Конспект урока: Решение задач "Средняя скорость при неравномерном движении". Неравномерное движение. Мгновенная скорость I. Организационный момент

Цель урока : продолжаем формировать понятия средней, мгновенной и относительной скоростей; совершенствуем умение анализировать, сравнивать, строить графики.

Ход урока

1. Проверка домашнего задания с помощью самостоятельной работы

Вариант – 1

А) Какое движение считают равномерным?

Б) Запишите уравнение прямолинейного равномерного движения точки в векторном виде.

В) Движения двух тел заданы уравнениями: х1=5 – t,

Опишите характер движения тел. Найдите начальные координаты, модуль и направление их скоростей. Постройте графики движения, графики скоростей Vx(t). Определите аналитически и графически время и место встречи этих тел.

Вариант – 2

А) Что называют скоростью прямолинейного и равномерного движения?

Б) Запишите уравнение прямолинейного движения точки в координатной форме.

В) Движение двух велосипедистов описывается уравнениями: х1=12t;

Опишите характер движения каждого велосипедиста, найдите модуль и направление их скоростей, Vx(t). Определите графически и аналитически время и место встречи.

2. Изучение нового материала

Потятие о векторе средней скорости: это – отношение вектора перемещения к времени, в течение которого это перемещение произошло. Vcр= Δr/Δt

Зная модуль вектора средней скорости, нельзя определить путь, пройденный телом, так как модуль вектора перемещения не равен пройденному пути за одно и то же время.

Понятие модуля средней скорости (путевой скорости движения) Vср=S/Δ t

Средний модуль скорости равен отношению пути S к интервалу времени Δt, за который этот путь пройден.

Понятие о мгновенной скорости (беседа с учащимися)

Какую скорость переменного движения показывает спидометр автомобиля?

О какой скорости идет речь в следующих случаях:

А) поезд прошел путь между городами со скоростью 60 км/ч;

Б) скорость движения молота при ударе равна 8 м/с;

В) скорый поезд проехал мимо светофора со скоростью 30 км/ч

Средняя скорость, измеренная за такой малый промежуток времени, что в течение этого промежутка движение можно считать равномерным, называется мгновенной скоростью или просто скоростью.

Vcр= Δr/Δt; при t→ 0 Vср→Vмгн (v)

Направление вектора средней скорости совпадает с вектором перемещения Δr, при интервале времени Δt →0, когда вектор Δr уменьшается по модулю и его направление совпадает с направлением касательной в данной точке траектории.

Понятие об относительной скорости

Сложение скоростей производят по формуле: S2= S1+S, где S1- перемещение тела относительно движущейся системы отсчета; S – перемещение движущейся системы отсчета; S2 – перемещение тела относительно неподвижной системы отсчета.

Изменим обозначения с учетом знаний о радиус – векторе:

Разделим обе части уравнения на Δt, получим: Δr2/Δt= Δr1/Δt + Δr/Δt или V2= V1+V где

V1 – скорость тела относительно первой (подвижной) системы отсчета;

V – скорость, движущейся системы отсчета:

V2 – скорость тела, относительно второй (неподвижной) системы отсчета.

Решение задач для закрепления, изученного материала

Мотоциклист за первые 2 часа проехал 90км, а следующие 3 часа двигался со скоростью 50км/ч. Какова средняя скорость мотоциклиста на всем пути?

T =2 ч Формула средней скорости: Vср=S/t

S=90 км Найдем путь мотоциклиста: S= S1+S2…за время t = t1+ t2

Тема урока «Равномерное и неравномерное движение. Скорость»

Цели урока:

Образовательные :

ввести понятия равномерное и неравномерное
движение;
ввести понятие скорости как физической
величины, формулу и единицы ее измерения.

