01. Повторение. Решение ЕГЭ по физике за 2014 г. и КИМа за 2015 г.
1 ч 46 мин
02. Повторение. Решение задач ЕГЭ предыдущих лет по теме “Элементы теории относительности. Квантовая физика.”
1 ч 12 мин
03. Повторение. Решение задач ЕГЭ предыдущих лет по теме “Колебания и волны. Оптика.”
1 ч 20 мин
04. Повторение. Решение задач ЕГЭ предыдущих лет по теме “Магнетизм”
49 мин
05. Промежуточный срез №7. Повторение
1 ч 5 мин
06. Строение ядра атома. Ядерные реакции (основной урок)
1 ч 29 мин
07. Повторение. Решение задач ЕГЭ предыдущих лет по теме “Электростатика. Законы постоянного тока”
1 ч 21 мин
08. Повторение. Решение задач ЕГЭ предыдущих лет по теме “Термодинамика”
1 ч 7 мин
09. Повторение. Решение задач ЕГЭ предыдущих лет по теме “Молекулярно-кинетическая теория”
48 мин
10. Повторение. Решение задач ЕГЭ предыдущих лет по теме "Механика. Часть II"
1 ч 1 мин
11. Повторение. Решение задач ЕГЭ предыдущих лет по теме "Механика. Часть I"
41 мин
12. Строение атома (основной урок)
1 ч 0 мин
13. Основы квантовой теории. Фотоэффект (основной урок)
1 ч 1 мин
14. Элементы теории относительности (основной урок)
58 мин
15. Промежуточный срез №6. Повторение (основной урок)
55 мин
16. Волновая оптика (основной урок)
50 мин
17. Линзы (основной урок)
47 мин
18. Геометрическая оптика. Распространение света (основной урок)
53 мин
19. Механические колебания (основной урок)
1 ч 0 мин
20. Переменный ток. Электромагнитные волны (основной урок)
1 ч 2 мин
21. Электромагнитные колебания. Графики колебаний в колебательном контуре (основной урок)
1 ч 8 мин
22. Механические волны (основной урок)
48 мин
23. Маятники (основной урок)
59 мин
24. Промежуточный срез №5. Повторение (основной урок)
53 мин
25. Электромагнитная индукция (основной урок)
1 ч 12 мин
26. Введение в магнетизм (основной урок)
1 ч 11 мин
27. Решение задач по теме "Законы постоянного тока" (основной урок)
52 мин
28. Электрический ток в вакууме. Электрический ток в полупроводниках. Вакуумный и полупроводниковый диод (основной урок)
1 ч 20 мин
29. Электрический ток в различных средах (основной урок)
54 мин
30. Закон Ома для полной цепи. Работа тока (основной урок)
55 мин
31. Расчет электрических цепей (основной урок)
57 мин
32. Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи (основной урок)
55 мин
33. Диэлектрики. Конденсаторы. Однородное электрическое поле (основной урок)
49 мин
34. Промежуточный срез №4 (основной урок)
50 мин
35. Работа электрического поля. Потенциал и напряжение (основной урок)
1 ч 4 мин
36. Влажность (основной урок)
1 ч 7 мин
37. Тепловой баланс (основной урок)
1 ч 7 мин
38. Расчет количества теплоты в различных случаях. Агрегатные состояния вещества (основной урок)
1 ч 6 мин
39. КПД тепловой машины. Графики процессов в термодинамике (основной урок)
1 ч 13 мин
40. Основы термодинамики. Законы термодинамики (основной урок)
1 ч 6 мин
41. Уравнение состояния идеального газа (основной урок)
59 мин
42. Введение в молекулярно-кинетическую теорию. Основное уравнение МКТ (основной урок)
1 ч 10 мин
43. Промежуточный срез №3. Повторение (основной урок)
41 мин
44. Решение задач по теме “Законы сохранения” (основной урок)
36 мин
45. Закон сохранения энергии (основной урок)
1 ч 7 мин
46. Работа. Мощность. КПД (основной урок)
53 мин
47. Основы электростатики (основной урок)
48 мин
48. Импульс. Закон сохранения импульса (основной урок)
52 мин
49. Сила Архимеда. Элементы механики жидкостей и газов (основной урок)
32 мин
50. Элементы статики. Простые механизмы (основной урок)
1 ч 3 мин
51. Промежуточный срез № 2. Повторение (основной урок)
37 мин
52. Алгоритм решения задач по динамике (основной урок)
42 мин
53. Силы трения. Наклонная плоскость (основной урок)
54 мин
54. Силы упругости (основной урок)
46 мин
55. Закон всемирного тяготения (основной урок)
45 мин
56. Основы динамики. Законы Ньютона (основной урок)
1 ч 3 мин
57. Повторение. Промежуточный срез № 1 (основной урок)
32 мин
58. Криволинейное движение. Движение по окружности (основной урок)
52 мин
59. Равноускоренное движение. Свободное падение (основной урок)
1 ч 15 мин
60. Введение. Основы кинематики. Равномерное прямолинейное движение (основной урок)
1 ч 3 мин
Видео доступно после авторизации
Мы заканчиваем изучение механики, и сегодня мы повторим основные вопросы темы «Статика. Законы сохранения».
