Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние преподавания теории вращательного движения в средней школе
1.1. Роль теории вращательного движения в изложении курса физики 16
1.2. Анализ школьных программ и заданий вступительных экзаменов в вузы по физике 20
1.3. Констатирующий педагогический эксперимент по 32
проблеме исследования, его основные результаты
1.4. Анализ научно-методической литературы 40
Выводы по главе 1 и постановка задач 46
Глава 2. Методика изучения теории вращательного движения в средней школе с учетом векторного характера понятий и законов
2.1. Структура и планирование учебного материала 48
2.2.Формирование понятий «псевдовектор» и «векторное произведение двух векторов» 52
2.3. Изучение кинематики вращательного движения 60
2.4. Изучение динамики вращательного движения 70
2.5. Использование демонстрационного и лабораторного учебного эксперимента при изучении теории вращательного движения 83
2.5.1. Использование блока с нагруженным стержнем 85
2.5.2. Использование маятника Максвелла 90
2.5.3. Использование физического маятника 96
2.4.1. Использование динамических компьютерных моделей 100
Выводы по главе 2 102
Глава 3. Использование элементов теории вращательного движения при изучении различных вопросов школьного курса физики
3.1. Использование элементов теории вращательного движения при изучении раздела «Механика» 105
3.1.1. Движение тел в НИСО. Силы инерции 105
3.1.2. Законы Кеплера 111
3.1.3. Гармонические колебания математического и физического маятников 113
3.2. Использование элементов теории вращательного движения при изучении темы «Теплоемкость газов» 117
3.3. Использование элементов теории вращательного
движения при изучении раздела «Электродинамика» 123
3.3.1. Диэлектрики в электрическом поле 123
3.3.2. Контур с током в магнитном поле. Электроизмерительные приборы 125
3.3.3. Магнитные свойства вещества 129
3.4. Использование механических моделей при изучении различных вопросов школьного курса физики 135
3.5. Совершенствование профессионально-методической подготовки будущего учителя к преподаванию теории вращательного движения при изучении курса по выбору «Роль теории вращательного движения в изучении школьного курса физики» 144
3.5.1. Задачи и программа курса 144
3.5.2. Методические рекомендации по проведению курса 149
Выводы по главе 3 152
Глава 4. Организация и проведение педагогического эксперимента
4.1. Организация педагогического эксперимента 154
4.2. Поисковый эксперимент 157
4.3. Обучающий и контрольный этапы эксперимента 161
Выводы по главе 4 176
Заключение 178
Библиография 181
Приложения 199
- Роль теории вращательного движения в изложении курса физики
- Структура и планирование учебного материала
- Использование элементов теории вращательного движения при изучении раздела «Механика»
Введение к работе
Одной из главных особенностей современного периода реформирования школьного образования является ориентация школьного образования на широкую дифференциацию обучения, позволяющую удовлетворить потребности каждого учащегося, в том числе и тех, кто проявляет особый интерес и способности к предмету.
В настоящий момент эта тенденция углубляется переходом старшей ступени средней школы на профильное обучение, что позволяет обеспечить восстановление преемственности среднего и высшего образования. Концепция профильного обучения определила его целью «повышение качества образования и установление равного доступа к полноценному образованию различных категорий учащихся в соответствии с их индивидуальными склонностями и потребностями» [96].
Для учащихся это означает, что выбор физико-математического профиля обучения должен гарантировать такой уровень обучения, который бы позволял удовлетворить главную потребность данной группы учащихся -продолжение обучения в высших учебных заведениях соответствующего профиля. Выпускник средней школы, решивший продолжить образование в вузах физического и технического профилей должен иметь углубленную подготовку по физике. Она является необходимой базой обучения в этих вузах.
Различные аспекты углубленного изучения физики в средней школе отражены в работах и публикациях многих методистов: Л.И. Резникова, Н.М. Шахмаева, Ю.И. Дика, Б.М. Яворского, Н.Б. Ранжурова, СЕ. Каменецкого, Н.С. Пурышевой, О.Ф. Кабардина и В.А. Орлова, С.А. Хорошавина и др. В последние годы проблемы формирования содержания и структуры курса физики профильных классов и учебных заведений затрагивались в исследованиях Антонова В.В., Бубликова СВ., Садекова И.К., Урутиной М.А., Ждановой Н.И., Усаченко А.Д., Эткиной Е.В. и др.