Воспитательные :

развивать познавательные интересы,
интеллектуальные и творческие способности,
интерес к изучению физики;

Развивающие :

развивать навыки самостоятельного
приобретения знаний, организации учебной
деятельности, постановки целей, планирования;
формировать умения систематизировать,
классифицировать и обобщать полученные знания;
развивать коммуникативные способности
обучающихся

Ход урока:

1. Повторение

Что называется механическим движением? Приведите примеры

Что такое траектория движения? Какие они бывают?

Что такое путь? Как он обозначается, в каких единицах измеряется?

Перевести:

в м 80см, 5 см, 2 км, 3 дм, 12 дм,1350 см, 25000мм, 67км

в см 2 дм, 5 км, 30 мм

2. Усвоение новых знаний

Равномерное движение -движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути.

Неравномерное движение - движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит неравные пути.

Примеры равномерного и неравномерного движения

Скорость прямолинейного равномерного движения - физическая величина, равная отношению пути ко времени, за которое путь был пройден.

Давайте проверим, достаточно ли наших знаний для решения следующей проблемы. Два автомобиля начали движение одновременно из села с одинаковой скоростью 60 км/ч. Можно ли утверждать, что через час они будут находиться в одном и том же месте?

Вывод: скорость должна характеризоваться не только числом, но и направлением. Такие величины, которые кроме числового значения имеют еще и направление называют векторными.

Скорость- векторная физическая величина.

Скалярные величины- это такие величины, которые характеризуются только числовым значением(например путь, время, длина и т.д.)

Для характеристики неравномерного движения вводится понятие средней скорости.

Чтобы определить среднюю скорость тела при неравномерном движении, надо весь пройденный путь разделить на всё время движения:

Работа с таблицей учебника с.37

3. Проверка усвоения новых знаний

Решение задач

1.Выполнить перевод единиц измерения скорости в основные единицы СИ:

36 км/ч = __________________________________________________________________

120 м/мин = ________________________________________________________________

18 км/ч = ___________________________________________________________________

90 м/мин = __________________________________________________________________

2.Воздушный шар движется на восток со скоростью 30 км/ч. Изобразить графически вектор скорости, используя масштаб: 1 см=10 км/ч

Алгоритм решения задач по физике:

1. Внимательно прочитайте условие задачи и уясните основной вопрос; представьте процессы и явления, описанные в условии задачи.

2. Повторно прочитайте содержание задачи для того, чтобы четко представить основной вопрос задачи, цель ее решения, известные величины, опираясь на которые можно вести поиски решения.

3. Произведите краткую запись условия задачи с помощью общепринятых буквенных обозначений.

4. Выполните рисунок или чертеж к задаче.

5. Определите, каким методом будет решаться задача; составьте план ее решения.

6. Запишите основные уравнения, описывающие процессы, предложенные задачной системой.

7. Запишите решение в общем виде, выразив искомые величины через заданные.

8. Проверьте правильность решения задачи в общем виде, произведя действия с наименованиями величин.

9. Произведите вычисления с заданной точностью.

10. Произведите оценку реальности полученного решения.

11. Запишите ответ в требуемой форме

3.Найдите скорость французского спортсмена Романа Забалло, который в 1981 году пробежал расстояние между французскими городами Флоранс и Монпелье (510 км) за 60 часов.

4.Найдите скорость гепарда (самого быстрого из млекопитающих), если 210 метров он пробегает за 7 секунд.

5. В.И.Лукашик задачи № 117,118,119

6. Домашнее задание: §14,15, упр.4(4)

Тема. Неравномерное движение. Средняя скорость

Цель урока: ознакомить учащихся с простейшими случаями неравномерного движения

Тип урока: комбинированный

План урока

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Равномерное прямолинейное движение бывает сравнительно нечасто. Равномерно и прямолинейно тела движутся лишь на небольших отрезках своей траектории, а на других участках их скорость меняется.

Ø Движение с переменной скоростью, когда за одинаковые промежутки времени тело проходит разные пути, называют неравномерным.

Для характеристики скорости неравномерного движения используют среднюю и мгновенную скорости.