В рамках статики мы изучаем механическое равновесие – покой или равномерное прямолинейное движение. В зависимости от решаемой задачи мы можем считать тело материальной точкой, если размерами тела можно пренебречь, или телом, если пренебречь его размерами нельзя. Пренебрегаем размерами в том случае, когда нам не важно, в какой именно точке тела приложена сила.
Для материальной точки условие равновесия сформулировано по первому закону Ньютона: материальная точка пребывает в равновесии, если на нее не действуют силы или сумма сил, приложенных к точке, равна нулю.
Модель тела, имеющего размеры, мы используем, когда важно, в какую точку приложена сила. Вводится величина момент силы, который равен произведению силы на ее плечо (расстояние от некой произвольно выбранной точки до прямой, вдоль которой действует сила). Плечо силы содержит информацию о том, куда приложена сила. Для тел условий равновесия два:
1) Векторная сумма всех действующих на тело сил равна нулю.
2) Сумма моментов сил равна нулю.
Задача
К легкому рычагу на нитях подвешены два стальных груза массы и и приложена сила , как показано на рисунке, на расстояниях соответственно , и от точки опоры рычага. Во сколько раз изменится сила, когда оба груза опустят в воду, чтобы система осталась в равновесии?
Анализ условия
- рычаг находится в равновесии, к нему приложены сила , сила реакции опоры и силы натяжения нитей, на которых подвешены грузы;
- мы используем одну из двух моделей: материальная точка и тело. Важно, куда приложены силы, поэтому рычаг нельзя считать материальной точкой, считаем его телом. Для тела есть два условия равновесия. Точку приложения силы учитывает второе, поэтому его и будем использовать;
- подвешенный на нити груз находится в равновесии. Его можно считать материальной точкой, к нему применимо условие равновесия: сумма действующих на груз сил равна нулю;
- после погружения в воду на грузы начинает действовать сила Архимеда, равная .
Решение
Выберем точку, относительно которой будем считать моменты сил. Напомним, что в уроке по статике мы показывали, что выбор точки может быть произвольным. Удобно принять точку опоры, относительно нее момент не интересующей нас силы реакции опоры будет равен нулю. Напомним также, что моменты разных сил имеют разные знаки, если сила предположительно вращает тело в разных направлениях. Тело находится в равновесии, но каждая сила толкает ее в определенном направлении. Положительным направлением предположительного вращения примем направление против часовой стрелки.
Запишем второе условие равновесия тела, записывая сразу с учетом того, что момент силы – это, по определению, сила, умноженная на ее плечо: .
После погружения в воду условие равновесия примет следующий вид: .
Рассмотрим равновесие каждого груза. До погружения на первый груз действует сила тяжести и сила натяжения нити, модуль которой, по третьему закону Ньютона, равен .
Направим ось вертикально вверх и запишем сразу в проекции: . Аналогично для второго груза: .
После погружения добавляется сила Архимеда.
Запишем: . .
