Неравномерное движение. Средняя скорость

СКОРОСТЬ ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ

Неравномерным называется движение, при котором скорость тела со временем изменяется.

Средняя скорость неравномерного движения равна отношению вектора перемещения к времени нахождения в пути

Тогда перемещение при неравномерном движении

Мгновенной скоростью называется скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории.

Скорость – это количественная характеристика движения тела.

Средняя скорость – это физическая величина, равная отношению вектора перемещения точки к промежутку времени Δt, за который произошло это перемещение. Направление вектора средней скорости совпадает с направлением вектора перемещения . Средняя скорость определяется по формуле:

Мгновенная скорость , то есть скорость в данный момент времени – это физическая величина, равная пределу, к которому стремится средняя скорость при бесконечном уменьшении промежутка времени Δt:

Иными словами, мгновенная скорость в данный момент времени – это отношение очень малого перемещения к очень малому промежутку времени, за который это перемещение произошло.

Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории движения тела (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Вектор мгновенной скорости.

В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду, то есть единицей скорости принято считать скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором за одну секунду тело проходит путь в один метр. Единица измерения скорости обозначается м/с . Часто скорость измеряют в других единицах. Например, при измерении скорости автомобиля, поезда и т.п. обычно используется единица измерения километр в час:

1 км/ч = 1000 м / 3600 с = 1 м / 3,6 с

или

1 м/с = 3600 км / 1000 ч = 3,6 км/ч

Сложение скоростей

Скорости движения тела в различных системах отсчёта связывает между собой классический закон сложения скоростей .

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта равна сумме скоростей тела в подвижной системе отсчёта и самой подвижной системы отсчёта относительно неподвижной.

Например, пассажирский поезд движется по железной дороге со скоростью 60 км/ч. По вагону этого поезда идет человек со скоростью 5 км/ч. Если считать железную дорогу неподвижной и принять её за систему отсчёта, то скорость человека относительно системы отсчёта (то есть относительно железной дороги), будет равна сложению скоростей поезда и человека, то есть 60 + 5 = 65, если человек идёт в том же направлении, что и поезд; и 60 – 5 = 55, если человек и поезд движутся в разных направлениях. Однако это справедливо только в том случае, если человек и поезд движутся по одной линии. Если же человек будет двигаться под углом, то придётся учитывать этот угол, вспомнив о том, что скорость – это векторная величина .

А теперь рассмотрим описанный выше пример более подробно – с деталями и картинками.

Итак, в нашем случае железная дорога – это неподвижная система отсчёта . Поезд, который движется по этой дороге – это подвижная система отсчёта . Вагон, по которому идёт человек, является частью поезда.

Скорость человека относительно вагона (относительно подвижной системы отсчёта) равна 5 км/ч. Обозначим её буквой Ч.

Скорость поезда (а значит и вагона) относительно неподвижной системы отсчёта (то есть относительно железной дороги) равна 60 км/ч. Обозначим её буквой В. Иначе говоря, скорость поезда – это скорость подвижной системы отсчёта относительно неподвижной системы отсчёта.

Скорость человека относительно железной дороги (относительно неподвижной системы отсчёта) нам пока неизвестна. Обозначим её буквой .

Свяжем с неподвижной системой отсчёта (рис. 1.7) систему координат ХОY, а с подвижной системой отсчёта – систему координат X П О П Y П (см. также раздел Система отсчёта). А теперь попробуем найти скорость человека относительно неподвижной системы отсчёта, то есть относительно железной дороги.

За малый промежуток времени Δt происходят следующие события:

Тогда за этот промежуток времени перемещение человека относительно железной дороги:

Ч + B

Это закон сложения перемещений . В нашем примере перемещение человека относительно железной дороги равно сумме перемещений человека относительно вагона и вагона относительно железной дороги.

Закон сложения перемещений можно записать так:

= Δ Ч Δt + Δ B Δt

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)

Разделы: Физика

Класс: 7

Тип урока: изучение нового материала.

Цели и задачи урока:

• Образовательные :
  • ввести основные понятия механического движения: относительность движения, траектория, пройденный путь, 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 учащихся.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Домашнее задание: §§13-14, упр. 3 (устно).

III. Объяснение нового материала

1. Начинаем урок с объявления новой темы урока и попробуем ответить на вопрос: «Что нам позволяет судить о том, движется тело или покоится?». После ответов учащихся цитируем отрывок стихотворения А.С.Пушкина «Движение» (см. рис. 1).
В отрывке прозвучал очень важный момент, необходимый для рассуждения о том движется тело или покоится. А именно, относительно каких тел происходит или не происходит движение. Как можно определить движется тело или покоится?

