5. Методика изучения основных понятий и законов динамики (Первый закон Ньютона, масса).

Одним из фундаментальных понятий динамики является масса. Возникает вопрос: как ввести это понятие в школе? С понятием масса ученики встречались в 7 классе. На основе взаимодействия двух тележек делаем, что если в результате взаимодействия тележки разошлись на одно и то же расстояние от первоначального положения, то говорят, что их масса одинакова. Здесь же рассматривают способы определения массы с помощью рычажных весов.

В 9 классе понятие массы развивается дальше. Возникает вопрос: С какого же проявления следует ввести понятие массы? Может быть следует ввести понятие массы, используя формулу Эйнштейна E=mc², нет, так как это явление серьезно обобщено и для его осмысления необходимо определенные знания. Если ввести массу как количество вещества, содержащегося в теле, то тела одинаковой массы и при одинаковых условиях имеют одинаковое количество частиц, но если условия разные, то равенство частиц нарушается. Поэтому вводим понятие инерциальной массы. В начале даем понятие инертность – свойство, присущее всем телам. Состоит оно в том, что доя изменения скорости тел требуется некоторое время… Напомним учащимся, что тела после взаимодействия приобретут ускорения: , после взаимодействия , . Затем дают определение: масса тела – это величина, характеризующая его инертность. Равна отношению ускорения эталона к ускорению тела (выраженного в кг), полученного ими после взаимодействия.

Первый закон Ньютона формулируется так: Существуют такие системы отсчета относительно которых поступательно движущиеся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действие их компенсируется. Такие системы отсчета, относительно которых тела движутся равномерно и прямолинейно или находятся в покое называются инерциальными. Одна из основных дидактических задач, которая стоит перед учителем разъяснить, что ни один опыт не может подтвердить закон инерции, так как не существует в природе свободных, ни с чем не взаимодействующих тел.

Традиционным опытом, который помогает учащимся осмыслить первый закон Ньютона является опыт с желобом Галилея: а) шар скатывается в кучу песка б) шар скатывается на шероховатую поверхность в) шар скатывается на гладкую поверхность. Обращаем внимание, что по мере уменьшения сопротивления движение шарика увеличивается во времени. Вывод: чем меньше взаимодействие, тем медленнее изменяется скорость.

Продолжая рассуждения (на основе мысленных экспериментов) приходим к выводу, что если бы на движущиеся тело не действовали другие тела или действие других тел компенсировалось бы, то в этих случаях тело находилось бы в покое или двигалось бы сколь угодно долго.

Другая трудность изучения этого вопроса заключается в том, что первый закон является следствием второго. В основе классической механики лежит определенные представления о свойствах пространства и времени. Эти утверждения справедливы и для классической механики и для СТО. Например, утверждение об однородности и изотропности пространства относительно инерциальной системы отсчета. Однородность пространства означает, что в нем нет выделеных точек, которые отличались бы от других. Изотропность пространства означает одинаковость его свойств по всем направлениям. Это значит, что если некоторое тело свободно от внешних воздействий, покоится в какой-то момент времени относительно ИСО и сохраняет состояние покоя во все остальные моменты, то пространство однородно относительно этой системы.