Разработка и совершенствование эффективной системы задачи по законам сохранения в механике для профильно-технологических классов

Введение 3
Глава 1. Особенности изучения законов сохранения в механике при изучении физики в профильно-технологических классах 5
1.1.Закон сохранения импульса 5
1.2.Закон сохранения полной механической энергии 9
Глава 2. Разработка и совершенствование систем задач на законы сохранения в механике 20
2.1. Повышение эффективности подготовки учащихся при использовании системы физических задач 20
2.2. Роль системы задач на законы сохранения в механике для профильно-технологических классов 21
3.1. Мастер-класс по решению 30 задания ЕГЭ по физике на закон сохранения импульса и полной механической энергии 40
3.2.Обработка результатов проведенного мастера-класса 46
Заключение 50

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время огромное и значимое место в природе занимают законы сохранения. Благодаря законам сохранения можно объяснить важнейшие моменты в расчетах физической науки. Важно отметить, что законы сохранения дают возможность объяснить различные результаты и явления при исследовании физических и химических процессов.
Законы сохранения в механике, такие как сохранение энергии и импульса, применяются повсеместно и не относятся к какому-либо конкретному технологическому классу. Однако эти законы можно использовать для проектирования и оптимизации специализированных устройств и систем в различных областях техники, таких как аэрокосмическая, автомобильная и робототехника.
Стоит отметить, что для школьников изучение законов сохранения в механике не является особо трудным, но возникают проблемы с решением задач по данной теме. Учащиеся не всегда понимают условие задачи. Следовательно, учащиеся не могут определиться с формулами, которые помогают решить данную задачу.
Можно сказать, что актуальность данной работы заключается в том, чтобы подобрать различной сложности задачи и помочь учащимся решать задачи на законы сохранения в механике.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Особенности изучения законов сохранения в механике при изучении физики в профильно-технологических классах
Закон сохранения импульса

Из исторических сведений известно, что впервые термин «импульс» ввёл в физику французский физик и математик, а также философ, физиолог и механик Рене Декарт (1596-1650 гг.). Он обозначил, что импульс — это некоторое количество движения, которое никогда не увеличивается и не уменьшается, и если одно тело приводит в движение другое тело, то первое тело теряет столько же своего движения, сколько сообщает его второму телу/
Импульс – это векторная физическая величина, которая равна произведению массы тела на скорость движения самого тела. (Единицей измерения импульса является «кг*м/с») [4].

p ?=mv ? (1.1.1)

Импульс обладает важнейшим свойством, которое имеется лишь у немногих физических величин. Это свойство сохранения.
Свойство сохраняться — это свойство оставаться неизменным. Это свойство относится к тем случаям, когда два или более тел взаимодействуют друг с другом, но при этом на них не действуют иные внешние силы. Такая система тел является замкнутой, то есть замкнутая система тел — система тел, взаимодействующие только между собой, а не с другими телами.
Рассмотрим опыт, который пояснит понятие замкнутой системы и свойство сохранения импульса [15].
Предположим, что на рельсы поставили две тележки, которые имеют одинаковые массы. К концу первой тележки прикрепим шарик, сделанный из пластилина, и к концу каждой тележки прикрепим пружину (рис. 1). Поставим тележки так, чтобы они были обращены теми концами, где нет пружин. Сообщим тележкам одинаковые по модулю скорости навстречу друг друга.
Наблюдаем, что тележки встретились и пластилин соединил их, и тележки остановятся. Это значит, что две сталкивающие тележки образуют систему тел двух взаимодействий. Её можно считать замкнутой системой, так как действие на них других тел скомпенсированы. До момента встречи импульсы двух тележек были равны по модулю, но в то же время были противоположны по направлению, то есть во время столкновения тележки взаимодействуют друг с другом с некоторыми силами, которые равны по модулю, но противоположны по направлении (3-ий закон Ньютона). Из этого можно сделать вывод о том, что сумма импульсов двух тележек равна нулю, хотя импульс каждой тележки изменился [29].
Рассмотрим другой случай, когда тележки обращены друг к другу с пружинной стороны (рис. 2). Повторив тот же опыт, мы наблюдаем, что тележки оттолкнулись друг от друга в противоположные стороны с одинаковыми по модулю, но противоположными по направлению скоростями, то есть сумма импульсов осталась равной нулю. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что импульс сохранился и не изменился в обоих случаях [29].
Но следует помнить о том, что массы и скорости тел могут быть разными. Это не значит, что сумма импульса взаимодействия тел сохраняется только тогда, когда он равен нулю. Предположим, что массы и скорости тележек разные: у первой лежки масса и скорость равны m1 и (v_1 ) ? соответсвенно, а у второй — m2 и (v_2 ) ?. До момента столкновения их импульсы были равны m1(v_1 ) ? и m2(v_2 ) ? соответственно. В результате столкновения на вторую тележку подействовала некоторая сила — F ?, а на первую — равная ей по модулю, но противоположная по направлению сила — F ?. И действие сил скорости обеих тележек изменилась на (v_1 ) ?^' и (v_2 ) ?^', а так же изменились импульсы [29].
Запишем соответствующие уравнения для каждой тележки.
Для первой тележки:

-F ?t=m2(v_2 ) ?^'- m2(v_2 ) ? (1.1.2)

Для второй тележки:

F ?t=m1(v_1 ) ?^'- m1(v_1 ) ? (1.1.3)

Сложив уравнения (1.1.2) и (1.1.3), получим:

m1(v_1 ) ?^'+ m_2 (v_2 ) ?=m2(v_2 ) ?^'+ m1(v_1 ) ? (1.1.4)

Получили, что импульсы обеих тележек изменились, но сумма осталась неизменно.
Закон сохранения импульса. Это закон, в котором говорится, что векторная сумма импульсов тел замкнутой системы остается постоянной вне зависимости от движения и взаимодействия этих тел [31].
Запишем уравнение (1.1.4) в другом виде:

(p_1 ) ?+(p_2 ) ?=(p_1 ) ?^'+(p_2 ) ?' (1.1.5)

Рассмотрим незамкнутую систему тел. Незамкнутая система тел — совокупность тел, которые взаимодействуют между собой, но на них действуют иные внешние силы, то есть сумма импульсов будет постоянно изменяться под действиями различных внешних сил [31].
Важно отметить, что закон сохранения импульса связан с однородностью пространства. Это означает, что все пространственные свойства одинаковы во всех точках. Например, если в пространстве замкнутую систему тел перенести из одного места в другое место, при этом все тела, которые находились в ней, находятся в тех же условиях, то это не окажет влияния на ход физических процессов [27].

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки