Конспект урока по физике на тему: "Деформация и сила упругости. Закон Гука"

Дидактическая цель урока: углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел, сформулировать закон Гука, показать на модели, что сила упругости прямо пропорциональна изменению длины деформированного тела.

Развивающая цель: развивать умственные и творческие способности учащихся, познавательный интерес к предмету.

Воспитательная цель: способствовать формированию сознательного творческого отношения к обучению, умения работать в коллективе и понимать значение получаемых знаний.

Методы и приёмы. Лекционное изложение материала с параллельной демонстрацией видеоматериалов и простых опытов, работа с табличным материалом, мини тестовая работа.

Виды самостоятельной деятельности: заполнение блок–схемы, устные ответы по вопросам учителя, работа с табличным материалом, мини практическая работа, решение задач.

Тип урока: Урок усвоения новых знаний на основе имеющихся.

Средства обучения: проектор, экран, компьютер, электронное приложение к учебнику Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева, Н. Н. Сотского, 2 ноутбука, учебная презентация, пружины с различным коэффициентом упругости, штатив, набор гирь, рейка, губка, модель для демонстрации видов деформации, резиновая трубка с колечком из проволоки, лист бумаги, кусок пластилина, блок - схемы урока, карточки с табличными значениями модуля Юнга для некоторых материалов, индивидуальные карточки с текстом по проверке домашнего задания, линейка, калькулятор.

Ход урока.

I. Организационный момент:

Здравствуйте, ребята!

Сегодня у нас с вами урок открытых дверей и поэтому мы должны особенно постараться. Покажите все свои знания и умения, будьте активными на уроке.

И так тема нашего урока: Деформация и сила упругости. Закон Гука.

Цель нашего урока: углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел, сформулировать закон Гука, показать на модели, что сила упругости прямо пропорциональна изменению длины деформированного тела.

Прежде, чем мы приступим к изучению нового материала, вспомним то, что было на прошлом уроке.

II. Проверка домашнего задания.

1. Вывод формулы первой космической скорости (один ученик у доски).

2. Пока ученик записывает вывод на доске, с классом провожу фронтальный опрос.

1) Что называется первой космической скоростью? Чему она равна?

2) Как найти вес тела, движущегося с ускорением, направленным вертикально вверх?

3) Как найти вес тела, движущегося с ускорением, направленным вертикально вниз?

4) Груз помещен на платформе пружинных весов в кабине лифта. Что покажут весы во время свободного падения лифта?

3. После разбора вывода формулы и фронтального опроса обращаю внимание учащихся на карточки с текстом. Отмечаю, что звёздочкой помечен обязательный уровень ответа, после звёздочки работа по выбору (для сильных учащихся выполнение всего задания). Прошу учеников заполнить пропуски в тексте и сдать на проверку, предварительно подписав свою работу.

Силы всемирного тяготения – это силы, с которыми все тела…… друг к другу. Закон всемирного тяготения гласит, что сила всемирного приближения двух тел прямо пропорциональна……этих тел и обратно пропорциональна ……между ними, и записывается формулой……. Коэффициент пропорциональности G называется …… , он равен……, был измерен английским физиком ……, с помощью прибора, называемого……. Удивительное свойство гравитационных сил состоит в том, что они сообщают всем телам независимо от их масс одинаковое…….

* Ускорение свободного падения, которое сообщает телам сила притяжения к Земле, равно……. При перемещении тела от полюса к экватору ускорение свободного падения……, что объясняется изменением расстояния от центра Земли до поверхности Земли. Первая космическая скорость искусственного спутника Земли равна…….

III. Изучение нового материала:

(Рассказ учителя, сопровождающийся слайдами презентации к уроку, работой с электронным приложением к учебнику, демонстрацией простых опытов).

На столах у учащихся план – схема урока, которую они заполняют по мере изучения нового материала, записывая основные определения и формулы.

Все тела вселенной действуют между собой силами тяготения. Нельзя сделать так, чтобы на какое - то тело силы тяготения не действовали. Силы упругости в этом отношении совершенно не похожи на силы тяготения.

Для того, чтобы силы упругости возникли в том или другом теле, необходимо это тело деформировать.

Для того чтобы деформировать тело, к нему необходимо приложить внешнюю силу, тогда возникающие деформации приведут к появлению сил упругости.

Вопрос классу: Итак причиной деформации являются …

Предполагаемый ответ: внешние воздействия.

Вопрос классу: А сами деформации являются причиной ….

