Сила упругости. Закон Гука

Цель урока:

выяснить природу силы упругости.

сформулировать закон Гука

Задачи урока:

обучающие: сформировать знания о деформации, силе упругости; вывести закон Гука; сформировать способности применять закон Гука при решении задач;

развивающие: продолжить формирование у учащихся представлений о разнообразии сил в природе, развивать умение наблюдать и объяснять физические явления; проводить эксперимент, делать выводы;

воспитательные: продолжить формирование навыков коллективной и самостоятельной работы.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания.

Вопросы для проверки усвоения материала:

1. Почему камень, выпущенный из рук , падает на землю?

2. Каков вид траектории мяча, брошенного в горизонтальном направлении?

3. Какова причина падения тел на землю?

4. Какую силу называют силой тяжести? Как обозначают эту силу? Как она направлена?

5. Как зависит сила тяжести от массы тела?

Тест:

1. Что такое сила?

а) любое изменение формы тела;

б) мера взаимодействия тел;

в) точного понятия нет.

2. Какой буквой обозначают силу?

а) S;

б) m;

в) F.

3. Единица измерения силы?

a) килограмм;

б) Ньютон;

в) секунда.

4. Какую силу называют силой тяжести?

а) сила, с которой Земля притягивает к себе тела;

б) притяжение всех тел Вселенной друг к другу;

в) физическая величина, характеризующая инертность тела.

5. Как направлена сила тяжести?

а) вертикально вниз;

б) вертикально вверх;

в) вправо.

6. От чего зависит результат действия силы на тело?

а) массы;

б) модуля, направления, точки приложения;

в) объёма, плотности, расстояния.

I I. Изучение нового материала

Сила тяжести, которая действует на тела никогда не исчезает. Но это не всегда приводит к движению тел.Например, брусок лежит на столе, снег лежит на крыше. Должна быть другая сила, которая равна по величине силе тяжести , но направлена противоположно ей. Эту силу принято называть силой упругости.

Сила упругости

Перед тем как сформулировать определение силы упругости, давайте проведем опыт  

На середину горизонтально расположенной доски поставим гирю.

Под действием силы тяжести гиря двигается вниз и прогнёт доску, т.е. доска деформируется.

Вывод: на гирю, кроме силы тяжести, направленной вертикально вниз, действует другая сила.

Эта сила, направленная вертикально вверх, уравновешивает силу тяжести.

Эту силу называют силой упругости.

Сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называют силой упругости

Силу упругости обозначают: Fупр

Весь материал - в документе.

Тема. Сила упругости. Закон Гука.

Цель урока:

• выяснить природу силы упругости.

• Сформулировать закон Гука.

Задачи урока:

• обучающие: сформировать знания о деформации, силе упругости; вывести закон Гука; сформировать способности применять закон Гука при решении задач;

• развивающие: продолжить формирование у учащихся представлений о разнообразии сил в природе, развивать умение наблюдать и объяснять физические явления; проводить эксперимент, делать выводы;

• воспитательные: продолжить формирование навыков коллективной и самостоятельной работы.

ХОД УРОКА

I.Проверка домашнего задания. Вопросы для проверки усвоения материала: 1.Почему камень, выпущенный из рук , падает на землю? 2.Каков вид траектории мяча, брошенного в горизонтальном направлении? 3.Какова причина падения тел на землю? 4.Какую силу называют силой тяжести? Как обозначают эту силу? Как она направлена? 5.Как зависит сила тяжести от массы тела?
Тест:
1. Что такое сила?
а) любое изменение формы тела;
б) мера взаимодействия тел;
в) точного понятия нет.
2. Какой буквой обозначают силу?
а) S;
б) m;
в) F.

2.Единица измерения силы?

a) килограмм;

б) Ньютон;

в) секунда.

3. Какую силу называют силой тяжести?
а) сила, с которой Земля притягивает к себе тела;
б) притяжение всех тел Вселенной друг к другу;
в) физическая величина, характеризующая инертность тела.
4. Как направлена сила тяжести?
а) вертикально вниз;
б) вертикально вверх;
в) вправо.
5. От чего зависит результат действия силы на тело?
а) массы;
б) модуля, направления, точки приложения;
в) объёма, плотности, расстояния.

I I.Изучение нового материала Сила тяжести, которая действует на тела никогда не исчезает. Но это не всегда приводит к движению тел.Например, брусок лежит на столе, снег лежит на крыше. Должна быть другая сила, которая равна по величине силе тяжести , но направлена противоположно ей. Эту силу принято называть силой упругости. Сила упругости
Перед тем как сформулировать определение силы упругости, давайте проведем опыт  
На середину горизонтально расположенной доски поставим гирю.
Под действием силы тяжести гиря двигается вниз и прогнёт доску, т.е. доска деформируется.
Вывод: на гирю, кроме силы тяжести, направленной вертикально вниз, действует другая сила.
Эта сила, направленная вертикально вверх, уравновешивает силу тяжести.
Эту силу называют силой упругости.
Сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называют силой упругости
Силу упругости обозначают: Fупр
Сила упругости возникает при деформации тел. На рисунке 2 Вы можете просмотреть виды деформации.
 
Рис. 2. Деформация

В свою очередь упругая деформация делится на следующие виды (Рисунок 3)
 
Рис. 3. Виды упругих деформаций


Выясним, в чем же причина возникновения силы упругости (Рисунок 4):
•    Как называются частицы, из которых состоят вещества?
•    Какие взаимодействия существуют между молекулами?
•    На каком расстоянии действует сила притяжения?
•    На каком расстоянии действует сила отталкивания?