Решение задач профильного обучения физике возможно только при условии использования расширенных, углубленных программ. Анализ содержания программ для профильных классов различных авторских коллективов показывает, что все они содержат расширенный, по сравнению с базовыми программами, объем учебного материала по всем разделам физики и предусматривают его углубленное изучение. Составной частью содержания раздела «Механика» этих программ является теория вращательного движения.
При изучении кинематики вращательного движения формируются понятия угловых характеристик (угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение), показывается их связь друг с другом и с линейными характеристиками движения. При изучении динамики вращательного движения формируются понятия «момент инерции», «момент импульса», происходит углубление понятия «момент силы». Особую важность представляют изучение основного закона динамики вращательного движения, закона сохранения момента импульса, теоремы Гюйгенса-Штейнера о вычислении момента инерции при переносе оси вращения, вычисление кинетической энергии вращающегося тела.
Знания кинематических и динамических характеристик и законов вращательного движения необходимы для углубленного изучения не только механики, но и других разделов физики. Теория вращательного движения, предполагающая на первый взгляд, «узкую» область использования, имеет большое значение для последующего изучения небесной механики, теории колебаний физического маятника, теорий теплоемкости веществ и поляризации диэлектриков, движения заряженных частиц в магнитном поле, магнитных свойств веществ, классической и квантовой моделей атома.
Анализ содержания заданий, предлагаемых абитуриентам на вступительных экзаменах по физике в ведущих физико-технических вузах страны, также показывает, что знания по теории вращательного движения способствуют успешному выполнению таких заданий.
Методика изучения кинематики и динамики вращательного движения в основном была разработана в 1970-1980 годах после включения этого материала в школьные программы факультативных курсов физики. Различным аспектам преподавания теории вращательного движения уделено внимание в методических пособиях этих лет СЕ. Каменецкого и Т.И. Носовой, Д.Л. Малобродского и Л.С. Хижняковой, О.Ф. Кабардина и В.А. Орлова, Э.Е. Эвенчик, А.А.Покровского, В.А. Бурова, Н.М. Шахмаева, С.А. Хорошавина и др. Традиционно в средней школе изучение теории вращательного движения предлагается проводить без учета векторного характера понятий и законов. Однако содержание многих вопросов школьного курса физики повышенного уровня говорит о том, что для их изучения требуются более глубокие знания физических характеристик и законов вращательного движения не только в скалярной, но и в векторной форме. Поэтому требуется существенная доработка методики изучения этой теории.
Анализ исследований последних лет, посвященных изучению различных вопросов и разделов школьного курса физики в условиях профильного обучения (Петрова В.Г., Никишиной А.Л., Раткина С.А, Урутиной М.А., Ильигорского Ю.Г. и др.) показывает, что проблемы преподавания теории вращательного движения в них не поднимались.
Существующий уровень профессионально-методической подготовленности большинства учителей физики к преподаванию теории вращательного движения в условиях профильного обучения недостаточен, у многих учителей нет полного понимания роли теории вращательного движения в изучении школьного курса физики. Поэтому необходима более глубокая профессионально-методическая подготовка, которая позволила бы учителю максимально использовать дидактические возможности для решения задач профильного обучения.
Отсутствие в действующих программах педвузов по теории и методике преподавания физики раздела «Научно-методический анализ и методика изучения теории вращательного движения» приводит к тому, что выпускники педвузов также оказываются недостаточно подготовленными к решению стоящих перед ними профессиональных задач в процессе преподавания теории вращательного движения в профильных классах.
Таким образом, актуальность исследования определяется: противоречием между требованиями, предъявляемыми школьными профильными программами для углубленного изучения физики к уровню знаний учащихся по теории вращательного движения и реальным уровнем знаний учащихся; противоречием между задачами, стоящими перед учителем в процессе преподавания теории вращательного движения в классах с углубленным изучением физики, и уровнем его соответствующей профессионально-методической подготовки.
Проблемой исследования является поиск эффективных методов преподавания теории вращательного движения в профильных классах с углубленным изучением физики.
Цель исследования состоит в разработке эффективных методов преподавания теории вращательного движения, способствующих повышению уровня знаний учащихся, необходимых для глубокого усвоения школьного курса физики, и содержания соответствующей профессионально-методической подготовки учителя.
Объектом исследования являются процесс обучения физике учащихся классов с углубленным изучением предмета.
Предметом исследования является методика преподавания теории вращательного движения и других разделов в классах с углубленным изучением физики.
Гипотеза исследования.
