Сила: единицы силы и их измерение (план урока по физике для 7 классов)

Сила — важнейшее понятие в физике. Оно широко используется при изучении природных явлений, для качественного и количественного описания взаимодействия тел.

Наш план урока содержит: знакомство с силой, единицами измерения силы, способами ее измерения, влиянием скорости и направлением действия силы. Материал будет полезен и в старших классах, когда нужно повторить и обобщить основные понятия в физике.

Ожидаемые результаты: предметные, метапредметные, личностные.

Предметные:

• познакомить с понятием «силы» как меры взаимодействия тел, посредством которых происходит изменения скорости тела;
• выявить признаки действия силы;
• сформировать понятие силы как количественной характеристики действия одного тела на другое;
• дать понимание векторного характера силы;
• охарактеризовать силу модулем, направлением и точкой приложения.

Метапредметные:

• формировать умения у учащихся наблюдать, делать выводы, выделять главное, планировать и проводить эксперимент;
• выполнять рисунки, аккуратно и грамотно делать записи в тетрадях;
• применять знания к анализу и объяснению явлений природы;
• оценивать полученные результаты;
• использовать теоретические методы научного познания.

  Личностные:

• формировать мотивацию постановкой познавательных задач;
• формировать умения управлять своей учебной деятельностью;
• формировать мотивы учения, развития интереса и способностей к физике;
• развивать внимание, память, творческое мышление.

План урока:

1. Вступление урока (мотивация, целеполагание)
2. Изучение нового материала
3. Закрепление материала
4. Итоги урока и рефлексия
5. Домашнее задание

1. Вступление урока (мотивация, целеполагание)

Представьте, что вы сидите в мягком удобном кресле. Что необходимо сделать, чтобы встать с него? Оттолкнуться от подлокотников руками, податься корпусом вперед и вверх, упереться ногами в пол. То есть вы взаимодействуете с другими телами, прилагаете усилие или силу. Так что же такое сила?

С понятием «сила» мы постоянно сталкиваемся в повседневной жизни. Часто можно услышать словосочетания «сильный человек», «сильный дождь», «сильное желание». Мы используем слово «сильный» для описания воздействия одного тела или явления на другое.

Физики активно применяют термин «сила» при изучении природных явлений для качественного и количественного описания взаимодействия между телами.

Например, спортсмен бьет кулаком по боксерской груше. Он оказывает действие на грушу, а груша оказывает действие на кулак боксера. Два тела взаимодействуют друг с другом, но что описывает это действие? Когда кто-то ударился мизинцем о ножку стола, физики говорят, что человек взаимодействовал с ножкой стола или ножка стола оказала действие на мизинец.

Однако не всегда взаимодействие между телами происходит при непосредственном контакте. Например, если яблоко сорвется с ветки, оно упадет на землю. Произойдет взаимодействие между плодом и поверхностью без соприкосновения тел посредством силовых полей (в данном примере — поле тяготения; помимо него существуют электрическое и магнитное поля). То есть поля также оказывают действия на тела.

Так что же является результатом взаимодействия тел? Как можно описать его качественно и количественно? От чего оно зависит?

Определим цели и задачи урока:

• познакомиться с понятием «сила»;
• выявить, от чего зависит и на что оказывает влияние сила;
• установить, в каких единицах измеряется сила и как ее можно определить на практике;
• научиться определять действие силы и решать качественные задачи.

2. Изучение нового материала

1. апельсин катится по столу и останавливается;
2. магнит притягивает гвоздь;
3. локомотив толкает вагон;
4. сталкиваются два бильярдных шара.

Взаимодействие между телами можно охарактеризовать с помощью силы.

Проведем опыт. Возьмем пружину, подвесим на нее груз. Пружина удлинится. Если на нее подвесить два (три) груза, то она растянется сильнее. Значит, два (три) груза действуют на пружину с большей силой, чем один. Смотрите Рисунок 1.

1. Действие одного тела на другое зависит от величины приложенной силы.

Чтобы поднять с пола стопку книг, нам придется приложить большую силу, чем при поднятии одной книги.

2. Действия одного тела на другое зависит от точки приложения силы.

Дверные ручки устанавливают как можно дальше от петель не просто так. Если попробовать толкать дверь вблизи ее петель, потребуется намного больше сил, чтобы ее открыть, чем с помощью ручки.

3. Действие одного тела на другое зависит от направления действия силы.

Для достижения определенного результата действия, например растяжения или сжатия пружины, закрытия или открытия двери, нужно прикладывать силы в разных направлениях.

Ответ: если высокий брусок, стоящий на столе, толкать в нижней части, то он будет скользить по поверхности стола. Если же к бруску приложить силу в верхней его части, то он просто перевернется.

Силы в природе можно разделить на четыре вида:

1. гравитационные (возникают между телами, обладающими массами);
2. электромагнитные (возникают между телами, обладающими электрическими зарядами);
3. слабые (возникают при взаимодействии элементарных частиц);
4. ядерные (возникают внутри атомных ядер атомов).

