«Реактивное движение в виртуальном эксперименте».

Урок по физике для 9 класса
«Реактивное движение в виртуальном эксперименте». Цель урока:
образовательная: формирование понятий “импульс тела”, “импульс силы”; умения применять их к анализу явления взаимодействия тел в простейших случаях; показать результат действия закона сохранения импульса;
развивающие: формировать умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала по основам механик умение использовать виртуальные модели и навыки поисковой познавательной деятельности;
воспитательные: показать роль физических законов в изучении взаимодействия тел,
применение реактивного движения в природе и космических полетах, вызвать
желание постоянного повышения интеллектуального уровня.
Оборудование: компьютер, записи из дисков, экран, доска.
Вступительное слово учителя:
Этот урок мы посвятим реактивному движению. И в качестве наглядности будем использовать виртуальные модели, которые позволят нам сделать некоторые сравнения и оценки более доступными и понятными.
Повторение.
Законы Ньютона позволяют решать задачи связанные с нахождением ускорения движущегося тела, если известны все действующие на тело силы, т.е. равнодействующая всех сил. Но часто бывает очень сложно определить равнодействующую силу, поэтому для решения задач используют еще одну важнейшую физическую величину – «импульс тела».
Давайте вспомним, что называют импульсом тела.
Историческая справка:
Понятие импульса было введено в физику французским ученым Рене Декартом (1596-1650 г.), который назвал эту величину «количеством движения»: «Я принимаю, что во вселенной… есть известное количество движения, которое никогда не увеличивается, не уменьшается, и, таким образом, если одно тело приводит в движение другое, то теряет столько своего движения, сколько его сообщает».
А что называют «импульсом силы»?
Да, соотношение между этими двумя понятиями введено на основе законов Ньютона:
Пусть на тело массой m начинает действовать сила F, тогда под действием этой силы тело приобретает ускорение а: , где ускорение по определению:

Тогда получаем:

Вернемся к нашему равенству . В физике произведение силы на время действия называют импульсом силы. Импульс силы показывает, как изменяется импульс тела за данное время.
Именно в таком общем виде сформулировал второй закон сам Ньютон. Сила F в этом выражении представляет собой равнодействующую всех сил, приложенных к телу.
Модель импульса тела, «Открытая физика, часть1»:

Вывод закона сохранения импульса.
Рассмотрим какие-либо два взаимодействующих тела, входящих в состав замкнутой системы. Силы взаимодействия между этими телами обозначим через F1 и F2
третьему закону Ньютона F1 = - F2. Если эти тела взаимодействуют в течение времени t, то импульсы сил взаимодействия одинаковы по модулю и направлены в противоположные стороны:

Применим к этим телам второй закон Ньютона:

где
и – импульсы тел в начальный момент времени,
и
– импульсы тел в конце взаимодействия. Из этих соотношений следует:

Это равенство означает, что в результате взаимодействия двух тел их суммарный импульс не изменился.
Итак, импульс обладает особым свойством, которое есть лишь у немногих физических величин. Это свойство сохранения. Но закон сохранения импульса выполняется только в замкнутой системе.
Система тел называется замкнутой, если взаимодействующие между собой тела, не взаимодействуют с другими телами.
Импульс каждого из тел, составляющих замкнутую систему, может меняться в результате их взаимодействия друг с другом.
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.
Видеофрагмент закона сохранения импульса из (БНП):
(Красивый эксперимент с 5 шарами при отклонении 1, 2, 3 шаров с полным объяснением:)

Виртуальные модели и реактивное движение.
Реактивное движение – результат выполнения закона сохранения импульса «Открытая физика, ч.1)
1) Отдача при выстреле из орудия

2) Разделение целого на части. (Модель «движение кусков разорвавшегося снаряда», Библиотека наглядных пособий)

Возвратимся к главной теме сегодняшнего урока: космическим полетам на ракете.
Траектории движения ракеты в модели «Гора Ньютона» из Библиотеки наглядных пособий:

Наблюдение зависимости скорости ракеты от условий количества топлива и скорости выброса газов топлива («Открытая физика», ч.1)

(один из учеников задает начальные условия и демонстрирует старт ракеты)
«Разгон ракеты», Живая физика, зависимость конечной скорости ракеты от масс ракеты и топлива в ней, от условия и от скорости выброса продуктов сгорания.

«Двухступенчатая ракета», Живая физика,

Итог:

VI. Закрепление.
1) Что называется импульсом тела?
2) Назовите единицы измерения импульса тела в СИ?
4) В чем заключается закон сохранения импульса?
5) При каких условиях выполняется этот закон?
6) Какую систему называют замкнутой?
7) Почему происходит отдача при выстреле из ружья?
8) Приведите примеры выполнения закона сохранения импульса в живой природе и в технике (медузы, осьминоги, катера Метеоры, ракеты)
VII. Задание на дом.