Формування основних понять

Спираючись на досвід учнів, спочатку показують, що швидкість тіла може змінюватися тільки при дії на нього іншого тіла. Підтверджують це експериментально. Візок, або кулька, який скочується із похилої площини, зупиняється, зустрівши на своєму шляху перешкоду – купу піску.

Поступово готують учнів до мисленої ідеалізації умов, за яких тіло може рухатися рівномірно і прямолінійно. Розрівнявши пісок, скочують кульку з тієї ж висоти і помічають, що у цьому випадку кулька проходить більший шлях, ніж у першому випадку. Потім пісок прибирають і відмічають, що кулька проходить ще більший шлях. Цей шлях буде ще більший, якщо поверхню столу зробити ще більш гладенькою. Сукупність цих дослідів готує учнів до відповіді на питання: а як буде рухатись кулька, якщо на своєму шляху ніяких перешкод не зустріне?

Далі повідомляють учням, що явище збереження швидкості тіла при відсутності дії на нього інших тіл називають інерцією.

Інерція – це прояв найбільш загальної властивості матерії – бути завжди у русі. Швидкість тіл, які рухаються по інерції залишається незмінною.

Поняття про інерцію уточнюють і закріплюють розглядаючи приклади насадки молотка на рукоятку, приведення у робочий стан термометра, руху потягу із незмінною швидкістю, рух транспорту на поворотах. Бажано розібрати ряд запитань: куди повинна стрибнути вершниця в цирку, що стоїть на спині коня, який скаче, щоб після стрибка знову потрапити в сідло? Куди впаде м’яч, кинутий вертикально вгору хлопчиком, який стоїть на палубі рухомого пароплава? (Розглядають випадки, коли пароплав рухається рівномірно, рівноприскорено, повертає вліво і т.д.) .

Маса. З поняттям маси тіла учні знайомилися ще в 7 класі, де давалося наступне означення: маса тіла (m) – це фізична величина, яка характеризує здатність тіл притягатися до інших тіл завдяки гравітаційній взаємодії. Одиницею вимірювання маси в Міжнародній системі одиниць узято кілограм. Одним із способів вимірювання маси є зважування.

Потім вводиться поняття густини речовини як фізичної величини, яка чисельно дорівнює масі речовини одиничного об’єму. Для закріплення цих понять показують, як обчислювати густину, масу та об’єм фізичного тіла. В темі виконуються дві лабораторні роботи: «Вимірювання маси тіла» та «Визначення густини твердого тіла й рідини».

У восьмому класі звертають увагу учнів на те, що різні тіла по-різному розганяються, рухаються, змінюють величину і напрям швидкості. Ставлять запитання: «Чому може змінюватись швидкість тіла?» Демонструють досліди: магніт наближають до нерухомої кульки, при цьому кулька, яка була у спокої почне рухатися, і цей рух буде до тих пір, поки діє магніт. Наближають магніт до рухомої кульки відмічають, що змінюється напрямок її швидкості.

Роблять висновок, що причиною зміни руху (швидкості) тіла є вплив на нього іншого тіла, тобто, тіла взаємодіють. І у кожному випадку, коли швидкість тіла змінюється, можна вказати інше тіло, або декілька тіл, які подіяли на досліджуване тіло. А чому різні тіла по-різному змінюють свою швидкість? Звертають увагу на те, що швидкість руху одних тіл змінити легко, інших – набагато складніше. Кажуть, що всі тіла чинять «опір» зміні швидкості їхнього руху. У фізиці цю властивість тіла називають інертністю. Інертність – властивість тіла, яка полягає у тому, що для зміни швидкості руху тіла потрібен час. І чим більший час потрібен, тим більш інертне тіло. Виконують досліди з двома однаковими візками, на одному з яких є пружина, яку можна стискати, перев’язавши ниткою. Коли нитку перепалюють, візки від’їжджають у різні боки. Якщо візки однакові, то і швидкості, яких вони набудуть, будуть однакові, тобто, під час взаємодії їх швидкості змінилися однаково і вони одночасно досягнуть двох брусків, які ставлять по обидва боки від взаємодіючих візків на деякій відстані.

У цьому випадку кажуть, що інертність візків однакова, а мірою інертності є фізична величина – маса. Отже ці візки мають однакову масу.

