

(слайд №1)

Сегодня тема урока будет связана с открытием одного человека, ученого с большой буквы…

Вопрос к классу

(слайд №2)

  • Он появился на свет 14 января 1643 г. в деревушке Вулстроп в семье мелкого фермера, умершего до рождения сына. Младенец был недоношенным; бытуют легенды, что он был так мал, что его поместили в овчинную рукавицу, лежавшую на лавке, из которой он однажды выпал и сильно ударился головкой об пол, а вымыть его можно было в пивной кружке.
  • После серьезной подготовки он в 1660 г. поступил в Кембридж в качестве Subsizzfr'а (так назывались неимущие студенты, которые обязаны были также прислуживать членам колледжа), что не могло не тяготить его. (слайд №2)
  • В 1665г. стал магистром искусств.
  • Впервые объяснил с помощью своего математического метода движения и формы планет, пути комет, приливы и отливы океана. Он первый исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов, которых до того времени никто даже не подозревал.

Вопрос к классу 

Кто этот ученый?                            (И. Ньютон) (Слайд 3)

Вопрос к классу

Какие открытия  Ньютона  мы уже изучили?

(Три закона Ньютона) (Законы движения и взаимодействия тел)

(слайд №4) 1 закон

Показ слайда со стихами формулировки 1 закона Ньютона

Задание 1. Попробуйте дать к формулировку1 закона, определение, опытное обоснование, пояснение.

Вопрос к классу

Представит первый свой закон

Почтенный Исаак Ньютон:

Закон гласит,

Что тело сохранит

Инерционное движенье,

Когда окрестные тела

Не производят впечатленье              

Гиперссылки (Дается   формулировка 1 закона Н., фильм 1 з н. )

 

Задание 2. Попробуйте дать к формулировку2 закона, определение, опытное обоснование, пояснение.

 

(слайд №5)

И. Ньютон, собравши сил,

Все их складывать просил

Результат того сложенья

Обеспечит ускоренье.

Масса же наоборот,

В знаменатель попадет.

Гиперссылки (Дается   формулировка 2 закона Н., фильм 2 з н. )

(Дается   формулировка 2 закона Н.)

 

(слайд №7)

Задание 3. Попробуйте дать к формулировку 3 закона, определение, опытное обоснование, пояснение.

 

Скажи-ка, дядя, ведь недаром и

Ньютон запомнить нас просил:

Все силы существуют парами-

Нет в мире одиноких сил

(гиперссылка определение, фильм 3 закон Ньютона)

 

 

Просмотр сюжетов трех опытов

Задание: Что общего в этих сюжетах?

- (Тяготение тел к Земле) (Слайд 8)

 

(Слайд 9)

Чтение стиха (готовят заранее группа лириков)

 

Первый шаг – и первое падение-

Вот оно, земное тяготение…

Яблока свободное падение-

Результат того же тяготения.

Спутников вокруг Земли движение –

Это тоже сила притяжения.

Океана мощное «дыханье» -

Действие Луны на расстоянии.

Всей Вселенной вечное движение –

Действие закона притяжения.

 

…Всемирное тяготение. Какие величественные слова! Оно всепроникающее, не знающее границ, невидимыми нитями связывает все тела Вселенной. Это великая сила природы! А какому закону она подчиняется? От чего зависит величина этой силы?

 

Существует красивая легенда об открытии этого закона…

Если учащиеся знают расскажут…

Просмотр слайда и чтение стиха

 

(слайд 10)

Ньютон под яблоней сидел
Вот-вот должна прийти идея.
А плод над ним уже созрел,
К земле всей массой тяготея.
Умолкли птицы. Тишина.
Зажглись далекие светила,
И спелым яблоком Луна
Повисла в небе и светила.
Он мыслил, а Луна, кружась,
С Землею Солнце огибала.
Вещей невидимая связь
В ту ночь яснее проступала.
Ньютон взглянул на небосвод…
Но ветка дрогнула, и вот
На землю яблоко упало…
И понял ученый, что нитью одной
Связано яблоко с желтой Луной.
И яблоком спелым упала б Луна,
Когда б не вращалась так быстро она.
Все тяготеют друг к другу!
И падая, мчатся по кругу.

