Траектория. Закон движения. Перемещение. Путь - ВВЕДЕНИЕ. ФИЗИКА В ПОЗНАНИИ ВЕЩЕСТВА, ПОЛЯ, ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Цель урока: объяснить необходимость изучения механики; ввести понятия «траектория», «перемещения», «путь».

Ход урока

I. Изучение нового материала

Давайте вспомним основные разделы физики:

1. Механика.

2. Термодинамика.

3. Электродинамика.

Мы начнем изучение с механики, ибо относящиеся сюда явления более просты, а также потому, что знание законов механики окажет нам существенную помощь при изучении других разделов.

Механическим движением тела называется изменение с течением времени его положения по отношению к другим телам.

Приведите примеры механического движения. Например, движение людей, воды в реках и морях, движение воздуха, Земли и т. д.

- Двигайтесь ли Вы, находясь в классе? (Вы находитесь в классе в покое относительно Земли, но движетесь вместе с ним вокруг Солнца. Например, автомобиль движется относительно деревьев, зданий, но пассажиры, находящиеся в нем, находятся в покое относительно автомобиля.)

Нет абсолютно неподвижных тел. Изучая движение планет вокруг Солнца, достаточно знать движение ее центров.

Говорят, тело принимаем за материальную точку. Материальной точкой называют тело, размерами которого в рассматриваемом случае можно пренебречь.

Если траектория прямая, движение называют прямолинейным, если кривая - криволинейным.

Траектория движения указывает все положения, которые занимала точка, но, зная траекторию, ничего нельзя сказать о том, быстро или медленно проходила точка отдельные участки траектории. Чтобы получить полное описание движения, нужно знать, в какой момент точка занимала то или иное положение на траектории. Описать движение можно:

- с помощью таблиц;

- графически;

- аналитически.

Пройденное точкой расстояние, отсчитанное вдоль траектории, называется путем.

Положение материальной точки в пространстве в произвольный момент времени можно определить, если ввести систему отсчета.

Система отсчета - совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат и часов.

- Какие системы координат вы знаете, приведите примеры. ( Одномерные, двухмерные, трехмерные.)

Механику можно разделить на:

1. Кинематику.

2. Динамику.

3. Законы сохранения.

4. Колебания и волны.

Раздел механики, в котором движения изучаются без исследования причин называют кинематикой.

Для описания движения тела нужно указать, как меняется положение точек с течением времени. При движении тела каждая его точка описывает некоторую линию - траекторию движения.

Рукопись - это траектория кончика пера. В ожидании солнечного затмения астрономы заранее вычисляют траекторию движения лунной тени по поверхности Земли.

Движение относительно траектории зависит от высоты системы отсчета. Например, в безветренную погоду струи дождя представляются вертикальными, если за ними следить из окна стоящего вагона: капли оставляют на оконных стеклах вертикальные следы, если поезд тронулся, то по отношению к идущему вагону струи дождя представляются косыми: капли будут оставлять на стеклах наклонные следы, наклон будет тем больше, чем больше скорость поезда.

Для описания движения тела нужно знать, как движутся различные точки тела. Иногда можно ограничиться описанием движения одной точки.

Системы координат: одномерные (движение автомобиля по прямой); двухмерные (шахматная фигура); трехмерные (полет мухи).

Существует материальная точка М с координатами (х, у) в момент времени t (рис. 1).

Совокупность координат х(t) и y(t) в момент времени t определяет закон движения материальной точки в координатной форме, тогда положение математической точки можно задать вектором r.

Радиус-вектор - вектор, соединяющий начало отсчета с положением точки в произвольный момент времени.

Закон (или уравнение) движения в векторной форме - зависимость радиуса- вектора от времени r(t).

Тогда координаты связаны:

Изменение положения движущегося тела в пространстве можно характеризовать либо изменением его координат, либо изменением радиуса-вектора, так как координатные и векторные описания движения эквивалентны.

Перемещение - вектор, проведенный из начального положения материальной точки в конечное.

II. Закрепление изученного

Упражнение 1. Какую систему координат следует выбрать (одномерную, двухмерную или трехмерную) для определения положения следующих тел:

1. Трактор в поле.

2. Вертолет.

3. Поезд.

4. Люстра в комнате.

5. Лифт.

6. Подводная лодка.

7. Шахматная фигура.

8. Самолет на взлетной полосе.

Упражнение 2

Задание 1. На рисунке показана дорога (повторите рисунок в тетради).

Проведите в тетради координатную ось параллельно дороге. Примите дерево за тело отсчета.

Выберите масштаб (1 деление - 100 м).

Определите координаты моста, дерева и светофора.

Определите начальные координаты пешехода, велосипедиста и автомобиля.

Покажите вектор перемещения для каждого из этих тел, его проекцию на ось Y и найдите модуль вектора перемещения, а также пройденный путь в следующих случаях:

1) автомобиль доехал до светофора;

2) пешеход дошел до дерева;

3) велосипедист доехал до светофора и вернулся к дереву.

Задание 2. Выполните те же упражнения, что и в задании 1, но за тело отсчета выберите мост.

Сравните пути и перемещения каждого из тел (полученные при выполнении заданий 1 и 2).

III. Закрепление изученного

1. В чем состоит основная задача механики?

2. Зачем введено понятие материальной точки? Когда тело можно считать материальной точкой?

3. Что такое система отсчета (СО)? Для чего вводится?

4. Какие виды систем координат (СК) вы знаете?

5. Что такое траектория?

6. В чем отличие пути от перемещения?

Домашнее задание

П. 3 и п. 4. П. 7

Дополнительный материал

Кроссворд «Физические величины»

1. Наука о неживой природе. 2. Тысячная доля метра. 3. Прибор для измерения объема жидкостей. 4. Что означает греческое слово цэушы [физис], от которого произошло слово «физика»? 5. Механические, тепловые, электрические, световые явления - это явления ... 6. Все, что есть во Вселенной. 7. Древнегреческий ученый. 8. «Отец» русской авиации. 9. Город, в котором в 1954 г. была построена первая в мире атомная электростанция. 10. Величина, характеризующая степень нагретости тела. 11. Русский ученый, усовершенствовавший лампы дневного света. 12. Свертывающаяся в круг металлическая или матерчатая измерительная лента с делениями. 13. Название транспортного отечественного самолета, грузоподъемностью 150 т, построенного в 1985 г. 14. Единица длины, равная 0,1 м. 15. Русский ученый и организатор, с именем которого связано развитие отечественной атомной энергетики. 16. Физическая величина, характеризующая расстояние. 17. «Он создал первый русский университет. Он, лучше сказать, сам был первым нашим университетом» (А. С. Пушкин). 18. Критерий истины.

Ответы: 1. Физика. 2. Миллиметр. 3. Мензурка. 4. Природа. 5.... физические. 6. Материя. 7. Аристотель. 8. Жуковский. 9. Обнинск. 10. Температура. 11. Вавилова. 12. Рулетка. 13. Руслан. 14. Дециметр. 15. Курчатов. 16. Длина. 17. Ломоносов. 18. Опыт.

Домашнее задание

П. 1 п. 2 п. 7 п. 8.