7.Анализ и стр-ра курса механики. Нма «Основы кинематики»

Механика представлена четырьмя подразделами: основы кинематики, основы динамики, законы сохранения, механические колебания и волны.

В кинематике изучают равномерное и равноускоренное прямолинейные движения, криволинейное движение и их характеристики. Вводят понятие материальной точки, траектории, перемещения и пути, пройденного телом вдоль траектории, системы отсчета, скорости и ускорения. При формировании понятий перемещения, скорости, ускорения большое внимание уделяют векторному характеру этих величин. Завершается раскрытие векторного характера этих величин при рассмотрении криволинейного движения.

Для описания механического движения применяются различные способы. Один из них - описание движения с помощью пути, пройденного материальной точкой вдоль траектории (s=s(t)), другой - описание движения с помощью радиус-вектора (r=r(t)) и его изменения со временем (перемещение). В средней общеобразовательной школе определяют положение материальной точки в пространстве посредством координат, если выбирают прямоугольную систему координат. Изменение положения материальной точки в пространстве определяют перемещением.

При описании движения с помощью радиус-вектора как функции времени (r=r(t)) или с помощью координат основные кинематические характеристики вводят сразу как векторные величины. Такой подход безусловно помогает вскрыть векторный характер величин. Выражения законов механики в векторной форме являются самыми общими и не зависят от выбора системы отсчета. Поэтому больше внимания уделяют работе с векторными величинами, избирают координатный метод описания движения. Пользуясь координатным методом, можно векторные величины спроецировать на координатные оси и описать движение с помощью уравнений.

Виды движения рассматривают на основе координатного метода. Для этого вводят понятия: система отсчета и координаты точки. Анализируя конкретные случаи движения, раскрывают перед учащимися понятие коор-динаты, вектора перемещения и пути, пройденного телом вдоль траектории.

Начертив на доске систему координат и расположив в любом месте доски мел, отмечают первоначальные координаты мела, а затем фиксируют другое положение мела. Показывают на чертеже вектор перемещения, путь, пройденный вдоль траектории, и уточняют, что для определения нового положения мела достаточно знать вектор перемещения, конец которого указывает новое положение мела. Затем вводят понятие проекции вектора перемещения на координатные оси и выясняют, что вектор перемещения s может быть однозначно определен через его проекции на координатные оси.

После введения понятий координаты, вектора перемещения, его проекции и системы отсчета механическое движение можно анализировать на основе координатного метода. Уравнения движения в кинематике позволяют решить основную задачу механики: определить положение материальной точки в пространстве в любой момент времени, если известны начальные условия и ускорение. Достаточно знать уравнение перемещения и уравнение скорости, чтобы решить любую кинематическую задачу.

Введение понятий координат и перемещения материальной точки определяет и способ введения понятий скорости и ускорения. При повторении курса основной школы в старших классах можно показать, что понятие мгновенной скорости имеет смысл для любого движения, в том числе и равномерного. Этот методический прием исключает возможность обра-зования у школьников неправильного представления о том, что существует несколько понятий скорости.

Скорость. В старших классах это понятие вводят как векторную величину для прямолинейного и криволинейного движений Векторный характер скорости непосредственно вытекает из введения перемещения как век-торной величины. При повторении равномерного прямолинейного движения выделяют основной его признак: материальная точка в любые равные промежутки времени совершает одинаковые (равные) перемещения. Так как равномерные движения разных тел отличаются друг от друга, необходимо ввести характеристику движения – скорость - величину, которую определяют отношением вектора перемещения ко времени, в течение которого это перемещение произошло. Введение скорости обязательно должно сопровождаться экспериментом. После повторения понятия скорости равномерного прямолинейного движения вводят понятие средней скорости неравномерного движения и подчеркивают, что для определения средней скорости необходимо найти отношение пути, пройденного материальной точкой, ко времени ее движения. Следует иметь в виду, что о средней скорости как о векторе говорят тогда, когда определяют ее через отношение вектора перемещения к промежутку времени, за который это перемещение совершено. В окружающей нас жизни о средней скорости говорят как о величине, равной отношению пути, пройденного телом при движении, к промежутку времени, за который этот путь пройден.

Следующим звеном в цепочке формирования основных кинематических характеристик является рассмотрение мгновенной скорости. При введении этого понятия в школе используют понятие не математического, а физического предельного перехода: вместо бесконечно малой величины рассматривают очень малый, но конечный промежуток времени - физически малую величину. Введение понятия мгновенной скорости обязательно сопровождают экспериментом: это может быть опыт с электросекундомером и датчиками либо опыт со стробоскопом, где делают стробоскопические снимки одного и того же неравномерного движения с различной частотой вспышек. При достаточно малых промежутках времени, в пределах которых изменение скорости не улавливают приборы (в первом опыте) и средние скорости на соседних участках практически неразличимы (во втором опыте), ставится как бы естественный предел стремлению получить все более точное определение мгновенной скорости. Дальнейшее уменьшение промежутков времени теряет смысл, и среднюю скорость за такой малый промежуток можно принять за мгновенную с той степенью точности, которая имеет практический смысл. Аналогично вводят понятие мгновенной скорости и в криволинейном движении. Ускорение. Методика введения понятия та же, что и при введении понятия мгновенной скорости. Сначала вводят среднее ускорение за малый промежуток времени, а затем понятие мгновенного ускорения. Однако необходимо предварительно напомнить учащимся о вычитании векторов, чтобы они умели находить вектор изменения скорости. При введении понятия ускорения выбирают такое неравномерное движение, при котором скорость за любые равные промежутки времени меняется одинаково. Подобно тому, как в равномерном прямолинейном движении скорость характеризует быстроту изменения перемещения со временем, так в равноускоренном прямолинейном движении ускорение.

7. Машина Атвуда.

Машина электрифицирована и позволяет осуществлять автоматическое включение и выключение электронного секундомера или секундомера-датчика электромеханического.

Ускорение свободного падения тела определяется путем измерения времени падения стального шарика с заданной высоты с последующим вычислением ускорения по формуле: h=gt²/2; g=2h/t². Включают электромагнит и приставляют к его сердечнику стальной шарик. При нажатии кнопки «пуск» шарик начинает падать. При ударе шарика о площадку нижней панели ее контакты размыкаются и счет времени прекращается. Сняв показания с секундомера и измерив с помощью демонстрационного метра высоту падения шарика, вычисляют ускорение свободного падения по указанной выше формуле.