Он понял закон для Земли и Небес:

Вращаясь, планеты теряют свой вес!
И яблоко, падая, - тоже
По весу с планетою схоже…

Е.Ефимовский

 

(слайд 11 История открытия закона в. т.)

 

Сам же Ньютон в своей книге «Математические начала натуральной философии» утверждал «Тяготение существует ко всем телам вообще и пропорционально массе каждого из них… все планеты тяготеют друг к другу… тяготение к каждой из них в отдельности обратно пропорционально квадратам расстояний места до центра этой планеты

Вывел математическую запись для Земли и Луны, которая справедлива для всех тел Вселенной…

(Слайд 12 с формулой и формулировкой закона, Гиперссылка определение закона всемирного тяготения)

 

Сам Ньютон не смог рассчитать значение гравитационной постоянной (не хватало точного эксперимента)

 

(Слайд 13 Опыт  Кавендиша)

Это сделал другой ученый Кавендиш.

(Гиперссылка слайда 13 интерактивная модель, фильм)

Запись значения  гравитационной постоянной (одна из фундаментальных постоянных)

 

(слайд 14)

Формула дает точный расчет в трех случаях:

  • Тела произвольной формы имеют небольшие размеры по сравнению с расстоянием между ними
  • Тела имеют форму шаров
  • Тело любой формы находится вблизи другого шарообразного тела гораздо больших размеров

 

(Сделать рисунки и запись в тетради)

 

В: Как направлены силы тяготения тел?

Применение закона

Просмотр слайдов презентации (Слайды 15-16)

Закрепление новой темы:

 

 (Слайд 19)

Решение задачи:

 

А на море корабли

В дрейф давно уже легли.

Между ними 20 миль.

Коль закон ты не забыл,

Силу ты сумей найти,

Что сближает корабли.

Знай, что эти корабли-

Каждый  массой  тонн пяти.

1морская миля= 1,852км

 

Как и во сколько раз изменится сила тяготения, если при неизменном расстоянии массы тел возрастут вдвое? (увеличится в 4 раза)

Как и во сколько раз изменится сила тяготения, если при неизменных массах тел расстояние между ними увеличится в 2 раза? В 3 раза? (уменьшится в 4 раза, в 9 раз).

 

Подумай и ответь

 

  1. Почему Луна не падает на Землю?
  2. Почему мы замечаем силу притяжения всех тел к Земле, но не замечаем взаимного притяжения между самими этими телами ?
  3. Как двигались бы планеты, если бы сила притяжения Солнца внезапно исчезла?
  4. Как двигалась бы Луна, если бы она остановилась на орбите?
  5. Притягивает ли Землю стоящий на ее поверхности человек? Летящий самолет? Космонавт, находящийся на орбитальной станции?
  6. Некоторые тела (воздушные шары, дым, самолеты, птицы) поднимаются вверх, несмотря на тяготение. Как вы думаете, почему? Нет ли здесь нарушения закона всемирного тяготения?
  7. Что нужно сделать, чтобы увеличить силу тяготения между двумя телами?
  8. Какая сила вызывает приливы и отливы в морях и океанах Земли?
  9. Почему мы не замечаем гравитационного притяжения между окружающими нас телами?

 

(Слайд 20)

Домашняя работа: п 15,16, (упр 15 2,3; зад 61,13; 61 14)

Рефлексия

Фамилия, имя

Что знал?

Что узнал?

С чем не согласен?

Что непонятно?


Подведение итогов урока, выставление оценок.
Дом. Задание: П 15,16

 (упр, 15 (2,3); задачи 61.13; 61.14 )

Творческое задание:

Придумать условие задачи в стихотворной форме.