Если разработать методику преподавания кинематики и динамики вращательного движения, учитывающую векторный характер понятий и законов, то это позволит повысить уровень знаний учащихся не только по теории вращательного движения, но и по другим разделам школьного курса физики, где используются элементы этой теории.
Поставленные цели и гипотеза исследования определяют следующие задачи исследования.
1. Выявить роль теории вращательного движения в углубленном изучении школьного курса физики, и обосновать необходимость повышения уровня преподавания теории вращательного движения в профильных классах.
2. Отобрать содержание учебного материала по разделу «Вращательное движение» и другим разделам, где используются элементы теории вращательного движения, и адаптировать его к курсу физики профильных классов.
3. Определить структуру и содержание курса для осуществления профессионально-методической подготовки учителя к преподаванию теории вращательного движения в классах с углубленным изучением физики.
4. Разработать методические рекомендации по изучению кинематики и динамики вращательного движения на основе векторного характера понятий и законов.
5. Разработать необходимый дидактический материал для обеспечения процесса преподавания теории вращательного движения в профильных классах: демонстрационные опыты, механические и компьютерные модели, работы физического практикума.
6. Провести экспериментальную проверку эффективности разработанных методов преподавания теории вращательного движения в классах с углубленным изучением физики.
Методы исследования: - анализ научно-методической литературы по проблеме преподавания теории вращательного движения в школьном курсе физики;
- обобщение накопленного опыта учителей в различных школах Московской области;
- наблюдение за процессом преподавания теории вращательного движения в старших классах;
- тестирование, анкетирование, беседы с учителями и студентами;
- моделирование физических процессов и явлений;
- конструирование демонстрационных и лабораторных установок;
- компьютерное моделирование;
- опытное преподавание;
- педагогический эксперимент;
- статистическая обработка экспериментальных результатов исследования.
Научная новизна результатов исследования.
Выявлены разделы, отобрано содержание школьного курса физики, где используются элементы теории вращательного движения, и обоснована необходимость повышения уровня преподавания теории вращательного движения в профильных классах с использованием характеристик и законов в векторной форме.
Разработаны методы изучения теории вращательного движения в школьном курсе на основе векторного характера понятий и законов, позволяющие повысить уровень знаний учащихся профильных классов. Создан дидактический материал, необходимый для обеспечения процесса обучения: демонстрационные опыты, механические и компьютерные модели, работы физического практикума.
Определены структура и содержание профессионально-методической подготовки учителя к преподаванию теории вращательного движения в классах с углубленным изучением физики.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в следующем:
• выявлена роль теории вращательного движения в углубленном изучении не только кинематики и динамики, но и других вопросов школьного курса физики, где используются элементы этой теории;
• обоснована необходимость введения характеристик и законов вращательного движения в векторной форме;
• адаптированы к школьному курсу физики понятия «псевдовектор» и «векторное произведение двух векторов»;
• осуществлен комплексный подход к проблеме повышения уровня преподавания теории вращательного движения в классах с углубленным изучением физики, включающий совершенствование методики изучения теории вращательного движения и разработку структуры и содержания профессионально-методической подготовки учителя к преподаванию теории вращательного движения.
Практическую значимость исследования имеют:
? методические рекомендации по изучению теории вращательного движения с учетом векторного характера понятий и законов, и других разделов, где они используются;
? дидактический материал для обеспечения процесса преподавания теории вращательного движения в профильных классах: демонстрационные опыты, механические модели, работы физического практикума с использованием дополнительного оборудования; компьютерные модели векторных понятий и характеристик.
? программа курса для осуществления профессионально-методической подготовки учителя физики к преподаванию теории вращательного движения, которая может быть использована как для обучения студентов в педвузе, так и в системе переподготовки и повышения квалификации учителей.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Изучение теории вращательного движения способствует углубленному изучению различных разделов курса физики.
2. Методика изучения кинематики и динамики вращательного движения с учетом векторного характера понятий и законов позволяет повысить уровень знаний учащихся профильных классов по различным вопросам курса физики, где используются элементы теории вращательного движения.
3. Дидактические материалы: демонстрационные опыты, работы физического практикума с использованием дополнительного оборудования; механические модели, иллюстрирующие использование вращательного движения, компьютерные модели векторных понятий являются средствами, обеспечивающими процесс изучения теории вращательного движения и других разделов физики учащимися профильных классов.
4. Программа и содержание курса «Роль теории вращательного движения в изучении школьного курса физики» являются элементами содержания профессионально-методической подготовки студентов физических специальностей педвузов к преподаванию физики в профильных классах.