Рис. 1 (Презентация , слайд 2)

2. Относительность движения.

Для того чтобы выделить такой характерный признак механического движения как относительность, рассмотрим и проанализируем простой опыт с движущейся по столу тележкой. Рассмотрим относительно каких тем она движется, а относительно каких покоится.(см. рис. 2, 3).

Рис. 2 (Слайды 4-10).

Рис. 3 (Слайд 11).

IV. С целью закрепления материала решаем следующие задачи:

Задача 1. Укажите относительно каких тел перечисленные ниже тела находятся в покое и относительно каких – в движении: пассажир в движущемся грузовике; легковой автомобиль, едущий за грузовиком на одном и том же расстоянии, груз в прицепе автомобиля.

Задача 2. Относительно каких тел покоится и относительно каких тел движется человек, стоящий на тротуаре?

Рис. 4 (Слайд 12).

Задача 3. Перечислите, относительно каких тел водитель движущегося трамвая находится в состоянии покоя.

Ученики обычно отвечают, что человек находится в покое относительно тротуара, дерева, светофора, дома и движется относительно едущего по дороге автомобиля. В этой ситуации следует обратить внимание учеников, что человек, как и Земля, движется со скоростью 30 км/с относительно Солнца.

3. Траектория движения.

Далее вводим понятие траектории и в зависимости от ее формы выделяем два вида движения: прямолинейное и криволинейное. Внимание учеников прежде всего обращаем на движение таких тел, траектории которых бывают хорошо видимы (см. рис. 5). Здесь же вводим понятие о пройденном пути как о физической величине, измеряемой длиной траектории, по которой тело движется в течение некоторого промежутка времени. В связи с этим повторяем известные из курса математики основные единицы измерения длины.

Рис. 5 (Слайд 15).

Задача 4. Установите соответствие между примером механического движения и видом траектории.

ПРИМЕР ВИД ТРАЕКТОРИИ

А) падение метеора 1) окружность
Б) движение стрелки секундомера 2) кривая
В) падение капли дождя в безветренную 3) прямая
погоду.

Задача 5. Выразите пройденный путь в метрах:

65 км
0,54 км
4 км 300 м
2300 см
4 м 10 см

(Слайд 16).

4. Прямолинейное равномерное движение

Рассмотрим далее какие виды движения существуют? Определим какое движение называют равномерным. Движение при котором тело за равные промежутки времени проходит одинаковые пути. Рассмотрим пример прямолинейного равномерного движения (см. рис. 6).

Развивать мыслительные способности учащихся, умение анализировать, выделять общие и отличительные свойства; развивать умение применять теоретические знания на практике при решении задач на нахождение средней скорости неравномерного движения.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Урок в 9 классе по теме: «Средняя и мгновенная скорости неравномерного движения»

Учитель – Малышев М.Е.

Дата -17.10.2013

Цели урока:

Образовательная цель:

• Повторить понятие – средняя и мгновенная скорости,
• научиться находить среднюю скорость при различных условиях, используя задачи из материалов ГИА и ЕГЭ прошлых лет.

Развивающая цель:

• развивать мыслительные способности учащихся, умение анализировать, выделять общие и отличительные свойства; развивать умение применять теоретические знания на практике; развивать память, внимание, наблюдательность.

Воспитательная цель:

• воспитывать устойчивый интерес к изучению математики и физики через реализацию межпредметных связей;

Тип урока:

• урок обобщения и систематизации знаний, умений по данной теме.

Оборудование:

• компьютер, мультимедийный проектор;
• тетради;
• набор оборудования L- микро по разделу «Механика»

Ход урока

1. Организационный момент

Взаимное приветствие; проверка готовности учащихся к уроку, организация внимания.

2. Сообщение темы и целей урока

Слайд на экране : “ Практика рождается только из тесного соединения физики и математики ” Бэкон Ф.

Сообщается тема и цели урока.

3. Входной контроль (повторение теоретического материала) (10 мин)

Организация устной фронтальной работы с классом по повторению.

Учитель физики:

1. Какой простейший вид движения вам известен? (равномерное движение)

2. Как найти скорость при равномерном движении? (перемещение разделить на время v = s / t )? Равномерное движение встречается нечасто.