Ставлять на один візок гирю (або ще один такий самий візок, щоб збільшити масу вдвічі) і знову приводять візки у взаємодію. Підбирають відстані розташування брусків так, щоб візки знову одночасно доторкнулися до них. Виявиться, що у цьому випадку один брусок (той, що знаходиться за навантаженим візком) повинен стояти майже на відстані вдвічі ближчій ніж другий брусок від місця взаємодії візків. Роблять висновок, що після взаємодії візки змінили свою швидкість неоднаково тому що один із візків проходить шлях вдвічі менший, отже маса його більша.

За відношенням швидкостей, яких набувають нерухомі спочатку візки в результаті їхньої взаємодії, можна порівнювати маси цих тіл:

, де , .

А якщо маси тіл можна порівнювати, то їх можна й вимірювати.

Іноді під час бесіди учні говорять, що живі істоти (люди, тварини, птахи, риби) починають рухатися без участі інших тіл. У таких випадках треба розповісти про те, що люди і тварини відштовхуються від поверхні Землі, птахи від повітря, а риби від води, що при цьому починають рухатися і повітря, і вода, а руху земної кулі природно помітити не можна.

Не даючи означення маси, яке в будь-якому формулюванні виявилося б для учнів важким, а заучуванням його напам’ять могло б привести до формалізму в знаннях, повідомляють, що маса того візка більша, швидкість якого під час взаємодії змінилася менше. Слід наполегливо добиватися, щоб учні говорили саме про зміну швидкостей візків, а не пройдені ними шляхи.

Пригадавши вивчене пор масу у 7 класі, пропонують учням таке означення: Маса – це скалярна фізична величина, яка характеризує інертні і гравітаційні властивості тіл і є кількісною мірою цих властивостей.

Сила. Аналізують досліди по взаємодії тіл і встановлюють, що дія одного тіла на інше може бути більшою або меншою. В результаті такої дії може змінюватися швидкість руху тіла або відбувається деформація тіла. На основі проведених дослідів (взаємодія візків, м’яча та підставки, деформація шматка поролону, гумового джгута, пружини)встановлюють, що зміна руху тіла і його деформація можуть бути ознаками дії на дане тіло інших тіл, тобто, ознаками дій сили.

Формулюють означення: Сила – фізична величина, що є мірою дії одного тіла на інше (мірою взаємодії тіл).

Вводять одиницю сили 1 Н – це сила, яка, діючи на тіло масою 1кг протягом 1с, змінює швидкість його руху на 1 м/с.

Далі розглядають графічне зображення і додавання сил. Необхідно сформувати у учнів розуміння того, що вектори, які зображують на рисунках якісь фізичні величини, мають певний фізичний зміст, характеризуються модулями, а тому повинні зображуватися не довільно, а в порівнянні один з одним (більший, менший чи однакові). З цією метою на першому етапі вивчення сили учням пропонують зображати вектори сил у певному масштабі, а вже потім використовувати довільне зображення сил, але обов’язково у порівнянні одна з одною.

Вивчення матеріалу теми «Додавання сил» супроводжують демонстраційним експериментом:

Далі знайомлять учнів з різними видами сил, спираючись при цьому на висновок про те, що дія сили на тіло завжди приводить до зміни його швидкості. Тому, якщо спостереження показують що у даного тіла змінюється швидкість, це означає, що на тіло, діє якась сила.

Наприклад, проводять 3 досліди:

1) випускають із рук тіло, підняте над столом;

2) кидають тіло вертикально вгору;

3) кидають тіло під кутом до горизонту.

З’ясовують, що у всіх трьох випадках змінюється швидкість руху тіла, отже, на дане тіло діє сила (з боку Землі). Після цього дають означення сили тяжіння і її характеристику.

Так само поступають і при введенні понять інших сил.

Особливу увагу необхідно звернути на поняття ваги тіла, тому що учні часто плутають два поняття – маси і ваги. Учні повинні чітко уявляти, що вага тіла не прикладена до самого тіла, а діє на опору чи підвіс. Відтак, використовують малюнки, на яких для одного і того ж тіла в однаковому масштабі показують силу тяжіння і вагу тіла.

Таким чином, у 8 класі учні повинні засвоїти, що сила – це дія одного тіла на інше, що вона є причиною зміни швидкості і як векторна величина характеризується модулем, напрямом і точкою прикладання.