Явище інерції. Маса тіла.

Мета.

Навчальна. Встановити наслідки взаємодії тіл. Ввести поняття інерції, інертності та маси тіла. Встановити взаємозв’язок між масами тіл та зміною їх швидкості під час взаємодії.

Розвиваюча. Розвивати логічне та алгоритмічне мислення.

Виховна. Виховувати ціннісне ставлення до природи та людей.

Тип уроку. Урок засвоєння нового матеріалу.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 7 клас, Бар'яхтар В. Г. Довгий С. О., видавництво "Ранок"  
• Демонстрація. Інертність тіл (штатив з муфтою та лапкою, важок, нитка)
• Демонстрація. Інертність тіла (дерев’яний брусок, листок паперу, картон, монета, склянка з водою, молоток)
• Демонстрація. Інертність тіла (ковадло, молоток, склянка, 2 штативи з муфтами та лапками, паперові кільця, тоненька дерев ‘яна рейка, металевий прут)
• Демонстрація. Вимірювання маси тіла через взаємодію (2 легенькі візочки, пружина, нитка, сірники)
• Відео. Явище інерції (Час показу 2:02 хв)
• Відео. Досліди на інерцію (Час показу 2:44 хв)
• Відео. Зважування повітря (Час показу 2:32 хв)

План

1. Організаційний момент.
2. Явище інерції. Маса тіла.
3. Вчимося розв’язувати задачі.
4. Запитання до уроку.
5. Домашнє завдання.
6. Перевір себе.
7. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент.

Введення в тему

2. Явище інерції. Маса тіла.

Міркуємо разом. У житті людини існує багато загадок, які вона намагається пояснити. Не менш цікавою загадкою є явище інерції. Саме завдяки цьому явищу ми можемо спостерігати як прекрасне видовище - струшування води з ягід вишні так і неприємні ситуації, пов`язані з аваріями на дорогах, падіння з велосипеда тощо.

Спробуємо розібратися у чому полягає суть явища інерції та як це явище пов’язане з масою та її вимірюванням?

Явище інерції. Понад 2500 років тому давньогрецький філософ Аристотель, розмірковуючи про причини руху тіл, дійшов розумного з точки зору здорового глузду, але хибного з погляду фізики висновку: якщо на тіло нічого не діє, то воно має перебувати в стані спокою, а для підтримки руху тіла потрібна постійна дія на нього інших тіл.

а)  б)

Мал. а) Аристотель; б) Галілео Галілей

Такі міркування, на перший погляд, відповідають повсякденному досвіду. Але наприкінці ХVІ ст. видатний італійський вчений Галілео Галілей, провівши досліди зі скочування кульок похилим жолобом та здійснивши уявний експеримент, взяв під сумнів міркування Арістотеля і встановив, що ідеї давньогрецького філософа не можуть правильно пояснити причини руху тіл.

Коли кулька скочується жолобом униз, вона набирає швидкість; коли закочується вгору, сповільнює свій рух. Галілей поставив запитання:

 Як буде рухатися кулька горизонтальним гладеньким жолобом, коли руху нічого не заважатиме?

Відповідь була несподіваною: кулька рухатиметься прямолінійно з незмінною швидкістю.

Явище збереження швидкості руху тіла за відсутності дії на нього інших  тіл називають інерцією.

Умова руху тіла з незмінною швидкістю відома в механіці як закон інерції: якщо на тіло не діють інші тіла, або дії інших тіл компенсуються, то воно, або перебуває в стані спокою, або рухається прямолінійно і рівномірно.

Відео. Явище інерції (Час показу 2:02 хв)

Чому кулька продовжує рух після того як візок зупинився?

Мал. Після того як візок зупинився, кулька продовжує рух.

Властивість тіла, яка полягає у тому, що для зміни його швидкості під час взаємодії з будь-якими іншими тілами потрібен певний час називають інертністю. Інертні властивості тіла виявляються тоді, коли ми намагаємося змінити швидкість його руху.

Чи не нагадує вам дослід з кулькою переміщення вантажу вперед під час різкого гальмування вантажівки, неприємну штовханину в автобусі з пасажирами під час рушання чи зупинки, падіння людини, яка перечепилася через корінь дерева у парку тощо?

Наведемо ще кілька прикладів прояву явища інерції та продемонструємо їх.

 Демонстрація. Інертність тіла (дерев’яний брусок, листок паперу, картон, монета, склянка, молоток)

Демонстрація. Інертність тіла (ковадло, молоток, склянка, 2 штативи з муфтами та лапками, паперові кільця, тоненька дерев ‘яна рейка, металевий прут)

Демонстрація. Інертність тіла (штатив з муфтою та лапкою, важок, нитка)

Відео. Досліди на інерцію (Час показу 2:44 хв)

Маса, вимірювання маси тіл. Швидкість руху одних тіл змінити легко, інших — набагато складніше. Наприклад, для надання за допомогою весел швидкості легкій байдарці потрібно набагато менше часу, ніж для надання тієї самої швидкості човну з вантажем. У такому випадку кажуть, що човен з вантажем інертніший за байдарку.