Обычно механическое движение - это движение с изменяющейся скоростью. Движение, при котором скорость тела с течением времени изменяется, называют неравномерным. Например, неравномерно движется транспорт. Автобус, начиная движение, увеличивает свою скорость; при торможении его скорость уменьшается. Падающие на поверхность Земли тела также движутся неравномерно: их скорость с течением времени возрастает.

3. Как найти скорость при неравномерном движении? Как она называется? (Средняя скорость, v ср = s/ t)

На практике при определении средней скорости пользуются величиной, равной отношению пути s ко времени t, за которое этот путь пройден: v ср = s/t . Ее часто называют средней путевой скоростью .

4. Какие особенности есть у средней скорости? (Средняя скорость является векторной величиной. Для определения модуля средней скорости в практических целях этой формулой можно воспользоваться лишь в том случае, когда тело движется вдоль прямой в одну сторону. Во всех остальных случаях эта формула непригодна).

5. Что такое мгновенная скорость? Как направлен вектор мгновенной скорости? (Мгновенная скорость – это скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории. Вектор мгновенной скорости в каждой точке совпадает с направлением движения в данной точке.)

6. Чем отличается мгновенная скорость при равномерном прямолинейном движении от мгновенной скорости при неравномерном движении? (В случае равномерного прямолинейного движения мгновенная скорость в любой точке и в любой момент времени одинакова; в случае неравномерного прямолинейного движения мгновенная скорость различна).

7. Можно ли определить положение тела в любой момент времени зная среднюю скорость его движения на каком-либо участке траектории? (нельзя определить его положение в любой момент времени).

Предположим, что автомобиль проехал путь 300 км за 6 ч. Чему равна средняя скорость движения? Средняя скорость движения автомобиля равна 50 км/ч. Однако при этом он мог какое-то время стоять, какое - то время двигаться со скоростью 70 км/ч, какое - то время - со скоростью 20 км/ч и т. п.

Очевидно, что, зная среднюю скорость движения автомобиля за 6 ч, мы не можем определить его положение через 1 ч, через 2 ч, через 3 ч и т. д. времени”.

1. Устно найдите скорость автомобиля, если путь в 180 км он проехал за 3 часа.

2. Автомобиль ехал 1 час со скоростью 80 км /ч и 1 час со скоростью 60 км/ч. Найдите среднюю скорость. Действительно, средняя скорость равна(80+60)/2=70 км/ч. В данном случае средняя скорость равна среднему арифметическому скоростей.

3. Изменим условие. Автомобиль ехал 2 часа со скоростью 60 км /ч и 3 часа со скоростью 80 км/ч. Какова средняя скорость на всем пути?

(60 2+80 3)/5=72 км /ч. Скажите, а сейчас средняя скорость равна среднему арифметическому скоростей? Нет.

Самое главное, что нужно помнить, при нахождении средней скорости - это то, что она средняя, а не средняя арифметическая скорость. Конечно, услышав задачу, сразу хочется сложить скорости и разделить на 2.Это самая распространенная ошибка.

Средняя скорость равна среднему арифметическому от скоростей тела во время движения только в том случае, когда тело с этими скоростями проходит весь путь за одинаковые промежутки времени.

4. Решение задач (15 мин)

Задача №1. Скорость лодки по течению 24 км в час, против течения 16 км в час. Найти среднюю скорость. (Проверка выполнения заданий у доски.)

Решение. Пусть S - путь от начального до конечного пунктов, тогда время, затраченное на путь по течению S/24, а против течения - S/16, общее время движения - 5S/48. Так как весь путь, туда и обратно составляет 2S, следовательно, средняя скорость равна2S/(5S/48)=19,2 км в час.

Экспериментальное исследование “Равноускоренное движение, начальная скорость равна нолю” (Эксперимент проводится учащимися)

Прежде чем приступить к выполнению практической работы вспомним правила ТБ:

1. Перед началом работы : внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторного практикума, подготовить рабочее место и убрать посторонние предметы, приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание, проверить исправность оборудования и приборов.
2. Во время работы : точно выполнять все указания учителя, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ, следить за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях.
3. По окончании работы : привести в порядок рабочее место, сдать учителю приборы и оборудование.

Исследование зависимости скорости от времени при равноускоренном движении (начальная скорость равна нулю).

Цель: изучение равноускоренного движения, построение графика зависимости v=at на основе экспериментальных данных.