Предполагаемый ответ: сил упругости. (электронное приложение к учебнику – анимация «Деформация пружины»)

Попробуйте дать определение деформации:

Деформацией называются изменения формы и размеров тела под действием силы. (слайд №4)

А что называется силой упругости?

Сила упругости - это сила, возникающая при деформации тела.

Деформации, которые исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими.

Вопрос классу: Какие тела испытывают упругую деформацию?

Предполагаемый ответ: например, пружина, футбольный мяч.

Деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил, называют пластическими. Например, пластилин, глина, воск. (слайд №5)

Каждый вид этих деформаций по своему хорош, иначе, после каждого удара по мячу, пришлось бы его менять, а та фигура, которую вы сделали из пластилина, сразу, как только разожмёте пальцы, превратится снова в брусочек пластилина.

Рассмотрим деформации сжатия, растяжения, изгиба, кручения, сдвига.

(слайд№6) Если к твердому телу приложена внешняя сила, направленная перпендикулярно его поверхности (нормально), то возникающая деформация будет сжатием или растяжением

При растяжении и сжатии изменяется площадь поперечного сечения тела.

При достаточно сильном растяжении площадь сечения уменьшается. При сжатии площадь поперечного сечения увеличивается.

Проделаем опыт с резиновой трубкой, на которую надето кольцо. Если трубку сильно растянуть, то кольцо может свободно скользить.

Вопрос классу: Приведите примеры тел, которые подвергаются деформации растяжения или сжатия.

(слайд№7) Если к твердому телу приложить силу, направленную параллельно его поверхности (тангенциально), то возникающая деформация является сдвигом.

Деформацию сдвига рассмотрим на модели для демонстрации видов деформаций. Модель представляет собой параллельные пластины, соединённые между собой пружинами.

Горизонтальная сила сдвигает пластины относительно друг друга.

Вопрос классу: Посмотрите, изменяется ли объём тела при этом?

Предполагаемый ответ: изменения объёма тела нет.

Слои бруска смещаются, оставаясь параллельными, а вертикальные грани, оставаясь плоскими, отклоняясь на некоторый угол.

Вопрос классу: Что является мерой деформации сдвига?

Предполагаемый ответ: Угол отклонения.

У реальных твёрдых тел при деформации сдвига объём также не меняется.

Вопрос классу: Какие тела испытывают деформацию сдвига?

Предполагаемый ответ: Деформацию сдвига испытывают балки в местах опор, заклёпки и болты, скрепляющие детали, мел, которым пишут на доске, ластик.

(слайд№8)Разновидностью деформации сдвига является кручение.

Весь материал – смотрите документ.

Конспект урока по физике 10 класс

по учебнику Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский

Тема урока: «Деформация и сила упругости. Закон Гука».

Дидактическая цель урока: углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел, сформулировать закон Гука, показать на модели, что сила упругости прямо пропорциональна изменению длины деформированного тела.

Развивающая цель: развивать умственные и творческие способности учащихся, познавательный интерес к предмету.

Воспитательная цель: способствовать формированию сознательного творческого отношения к обучению, умения работать в коллективе и понимать значение получаемых знаний.

Методы и приёмы. Лекционное изложение материала с параллельной демонстрацией видеоматериалов и простых опытов, работа с табличным материалом, мини тестовая работа.

Виды самостоятельной деятельности: заполнение блок–схемы, устные ответы по вопросам учителя, работа с табличным материалом, мини практическая работа, решение задач.

Тип урока: Урок усвоения новых знаний на основе имеющихся.

Средства обучения: проектор, экран, компьютер, электронное приложение к учебнику Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева, Н.Н. Сотского, 2 ноутбука, учебная презентация, пружины с различным коэффициентом упругости, штатив, набор гирь, рейка, губка, модель для демонстрации видов деформации, резиновая трубка с колечком из проволоки, лист бумаги, кусок пластилина, блок-схемы урока, карточки с табличными значениями модуля Юнга для некоторых материалов, индивидуальные карточки с текстом по проверке домашнего задания, линейка, калькулятор.

План урока:

1. Организационный момент:

Учитель приветствует класс, сообщает тему урока, цель урока.

2. Проверка домашнего задания.

Проверка домашнего задания включает в себя: вывод формул (работа у доски), устные ответы учащихся, работа на индивидуальных карточках, которые сдаются учителю на проверку.