Достоверность результатов исследования обеспечивается научной обоснованностью вводимых физических и математических понятий, соответствием использованных методов целям и задачам исследования, положительными результатами обучающего педагогического эксперимента, подкрепленными результатами внедрения разработанных материалов в практику образовательных учреждений, репрезентативностью выборок и методами статистической обработки экспериментального материала.
Апробация и внедрение результатов исследования.
Апробация результатов исследования осуществлялась в ходе экспериментальной работы и опытного преподавания на базе средних общеобразовательных школ № 12 и № 21 г. Коломны Московской области и Коломенского государственного педагогического института. Для проведения констатирующего эксперимента были привлечены учителя и учащиеся десяти средних учебных заведений г. Коломны, г. Озеры, г. Воскресенска Московской области. Основные положения диссертационного исследования обсуждались на заседаниях кафедры общей физики Коломенского государственного педагогического института. По теме исследования сделаны доклады на международных научно-практических конференциях «Проблемы теоретических обобщений на уровне законов при обучении физике» (Москва, МГОУ, 2002 г.), «Проблемы формирования обобщений на уровне теории при обучении физике» (Москва, МГОУ, 2003г.), «Проблемы формирования обобщений на уровне физической картины мира при обучении физике» (Москва, МГОУ, 2004 г.), «Проблемы взаимосвязи эмпирических и теоретических методов познания в учебном процессе по физике» (Москва, МГОУ, 2005 г.), на X Всероссийской научно-практической конференции «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» (Челябинск, ЧГПУ, 2003 г.), на восьмой и девятой всероссийских научно-практических конференциях «Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения» (Глазов, ГГПИ, 2003, 2004 гг.), на научных конференциях по итогам НИР преподавателей КГПИ (Коломна, 2001-2004 гг.).
Результаты исследования внедрены в практику работы средних общеобразовательных школ №№ 12, 21 г. Коломны, Коломенского государственного педагогического института, Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 198 наименований, 3 приложений. Диссертация содержит 180 страниц основного текста, 22 таблицы, 34 рисунка, 6 диаграмм.
Содержание диссертации
Во введении обосновывается актуальность темы, определяются объект и предмет исследования, формулируются цели, гипотеза и задачи исследования, определяются научная новизна, теоретическая и практическая значимость результатов исследования, раскрываются методы исследования, выдвигаются положения, выносимые на защиту. Приводятся сведения об апробации исследования, структуре и содержании диссертации.
Глава 1 «Состояние преподавания теории вращательного движения в средней школе» посвящена обоснованию необходимости повышения уровня преподавания теории вращательного движения в классах с углубленным изучением физики для реализации задач профильного обучения. Определены место и роль теории вращательного движения в изучении различных вопросов школьного курса физики повышенного уровня. Представлен анализ школьных программ, отобрано содержание различных разделов, где используются элементы теории вращательного движения. Рассматривается организация, содержание и основные результаты констатирующего педагогического эксперимента. Рассматривается содержание методических пособий по изучению теории вращательного движения и диссертационных исследований по проблемам преподавания физики в условиях профильной дифференциации обучения. Определяются задачи исследования.
В главе 2 «Методика изучения теории вращательного движения с учетом векторного характера понятий и законов» рассматриваются методические рекомендации по изучению кинематики и динамики вращательного движения с учетом векторного характера изучаемых понятий и законов. Излагается методика формирования понятий «псевдовектор», «векторное произведение двух векторов». Даются описание и рекомендации по применению в процессе обучения разработанных механических и компьютерных моделей векторных понятий и характеристик. Представлен анализ содержания демонстрационных опытов и лабораторных работ, традиционно используемых при изучении кинематики и динамики вращательного движения. Рассматриваются возможности дополнительного оборудования для проведения демонстрационного и лабораторного эксперимента, даны описания демонстраций, работ физпрактикума и указания по их выполнению.
В главе 3 «Использование элементов теории вращательного движения при изучении различных вопросов школьного курса физики»
представлены методические рекомендации по углубленному изучению различных вопросов школьного курса физики, где используются элементы теории вращательного движения. Представлены разделы: механика, молекулярная физика и термодинамика, электродинамика. Дано описание разработанных демонстрационных механических моделей, иллюстрирующих использование вращательного движения и его закономерностей, и указания по их применению при изучении различных тем.
Отдельный параграф посвящен вопросам профессионально-методической подготовки студентов физических специальностей педвузов к преподаванию теории вращательного движения в профильных классах. Рассматриваются структура и содержание курса по выбору «Роль теории вращательного движения в изучении школьного курса физики». Представлены программа курса и методические рекомендации по его проведению.