Інертність тіл характеризується фізичною величиною — масою. Чим більшою є маса тіла, тим більше часу потрібно для зміни швидкості його руху на певне значення під впливом тієї самої дії.

Маса тіла - це фізична величина, що є мірою інертності тіла. Чим інертніше тіло, тим більша його маса.

Масу позначають латинською літерою m (ем). Основна одиниця вимірювання маси - кг (кілограм). Похідні одиниці вимірювання маси:

Міжнародний еталон кілограма зберігається у Франції, в м. Севрі, що поблизу Парижа. Він виготовлений з платино-іридієвого сплаву і має форму циліндра діаметром і висотою 39 мм. За цим зразком з великою точністю виготовлено копії для всіх країн світу.

Найпоширеніший спосіб вимірювання маси тіл, яким користуються в побуті, — це зважування за допомогою терезів. Терези - прилад відомий з глибокої давнини, який майже не змінився до нашого часу.

Сучасні засоби вимірювання маси мають велике значення.  Для зважування зерна та картоплі використовують десяткові терези (1), для точного дозування лікарських препаратів - аптечні терези (2), на базарах - настільні-торговельні (3), для визначення маси людини - медичні терези (4), для зважування продуктів харчування в магазині чи в домашніх умовах - електронні терези (5), визначити масу великовагових транспортних засобів можна за допомогою габаритно-вагового комплексу, який встановлюється прямо на дорозі...

За допомогою терезів можна вимірювати й маси газів. Для цього потрібно зрівноважити терези на лівій шальці з порожнім балоном (гумовою кулькою), а потім зважити накачаний балон (надуту гумову кульку).

Відео. Зважування повітря (Час показу 2:32 хв).

Дізнаємося про іншій спосіб вимірювання маси тіл - через взаємодію. Поставимо на гладеньку горизонтальну поверхню два візки зі стиснутими пружинами. Розпрямляючись, пружини змусять візки рухатися. Спостерігаючи за візками, можна помітити:

— якщо візки є однаковими за масою, то вони наберуть однакові швидкості, а тому від’їдуть на однакову відстань від початкового положення;

— якщо один із візків має більшу масу, то він набуде меншої швидкості і, відповідно, пройде меншу відстань від початкового положення.

Демонстрація. Вимірювання маси тіла через взаємодію (2 легенькі візочки, пружина, нитка, сірники)

Дослідним шляхом було встановлено, що:  , де  i - маси візків;  i  - швидкості руху, яких набули візки внаслідок взаємодії.  

Спосіб вимірювання маси тіла через взаємодію ґрунтується на інертних властивостях тіл (властивостях тіл по-різному змінювати швидкість свого руху внаслідок взаємодії).

На перший погляд, такий спосіб вимірювання мас є не дуже зручним, але він виявляється єдиним у разі неможливості зважити тіло на терезах. У такий спосіб визначили маси Сонця та планет Сонячної системи, маси подвійних зір в астрофізиці, маси елементарних частинок у фізиці мікросвіту тощо.

Маса не залежить ні від положення тіла, ні від швидкості його руху, вона є незмінною у будь-якій точці Всесвіту.

3. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 29.1. Масу тіла вимірюють за допомогою терезів. Порахуйте загальну масу важків. Результат запишіть в одиницях СІ.

Задача 29.2. Маса склянки із соком становить 340 г 270 мг. Визначте масу налитого в склянку соку, якщо відомо, що маса порожньої склянки дорівнює 150 г 530 мг.

Задача 29.3. Обчисліть кількість молекул води на Землі, якщо маса цієї води становить кг, а маса однієї молекули води - кг.

Задача 29.4. Маса Сонця становить приблизно 2·1027 т, а маса Нептуна 1·1023 т. У скільки разів маса Нептуна менша від маси Сонця?

Задача 29.5. Із човна масою 180 кг, який перебував у спокої, зіскочив хлопчик. Швидкість руху хлопчика становила 4 м/с. Визначте масу хлопчика, якщо човен набув швидкості 1 м/с.

4. Запитання до уроку.

Запитання 29.1. Що таке інерція? Хто відкрив явище інерції? Сформулюйте закон інерції.

Запитання 29.2. Пасажири автобуса відчули, що вони нахиляються ліворуч. Як рухався в цей момент автобус?

Запитання 29.3. Чому на поворотах шофер, мотоцикліст,  велосипедист зменшують швидкість руху свого транспорту?

Запитання 29.4. Поясніть з фізичної точки зору причину падіння людини з велосипеда?

Запитання 29.5. Наприкінці ХІХ - на початку ХХ ст. був популярним такий цирковий трюк. Атлет лягав на підлогу, йому на груди клали важке ковадло і били по ньому молотками. Якби молотками били просто по грудях, то атлет отримав би тяжкі травми, а завдяки ковадлу удари молотками не завдавали ніякої шкоди. Чому?