3. Изучение нового материала:

Изучение нового материала сопровождается учебной презентацией, работой с электронным приложением к учебнику «Физика – 10», демонстрацией различных опытов, проведением эксперимента, для проверки выполняемости закона Гука, работой учащихся с табличным материалом, заполнением блок – схемы по мере изучения нового материала.

4. Закрепление изученного материала.

При закреплении изученного проверяет правильность оформления блок – схемы учащимися, вспоминаем основные вопросы урока, решаем задачи (экспериментальную и расчётную), выполняем тест на ноутбуках

5. Домашнее задание

Запись домашнего задания в дневник. Сообщений отметок, полученных на уроке.

Ход урока.

I. Организационный момент:

Здравствуйте, ребята!

Сегодня у нас с вами урок открытых дверей и поэтому мы должны особенно постараться. Покажите все свои знания и умения, будьте активными на уроке.

И так тема нашего урока: Деформация и сила упругости. Закон Гука.

Цель нашего урока: углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел, сформулировать закон Гука, показать на модели, что сила упругости прямо пропорциональна изменению длины деформированного тела.

Прежде, чем мы приступим к изучению нового материала, вспомним то, что было на прошлом уроке.

II. Проверка домашнего задания.

1. Вывод формулы первой космической скорости (один ученик у доски).

2. Пока ученик записывает вывод на доске, с классом провожу фронтальный опрос.

1) Что называется первой космической скоростью? Чему она равна?

2) Как найти вес тела, движущегося с ускорением, направленным вертикально вверх?

3) Как найти вес тела, движущегося с ускорением, направленным вертикально вниз?

4) Груз помещен на платформе пружинных весов в кабине лифта. Что покажут весы во время свободного падения лифта?

3. После разбора вывода формулы и фронтального опроса обращаю внимание учащихся на карточки с текстом. Отмечаю, что звёздочкой помечен обязательный уровень ответа, после звёздочки работа по выбору (для сильных учащихся выполнение всего задания). Прошу учеников заполнить пропуски в тексте и сдать на проверку, предварительно подписав свою работу.

Силы всемирного тяготения – это силы, с которыми все тела…… друг к другу. Закон всемирного тяготения гласит, что сила всемирного приближения двух тел прямо пропорциональна……этих тел и обратно пропорциональна ……между ними, и записывается формулой…… .Коэффициент пропорциональности G называется …… , он равен……, был измерен английским физиком ……, с помощью прибора, называемого……. Удивительное свойство гравитационных сил состоит в том, что они сообщают всем телам независимо от их масс одинаковое…….

* Ускорение свободного падения, которое сообщает телам сила притяжения к Земле, равно……. При перемещении тела от полюса к экватору ускорение свободного падения……, что объясняется изменением расстояния от центра Земли до поверхности Земли. Первая космическая скорость искусственного спутника Земли равна…….

III. Изучение нового материала:

(Рассказ учителя, сопровождающийся слайдами презентации к уроку, работой с электронным приложением к учебнику, демонстрацией простых опытов).

На столах у учащихся план – схема урока, которую они заполняют по мере изучения нового материала, записывая основные определения и формулы.

Все тела вселенной действуют между собой силами тяготения. Нельзя сделать так, чтобы на какое-то тело силы тяготения не действовали. Силы упругости в этом отношении совершенно не похожи на силы тяготения.

Для того, чтобы силы упругости возникли в том или другом теле, необходимо это тело деформировать.

Для того чтобы деформировать тело, к нему необходимо приложить внешнюю силу, тогда возникающие деформации приведут к появлению сил упругости.

Вопрос классу: Итак причиной деформации являются …

Предполагаемый ответ: внешние воздействия.

Вопрос классу: А сами деформации являются причиной ….

Предполагаемый ответ: сил упругости. (электронное приложение к учебнику – анимация «Деформация пружины»)

Попробуйте дать определение деформации:

Деформацией называются изменения формы и размеров тела под действием силы.(слайд №4)

А что называется силой упругости?

Сила упругости - это сила, возникающая при деформации тела.

Деформации, которые исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими.

Вопрос классу: Какие тела испытывают упругую деформацию?

Предполагаемый ответ: например, пружина, футбольный мяч.

Деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил, называют пластическими. Например, пластилин, глина, воск. (слайд №5)

Каждый вид этих деформаций по своему хорош, иначе, после каждого удара по мячу, пришлось бы его менять, а та фигура, которую вы сделали из пластилина, сразу, как только разожмёте пальцы, превратится снова в брусочек пластилина.

Рассмотрим деформации сжатия, растяжения, изгиба, кручения, сдвига.