Тема урока:

«Переменный электрический ток»

Класс: 11

Тип урока: изучение нового материала

Задачи урока:

  • Повторение, обобщение и углубление знаний об электромагнитных колебаниях.
  • Проверить качество и прочность усвоения материала по изученным темам, уровень осмысления и обобщения.
  • Развивать умение наблюдать, сравнивать и сопоставлять изучаемые явления, выделять общие признаки.
  • Научить объяснять явления природы, зная законы физики.
  • Развитие коммуникативных способностей учащихся.
  • Воспитывать познавательный интерес, любознательность, активность, аккуратность при выполнении заданий, интерес к изучаемому предмету.

 

Цели урока:

 

Образовательная: сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

Развивающая: развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, вы­делять главное.

Воспитательная: привить уважение к науке. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

 

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

- каким образом можно получить переменную ЭДС;

- какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока;

- в чём разница между действующими и амплитудными значениями силы тока и напряжения.

 

2.Актуализация опорных знаний

    1) Вопросы для фронтального опроса:

  • Какие колебания называются электромагнитными?
  • В каком устройстве создаются электромагнитные колебания?
  • Из каких частей состоит колебательный контур?
  • От каких величин зависит частота и период колебаний в контуре?
  • Как будут меняться колебания в реальном контуре с течением времени?
  • Что приводит к затуханию колебаний?

2) Тест:

 

Вариант 1

А1.   Если сопротивлением колебательного контура можно пренебречь, то при увеличении ёмкости конденсатора в 4 раза период свободных колебаний…

             1) увеличится в 2 раза                              3)  увеличится в 4 раза

             2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А2.  Как изменится частота свободных электромагнитных колебаний в контуре, если расстояние между пластинами конденсатора увеличить в 4 раза?

            1) увеличится в 2 раза                            3)  увеличится в 4 раза

            2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А3. Заряд  q  на пластинах конденсатора колебательного контура с течением времени меняется  в соответствии с уравнением  q = 10-5cos104πt. Какое из уравнений выражает зависимость силы тока от времени?

    1)  I = 0,1πsin 104πt                  2)   I = 0,1∙ cos(104πt + )              3) I = 0,1∙ sin(104πt + )

А4.   Согласно предыдущего условия задачи определить собственную частоту колебаний ω.

         1)  0,5·10 Гц                      2)   0,5·10 π  рад/с                  3)  10 π  рад/с              4) 10-5 рад/с

 

А5.    Последовательно соединены конденсатор, катушка индуктивности и резистор. Если при неизменной частоте и амплитуде напряжения на концах цепи увеличивать емкость конденсатора от 0 до ∞, то амплитуда тока в цепи будет

         1) монотонно убывать                                     3) монотонно возрастать

         2) сначала возрастать, затем убывать            4) сначала убывать, затем возрастать

 

Вариант 2

А1.   Если сопротивлением колебательного контура можно пренебречь, то при уменьшении ёмкости конденсатора в 4 раза период свободных колебаний…

             1) увеличится в 2 раза                              3)  увеличится в 4 раза

             2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А2.  Как изменится частота свободных электромагнитных колебаний в контуре, если расстояние между пластинами конденсатора увеличить в 4 раза?

            1) увеличится в 2 раза                             3)  увеличится в 4 раза

            2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А3. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью L. Как изменится период свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если емкость конденсатора уменьшить в 3 раза, а индуктивность в 3 раза увеличить?

             1) уменьшится в 3 раза                              3) увеличится в 3 раза

             2) уменьшится в 9 раз                                4) не изменится

А4.   Сила тока   колебательного  контура  с  течением времени меняется  в соответствии с уравнением     i = 10-5cos 104t. Чему равна амплитуда колебаний заряда на конденсаторе?

          1) 1 нКл                      2) 0,1 Кл                         3) 10-5 Кл                        4) 104 Кл

А5.    Чему равен сдвиг фаз между колебаниями заряда и силы тока в колебательном контуре?