В главе 4 «Организация и проведение педагогического эксперимента» рассматриваются организация различных этапов педагогического эксперимента, содержание и результаты поискового, обучающего и контрольного этапов эксперимента.
В заключении формулируются выводы.
В приложениях приводится содержание анкет и заданий для учащихся и студентов, используемых при проведении различных этапов педагогического эксперимента. Приведены инструкции для учащихся по выполнению разработанных работ физического практикума, характеристики приборов, используемых в качестве дополнительного оборудования, описание компьютерной моделирующей программы.
Роль теории вращательного движения в изложении курса физики
Теория вращательного движения является частной физической теорией. Частные теории играют большую роль в процессе обучения физике. Именно на уровне частных теорий, входящих в состав фундаментальных, проводится изучение понятий, законов, теоретическое обобщение изучаемого материала. Их легче подтвердить опытным путем, удобнее использовать в качестве учебного материала при построении фундаментальных теорий.
Теория вращательного движения, которая используется для объяснения отдельной области физических явлений, имеет важные приложения как в механике, так и в других разделах физики. Знания характеристик и законов вращательного движения необходимы для изучения небесной механики, движения тел в неинерциальных системах отсчета, теории гироскопа, механических колебаний, теории теплоемкости газов, поляризации диэлектриков, атомной физики, диа- и парамагнетизма.
Движение гироскопа, например, является прямой иллюстрацией важнейшего фундаментального закона природы - закона сохранения момента импульса, изучаемого в рамках теории вращательного движения.
Для описания движения тел в неинерциальных системах отсчета (НИСО) необходимы знания угловых характеристик вращательного движения. Для подвижного наблюдателя движение материальной точки в НИСО, равномерно вращающейся вокруг неподвижной оси с угловой скоростью со, сопровождается возникновением центробежной и кориолисовой сил инерции. Численное значение сил инерции зависит от величины угловой скорости, направление кориолисовой силы зависит от направления вектора угловой скорости а . В системе отсчета связанной с Землей действие центробежной силы, например, приводит к изменению веса тела, которое равно величине m6)2Rcos2 p, где R - радиус Земли, (р — географическая широта. Вращение Земли приводит к отклонению падающих тел к востоку, вращению плоскости качаний маятника Фуко с угловой скоростью Q. = asin .
В небесной механике, одной из основ которой являются законы Кеплера, решение задачи об определении орбиты движения небесных тел приводит к уравнению кривой второго порядка, частными вариантами которой являются окружность и эллипс. Значит, движение по этим орбитам подчинено законам вращательного движения. Второй закон Кеплера является прямым следствием закона сохранения момента импульса.
Структура и планирование учебного материала
Изучение теории вращательного движения в классах с углубленным изучением физики опирается на понятия, изученные в курсе основной школы. В основной школе учащиеся знакомятся с вращательным движением как видом механического движения и изучают тему «Равномерное движение точки по окружности». При этом вводятся понятия угла поворота, угловой скорости, периода, частоты вращения. Выясняются условия и причины появления центростремительного ускорения, дается формула для вычисления его значения. При изучении темы «Работа и мощность» учащиеся знакомятся с понятием «момент силы» и выясняют, что момент силы характеризует вращающее действие силы.
В старших профильных классах изучение ТВД продолжается в процессе изучения темы «Вращательное движение твердого тела». Как было показано, изучение понятий, характеристик и законов вращательного движения необходимо проводить с учетом их векторного характера. Поэтому изучение раздела начинается с введения понятий «псевдовектор» (осевой вектор) и «векторное произведение двух векторов». Формирование этих понятий проходит на конкретном физическом материале изучаемого раздела с использованием механической и компьютерных моделей. Отработка умений и навыков применения знаний этих понятий происходит в процессе изучения всего раздела.
Изучение кинематики вращательного движения должно быть нацелено на формирование у учащихся понятий углового перемещения, угловой скорости, углового ускорения в векторной форме. Необходимо рассмотреть скалярную и векторную формы связи угловых и линейных кинематических характеристик, выяснить зависимость угловых кинематических характеристик от времени при равномерном и равнопеременном движении точки по окружности. Следует ввести понятие твердого тела, оси вращения и уточнить понятия угловых кинематических характеристик применительно к твердому телу.
