Урок 'Виды деформаций твердых тел'

План - тезис урока.

Предмет: физика.

Класс: 10.

Преподаватель: Подольская Людмила Ивановна.

Тема урока: Виды деформаций твердых тел.

Эпиграф: Душа науки - это практическое применение ее открытий.

У. Томсон

Цели урока:

обучающая: 1) Сформировать у учащихся представления о свойствах твердых тел;

2) Расширить понятие деформации и рассмотреть различные виды деформаций;

3) Показать границы применимости физических законов в профессии.

развивающая: 1) развивать познавательную активность учащихся с помощью проблемных вопросов и исторического материала;

2) способствовать развитию навыков работы с дополнительной литературой;

воспитательная: показать связь физики с профессией, способствовать формированию научного мировоззрения и любознательности учащихся.

Форма проведения урока: комбинированный урок.

Межпредметные связи: электроматериаловедение, история физики, математика,

спецтехнология.

Оборудование: 1) модель твердого тела, состоящая из параллельных пластин;

2) Пружина, закрепленная в штативе;

3) Набор грузов;

4) Ластик ученический, расчерченный с обеих сторон в клетку;

5) Резиновый жгут с длинным штрихом:

6) Раздаточный материал - таблица для записи

результатов наблюдений и опытов упругих деформаций.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

Урок разработан для учащихся 1курса в соответствии с программой по физике и с учетом требований стандарта образования. Урок изучения нового материала по теме «Твердые тела», способствует развитию познавательной активности учащихся путем привлечение дополнительных источников информации.

Урок в основном направлен на развитие любознательности учащихся, на формирование научного мировоззрения и на осознание существующих проблем.

На уроке рассмотрены вопросы профессиональной направленности:

1) понятие деформации;

2) виды деформаций;

3) учет деформаций в промышленности;

4) применение закона Гука в профессии.

Урок способствует формированию глубоких знаний, как по физике, так и по предметам профессионально - технического цикла.

Урок предусматривает использование наглядного материала и оборудования, что способствует развитию познавательного интереса.

Учащиеся должны знать:

• Понятие деформации.

• Виды деформаций.

• Как учитываются свойства твердых тел в технике.

Учащиеся должны уметь:

• Определять вид деформации.

• Проводить эксперимент по наблюдению деформаций различных видов.

• Отбирать необходимый материал для подготовки докладов по данным темам.

ЭТАПЫ УРОКА:

1. Организационный момент (2 мин.).

Цель: Подготовить учащихся к восприятию материала.

2. Введение (сообщение учителя). (7 мин.).

Цель: постановка проблемного вопроса на уроке, активизация учащихся.

3. Выступления учащихся с докладами. (15 мин.).

Цель: донести до учащихся исторические сведения об открытии закона Гука.

4. Объяснение нового материала и эксперименты учащихся. (19 - 20 мин.)

Цель: показать виды деформаций и объяснить возникновение деформации на молекулярном уровне.

5. Подведение итогов (слово учителя). (5 мин.).

Цель: обобщение знаний полученных на уроке, решение поставленной проблемы.

6. Домашнее задание. (1- 2 мин.).

Цель:

Итого 40 мин.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Введение. Слово преподавателя.

- Подготовка учащихся к восприятию материала.

Фронтальный опрос: Какими свойствами обладают твердые тела? Как расположены атомы в твердых телах? Что такое деформация?

- Постановка проблемного вопроса на уроке:

Атомы и молекулы твердых тел занимают определенное положение и совершают колебания около этого положения. При уменьшении расстояния между молекулами появляются силы отталкивания, а при увеличении силы притяжения. Этими силами объясняются упругие свойства твердых тел.

Недеформируемых тел в природе не существует. В то же время мы часто встречаемся с малыми деформациями, которые сами и не замечаем.

Изучение деформаций и свойств твердых тел дает возможность предварительно определять изменения, возникающие в конструкциях при нагрузке. Инженеры, которые проектируют конструкцию, интересуются свойствами материалов и определяют, какую нагрузку может выдержать конструкция.

