Сила упругости. Закон Гука

7 класс

Цель урока: Выяснить природу силы упругости, сформулировать закон Гука.

Задачи урока:

Образовательные:

• сформировать у учащихся устойчивые представления о природе возникновения силы упругости, силах межатомного взаимодействия;

• ввести понятия деформации, видов деформации, удлинения, жёсткости;

• познакомить с формулировкой и алгебраической записью закона Гука;

• выработать умение записывать, анализировать закон Гука и другие закономерности, производить алгебраические преобразования величин и единиц измерения; по - возможности, самостоятельно определять порядок действий, составлять план практической деятельности, выполнять его;

• сформировать навыки измерения физических величин (k) косвенным методом на основе прямых измерений нескольких величин (Fупр и X).

Воспитательные:

• показать взаимосвязь процессов макро- и микромира;

• продолжить формирование единой естественно - научной картины мира на основе объяснения законами физики процессов и явлений окружающей нас действительности, целостной системы знаний по теме «силы в природе»,

Развивающие:

• развивать логическое мышление, умение планировать свою работу обобщать и делать выводы, используя новую информацию и имеющийся жизненный опыт, а так же умение рефлексировать;

• развивать навыки практической работы;

• развивать способности к диалогу и сотрудничеству в мини группах.

Оборудование:

компьютер,

мультимедиапроектор,

информационные материалы на электронных носителях или таблицы на бумаге,

динамометр,

резиновый шнур, пластилин,

наборы грузов (весом по 1Н),

пружины различной жёсткости (комплекты из 2 одинаковых пружин на каждый стол),

штативы на каждый стол,

тело на нити,

пружина с остаточной деформацией.

Организация начала занятия

Здравствуйте, ребята! Садитесь! Сегодня мы продолжим знакомство с понятием сил в природе, познакомимся с ещё одним видом силы.

Подготовка к основному этапу занятия

Знакомы ли вы с понятием силы? Как давно? Ещё много раз вы будете его слышать, употреблять и не только на уроке, но и в жизни.

На какие основные вопросы мы должны с вами ответить при изучении силы? (СЛАЙД 1)

Причины ее возникновения?

От чего она зависит? Как можно её измерить и вычислить?

Часто ли мы встречаемся в жизни с проявлениями этой силы?

Какое значение она имеет для человека?

Вспомним (СЛАЙД 2):

? Что называется силой? *Действие одного тела на другое, являющееся причиной ускорения или деформации тела называется силой.

? От чего зависит результат действия силы на тело? *Результат действия силы на тело зависит от её модуля, направления, точки приложения.

? Каким прибором можно измерить силу? *Измеряют силу динамометром.

Усвоение новых знаний

Действует ли сила тяжести на космонавта в космосе? (Да)

Можно ли избавиться от силы тяжести? (нет)

Что происходит с телом под действием силы тяжести? (падает на Землю)

Подвесим на пружине тело (СЛАЙД 3), действует на него сила тяжести? Тогда почему оно не падает под действием этой силы? По-видимому, сила тяжести уравновешивается какой-то другой силой. Что же это за сила и как она возникает?

Под действием силы тяжести тело начнёт двигаться вниз и растянет пружину, т.е. пружина деформируется. При этом возникает сила, с которой подвес (пружина) действует на тело, подвешенное на ней.

Вывод: на тело, кроме силы тяжести, направленной вертикально вниз, действует другая сила. Эта сила направлена вертикально вверх. Она и уравновесила силу тяжести. Эту силу называют силой упругости.

Тема урока: Сила упругости (запись в тетради) (СЛАЙД 4)

Что произошло с пружиной?*Деформировалась.

Если убрать тело, что произойдет?* Если убрать силу, вызывающую небольшую упругую деформацию, тело восстановит своё первоначальное состояние.

При наличии деформации возникают силы упругости.

? Где ВЫ встречали силы упругости? *Силы упругости возникают при деформации сидений, тросов, если есть действие внешней силы, и др.

Дадим определение новой физической величине:

Сила упругости - сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение. (СЛАЙД 5)

? Что такое «деформация»? *Изменение формы тела.

? Могут ли при этом измениться размеры тела? *Да. Могут изменяться и размеры тела.

Вспомните определение деформации (изменение формы или размеров тела (или части тела) под действием внешних сил, вызывающих изменение относительного расположения частиц тела).

Чем отличается деформация пружины от деформации пластилина?(СЛАЙД 6)

Виды деформаций:

- упругие (исчезают после прекращения действия внешних сил);

- пластичные (остаются после прекращения действия внешних сил).