Поскольку скорость в случае неравномерного движения изменяется во времени, то формула для вычисления перемещения пользоваться нельзя, ведь скорость является переменной величиной, и не известно, какое именно значение нужно подставить в эту формулу.

Однако в некоторых случаях можно рассчитывать перемещения, если ввести величину, которую называют средней скоростью. Она показывает, какое перемещение совершает тело в среднем за единицу времени,т.е.

Эта формула описывает так называемую среднюю векторную скорость. Однако она не всегда подходит для описания движения. Рассмотрим такой пример: рейсовый автобус выехал из гаража и в конце смены вернулся обратно. Спидометр показывает, что автомобиль проехал 600 км. Какова средняя скорость движения?

Правильный ответ: средняя векторная скорость равна нулю, поскольку автобус вернулся в начальную точку, то есть перемещение тела равно нулю.

На практике часто пользуются так называемой средней путевой скоростью, которая равна отношению пути, пройденного телом, ко времени движения:

Поскольку путь - величина скалярная, то и средняя путевая скорость (в отличие от средней скорости) является скалярной величиной.

Знание средней скорости не дает возможности определять положение тела в любой момент времени, даже если известна траектория его движения. Однако это понятие является удобным для выполнения некоторых расчетов, например, вычисление времени движения.

Если наблюдать за показаниями спидометра автомобиля, что движется, то можно заметить, что они меняются с течением времени. Особенно это заметно во время разгона и торможения.

Когда говорят, что скорость тела изменяется, имеют в виду мгновенную скорость, то есть скорость тела в определенный момент и в определенной точке траектории.

Ø Мгновенной скоростью называют величину, которая равна отношению очень малого перемещения к промежутку времени, в течение которого это перемещение произошло:

Мгновенная скорость - это средняя скорость, измеряется за бесконечно малый промежуток времени.

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. Автомобиль проезжал в час по 60 км. Можно утверждать, что его движение было равномерным?

2. Почему нельзя говорить о средней скорости переменного движения вообще, а можно говорить лишь о средней скорости за определенный промежуток времени или о средней скорости на отдельном участке пути?

3. Во время езды на автомобиле ежеминутно снимались показания спидометра. Можно ли по этим данным вычислить среднюю скорость движения автомобиля?

4. Известно среднюю скорость за определенный промежуток времени. Можно вычислить перемещение, совершенное за половину этого промежутка?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Первый участок пути длиной 12 м лыжник прошел за 2 мин., вторую, длиной 3 м - по 0,5 мин. Вычислите среднюю путевую скорость лыжника.

2. Человек прошел по прямой дороге 3 км за 1 ч., потом вернулась под прямым углом и прошла еще 4 км за 1 ч. Вычислите среднюю и среднюю путевую скорость движения на первом этапе движения, на втором этапе и за все время движения.

3. Человек проехал первую половину пути на автомобиле со скоростью 7 км/ч., а вторую половину - на велосипеде со скоростью 2 км/ч. Вычислите среднюю путевую скорость на всем пути.

4. Пешеход две трети времени своего движения шел со скоростью 3 км/ч., остальное время - со скоростью 6 км/ч. Вычислите среднюю и среднюю путевую скорости движения пешехода.

5. Материальная точка движется по дуге окружности радиусом 4 м, описывая при этом траекторию, что является половиной дуги окружности. При этом первую четверть окружности точка движется со скоростью 2 м/с, а вторую четверть - со скоростью 8 м/с. Вычислите среднюю путевую и среднюю векторную скорость за все время движения.

Скатывание тела по наклонной плоскости (рис. 2);

Рис. 2. Скатывание тела по наклонной плоскости ()

Свободное падение (рис. 3).

Все эти три вида движения не являются равномерными, то есть в них изменяется скорость. На этом уроке мы рассмотрим неравномерное движение.

Равномерное движение – механическое движение, при котором тело за любые равные отрезки времени проходит одинаковое расстояние (рис. 4).

Рис. 4. Равномерное движение

Неравномерным называется движение , при котором тело за равные промежутки времени проходит неравные пути.

