Формирование основных понятий вращательного движения в средней школе
очно малым. Чтобы определить
направление вектора а, его модуль |а|, например, в точке А окружности (Рис.
3), ццелесообразно воспользоваться свойством двух векторов, имеющих равные
модули и образующих малый угол, и зависимостью между линейной и угловой
скоростями.
Пусть за очень малый промежуток времени тело переместилось из точки А
в точку В (см. Рис. 3). Тогда изменение вектора скорости [pic].
Следовательно, для определения [pic] достаточно к вектору [pic] прибавить
вектор [pic]. Из рисунка видно, что вектор [pic], равный разности[pic],
направлен в сторону кривизны окружности в точке А. По свойству векторов
модуль разности двух равных векторов, образующих малый угол [pic], равен
произведению модуля вектора на угол, т. е. [pic]. Кроме того, в этом случае
вектор [pic] должен быть перпендикулярен вектору [pic] (так как между
векторами [pic] и [pic] угол мал). Вектор скорости [pic] (как и [pic])
направлен по Касательной, а касательная перпендикулярна радиусу. Отсюда
следует, что вектор [pic] должен быть направлен по радиусу окружности, и
направлен к ее центру. Из формулы [pic]- следует, что вектор ускорения
имеет такое же направление, что и вектор [pic](так как время [pic] –
скалярная величина). Таким образом, учащиеся подводятся к выводу: вектор
ускорения, возникающего при равномерном движении окружности тела или точки,
всегда направлен по радиусу к центру окружности. Поэтому такое ускорение
называется центростремительным.
Далее находят модуль центростремительного ускорения [pic].
Необходимо обратить внимание учащихся еще на следующий факт. Так как
|v| и R — постоянные величины, то модуль при равномерном движении тела по
окружности остается все время неизменным. Однако отсюда еще нельзя сделать
заключение, что такое движение равноускоренное. Так как в процессе
равномерного движения тела по окружности вектор ускорения направлен по
радиусу к центру, то непрерывно изменяется его направление. Таким образом,
равномерное движение тела (точки) по окружности есть движение с переменным
ускорением; оно не является равноускоренным.
Рис. 4
При изучении движения по окружности нуждаются в конкретизации понятия
«число оборотов в единицу времени», «линейная скорость» и особенно
«центростремительное ускорение», которые для учащихся весьма абстрактны. Не
ограничиваясь формальным определением, полезно показать устройства с
известными числами оборотов (лучше для начала с небольшими), например:
электродвигатель, центробежную машину с червячной передачей (число оборотов
которой определяется демонстрационным тахометром), электробытовые приборы,
в первую очередь наиболее доступный из них – настольный вентилятор (число
оборотов вентилятора берем из таблицы). После этого можно привести
аналогичные данные о машинах и приборах, применяемых в технике (например,
скорость вращения пропеллера самолета и вертолета). Для ребят интересно
будет узнать, что винт вертолета вращается сравнительно медленно: всего в
три раза быстрее, чем диск электропроигрывателя при максимальной скорости.
Электропроигрывателем, центробежной машиной и настольным вентилятором можно
воспользоваться и для подсчёта линейных скоростей и центростремительных
ускорений конкретных точек. Например, при наращении диска со скоростью 33
об/мин центростремительное ускорение его наиболее удаленных точек
составляет около 1 м/с2, что может служить своеобразным эталоном этой
величины. Точка лопасти настольного вентилятора, отстоящая от оси вращения
на 10 см, Движется со скоростью 12 м/с и с центростремительным ускорением
440 м/с2.
Заключение
Формирование основных понятий вращательного движения, как составной
части криволинейного движения, является довольно трудной для усвоения
темой. Она нуждается во множестве примеров и демонстраций, вполне возможных
для проведения на уроке. Полученные знания будут находить применение в
последующих темах изучения физики. Ученик, свободно оперирующий понятиями
вращательного движения, подготовлен к изучению динамики вращательного
движения. Также знание понятий будет использоваться в теме колебаний.
Следуя этапам, рекомендованным в данной работе, можно в достаточной степени
закрепить у учащихся средней школы понимание рассматриваемых понятий,
необходимое для дальнейшего изучения физики, формирования навыков решения
задач кинематики вращательного движения, понимания использования данных
понятий в быту.
Литература
1. С.У. Гончаренко «Фізика 9»
2. В. П. Орехова, А. В. Усовой «Методика преподавания физики 8-10
кл.» «Просвещение» 1980 г.
3. Я.И. Перельман «Занимательная физика» Кн.2/под ред. А.В.
Митрофанова; М. «Наука» 1986 г.
| | скачать работу |
Формирование основных понятий вращательного движения в средней школе |