? Какие примеры упругих деформаций вы можете привести? *Деформация пружины, резины, лески и др. Кстати, в скелете всех живых организмов нет ни одной части, на которую не действовала бы сила упругости. Наши организмы приспособлены к действию силы тяжести и возникающей вследствие этого силы упругости. Вот такая нужная и полезная упругая деформация.

Сверните полоску бумаги в виде плоской пружины. При лёгком надавливании на стол такая пружина высоко подскакивает и раскручивается. Невозможно также удержать лист ватмана или тетрадь, если их не перевязать бечёвкой.

? ….. пластичных деформаций? *Деформация пластилина, оконной замазки и др. А может, кому-то из вас хирург гипс накладывал? Гипс - это пластический материал, хирург придаёт ему форму руки или ноги, застывая гипс, не меняет свою форму и хирург уверен - кость не сместится - срастётся. Точно так же скульптор выполняет свои творения из глины или гипса, и она не меняет своей формы, если конечно бережно относиться к произведениям искусства.

Но надо помнить, что при увеличении нагрузки упругая деформация становится пластичной, а дальнейшее увеличение нагрузки может привести к разрушению образца.

(показать деформированную пружину с остаточной пластической деформацией).

Не следует забывать про правильную осанку и максимальную нагрузку для костей. Поэтому нельзя допускать превышения нагрузки, соответствующей пределу упругой деформации.

Упругие деформации возникают только при малых деформациях.

Какими способами можно деформировать тело? (СЛАЙД 7)

Упругие деформации можно разделить на несколько типов:

Сжатие, растяжение, изгиб, кручение, сдвиг (стр.74 учебника рис.86).

Физкультминутка.

Упражнения для правильной осанки.

Учащимся предлагается встать со своих мест, и, закрепляя виды деформаций, показать с помощью своего тела все 5 видов деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб

- Молодцы! Хорошо у вас получилось!

- Теперь я вам предлагаю побывать в роли учёных - физиков.

Практическое задание

Итак, какие силы действуют на груз, подвешенный на пружине? (СЛАЙД 9)

Когда тело на пружине покоится, что можно сказать об этих силах? (Сила тяжести равна другой силе).

1. Подвесим к пружине (специально выбирается пружина жёсткостью 100 Н/м) груз создающий силу 1 Н. Что произошло с пружиной? Обозначим удлинение х и занесём измерения в таблицу. (СЛАЙД 10)

2. Увеличим силу в 2 раза - 2 груза. Каково теперь изменение длины? Что произошло?

3. Увеличим силу в 3 раза. Какое теперь удлинение? Что можно о нём сказать?

Что за зависимость, при которой одна величина увеличивается в несколько раз и другая, зависящая от неё, также увеличивается во столько же раз? Что является графиком зависимости? (СЛАЙД 11)

Математически эту зависимость можно записать так: F =kΔℓ, где k - коэффициент жёсткости пружины, Δℓ- изменение длины - удлинение.

Вывод: модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела.(СЛАЙД 12)

В этом и заключается ЗАКОН ГУКА. Впервые в истории физики установили связь силы упругости и деформации Роберт Хук (Hooke) (1635-1703), английский естествоиспытатель, разносторонний учёный и экспериментатор, архитектор и Young Thomas (СЛАЙД 13)

В связи с изучением закона Гука интересен такой случай во время Великой Отечественной Войны. При отражении одной из контратак был подбит немецкий бронетранспортёр и наши бойцы нашли в нём 60 резиновых жгутов. Принесли их в командный пункт и сообразили сделать из них такое оружие. Вырезали из берёзовых прутьев рогатки, только в них заправляли не камни, а гранату - лимонку, которая летела примерно на 150 м. (Хороший гранатомётчик - 45 м). Было изготовлено 52 рогатки. Во время наступления гитлеровцев на них полетели 52 гранаты. Фашисты переполошились, а наши солдаты пошли в контратаку и отбросили противника. Этот пример говорит о том, что в жесткой борьбе с врагами нужны были наряду с храбростью знания, умелое и своевременное их использование, проявление находчивости и изобретательности.

А давайте посмотрим, как растягивают одинаковые силы разные пружины. (К двум пружинам различной жёсткости, прикреплённым к штативам, подвешивается по одинаковому грузу).

А почему пружины по-разному изменяют свою длину?(Одна пружина более упругая ).

? От чего же зависит жёсткость тела? *Жёсткость зависит от материала, из которого изготовлено тело.

(Показать деформацию резинового шнура и стальной пружины под действием равных сил).