Учитывая, что , а массу груза можно также выразить через объем , запишем систему уравнений, которую останется решить и найти отношение :
Математическая часть решения задачиВыразим из второго, третьего, пятого и шестого уравнений силы натяжения нитей.
Подставим в первое и четвертое уравнения:
Разделим полученные уравнения одно на другое.
Плотности стали и воды – известные величины, подставим их и вычислим отношение:
Подведем итоги по повторению раздела. Для решения задач по статике необходимо следующее.
Знать
1) Условие равновесия материальной точки.
2) Два условия равновесия тела.
Уметь
Выбирать точку, относительно которой считать моменты сил, удобную для решения задачи.
Понимать
Условия равновесия тела представляют собой первый закон Ньютона и закон сохранения энергии в другой записи. Второе условие равновесия применяется, когда нас интересует не только, какие силы приложены к телу, но и куда именно они приложены.
При решении задач мы выбираем модель, в рамках которой описываем заданный процесс.
Закон сохранения импульса выполняется в случае замкнутой системы – такой системы, в которой тела взаимодействуют только с телами, принадлежащими этой системе. Суммарный импульс замкнутой системы тел не изменяется. Если система не замкнута, т.е. действует внешняя сила на протяжении промежутка времени , то импульс системы меняется на .
Закон сохранения полной механической энергии выполняется в замкнутой системе, в которой не действуют неконсервативные силы: в изолированной системе, в которой действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется. При наличии неконсервативных сил они совершают работу, равную изменению полной механической энергии: . Работа – это скалярное произведение силы, которая выполняет работу, на перемещение тела, над которым выполняется работа.
Задача
Горка с двумя вершинами, высоты которых и , покоится на гладкой горизонтальной поверхности стола.
На правой вершине горки находится шайба, масса которой в раз меньше массы горки. От незначительного толчка шайба и горка приходят в движение, причём шайба движется влево, не отрываясь от гладкой поверхности горки, а поступательно движущаяся горка не отрывается от стола. Найдите скорость горки в тот момент, когда шайба окажется на левой вершине горки.
Анализ условия
Система гора+шайба составляет замкнутую систему (трения нет). Следовательно:
1) закон сохранения энергии выражается в том, что потенциальная энергия переходит в кинетическую: тело с высоты переместилось на высоту : рассматриваем два состояния системы;
2) сохраняется количество движения: суммарный импульс системы в первый рассматриваемый момент (когда шайба была на вершине ) равен суммарному импульсу системы во второй момент (когда шайба была на вершине ).
Решение
Выберем уровень нулевой потенциальной энергии на уровне горизонтальной поверхности, на которой находится горка. Это удобно, т.к. в условии заданы высоты относительно этого уровня.
Выберем систему координат. Удобно направить ось параллельно поверхности стола, например, вправо. Тогда скорости тел во второй рассматриваемый момент направлены параллельно оси .
В начальный момент времени система не двигалась, а шайба находилась на высоте – система обладала потенциальной энергией. В момент, когда шайба находилась на вершине левой горки высотой , шайба двигалась влево, а горка – вправо: система обладала потенциальной и кинетической энергией. Запишем закон сохранения энергии: .
Импульс системы был равен нулю (система покоилась), затем стал равен сумме импульсов шайбы и горки. Запишем закон сохранения импульса в проекции на выбранную ось : .
Получили систему двух уравнений, решив которую найдем скорость горки :
Математическая часть решения задачиИз второго уравнения выразим : .
Подставим в первое уравнение: .
Выразим .
Задача
Санки с седоком общей массой кг съезжают с горы высотой м и длиной м. Какова средняя сила сопротивления движению санок, если в конце горы они развили скорость м/с, а начальная скорость равна нулю?
Анализ условия
- рассматриваем два состояния санок с седоком: в первом положении санки не двигались и находились на высоте , во втором положении у подножия горы санки имели скорость ;
- действовала неконсервативная сила – сила сопротивления движению санок, значит, система была незамкнутой, поэтому полная механическая энергия не сохраняется, работа силы сопротивления изменяет механическую энергию тела: ;
- механическая энергия в каждом состоянии определяется положением и скоростью тела;
- сила сопротивления движению направлена в сторону, противоположную направлению движения.