Из определения ускорения следует, что скорость тела v , двигающегося прямолинейно с постоянным ускорением, спустя некоторое время t после начала движения может быть определена из уравнения: v = v 0 +аt . Если тело начало двигаться, не имея начальной скорости, то есть при v 0 = 0, это уравнение становится более простым: v = а t. (1)

Скорость в заданной точке траектории можно определить, зная перемещение тела из состояния покоя до этой точки и время движения. Действительно, при движении из состояния покоя (v 0 = 0 ) с постоянным ускорением перемещение определяется по формуле S= at 2 /2, откуда, а=2S/ t 2 (2). После подстановки формулы (2) в (1):v=2 S/t (3)

Для выполнения работы направляющую рейки устанавливают с помощью штатива в наклонном положении.

Её верхний край должен находиться на высоте 18-20 см от поверхности стола. Под нижний край подкладывают пластиковый коврик. Каретку устанавливают на направляющей в крайнем верхнем положении, причём её выступ с магнитом должен быть обращен в сторону датчиков. Первый датчик размещают вблизи магнита каретки так, чтобы он запускал секундомер, как только каретка начнёт двигаться. Второй датчик устанавливают на удалении 20-25 см от первого. Далее работу выполняют в таком порядке:

1. Измеряют перемещение, которое каретка совершит, двигаясь между датчиками – S 1
2. Производят пуск каретки и измеряют время её движения между датчиками t 1
3. По формуле (3) определяют скорость, с которой двигалась каретка в конце первого участка v 1 =2S 1 /t 1
4. Увеличивают расстояние между датчиками на 5см и повторяют серию опытов для измерения скорости тела в конце второго участка: v 2 =2 S 2 /t 2 Каретку в этой серии опытов, как и в первой, пускают из крайнего верхнего положения.
5. Проводят ещё две серии опытов, увеличивая в каждой серии расстояние между датчиками на 5 см. Так находят значения скорости v з и v 4
6. По полученным данным строят график зависимости скорости от времени движения.
7. Подведение итогов урока

Домашнее задание с комментариями: Выберите любые три задачи:

1. Велосипедист, проехав 4 км со скоростью 12 км/ч, остановился и отдыхал в течении 40 мин. Оставшиеся 8 км пути он проехал со скоростью 8 км/ч. Найдите среднюю скорость (в км/ч) велосипедиста на всем пути?

2.Велосипедист за первые 5 с проехал 35 м, за последующие 10 с-100 м и за последние 5 с-25 м. Найдите среднюю скорость движения на всем пути.

3. Первые 3/4 времени своего движения поезд шел со скоростью 80 км/ч, остальное время - со скоростью 40 км/ч. Какова средняя скорость (в км/ч) движения поезда на всем пути?

4. Первую половину пути автомобиль прошел со скоростью 40 км/ч, вторую – со скоростью 60 км/ч. Найдите среднюю скорость(в км/ч) автомобиля на всем пути?

5. Автомобиль проехал первую половину пути со скоростью 60 км/ч. Оставшуюся часть пути он ехал со скоростью 35 км/ч, а последний участок – со скоростью 45 км/ч. Найдите среднюю скорость (в км/ч) автомобиля на всем пути.

“ Практика рождается только из тесного соединения физики и математики ” Бэкон Ф.

а) “Разгон” (начальная скорость меньше конечной) б) “Торможение” (конечная скорость меньше начальной)

Устно 1. Найдите скорость автомобиля, если путь в 180 км он проехал за 3 часа. 2. Автомобиль ехал 1 час со скоростью 80 км /ч и 1 час со скоростью 60 км/ч. Найдите среднюю скорость. Действительно, средняя скорость равна(80+60)/2=70 км/ч. В данном случае средняя скорость равна среднему арифметическому скоростей. 3. Изменим условие. Автомобиль ехал 2 часа со скоростью 60 км /ч и 3 часа со скоростью 80 км/ч. Какова средняя скорость на всем пути?

(60* 2+80* 3)/5=72 км /ч. Скажите, а сейчас средняя скорость равна среднему арифметическому скоростей?

Задача Скорость лодки по течению 24 км в час, против течения 16 км в час. Найти среднюю скорость лодки.

Решение. Пусть S- путь от начального до конечного пунктов, тогда время, затраченное на путь по течению S/24, а против течения - S/16, общее время движения - 5S/48. Так как весь путь, туда и обратно составляет 2S, следовательно, средняя скорость равна2S/(5S/48)=19,2 км в час.

Решение. V ср = 2s / t 1 + t 2 t 1 = s / V 1 и t 2 = s / V 2 V ср = 2s / V 1 + s / V 2 = 2 V 1 V 2 / V 1 + V 2 V ср = 19,2 км/ч

На дом: 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 в час.