Твердые тела могут изменить свою форму под действием внешних сил приложенных к ним. Изменение формы или объема тела называется деформацией. Деформации бывают двух видов: 1) упругая деформация - деформация, которая полностью исчезает после прекращения действия внешних сил. Упругую деформацию испытывают пружина, резиновый шнур.

При деформации возникает сила упругости, которая направлена в сторону противоположную смещению частиц тела.

2) пластическая деформация - деформация, которая не исчезает после прекращения действия внешних сил. Пластическую деформацию испытывают пластилин, глина, воск, свинец.

Существует несколько видов упругих деформаций, которые мы будем наблюдать с помощью оборудования: 1) модель твердого тела, состоящая из параллельных пластин;

2) Пружина, закрепленная в штативе;

3) Набор грузов;

4) Ластик ученический, расчерченный с обеих сторон в клетку;

5) Резиновый жгут с длинным штрихом:

Доклад открытие Гука.

Учащиеся получают бланки для выполнения экспериментальной работы, где необходимо ответить на вопросы о проделанных опытах.

Преподаватель показывает опыты:

1) по растяжению резинового жгута, на котором насажен картонный круг, если потянуть за жгут, то круг сползет вниз. Деформация растяжения характеризуется абсолютным и относительным удлинением. Абсолютное удлинение показывает, на сколько изменилась длина тела.

∆ℓ = ℓ - ℓ₀

Относительное удлинение показывает, во сколько раз изменилась длина тела.

ε = ∆ℓ/ℓ₀ , где ℓ₀ - начальная длина, ℓ - конечная длина стержня.

При малых деформациях справедлив закон Гука, который говорит о том, что чем больше сила действует на тело, тем большую деформацию тело получает. Для описания большей деформации используется диаграмма растяжения и вводится понятие механического напряжения.

Механическое напряжение это отношение силы упругости к площади поперечного сечения тела: σ =F/S. За единицу напряжения принимается 1 Па = 1 Н/м² . График зависимости напряжения от относительного удлинения строится по результатам опытов по растяжению тела и называется диаграмма растяжения. Закон Гука: при малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению. Закон Гука записывается в виде: σ = E|ε|. Коэффициент пропорциональности E, входящий в закон Гука, называется модулем Юнга. Для большинства материалов модуль Юнга определен экспериментально, он характеризует сопротивляемость материала упругой деформации. Например, модуль Юнга стали 21 * 10¹⁰ Па, а модуль Юнга

алюминия 7 * 10¹⁰ Па. Чем больше модуль упругости, тем меньше деформируется тело. Максимальное напряжение, при котором выполняется закон Гука, называется пределом пропорциональности. Максимальное напряжение, при котором еще не возникают остаточные деформации, называется пределом упругости. При некотором напряжении удлинение нарастает практически без увеличения нагрузки. Это явление называют текучестью материала. Напряжение, при котором происходит разрыв образца, называется пределом прочности. Эта величина зависит от материала и от качества его обработки. Диаграмма растяжения дает достаточно полную информацию о механических свойствах материала и позволяет оценить прочность.

Учащиеся делают опыт самостоятельно и делают выводы.

2) Показать опыт по деформации сдвига с помощью модели твердого тела, состоящего из параллельных пластин. Деформация сдвига характеризуется относительным смещением слоев тела.

Учащиеся наблюдают деформацию сдвига с помощью ластика и отвечают на вопросы.

3) Показать опыт по деформации изгиба с помощью модели твердого тела, состоящего из параллельных пластин. Деформация изгиба характеризуется стрелой прогиба. Поскольку слои близкие к нейтральному слою испытывают меньшую деформацию, то детали машин и конструкций, работающие на изгиб, выгодно делать полыми. Это дает экономию материала и снижает массу конструкции без ухудшения механических свойств.

Учащиеся наблюдают деформацию изгиба с помощью ластика.

4) Показать опыт по деформации кручения с помощью резинового жгута, на котором сделан длинный штрих. Деформация кручения характеризуется углом закручивания.