 
Рис. 4. Причины возникновения силы упругости
Причиной возникновения сил упругости является взаимодействие молекул тела. На малых расстояниях молекулы отталкиваются, а на больших – притягиваются. В недеформированном теле молекулы находятся как раз на таком расстоянии, при котором силы притяжения, либо силы отталкивания уравновешиваются. Когда мы растягиваем или сжимаем тело, расстояния между молекулами изменяются, поэтому начинают преобладать либо силы притяжения, либо силы отталкивания. В результате и возникает сила упругости, которая всегда направлена так, чтобы уменьшить величину деформации тела.

 

Рис. 5. Сила упругости

Сила упругости – это электромагнитная сила, возникающая при деформации тела и направленная в сторону, противоположную направлению смещения частиц тела при деформации. Приложена к деформируемому телу.
 
Рис. 6. Если тело лежит на опоре, то сила упругости обозначается N – сила реакции опоры.

Рис. 7. чем больше сила, тем больше удлиняется пружина.

Закон Гука

Английский ученый Роберт Гук в 1660 году установил закон, названный его именем.
Если к пружине динамометра подвешивать разные грузы, то можно заметить, что растяжение становится тем больше, чем больше масса, а значит и сила тяжести грузов.
 
Рис. 8. Роберт Гук

На рисунке 9 все вместе внимательно прочитаем и запишем в тетрадь Закон Гука
 
Рис. 9. Закон Гука

Формулу для вычисления силы упругости легко запомнить с помощью стихотворения:

Закон Гука

Для каждой ситуации

В упругой деформации

Закон везде один: Все силы , как и водится ,

В пропорции находятся

К увеличенью длин.

А если при решении У длин есть уменьшение

Закон и тут закон :

Пропорции упрямые

Прямые ( те же самые),

Но знак у них сменен.

Ну что это за мука :

Закон запомнить Гука!

Но мы пойдем на риск .

Напишем слева силу,

А справа , чтобы было

Знак «минус», « k» и « x»

F=-kx.

Применение силы упругости

На рисунках Вы можете просмотреть, где же применяется сила упругости. Объясните, по каждому рисунку почему именно здесь применяется сила упругости?
 

Рис. 10 Применение силы упругости
 
Рис. 11. Применение силы упругости

Рис. 12. Применение силы упругости 
Приведите свои примеры применения силы упругости

Выводы

• Сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называют силой упругости

• Если исчезнет деформации тел, то исчезнет и сила упругости.

• Виды деформации: Кручение; сдвиг; изгиб; растяжение; сжатие

• Закон Гука

• Изменение длины тела при растяжении (или сжатии) прямо пропорционально модулю силы упругости.

• Fупр. = k Δl

• Δl- удлинение тела

• k – коэффициент пропорциональности, который называется жёсткостью.

• Жёсткость тела зависит от формы и размеров тела, а также от материала, из которого оно изготовлено.

• Деформация, при которой тело восстанавливает свою форму после снятия нагрузки, называют упругой.

• Деформации, которые не исчезают после прекращения внешнего воздействия, называют пластическими.

• Для пластических деформаций закон Гука не выполняется.

III Контролирующий блок:

• Что такое деформация?

• Когда это явление происходит?

• Какие бывают деформации?

• Какой физической величиной характеризуют деформацию?

• Если деформированное тело, например растянутая пружина, остается в покое, то о чём это говорит? Как в этом случае соотносятся между собой внешняя сила и сила упругости?

• О чём говорит закон Гука?

• Под действием какой силы пружина, имеющая коэффициент жесткости 1кН/м, сжалась на 4 см?

• Определите  удлинение  пружины,   если  на  нее действует  сила 10 Н, а коэффициент жесткости пружины 500 Н/м.

• Чему равен коэффициент жесткости стержня, если под действием груза 1кН он удлинился на  1 мм?

Лабораторная работа

Определение жесткости пружины.

Цель работы:	проверить справедливость закона Гука для пружины динамометра и измерить коэффициент жесткости этой пружины.
Оборудование:	динамометр с заклеенной шкалой, набор грузов известной массы (по 100 г), линейка с миллиметровыми делениями.
Описание работы.	Согласно закону Гука, модуль F силы упругости и модуль х удлинения пружины связаны соотношением F =- kx. Измерив F и х, можно найти коэффициент жесткости k по формуле

ХОД РАБОТЫ:

1. Подвешивая различное число грузов к пружине динамометра (от 1-го до 3-х), вычислите для каждого случая соответствующее значение F = mg, а также измерьте соответствующее удлинение пружины х.

2. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

№ опыта	m, кг F	, H	х, м k,
1	0,1
2	0,2
3	0,3

1. Начертите оси координат х и F, выберите удобный масштаб и нанесите полученные экспериментальные точки.

1. Оцените (качественно) справедливость закона Гука для данной пружины: находятся ли экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.

2. Запишите сделанный вами вывод.

3. Сделайте рисунок

Решите задачи:

1. Жесткость пружины 5000 Н\м. С какой силой будет действовать пружина , если она удлинилась на 8 см7

2. Пружина под действием силы 200 Н растянулась на 10 см. Определите жесткость пружины.

3. На какую длину растянется пружина под действием силы 300 Н , с жесткостью пружины 40 Н\м?

YI.Домашнее задание: Выучить определения ,закон Гука Желающие могут решить более сложную задачу: Если растягивать пружину силой 10 Н, ее длина равна 16 см, если растягивать ее с силой 30 Н , ее длина равна 20 см.Какова длина недеформированной пружины? Y.Список литературы:

Перышкин А.В.,А.А Пинский ,В.Г. Разумовский Физика. Учебник для общеобразовательных учебных заведений 7 класс. – М.,  ОАО «Московские учебники», 2010