          1) π                                  2)                                     3)                           4) 2 π          

 

3.Объяснение нового материала

1) Переменный ток

В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. На практике можно увидеть множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка… (слайд 4)

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток. 

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления  электромагнитной индукции.

   Переменный ток имеет преимущество перед постоянным: напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток? (слайд 5)

Электрический ток, изменяющийся во времени, называют переменным.

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Простейшей моделью такого генератора служит проволочный виток, который вращается в однородном магнитном поле.

Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции:    Ф = BS cos α

       При равномерном вращении рамки угол а увеличивается прямо пропорционально времени:  α = ωt,

где — угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону:            Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет уже роль циклической частоты.

         Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

Ф = BScos α = BScos ωt

e = – Ф¢ = – BS∙(cos ωt)¢ = BSωsin ωt = εmsin ωt,

где  εm = BS∙ω – амплитуда ЭДС индукции.

        Если к рамке подключить колебательный контур,  то угловая скорость ω вращения рамки определит  частоту ω колебаний значений ЭДС, напряжения на paзличныx участках цепи и силы тока.

      Мы будем изучать в дальнейшем вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u =  Um ∙ sin ωt            или           u =  Um cos ωt

где Um— амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле:

i= Im∙sin (ωt + φc)

Здесь Im - амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φc — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

В промышленных цепях переменного тока сила тока и напряжение меняются гармонически с частотой     v = 50 Гц. Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Рассмотрим принцип действия генератора: возьмем рамку, состоящую из n витков, и соединим ее с гальванометром с помощью колец и скользящих по ним контактов (щеток). Когда рамка вращается в магнитном поле постоянного магнита, то стрелка гальванометра совершает колебания около положения равновесия. Это означает, что в цепи появился переменный ток. Этот опыт моделирует работу генератора переменного тока. Конструкция и действие реального генератора, используемого в промышленности, значительно сложнее.

 

 

 

2) Активное сопротивление

Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R. Эту величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением.

Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от  генератора.

Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они  нагреваются.   Будем  считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону:      u =  Um sin ωt

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома:

Из этой формулы следует, что колебания силы тока на резисторе совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Амплитуда силы тока определяется равенством

Мощность в цепи с резистором

В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются сравнительно быстро. Поэтому при прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет быстро меняться со временем. Но этих быстрых изменений мы не замечаем.

Как правило, нам нужно бывает знать среднюю мощность тока на участке цепи за большой промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно найти среднюю мощность за один период. Под средней за период, мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к периоду.

Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой  

P = I2R.

На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать практически постоянным.  Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой           P = i2R

Среднее значение мощности за период

 

График зависимости мгновенной мощности от времени изображен на рисунке

 

График изменения мгновенной мощности с течением времени

 

 

 

 

         Несмотря на то что мощность переменного тока непрерывно меняется, ее среднее значение за любой период одинаково.

Приравниваем выражения для средней мощности переменного тока и мощности постоянного тока:

 

Выразим силу тока I:    Эту величину называют действующим значением силы переменного тока.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который выделяет в проводнике ту же мощность, что и переменный ток за то же время.

 

Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: - эту величину называют действующим значением напряжения переменного тока.

Действующее значение напряжения в осветительной сети равно 220 В, а амплитудное значение напряжения при этом составляет  

С учетом предыдущих формул можно выразить среднюю мощность переменного тока:  Рср = IU

Амперметры и вольтметры переменного тока обычно градуируют по действующим значениям силы тока и напряжения.

 

4.Закрепление и обобщение нового материала.

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

- что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

- на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

- чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

- как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

- как определяется мощность в цепи переменного тока?

Решение задачи:

 

5.Подведение итогов урока.             (Выставление оценок и их комментарий)

6.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «Физика – 11», упр.4(№5)