Решение
Выберем систему координат. Движение прямолинейное, направим ось по скорости движения.
Нулевой уровень потенциальной энергии примем на уровне подножия горы, т.к. в условии высота горы задана относительно этого уровня. Перепишем условие задачи математически: в первом состоянии потенциальная энергия равна , кинетическая энергия равна нулю – тело покоится. Во втором состоянии потенциальная энергия равна нулю, кинетическая энергия равна .
Работа силы сопротивления, по определению, равна . В выбранной системе координат перемещение равно длине горки , запишем в проекции на ось , не забывая о направлениях силы и перемещения: . Подставим значения в записанное ранее выражение: .
Остается лишь выразить силу сопротивления и получить Н.
Математическая часть решения задачиВыразим силу сопротивления.
Вычислим силу сопротивления: (Н)
Мы использовали модель санок на горке как модель незамкнутой системы, в которой описывали превращение энергии при наличии работы неконсервативной силы. Этот же процесс можно описать с помощью другой модели: тело движется с ускорением по наклонной плоскости под действием силы тяжести, силы реакции опоры и силы трения. При этом тело считаем материальной точкой, т.к. нас в этой задаче не интересует точное место приложения сил. Такую модель мы уже использовали при решении задач по динамике, и она тоже работает: вы можете убедиться, что мы получим тот же ответ, решение этим способом приведено в ответвлении. Такое решение оказалось более громоздким: рассматривается процесс движения, в то время как первый способ рассматривает только начальное и конечное состояние. Но оба дают правильный результат.
Второй способ решения задачиАнализ условия
-на санки с седоком действует сила тяжести, сила реакции опоры и сила сопротивления движению, обозначим их на рисунке;
-по второму закону Ньютона, сумма сил вызывает ускорение;
-двигаясь равноускоренно, санки проходят путь и приобретают скорость .
Решение.
Выберем систему координат. Ось удобно направить в направлении движения санок, ось перпендикулярно оси .
По второму закону Ньютона, запишем: .
Запишем в проекциях на выбранные оси координат. В проекции на ось санки покоятся, проекции сил тяжести и реакции опоры уравновешиваются, нас это не интересует. Запишем уравнение в проекции на ось : .
Из прямоугольного треугольника горки . При равноускоренном движении без начальной скорости за время спуска санки переместятся на расстояние и приобретут скорость .
Получили систему уравнений, решив которую найдем :
Выразим время спуска из третьего уравнения: . Подставим во второе уравнение: . Выразим ускорение: .
Подставим ускорение в первое уравнение и выразим силу сопротивления.
(Н)
Подведем итоги. Для решения задач на законы сохранения необходимо следующее.
Знать
1) Определения импульса, работы и энергии.
2) Закон сохранения импульса и границы его применения.
3) Закон сохранения полной механической энергии и границы его применения.
Уметь
1) Определять, замкнута ли система и можно ли применять тот или иной закон сохранения.
2) Выбирать удобный уровень нулевой потенциальной энергии.
Понимать
Законы сохранения применимы, когда описывается движение и взаимодействие тел. Суммарный импульс системы сохраняется, когда на систему не действуют внешние силы. Полная механическая энергия сохраняется, когда в системе выполняют работу консервативные силы. Если есть неконсервативные силы, часть механической энергии преобразуется в тепловую.
При решении ряда задач, при оценке возможностей выполнять работу различных механизмов и машин нужно знать, как быстро машина выполняет работу. Для этого введена величина мощности как скорости выполнения работы. Не принципиально, каким символом обозначать величину, главное, чтобы мы понимали, какие величины подразумеваются под тем или иным символом. Мощность обычно обозначают буквой или . По определению, мощность равна . Запишем формулу по-другому: . Она показывает, что за один и тот же промежуток времени более мощная машина выполнит большую работу.
Задача
Локомотив тянет поезд массой т прямолинейно со скоростью км/ч. Определите мощность двигателей локомотива, если коэффициент сопротивления движению составляет .