В дальнейшем при изучении динамики углубляется понятие момента силы. Оно, как и понятие «момент импульса», рассматривается не только в скалярной, но и в векторной форме. Вводится понятие «момент инерции», рассматриваются различия в формулировке этого понятия для материальной точки и твердого тела. Учащиеся изучают основное уравнение динамики вращательного движения для материальной точки и твердого тела, рассматривается кинетическая энергия вращающегося тела.
В изучение темы входит знакомство с одним из важнейших законов природы - законом сохранения момента импульса, который имеет такое же фундаментальное значение, как и другие два закона сохранения. Его изучение является одним из главных вопросов всего раздела.
Формирование кинематических и динамических характеристик, изучение законов происходит при максимальном использовании демонстрационного эксперимента. Закреплению материала способствует выполнение лабораторных работ и работ физического практикума, решение задач.
Таким образом, результатом изучения ТВД в классах с углубленным изучением физики должно стать овладение учащимися следующими знаниями, умениями и навыками:
знание понятий «псевдовектор» и «векторное произведение двух векторов;
умения и навыки по использованию этих понятий;
знание угловых кинематических характеристик вращательного движения, их связи с линейными характеристиками в скалярной и векторной формах;
знание зависимости угловых кинематических характеристик от времени при равномерном и равнопеременном движении точки по окружности;
знание понятий «момент силы», «момент импульса», «момент инерции»;
знание физического смысла кинематических и динамических характеристик вращательного движения материальной точки и твердого тела;
знание основного уравнения динамики вращательного движения для материальной точки и твердого тела;
знания, умения и навыки вычисления момента инерции отдельных твердых тел;
знания, умения и навыки вычисления кинетической энергии вращающегося твердого тела;
знание закона сохранения момента импульса применительно к твердому телу и замкнутой системе тел и его проявлений;
умения и навыки решения задач по кинематике и динамике вращательного движения.
Использование элементов теории вращательного движения при изучении раздела «Механика»
В большинстве случаев в школьном курсе физики рассматриваются явления в инерциальных системах отсчета. Однако в курсе повышенного уровня возникают вопросы о влиянии вращения Земли на описание физических процессов (изменение веса тела, поворот плоскости качаний маятника, отклонение свободно падающих тел к востоку и др.). Для объяснения этих явлений необходимо ввести понятия центробежной и кориолисовой сил инерции как сил, обусловленных свойствами неинерциальных систем отсчета.
Сначала учащимся следует показать, что для описания движения тел в НИСО непосредственно пользоваться законами Ньютона нельзя. При использовании второго закона Ньютона в неинерциальных системах отсчета приходится вводить силы инерции.
Для этого целесообразно рассмотреть следующий пример. Имеется тележка с укрепленным на ней кронштейном, к которому подвешен на нити шарик (рис. 18). Пока тележка покоится или движется без ускорения (ИСО) сила тяжести mg, действующая на шарик, уравновешивается силой натяжения нити Т и нить расположена вертикально. Если тележка движется поступательно с ускорением а, то нить отклоняется так, чтобы результирующая сил mg и f сообщала шарику ускорение, равное a: mg + T = ma.
Относительно системы отсчета, связанной с тележкой (НИСО), шарик покоится, несмотря на то, что результирующая сил mg и f отлична от нуля.
Это равносильно действию на шарик, кроме сил mg и Т, равных в сумме та, силы, равной произведению массы тела на ускорение системы, взятое с противоположным знаком FUII = -та. Эту силу и называют силой инерции.
Учитель подводит учащихся к выводу: введение сил инерции дает возможность описывать движение тел, как в инерциальных, так и в неинерциальных системах отсчета, с помощью второго закона Ньютона. Силы инерции нельзя ставить в один ряд с силами, обусловленными воздействием на тело других тел. Они обусловлены свойствами системы отсчета.
Далее переходят к введению центробежной силы инерции. Действие этой силы можно продемонстрировать учащимся, используя вращение диска, с надетым на спицу шариком, соединенным с центром диска пружиной. Если диск вращается с постоянной угловой скоростью 3 вокруг перпендикулярной к нему неподвижной оси, то шарик занимает положение на расстоянии г от оси вращения.
В беседе с учащимися разбирается, что шарик занимает такое положение, при котором сила упругости пружины оказывается равной произведению массы шарика на его ускорение а = -со2г, где F - радиус-вектор, проведенный из начала отсчета системы к центру масс тела: Fynp = -mo)2r. Знак минус показывает, что ускорение тела направлено противоположно направлению радиус-вектора - к центру окружности.