Рис. 5. Неравномерное движение

Основная задача механики – определить положение тела в любой момент времени. При неравномерном движении скорость тела меняется, следовательно, необходимо научиться описывать изменение скорости тела. Для этого вводятся два понятия: средняя скорость и мгновенная скорость.

Факт изменения скорости тела при неравномерном движении не всегда необходимо учитывать, при рассмотрении движении тела на большом участке пути в целом (нам не важна скорость в каждый момент времени) удобно ввести понятие средней скорости.

Например, делегация школьников добирается из Новосибирска в Сочи поездом. Расстояние между этими городами по железной дороге составляет приблизительно 3300 км. Скорость поезда, когда он только выехал из Новосибирска составляла , значит ли это, что посередине пути скорость была такой же, а на подъезду к Сочи [М1] ? Можно ли, имея только эти данные, утверждать, что время движения составит (рис. 6). Конечно нет, так как жители Новосибирска знают, что до Сочи ехать приблизительно 84 ч.

Рис. 6. Иллюстрация к примеру

Когда рассматривается движение тела на большом участке пути в целом, удобнее ввести понятие средней скорости.

Средней скоростью называют отношение полного перемещения, которое совершило тело, ко времени, за которое совершено это перемещение (рис. 7).

Рис. 7. Средняя скорость

Данное определение не всегда является удобным. Например, спортсмен пробегает 400 м – ровно один круг. Перемещение спортсмена равно 0 (рис. 8), однако мы понимаем, что его средняя скорость нулю равна быть не может.

Рис. 8. Перемещение равно 0

На практике чаще всего используется понятие средней путевой скорости.

Средняя путевая скорость – это отношение полного пути, пройденного телом, ко времени, за которое путь пройден (рис. 9).

Рис. 9. Средняя путевая скорость

Существует еще одно определение средней скорости.

Средняя скорость – это та скорость, с которой должно двигаться тело равномерно, чтобы пройти данное расстояние за то же время, за которое оно его прошло, двигаясь неравномерно.

Из курса математики нам известно, что такое среднее арифметическое. Для чисел 10 и 36 оно будет равно:

Для того чтобы узнать возможность использования этой формулы для нахождения средней скорости, решим следующую задачу.

Задача

Велосипедист поднимается со скоростью 10 км/ч на склон, затрачивая на это 0,5 часа. Далее со скоростью 36 км/ч спускается вниз за 10 минут. Найдите среднюю скорость велосипедиста (рис. 10).

Рис. 10. Иллюстрация к задаче

Дано: ; ; ;

Найти:

Решение:

Так как единица измерения данных скоростей – км/ч, то и среднюю скорость найдем в км/ч. Следовательно, данные задачи не будем переводить в СИ. Переведем в часы.

Средняя скорость равна:

Полный путь () состоит из пути подъема на склон () и спуска со склона ():

Путь подъема на склон равен:

Путь спуска со склона равен:

Время, за которое пройден полный путь, равно:

Ответ: .

Исходя из ответа задачи, видим, что применять формулу среднего арифметического для вычисления средней скорости нельзя.

Не всегда понятие средней скорости полезно для решения главной задачи механики. Возвращаясь к задаче про поезд, нельзя утверждать, что если средняя скорость на всем пути поезда равна , то через 5 часов он будет находиться на расстоянии от Новосибирска.

Среднюю скорость, измеренную за бесконечно малый промежуток времени, называют мгновенной скоростью тела (для примера: спидометр автомобиля (рис. 11) показывает мгновенную скорость).

Рис. 11. Спидометр автомобиля показывает мгновенную скорость

Существует еще одно определение мгновенной скорости.

Мгновенная скорость – скорость движения тела в данный момент времени, скорость тела в данной точке траектории (рис. 12).

Рис. 12. Мгновенная скорость

Для того чтобы лучше понять данное определение, рассмотрим пример.