Анализ условия
- мощность – это, по определению, скорость выполнения работы, обозначим ее, чтобы не спутать с силой реакции опоры, ;
- работа – скалярное произведение силы на перемещение;
- на поезд с локомотивом действуют сила тяжести, сила тяги поезда, сила сопротивления движению и сила реакции опоры, обозначим их на рисунке;
- поезд движется равномерно прямолинейно, значит, по первому закону Ньютона, равнодействующая сил равна нулю.
Решение
Выберем систему координат. Ось удобно направить вдоль движения поезда. Ось – перпендикулярно оси вверх.
По первому закону Ньютона, запишем: . В проекциях на выбранные оси координат запишем:
По определению, мощность двигателей равна скорости выполнения работы силой тяги: . Работа силы тяги в выбранной системе координат: .
Путь при равномерном движении на протяжении времени равен .
Учитывая, что , запишем систему уравнений, которую остается решить и найти мощность: .
Математическая часть решения задачиИз первого уравнения выразим силу реакции опоры и подставим во второе уравнение: .
Выразим силу тяги и подставим в четвертое уравнение, туда же подставим путь из пятого уравнения: .
Подставим в третье уравнение и найдем мощность: .
Использование механизмов, помимо выигрыша в силе или скорости (в зависимости от поставленных задач), приводит к тому, что выполняется так называемая паразитная, бесполезная работа: помимо полезной работы по перемещению груза, генерации электроэнергии и т.д., выполняется работа по перемещению самого механизма, по нагреванию трущихся деталей. Например, чтобы поднять груз с помощью подвижного блока, приходится поднимать еще и сам блок. Когда мы переносим груз на руках в несколько подходов, нам легче нести небольшую часть, но приходится несколько раз ходить впустую, возвращаясь за следующей частью.
Коэффициент полезного действия по определению равняется отношению полезной работы к затраченной: . Он показывает, какая часть из затраченной работы была полезной. Чем меньше КПД, тем больше потери на бесполезную работу.
Задача
Рассчитать КПД гидроэлектростанции, если расход воды равен , напор воды (разность уровней воды по обе стороны плотины) м, а мощность станции кВт.
Анализ условия
- КПД – это отношение полезной работы к затраченной;
- полезная работа – это выработка электроэнергии, мощность которой задана;
- что является затраченной работой, что тратится при работе ГЭС? Работа, которая тратится на вращение турбины под действием воды. Сила тяжести совершает работу при падении воды, вода приобретает кинетическую энергию, равную выполненной над ней работе, и эта энергия тратится на вращение турбины. Таким образом, затраченная работа равна работе, которая выполняется при перемещении воды, вращающей турбины электростанции.
Решение
Для рассмотрения падения воды выберем систему координат. Направим ось в сторону движения воды: вертикально вниз.
Полезная мощность, по определению, равна скорости выполнения работы, , отсюда полезная работа за время равна: .
Затраченная работа – работа, которая выполняется при перемещении воды. Обозначим расход воды , тогда за промежуток времени переместится следующий объем воды: .
В выбранной системе координат сила тяжести, действующая на воду, и перемещение воды положительны, затраченная работа по определению равна: .
Используя определение плотности , выразим массу через расход воды: . Получили систему уравнений, которую остается только решить и найти КПД : .
Математическая часть решения задачиПодставим массу воды из четвертого уравнения в третье: . Подставим затраченную и полезную работы в первое уравнение.
Подведем итоги по повторению раздела. Для решения задач на КПД необходимо следующее.
Знать
1) Закон сохранения энергии.
2) Определение КПД.
Уметь
Определять, какая работа является затрачиваемой, а какая – полезной.
Понимать
В реальных механизмах всегда есть потери, поэтому КПД всегда меньше .
На этом уроке мы повторили:
Элементы статики;
Законы сохранения.
На следующем уроке мы начнем раздел «Молекулярно-кинетическая теория» и рассмотрим:
Положения МКТ;
Модель идеального газа;
Основное уравнение МКТ для идеального газа.
Ссылки на уроки Интернетурока по рассмотренным темам
4) http://interneturok.ru/ru/school/physics/7-klass/rabota-moshnost-energija/kpd?seconds=0
"