Сила упругости. Закон Гука

Разработка открытого урока учителем физики г. Донецка ОШ№94

Мирзоян Сирануш Амаяковной

Тема урока:

Сила упругости. Закон Гука

«Самая непостижимая вещь в мире - это то, что мир все - таки постижим».

А. Эйнштейн.

Цели урока:

Обучающие: познакомить учащихся с силой упругости, формировать знание о природе сил упругости, их разновидности, о деформации, причины ее возникновения, о зависимости между силами упругости и деформации.

Развивающие: развитие познавательного интереса учащихся, внимание, мышление, умение работать самостоятельно в группах, делать выводы.

Воспитательные: воспитывать чувство коллективизма, умение общаться, терпеливо относиться друг другу.

Тип урока: комбинированный.

Ход урока:

I. Организационный момент: дети берут за руки и говорят:

« Мы звенья одной цепи и вместе мы сильные».

II. Мотивация обучающей деятельности учащихся:

Сообщение темы урока, цели урока.

Девиз урока: Думать - коллективно!

Решать - оперативно!

Отвечать - доказательно!

Бороться - старательно!

- Давайте вспомним условия успешной работы каждого ученика на уроке(записаны на доске, дети перечисляют).

1. Быть внимательным, самостоятельным, сообразительным.

2. Не оставлять вопрос без ответа.

3. На выполнение каждого задания затратить минимум времени и максимум усердия.

III. Актуализация опорных знаний:

- Ребята, наш урок сегодня необычный. Вы сегодня будете работать в группах, самостоятельно будете изучать тему, сами себя оценивать. У вас на столах лежит карта самоконтроля, в конце урока себя оцените.

Начнем урок с эпиграфа. Прочитайте и выскажите свое мнение. Сегодня мы знакомимся еще с одной силой - это сила упругости.

Давайте вспомним, какие силы мы уже знаем.

1. Что такое сила?

2. Сформулируйте законы Ньютона.

3. Какая сила называется силой тяжести?

4. Какая сила называется весом тела?

5. Какая сила называется силой трения?

6. Какая сила называется силой всемирного тяготения?

(На столе лежат карточки с формулами сил. Ученики, которые правильно отвечают на вопросы, прикрепляют нужную карточку на доску. )

7. Применяя законы Ньютона, решите самостоятельно две задачи.

1. Найти силу тяги, которую нужно приложить, чтобы тянуть тело массой 2 кг по гладкой горизонтальной поверхности с ускорением

1 м/с^2,, коэффициент трения 0,3.

2. С самолета на парашюте бросили груз, с прикрепленным к стропам динамометром. Парашют с грузом достигает определенной скорости и дальше опускается равномерно. Как изменятся показания динамометра во время падения груза, если его масса равна 16 кг?

( I этап - падение груза с нераскрытым парашютом. В этом случае показания динамометра равна нулю. g = а, F= 0.

(I I этап - падение с раскрытым парашютом. Сила сопротивления воздуха больше силы тяжести. Груз падает замедленно. Динамометр покажет разницу между силой сопротивления и силой тяжести. F = F_сопр. - F_т.

III этап - во время равномерного движения груза F= m g, динамометр покажет силу 160 Н.)

Решение задачи написано на обратной стороне доски. Ребята обмениваются тетрадями и проверяют друг у друга решение задач. За правильное решение первая задача оценивается в 2 балла, а вторая - в 4балла. Занесли полученные баллы в маршрутную карту.

IV. Изучение нового материала.

У меня в руках резиновый мячик и мячик из пластилина. Давайте посмотрим, что произойдет с ними, если их сожмем. Мы видим, что резиновый мяч полностью восстановил свою прежнею форму, а пластилиновый - нет. Почему так получилось? Какие силы возникли при этом? Мы узнаем после изучения нашей сегодняшней темы: « Сила упругости.»

Класс делится на группы. Группа теоретиков и группа экспертов. Теоретики пользуются дополнительной литературой, интернетом и находят ответы на данные им вопросы. Эксперты в результате опыта выведут зависимость силы упругости от деформации.

Вопрос для 1 - ой группы: Что такое деформация? Виды деформации.

2 - ая группа: Причины возникновения силы упругости, ее направление.

3 - ья группа: Природа силы упругости.