Пусть автомобиль движется прямолинейно по участку шоссе. У нас есть график зависимости проекции перемещения от времени для данного движения (рис. 13), проанализируем данный график.

Рис. 13. График зависимости проекции перемещения от времени

На графике видно, что скорость автомобиля не постоянная. Допустим, необходимо найти мгновенную скорость автомобиля через 30 секунд после начала наблюдения (в точке A ). Пользуясь определением мгновенной скорости, найдем модуль средней скорости за промежуток времени от до . Для этого рассмотрим фрагмент данного графика (рис. 14).

Рис. 14. График зависимости проекции перемещения от времени

Для того чтобы проверить правильность нахождения мгновенной скорости, найдем модуль средней скорости за промежуток времени от до , для этого рассмотрим фрагмент графика (рис. 15).

Рис. 15. График зависимости проекции перемещения от времени

Рассчитываем среднюю скорость на данном участке времени:

Получили два значения мгновенной скорости автомобиля через 30 секунд после начала наблюдения. Точнее будет то значение, где интервал времени меньше, то есть . Если уменьшать рассматриваемый интервал времени сильнее, то мгновенная скорость автомобиля в точке A будет определяться более точно.

Мгновенная скорость – это векторная величина. Поэтому, кроме ее нахождения (нахождения ее модуля), необходимо знать, как она направлена.

(при ) – мгновенная скорость

Направление мгновенной скорости совпадает с направлением перемещения тела.

Если тело движется криволинейно, то мгновенная скорость направлена по касательной к траектории в данной точке (рис. 16).

Задание 1

Может ли мгновенная скорость () изменяться только по направлению, не изменяясь по модулю?

Решение

Для решения рассмотрим следующий пример. Тело движется по криволинейной траектории (рис. 17). Отметим на траектории движения точку A и точку B . Отметим направление мгновенной скорости в этих точках (мгновенная скорость направлена по касательной к точке траектории). Пусть скорости и одинаковы по модулю и равны 5 м/с.

Ответ: может.

Задание 2

Может ли мгновенная скорость меняться только по модулю, не меняясь по направлению?

Решение

Рис. 18. Иллюстрация к задаче

На рисунке 10 видно, что в точке A и в точке B мгновенная скорость направлена одинаково. Если тело движется равноускоренно, то .

Ответ: может.

На данном уроке мы приступили к изучению неравномерного движения, то есть движения с изменяющейся скоростью. Характеристиками неравномерного движения являются средняя и мгновенная скорости. Понятие о средней скорости основано на мысленной замене неравномерного движения равномерным. Иногда понятие средней скорости (как мы увидели) является очень удобным, но для решения главной задачи механики оно не подходит. Поэтому вводится понятие мгновенной скорости.

Список литературы

Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. - М.: Просвещение, 2008.
А.П. Рымкевич. Физика. Задачник 10-11. - М.: Дрофа, 2006.
О.Я. Савченко. Задачи по физике. - М.: Наука, 1988.
А.В. Перышкин, В.В. Крауклис. Курс физики. Т. 1. - М.: Гос. уч.-пед. изд. мин. просвещения РСФСР, 1957.

Интернет-портал «School-collection.edu.ru» ().
Интернет-портал «Virtulab.net» ().

Домашнее задание

Вопросы (1-3, 5) в конце параграфа 9 (стр. 24); Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10 (см. список рекомендованной литературы)
Можно ли, зная среднюю скорость за определенный промежуток времени, найти перемещение, совершенное телом за любую часть этого промежутка?
Чем отличается мгновенная скорость при равномерном прямолинейном движении от мгновенной скорости при неравномерном движении?
Во время езды на автомобиле через каждую минуту снимались показания спидометра. Можно ли по этим данным определить среднюю скорость движения автомобиля?
Первую треть трассы велосипедист ехал со скоростью 12 км в час, вторую треть - со скоростью 16 км в час, а последнюю треть - со скоростью 24 км в час. Найдите среднюю скорость велосипеда на протяжении всего пути. Ответ дайте в км/час