Свободное падение тел и движение тела, брошенного вверх - ЗАКОНЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ - Поурочные разработки по программе А. В. Перышкина

Цели урока:

Дать понять, что движение падающего тела является равноускоренным движением. Получить основные формулы для такого движения.

Ход урока

I. Новый материал

Одним из наиболее распространенных видов движения с постоянным ускорением - свободное падение тел.

При падении тела на Землю из состояния покоя его скорость увеличивается. Земля сообщает телам ускорение, которое направлено вниз вертикально.

Долгое время считалось, что Земля сообщает разным телам различное ускорение. И опыт вроде бы говорит о том же. (Сравните падение листа бумаги, скомканного листа бумаги, птичьего пера и камня.) Камень падает быстрее. Так считал Аристотель: чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает.

И только Галилею впервые удалось опытным путем доказать, что это не так. Важно учитывать сопротивление воздуха, именно оно искажает картину. Галилей установил, что свободное падение является равноускоренным движением. Он догадался, что можно как бы «замедлить» свободное падение, изучая движение шаров по наклонному желобу. При этом он получил формулу

Галилей обнаружил, что шары одинакового диаметра, но изготовленные из разного материала движутся по желобу с одинаковым ускорением

Данный факт учитель может продемонстрировать на опыте.

Итак, ускорение свободно падающих тел не зависит от их массы. Для проверки этой гипотезы Галилей по преданию наблюдал падение со знаменитой Пизанской башни различных тел: пушечного ядра и мушкетной пули. Все тела достигали поверхности практически одновременно.

Впоследствии были созданы вакуумные насосы, которые позволили осуществить в откачанных трубках действительно свободное падение тел.

Эксперимент 1

Трубка Ньютона: В стеклянной трубке помещается дробинка, кусочек пробки, пушинка и т. д. Если перевернуть трубку, то быстрее всего упадет дробинка, медленнее - пушинка. Если же выкачать из трубки воздух, то пушинка будет падать, не отставая от дробинки.

- Почему во втором случае все тела падают одновременно? (Движение пушинки задерживалось сопротивлением воздуха, которое в меньшей степени сказывалось на движении дробинки.)

На поверхности Земли ускорение свободного падения (g) меняется в пределах от 9,78 м/с² на экваторе до 9,83 м/с² на полюсе. При решении многих задач можно принимать g вблизи поверхности Земли равным 9,8 м/с² или даже более грубо 10 м/с².

При падении тел в воздухе на их движение влияет сопротивление воздуха. Поэтому ускорение тел в этом случае уже не равно g. При больших скоростях сопротивление воздуха существенно и его влиянием нельзя пренебречь.

Движение тела по вертикали вниз

Запишем уравнения для скорости и перемещения при равноускоренном движении с учетом, что

При v₀ = 0 скорость тела в свободном падении в произвольный момент времени t равна v = gt.

Путь при v₀ = 0 равен

В этом случае скорость тела в свободном падении после прохождения пути h равна а продолжительность падения

Движение тела, брошенного вертикально вверх

Т. к. в верхней точке скорость v = 0, то начальная скорость брошенного тела v₀ = gt. Следовательно, время подъема: A скорость тела в момент времени t: v = v₀ – gt.

Максимальная высота подъема тела

II. Упражнения и вопросы для повторения

- Что называется свободным падением тел? При каких условиях падение тел можно считать свободным?

- Каким видом движения является свободное падение тел?

- Зависит ли ускорение свободного падения тел от массы?

- Как изменится ускорение падающего тела, если толкнем тело вниз, сообщив ему начальную скорость?

- Напишите формулы, описывающие свободное падение тел.

- С каким ускорением движется тело, брошенное вверх? Чему равно и как направлено это ускорение?

- Чем объясняется то, что все тела, независимо от их массы, движутся как при падении, так и при движении тела, брошенного вертикально вверх, с одинаковым ускорением?

- Учитывается ли сопротивление воздуха в полученных выше формулах, описывающих свободное падение и движение тела, брошенного вертикально вверх?

- Напишите формулы, описывающие движение тела, брошенного вертикально вверх.

Вопросы могут быть использованы на следующем уроке в качестве повторения.

III. Решение задач

Задача 1

Тело падает с высоты 57,5 м (v₀ = 0). Сколько времени падает тело и какова его скорость при ударе о землю? (Ответ: t = 3,4 с, v = 34 м/с.)

Задача 2

Стрела выпущена из лука вертикально вверх с начальной скоростью v₀ = 30 м/с. На какую максимальную высоту поднимется стрела? (Ответ: h = 45 м.)

Задача 3

Тело свободно падает с высоты 20 м над землей. Какова скорость тела в момент удара о землю? На какой высоте его скорость вдвое меньше? (Ответ: v = 20 м/с, h = 15 м.)

Домашнее задание

1. Выучить § 13, 14;

2. Выполнить упражнения 13, 14;

3. Ответить на вопрос микротеста:

Мяч брошен вертикально вверх со скоростью 20 м/с. На какое расстояние от поверхности земли он удалится за 2 с?

а) на 60 м.

б) на 40 м;

в) на 20 м.

г) на 10 м.