4 -ая группа: Выводят расчетную формулу в результате эксперимента. По полученным данным строят график зависимости

В группе обсуждают свой вопрос, потом один представитель объясняет классу. После прослушивания всех представителей делаем выводы и записи в тетради. Эксперты из опыта выяснили, что сила упругости прямо пропорциональна деформации. Выводим формулу: F_упр. = - kΔX, где

F_упр. - сила упругости;

k - коэффициент жесткости (коэффициент пропорциональности, который зависит от материала тела и его формы), Н/м.

ΔX - Деформация тела (удлинение или сжатие тела).

Знак минус в формуле закона Гука указывает, что упругая сила пружины всегда направлена противоположно деформации.

Закон Гука: Сила упругости по модулю пропорциональна удлинению тела и направлена так, что стремится уменьшить величину деформации тела.

Следует иметь в виду, что закон Гука выполняется только при малых деформациях.

Хочу обратить ваше внимание на понятие жесткость упругого тела. Именно упругостью отличаются друг от друга упругие тела. У одних она большая, у других - незначительная. Жесткость зависит от формы и размеров тела, также от материала, из которого оно изготовлено. Сталь и резина - упруги, пластилин и свинец - пластичны. Но такое деление условно, т.к. в большинстве случаев тела обладают одновременно пластичностью и упругостью. Так свинцовая спираль при небольших деформациях пружинит, т.е. обладает упругостью, но преобладающим свойством свинца является пластичность. При подборе материала для изготовления деталей машин приходится учитывать и также свойства материалов, как хрупкость и твердость.

Этот закон был открыт Робертом Гуком в 1660г. Он провел опыт, который заключался в том, что тонкая стальная струна была закреплена одним концом, а ко второму концу прикладывалось различное усилие. Проще говоря, струна была подвешена к потолку, и к ней прикладывался груз различной массы.

Послушаем об этом великом ученом. ( ученик рассказывает о Гуке)

Будущий физик, ботаник, изобретатель и астроном появился на свет 18 июля 1635 года в городе Фрешуотер, что расположен на острове Уайт. Его отец был настоятелем в церкви Всех Святых. Близкие долго опасались за здоровье малыша, так как он был очень слабым и тщедущным, но Роберт выжил. В 1648-м, после смерти отца, Роберт Гук переехал в Лондон и стал учеником художника по имени Питер Лели. Уже став известным ученым, он неодобрительно вспоминал свои детские годы, но мастерство иллюстраций, которыми физик сопровождал свои труды, позволяет сказать, что время в художественной мастерской не было потеряно напрасно. В четырнадцать лет мальчик стал учеником Вестминстерской школы Башби, из которой выпустился в 1653-м. Как любой ученый, Роберт Гук изучил латынь, которая была основным языком научного общения тех времен. Помимо этого, он владел древнееврейским и греческим, умел играть на органе и моментально осваивал сложные учебники.

После школы Роберт Гук переехал в Оксфорд, чтобы стать студентом в колледже Крайст-Черч. Помимо этого, он был хористом в церкви, а также ассистентом и близким сотрудником Бойля. В те же годы состоялось знакомство с участниками «Невидимого колледжа» Оксфорда, создателями научно-организационного общества, которое сыграло немалую роль в жизни Гука. В этот период физик изобрел воздушный насос, создал трактат о движении жидкости в капиллярах. Кроме того, Роберт Гук, открытия которого позволили создать пружинный механизм для карманных часов, имел небольшой спор с Гюйгенсом, который также занимался такими устройствами. В 1662 году ученому была присвоена степень магистра искусств Оксфордского университета, Королевское общество, на тот момент только формировавшееся, назначило его куратором экспериментов. В 1663-м Роберт Гук создал устав для этого ученого сообщества, был принят в число его членов, а в 1677-м стал его секретарем.

Совместно с Х. Гюйгенсом установил (около 1660) постоянные точки термометра - таяния льда и кипения воды. Усовершенствовал барометр, зеркальный телескоп, применил зрительную трубу для измерения углов, сконструировал прибор для измерения силы ветра, машину для деления круга и другие приборы.

Большое значение имело открытие Гука в 1660 закона пропорциональности между силой, приложенной к упругому телу, и его деформацией. Гук высказал идею, что все небесные тела тяготеют друг к другу и дал общую картину движения планет. Он предсказал закон всемирного тяготения И. Ньютона; в 1679 высказал мнение, что если сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния, то планета должна двигаться по эллипсу. Гук придерживался волновой теории света и оспаривал корпускулярную; теплоту считал результатом механического движения частиц вещества. С помощью усовершенствованного им микроскопа Гук наблюдал структуру растений и дал чёткий рисунок, впервые показавший клеточное строение пробки (термин «клетка» был введён Гуком), а также описал строение клеток бузины, укропа, моркови и др.