Запитання 29.6. Заєць, рятуючись від собаки, який женеться за ним, робить різкі стрибки в бік, коли собака вже от-от ухопить його зубами. Чому собаці важко зловити зайця, хоч і бігає собака швидше?

Запитання 29.7. Порівняйте процеси витрушування та вибивання пилу з коврової доріжки. Яке явище лежить в основі цих процесів?

Запитання 29.8*. Якщо у велосипеді прокололась шина заднього колеса й отвір маленький, велосипедисти інколи разом з повітрям накачують у шину воду. Вода не дає виходити повітрю з шини. Але якщо у такий спосіб накачати шину переднього колеса, то керувати велосипедом набагато важче. Чому?

Запитання 29.9*. Як відрізнити варене яйце від сирого? Яке явище лежить в основі даного способу визначення?

Запитання 29.10. Що таке маса тіла? Як позначають масу, в яких одиницях вимірюють? Назвіть способи вимірювання маси тіла. На якій властивості тіла ґрунтується кожен із названих способів?

Запитання 29.11. Яким співвідношенням пов’язані маси двох тіл, що взаємодіють, зі зміною швидкостей їх рухів?

Запитання 29.12. Є три однакових ящики зі свинцевим дробом. У першому ящику крупний дріб, у другому - дрібний, а у третьому - суміш крупного і дрібного. Маса якого ящика більша? Розміри ящиків вважайте набагато більшими за розмір дробинок.

6. Домашнє завдання.

Підручник:  §16-17.

Задача 29.6. Щоб визначити масу повітря, яке знаходиться в повітряній кульці, учень виміряв за допомогою терезів спочатку масу кульки разом з повітрям - 8 г, а потім спустив кульку та виміряв її масу без повітря - 5 г. Порахуйте, яке значення маси повітря в СІ отримав учень у цьому досліді.

Задача 29.7. Два візки, масами 1 кг і 3 кг, з’єднані пружиною. Коли нитку перерізали більший візок набув швидкість 15 м/с. Яку швидкість набув менший візок?

Тести. Маса тіла.  Відповіді учнів

Усне опитування по запитаннях до уроку.

7. Перевір себе.

ОКУ. Явище інерції. Маса тіла.

Вправа 29.1. Маса тіла. Вимірювання маси.

Вправа 29.2. Закон інерції. Маса тіла.

Задачі високого рівня складності:

Задача 29.1.В. Після гарматного пострілу снаряд масою 20 кг полетів зі швидкістю 800 м/с. Яка маса гармати в одиницях СІ, якщо вона внаслідок віддачі почала рухатися зі швидкістю 1 м/с? До комірки відповіді впишіть тільки число.

Задача 29.2.В. Після перепалювання нитки, яка утримувала стиснуту пружину між візками, перший візок почав рухатися зі швидкістю 20 см/с, а другий - 60 см/с. Маса більшого візка 0,6 кг. Чому рівна маса меншого візка?

Задача 29.3.В. Із гармати масою 5 т вилетів снаряд масою 25 кг. При цьому снаряд отримав швидкість 400 м/с відносно землі. Яку швидкість отримала гармата при віддачі?

Задача 29.4.В. Хлопчик масою 46 кг стрибнув на берег зі швидкістю 1,5 м/с з нерухомого плоту масою 1 т. Якої швидкості набув пліт?

8. Для допитливих.

Прочитай та розкажи на уроці. Як знайти площу фігури неправильної форми методом зважування? Спочатку потрібно вирізати з якогось однорід­ного матеріалу квадрат одиничної площі, потім з того ж матеріалу вирізати дану фігуру і зважити кожну з фігур на терезах. Площа даної фігури дорів­нюватиме відношенню її маси до маси одинич­ного квадрата.

Розповідають, що саме так німецький природознавець i мандрівник Олександр фон Гумбольдт визначив відно­шення поверхні суші до поверхні води на Землі. Із загальної площі земної кулі (510 млн. км2) світовий океан займає 71% (361 млн. км2 ), а суша 29 % (149 млн. км2). Отже, загальна площа океанів і морів перевищує площу суходолу у 2,5 рази.

Задачі підвищеної складності:

Задача-оцінка 29.1.О. Врожайність кукурудзи залежить від маси зерна на качані. Використовуючи фотографію оцініть масу зернової частини качана, якщо середнє значення маси однієї зернини 0,15 г.

Задача 29.2.О. У США і Великобританії для вимірювання об’єму інколи використовують рідку унцію (fl.oz.) На парфумерному заводі 1 тонну речовини використовують для виробництва 80 м2 одеколону, який потім розливають у флакони об’ємом 2,0 fl.oz. Розрахуйте, скільки тонн сировини потрібно закупити для виробництва партії одеколону в 5 мільйонів флаконів. (1 fl.oz.=29,6 мл)