(слайд№6) Если к твердому телу приложена внешняя сила, направленная перпендикулярно его поверхности (нормально), то возникающая деформация будет сжатием или растяжением

При растяжении и сжатии изменяется площадь поперечного сечения тела.

При достаточно сильном растяжении площадь сечения уменьшается. При сжатии площадь поперечного сечения увеличивается.

Проделаем опыт с резиновой трубкой, на которую надето кольцо. Если трубку сильно растянуть, то кольцо может свободно скользить.

Вопрос классу: Приведите примеры тел, которые подвергаются деформации растяжения или сжатия.

(слайд№7) Если к твердому телу приложить силу, направленную параллельно его поверхности (тангенциально), то возникающая деформация является сдвигом.

Деформацию сдвига рассмотрим на модели для демонстрации видов деформаций. Модель представляет собой параллельные пластины, соединённые между собой пружинами.

Горизонтальная сила сдвигает пластины относительно друг друга.

Вопрос классу: Посмотрите, изменяется ли объём тела при этом?

Предполагаемый ответ: изменения объёма тела нет.

Слои бруска смещаются, оставаясь параллельными, а вертикальные грани, оставаясь плоскими, отклоняясь на некоторый угол.

Вопрос классу: Что является мерой деформации сдвига?

Предполагаемый ответ: Угол отклонения.

У реальных твёрдых тел при деформации сдвига объём также не меняется.

Вопрос классу: Какие тела испытывают деформацию сдвига?

Предполагаемый ответ: Деформацию сдвига испытывают балки в местах опор, заклёпки и болты, скрепляющие детали, мел, которым пишут на доске, ластик.

(слайд№8)Разновидностью деформации сдвига является кручение.

(слайд№9) Деформацию изгиба можно свести к деформации неравномерного растяжения и сжатия, когда одна сторона подвергается растяжению, а другая – сжатию. За меру деформации изгиба принимается смещение середины балки или её конца. Это смещение называется стрелой прогиба. Опыт показывает, что при упругой деформации стрела прогиба пропорциональна нагрузке. Деформацию изгиба испытывают балки и стержни, расположенные горизонтально.

(электронное приложение к учебнику – видео «Сила упругости») Силы упругости возникают, как в твердых телах, так и в жидкостях и газах. Для жидких тел имеет смысл говорить только о нормальной силе, так как тангенциальные силы приведут к перетеканию жидкости. Отметим, что силы упругости жидкости могут быть направлены как внутрь, так и наружу от жидкости, то есть, жидкость может быть, как сжата, так и растянута.

Большинство жидкостей деформируются чрезвычайно мало.

Вопрос классу: Как вы думаете, в чём причина?

Предполагаемый ответ: Деформация жидкости приводит к нарушению расстояния между молекулами. При увеличении расстояния возникают силы притяжения, при уменьшении – силы отталкивания. В любом случае молекулы возвращаются на свои места.

Газы, в отличие от твердых тел и жидкостей не обладают собственным объемом, полностью занимая весь сосуд, в котором они находятся. Поэтому говорить о деформации газа не имеет смысла. Тем не менее, газы оказывают давление на стенки сосуда, поэтому можно говорить об упругости газов. При любом конечном объеме газ является сжатым.

(слайд№10) Необходимо отметить, что во всех случаях возникающая сила упругости направлена в сторону, противоположную внешней силе.

(слайд№11) При малых деформациях справедлив закон Роберта Гука:

сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону противоположную деформации.

В простейшем случае деформации растяжения и сжатия закон Гука выражается формулой

F_{(упр) х} = - k х.

где x - изменение длины тела, k - коэффициент пропорциональности (так же называемый коэффициентом упругости), зависящий от материала тела, его размеров и формы. Знак минус явно указывает, что сила упругости направлена в сторону, противоположную деформации. Особенно хорошо этот закон выполняется для длинных пружин.

(слайд№12) Нам знаком ещё один вид записи этого закона:

F_{(упр) х} = - k Δl

При пропорциональной зависимости величин графиком является прямая линия.

(слайд№13) Деформация растяжения характеризуется абсолютным удлинением Δl и относительным удлинением ɛ.