Гук высказывал мысли об изменении земной поверхности, которое, по его мнению, повлекло изменение фауны. Он считал, что окаменелости - это остатки прежде живших существ, по которым можно воспроизвести историю Земли. Гук был известен также как архитектор. По его проектам было построено несколько зданий, главным образом в Лондоне.

V. Закрепление темы:

Обобщим все, что мы узнали сегодня на уроке:

1. Сила упругости возникает при деформации.

2. Она направлена в противоположную сторону действующей силы.

3. Природа - электромагнитная.

4. При упругих деформациях выполняется закон Гука.

5. Сила упругости направлена перпендикулярно поверхности столкновения тел, а в случае с деформированными телами (стержнями, пружинами, нитками, тросами т.п.) - вдоль их осей.

- Ребята, вы видите у себя на столах конверты. Откройте, там находятся пазлы. Соберите их и вы узнаете о видах деформации.

После того, как ребята собирают пазлы, кто - то из группы подходит к доске , на картине находят нужную деформацию и характеризуют ее.

1. Сжатие - во время этой деформации тела происходит уменьшение объёма тела под действием сил. Сжатию подвергаются пружины в диване, амортизаторы, колонны зданий и т.д.

2. Растяжение - приводит к увеличению объёма тела. Надувание камеры воздухом; трос, поднимающий груз и т.д.

3. Сдвиг - если нижнее основание закреплено неподвижно, а к верхнему - приложена сила, параллельная основанию .Она может быть получена также при одновременном сжатии бруска по одной диагонали и растяжении другой.

4. Кручение - возникает тогда, когда на тело действуют две пары сил, создающие вращение в противоположные стороны.

5. Изгиб - происходит, когда сила направлена перпендикулярно оси : бельевая веревка, когда вешают мокрое бельё, мост и т.д.

Сила упругости в природе.

Надо отметить, что сила упругости в природе имеет большое значение. Ведь только благодаря этой силе, ткани растений, животных и человека способны выдерживать огромные нагрузки и при этом не сломаться и не разрушиться. Все находящиеся на Земле тела способны выдерживать силу атмосферного давления только благодаря силе упругости. Обитатели глубоких водоемов способны выдерживать еще большую нагрузку. Поэтому можно прийти к закономерному выводу, что только благодаря силе упругости, все живые организмы в природе имеют возможность не только переносить механические нагрузки, но и сохранить свою форму.

- Ребята, сегодня у нас в гостях врач - хирург, он расскажет нам, каким деформациям подвергается наше тело.

Как известно, условие возникновения силы упругости - это наличие деформации тела, то есть изменения его размеров или формы под действием внешних сил. Человеческое тело испытывает достаточно большую нагрузку от собственного веса и от усилий, прикладываемых во время различных действий, поэтому на примере тела человека можно проследить все виды деформаций.

Деформацию сжатия испытывают позвоночник и ноги. Деформацию растяжения - руки и все связки, сухожилия, мышцы. Деформацию изгиба - кости таза, позвоночник, конечности. Деформацию кручения - шея при повороте, кисти рук при вращении. Мышечные связки, лёгкие и некоторые другие органы обладают большой эластичностью, например, затылочная связка может быть растянута более чем вдвое. Надо бережно относиться к своему организму. Не поднимайте резко тяжелые предметы. Занимайтесь зарядкой. Следите за своей осанке.

VI. Рефлексивно-оценочный этап.

Сегодня на уроке мы познакомилась с силой упругости, с видами деформации. Посчитайте свои баллы и сдайте свои листочки. Ответьте на вопросы: «Что я узнал сегодня на уроке? Что запомнилось на уроке?

Что могло быть организовано лучше? Над какими навыками, умениями еще нужно работать? ».

VΙΙ. Домашнее задание: §20, выполнить упражнение № 11. Учебник Г.В.Коршак, А.И. Ляшенко

Образец карты самоконтроля:

№

п/п

Ф. И. учащегося

1.

Отвечал на вопросы

2.

Дополнял ответы других учеников

3.

Проведение эксперимента

4.

Итого