Графически силу изображают в виде отрезка со стрелкой на конце (стрелки). Начало отрезка совмещают с точкой приложения силы. Длина отрезка в определенном масштабе равна значению силы. Стрелка показывает направление силы. Величины, характеризующиеся числовым значением и направлением в пространстве, называют векторными, или векторами (от латинского слова «вектор» — ведущий, несущий). То есть сила является векторной величиной.

Рассмотрим Рисунок 3: как направлены силы, действующие на тела? Куда приложены эти силы?

Силу обозначают латинской буквой F. Сила имеет единицу измерения, которая называется ньютоном [Н]. Единица получила такое название в честь английского ученого Исаака Ньютона. Смотрите Рисунок 4.

Для того чтобы понять, что такое сила в один ньютон, нам нужно вспомнить, что сила, приложенная к телу, изменяет его скорость. То есть 1 Н — это такая сила, которая меняет скорость тела массой в 1 кг на 1 м/с за каждую секунду [1Н = 1].

Ответ: на первый автомобиль, так как для разгона ему потребовалось меньшее времени.

Ответ: сила действовала, так как ее результатом стала остановка автомобиля. Сила была направлена противоположно движению машины, что способствовало уменьшению скорости до нуля.

20 мН = … Н 0,002 МН = … Н 0,3 кН = … Н 2 гН = … Н 2 кН + 2 гН = … Н 0,1 кН — 1000 мН = … Н

200 Н = … кН 400000 Н = … МН 2000 Н = … мН 68000 Н = … гН 20 кН + 0,1 МН = … Н 280 мН — 0,01 Н = … мН

Сила — векторная величина. Однако при расчетах или решении задач используют модуль вектора силы. Может ли модуль силы быть отрицательным?

Ответ: нет, модуль силы — большая нуля или равная нулю величина. Отрицательной может быть только проекция силы на какую-либо ось.

Сила — физическая величина, ее можно измерить физическим прибором. Для измерения силы используют специальный прибор — динамометр (от греч. динамис — «сила» и метрео — «измеряю»). 

Следует отметить, что все тела, которые находятся на Земле или у ее поверхности, всегда испытывают действие хотя бы одной силы. Также на тела могут действовать одновременно несколько сил, отличающиеся как по направлению, так и по величине. Подумайте, как будет двигаться тело под действием двух равных по модулю противоположно направленных сил?

Нас окружает множество тел, которые взаимодействуют друг с другом. Принято выделять некоторые силы. Например, сила всемирного тяготения, силы тяжести, вес, сила упругости, сила трения, сила Архимеда и многие другие.

3. Закрепление материала (решение задач)

Задача 1

Запишите небольшой конспект, заполнив пропуски словами или словосочетаниями.

1. Сила — это … физическая величина, являющаяся … … тел.
2. Сила — это причина изменения … тел или их …
3. Сила обозначается латинской буквой …
4. Единица измерения силы …
5. Сила в 1 Н — это такая сила, которая меняет скорость тела массой в … кг на … м/с за каждую секунду.
6. Силу на чертежах изображают в виде …, у которой имеется …, направление и точка …
7. Прибор для измерения силы называется …

Задача 2

Взяв масштаб 1 см — 20 Н, изобразите графически силу 100 Н, приложенную к центру тела и направленную вертикально вниз, силу 240 Н, приложенную к центру тела и направленную на юг. Как вы думаете, какие силы действуют на тело, куда они направлены, если тело покоится? Изобразите эти силы.

Задача 3

На тело в горизонтальном направлении действуют две силы — 5 Н и 10 Н. Изобразите эти силы. Сколько вариантов рисунка вы можете сделать?

Задача 4

Футболист бьет по мячу. Укажите, с какими телами взаимодействует мяч, изобразите и сравните силы, действующие на мяч:

1. в момент удара;
2. во время полета мяча;
3. при ударе о землю.

Задача 5

В ванной плавает резиновая уточка. Какие тела взаимодействуют друг с другом? Как направлены силы, обусловленные этими взаимодействиями? Сделайте чертеж.

Задача 6

На шайбу во время игры постоянно действуют то лед, то клюшка, то перчатки вратаря, то борт, то сетка ворот. В какие моменты действует наибольшая сила, а в какие — наименьшая? Почему вы так решили?

4. Итоги урока и рефлексия

Подведем итог урока. Для этого закончите предложения:

1. Сегодня на уроке я узнал …
2. Сегодняшний урок показал мне …
3. Самым трудным для меня было …
4. Самым интересным мне показалось …
5. На следующем уроке я бы хотел узнать о …

5. Домашнее задание

Проведите эксперимент. Возьмите два одинаковых по размеру и массе листа бумаги, один из них скомкайте. Одновременно отпустите оба листа с одной и той же высоты. Ответьте на вопросы: 

1. Почему скомканный лист бумаги падает быстрее?
2. С какими телами при падении взаимодействуют листы бумаги?
3. Почему в итоге оба листа упали на пол? 
4. Какие силы действовали на бумагу при падении, куда они были направлены? 
5. Как изменятся результаты опыта, если его проводить в вакууме?

Желаем продуктивных уроков и мотивированных учеников!