Существуют тела с различной жесткостью: меньше - у резины, больше у металлов и т. д.

? Какое вещество имеет большую жесткость?

Как ни удивительно, но кость по своей прочности уступает только твёрдым сортам стали и оказывается гораздо прочнее, тел из гранита и бетона, ставших образцами прочности!

?Когда начинает меняться прочность костей?*К старости и если неправильно питаться.

?Что мы должны потреблять в пищу, чтобы кости достаточно долго сохраняли свою прочность и в какие продукты надо есть?

От чего же ещё зависит жёсткость? *Жесткость зависит от формы и размеров тела.

Увеличение жесткости за счет изменения формы использовали жители севера при возведении куполообразной формы жилищ, так называемых «игло» высотой 2-3 метра.

А так же жесткость увеличивается при применении уголковых конструкций вместо плоских.

Почему возникает сила упругости? (СЛАЙД 14)

? Вспомним строение твердого тела.

*Состоит из атомов или молекул.

*Молекулы колеблются около положений равновесия.

*Молекулы взаимодействуют между собой с силами притяжения и отталкивания.

*На каких расстояниях проявляются силы притяжения, когда силы отталкивания?

Значит, силы упругости являются силами молекулярного взаимодействия.

Обобщение и систематизация знаний.

Ответьте на вопросы:

1. Для чего нужны рессоры и буферы? Какая сила в них используется?

2. Что является причиной деформации тел?

3. Что является следствием деформации тел?

4. Каким видам деформации подвержены фундаменты зданий, колонны, подвесы, перекрытия, балки, полы, заклёпки, болты?

5. Благодаря каким свойствам резины и воздуха мяч при ударе о землю подскакивает вверх?

6. Почему порванный мяч не подпрыгивает?

7. Почему рожь может клониться, «спелым колосом почти до земли» и при этом не ломать стебля?

8. Обратите внимание на то, как устроен бумажный футляр, в котором продают электрические лампочки. Объясните назначение его внутренних рёбер.

9. Почему дрожит стальной мост, по которому идёт поезд?

10. Какая сила поднимает вверх и прижимает к контактному проводу пантограф (токоприёмник) электровоза и какая сила опускает его вниз?

11. Приведите примеры использования силы упругости в спорте.

? Как часто вы встречались в жизни с силой упругости? Приведите несколько примеров ситуаций, когда действует сила упругости.

? Какие приборы вы использовали, в основу устройства которых положен закон Гука? *Динамометр, весы, часы, барометр, силомер, амперметр, вольтметр.

? Что было бы, если бы исчезла сила упругости (в какой-то отдельной ситуации)?

Приведите пример. **Все деформации были бы только пластическими, деформированные суставы, мышцы и кости не восстанавливали бы свою форму и др.

Подведение итогов урока. Рефлексия.

? Что нового вы узнали на уроке?

? Что было наиболее интересным?

? Какой материал или действие вызвало особые затруднения?

На следующем уроке по данной теме мы измерим коэффициент жёсткости пружины лабораторного динамометра.

Запишите задание на дом (СЛАЙД 16):

Учебник: стр.73-78, к параграфу 26 , а так же (проект) придумать как можно больше способов увеличения жёсткости конструкции, не изменяя материала и не используя дополнительных устройств.

Как из обычного листа бумаги изготовить как можно более высокую конструкцию, способную удерживать учебник физики?

Подготовить доклад "Упругие деформации в спорте"

Первичная проверка знаний:

1. Когда возникает сила упругости?

а) когда тело движется

б) когда оно останавливается

в) когда тело деформируется

г) когда оно распрямляется

2.Какое тело испытывает деформацию растяжения?

а) хлопья под прессом

б) подвес люстры

в) скамейка с человеком

г) стол с ведром

3. Если тело (опора) деформируются под действием груза, то когда модуль силы упругости становится равным модулю силы тяжести, действующей на груз?

а) когда опора начинает прогибаться

б) когда, прогнувшись, опора перестаёт деформироваться

в) когда при снятии груза опора начинает выпрямляться

г) такого равенства не бывает

4. В каком случае сила упругости отсутствует (равна нулю)?

а) мяч с вмятиной

б) доска, перекинутая через ручей

в) пружина с грузом

г) нет такого случая

6. От чего зависит сила упругости?

а) от модуля силы, деформирующей тело

б) от деформации

в) от жёсткости деформируемого тела

г) от всех этих величин

7. При каких деформациях справедлив (выполняется) закон Гука?

а) при сжатии и растяжении

б) при изгибе и кручении

в) при всех видах деформации

г) при всех деформациях, если они - упругие деформации.