Учащиеся наблюдают деформацию кручения с помощью ластика.

Вывод с урока: В любом деформированном теле действует сила упругости, которая направлена в сторону противоположную смещению частиц и препятствует разрушению тела.

Все твердые тела обладают определенными свойствами, которые позволяют использовать их для изготовления деталей и механизмов, приборов и инструментов, могущих длительно выдерживать внешние нагрузки без разрушения. Инженеры, которые проектируют создание какой - то конструкции должны точно рассчитывать, какую нагрузку может выдержать материал в результате деформации, какой материал рациональней использовать.

Наблюдение упругих деформаций твердых тел.

Вид деформаций

Вопросы

Ответы

1. Деформация растяжения - сжатия.

ОПЫТ: Резиновый ластик расчерчен карандашом в клетку. Растяните и сожмите ластик.

1. Как направлена сила упругости при растяжении или сжатии ластика?

При растяжении ластика

При сжатии ластика

2. Как изменится длина и площадь поперечного сечения ластика при растяжении и сжатии?

При растяжении ластика

При сжатии ластика

3. Нарисовать новую форму, которую приобрели ластик и сетка в результате растяжения и сжатия.

При растяжении ластика

При сжатии ластика

4. Привести примеры деформации растяжения

и сжатия тел.

Деформацию растяжения испытывают:

Деформацию сжатия испытывают:

2. Деформация сдвига.

ОПЫТ: действуя на ластик руками, получите деформацию сдвига.

1. Как смещаются слои ластика при деформации?

2. Сделайте рисунок, показав, как меняется форма квадратов и ластика в результате деформации.

3. Как изменится деформация сдвига при увеличении нагрузки?

4. Приведите примеры деформации сдвига.

3. Деформация изгиба.

ОПЫТ: действуя на ластик руками, получите деформацию изгиба.

1. Какие деформации, и в каких слоях возникают в результате изгиба?

2. Сделайте рисунок, показав, как

меняется форма квадратов и ластика в результате деформации.

3. Приведите примеры деформации изгиба.

4. Деформация кручения.

ОПЫТ: действуя на ластик руками, получите деформацию кручения.

1. Из каких деформаций состоит деформация кручения?

2. Сделайте рисунок, показав, как

меняется форма квадратов и ластика в результате деформации.

3. Приведите примеры деформации кручения.

Приведите примеры, где и когда нужно учитывать деформации в вашей профессии?

Какие виды деформаций испытывают: 1) тросы подъемного крана, 2) струна, 3) шуруп, 4) пружина, 5) дверной ключ, 6) провода линии электропередач, 7) стул.

Доклад по теме: «Открытие Гука».

В 1676 году Роберт Гук объявил о своем открытии. Это был простой закон, но ему была предназначена важная роль в физике и технике. Гук был в восторге от своего открытия, но своим коллегам он не доверял и боялся, как бы кто - нибудь не приписал это открытие себе. Поэтому Гук придал своему открытию закона о растяжении пружин вид анаграммы: c e i i i n o s s s t t u v. Это было своеобразное патентование открытия. Он выждал два года, чтобы конкуренты могли сделать заявки о своих открытиях, связанных с пружинами, а затем дал расшифровку своей анаграммы: «ut tension, sic vis», или «каково удлинение, такова и сила». Гук открыл, что при растяжении возрастающей силой удлинение изменяется прямо пропорционально этой силе. Как известно из практики, это соотношение выдерживается для стальных пружин с высокой точностью в широком диапазоне удлинений. Оно справедливо также для пружин из других материалов.

С поведением материалов по закону Гука мы встречаемся во многих случаях растяжения, сжатия, скручивания, изгиба, упругой деформации любых видов.

Закон Гука открывает перед инженерами возможность предварительно определять упругие изменения, возникающие при нагрузке в конструкциях. Он может вычислить прогиб моста, прежде чем мост построен, или определить закручивающую силу на валу винта, измеряя малые деформации при закручивании. Инженеры интересуются свойствами материалов за пределами закона Гука.