Пусть в нерастянутом виде длина образца равна - l . Под действием приложенной к нему силы его длина станет равной - l₀ . Таким образом, абсолютное удлинение образца Δl = l - l₀

Относительное удлинение – это отношение абсолютного удлинения к начальной длине образца: ε = Δl / l₀

Говоря сегодня об упругих и пластических деформациях, мы отметили, что в любом сечении деформированных тел действуют силы упругости, препятствующие разрыву тела на части. Тело находится в напряжённом состоянии, которое характеризуется механическим напряжением . δ

(слайд№14 ) Механическим напряжением δ называется физическая величина, равная отношению модуля F силы упругости к площади поперечного сечения S тела. δ=F_упр/S

В СИ за единицу механического напряжения принимается 1 Па=1 Н/м.

Максимальное значение механического напряжения, после которого образец разрушается, называют пределом прочности.

(слайд№15) При малых деформациях механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению, т.е.

δ = Е /ε/

Это закон Гука для упругих деформаций.

Е – модуль упругости, (модуль Юнга), характеризующий способность материалов оказывать сопротивление упругим деформациям. Он одинаков для образцов любой формы и размеров, изготовленных из одного материала.

Для большинства широко распространенных материалов модуль Юнга определен экспериментально.

Для данного материала модуль упругости является величиной постоянной.

Обратимся к таблице и сравним значения модуля упругости стали и алюминия. Скажите, какому материалу вы отдадите предпочтение?

Предполагаемый ответ: У стали модуль упругости 200 Г Па, а у алюминия 70 Г Па. При прочих равных условиях, чем больше Е, тем меньше деформируется материал. Значит, отдадим предпочтение стали.

IV. Закрепление изученного материала.

(слайд № 16) Вернёмся к цели нашего урока, посмотрим, на сколько она нами достигнута: (слайд№17). Сравним получившиеся у вас схемы с эталоном.

Ответим на вопросы:

1) При каком условии появляются силы упругости? (При деформациях)

2) Назовите виды деформаций.

3) Сформулируйте закон Гука.

4) Приведите примеры проявления силы упругости в быту.

5) При каких условиях выполняется закон Гука? (При малых деформациях)

IV. Решение задач.

Экспериментальная задача: (слайд№18) (выполняет один ученик)

Имея линейку и набор грузов, определить коэффициент упругости данной пружины.

Расчётная задача: (слайд№19) (самостоятельно в тетрадях, можно одного к доске, или ведёт задачу один ученик с места)

На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,5 кH/м при поднятии вертикально вверх рыбы массой 200г?

Дано: Си Решение:

k= 0,5 кН/м 500 Н/м Леска удлиняется под действием веса рыбы.

m=200г 0,2 кг На рыбу действует F_т =mg и F_упр = -kх.

Так как F_т = -F_упр ,то mg = kx. Отсюда

х-? х =mg/k;

х = 0,4*10^-2 м.

Ответ: х = 0,4*10^-2 м.

МИНИ – ТЕСТ (слайд№20) выполняют на ноутбуках (см. приложение 1)

На уроке получены следующие оценки……..(сообщаю оценки )

V. Домашнее задание: (слайд№21)

1) §36,37. Ответить устно на вопросы параграфов.

2) Упражнение 7 задача 2.

3) Для сдающих ЕГЭ - Закон Гука, записанный сегодня в новой форме привести к виду, записанному в учебнике.

ВСЕМ СПАСИБО ЗА РАБОТУ!

Приложение 1

Вопросы мини – теста:

1.Какие взаимодействия существуют в природе?

А. гравитационные Б. электромагнитные В.сильные Г.слабые

1)только А 2)только Б 3)только В 4)только Г 5)все, перечисленные в пунктах А-Г

2.Сила тяжести относится к силам

1)электромагнитной природы 2)сильным взаимодействиям

3)гравитационной природы 4)слабым взаимодействиям

3.Сила тяжести – это сила, с которой

1)тела притягивают друг друга 2)Земля притягивает к себе все тела

3)тело действует на пружину 4)тело действует на опору

4.Сила тяжести приложена

1)к центру тяжести Земли 2)к поверхности Земли

3)к поверхности тела 4)к центру тяжести тела

5.Сила тяжести направлена

1)вверх 2)вдоль поверхности соприкосновения тела и опоры

3)к центру тяжести Земли 4)всегда по-разному, в зависимости от размеров тела

6.Среди формул выберите формулу силы тяжести:

1)ρ∙V 2)m/ρ 3)υ∙t 4)mg

7.Как изменится сила тяжести, если массу тела увеличить в 3 раза?

1)не изменится 2)уменьшится в 3 раза 3)увеличится в 3 раза

4)сначала увеличится, а потом уменьшится в 3 раза