Сила упругости. Закон Гука

Цели урока.

1. Углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел.

2. Сформулировать закон Гука.

3. Выяснить, от чего зависит коэффициент жёсткости.

4. Привести примеры видов деформации.

Воспитательные:1. Создать условия для развития стремления к познанию;

2. Развивать умение выслушивать товарища,

3.Воспитание усидчивости, бережного отношения к школьному имуществу, находчивости.

Развивающие:

1. Развивать умение выделять главное,

2. Создать условия для развития стремления к познанию;

3. Развивать умение выслушивать товарища,

4. Логически излагать мысли, делать выводы, анализировать, высказыватьгипотезы, развивать смекалку и сообразительность.

ХОД УРОКА

І. Организационный момент.

ІІ. Проверка домашнего задания.

ІІІ. Актуализация знаний ( 1 вариант)

1. Какую силу называют силой тяжести? (формулировка закона, математическое выражение закона)
2. Чему равна сила тяжести?
3. В каких единицах измеряется сила?
4. Что называется ускорением свободного падения?
5. От чего зависит ускорение свободного падения?
6. Когда тяжеловес поднимает штангу, какие силы действуют на штангу? Что можно сказать о силе тяжеловеса, если он удерживает штангу?

Актуализация знаний (2 вариант)

 Сила всемирного тяготения – это силы, с которыми все тела ……….. друг 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 ………… 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 ……….

Актуализация знаний (3 вариант): для активизации мыслительной деятельности, для подготовки учеников к уроку проводится разминка. Работа проводится фронтально (приём развивающего обучения).

Динамика упругость

Материальная точка тяготение

Ньютон ускорение свободного падения

Сила

Сколько слов написано на доске? Каков порядок слов?

Что изучает динамика?

 Что такое материальная точка?

Законы Ньютона. (1,2,3)

Что такое сила?

Закон всемирного тяготения.

Что такое ускорение свободного падения? Чему оно равно? Физический смысл ускорения свободного падения.

С понятием « сила упругости» нам сегодня и предстоит познакомиться.

ІV. Изучение нового материала.

Цель урока: (цель ставится перед учениками)

1.Углубить и систематизировать знания о деформации твёрдых тел;

2. Сформулировать закон Гука.

3. Показать на опыте, что сила упругости прямо пропорциональна изменению длины деформированного тела.

Задача урока: расширить и углубить уже имеющиеся у учащихся первоначальные сведения о силах упругости и их природе, обусловленной взаимодействием электрических зарядов, атомов и молекул.

1.Историческая справка:

Роберт Гук родился 18 июля 1635 г. в местечке Фрешуотер на английском острове Уайт в семье настоятеля местной церкви. Мальчик рано проявил склонности к изобретательству, но из – за слабого здоровья не смог вовремя пойти в начальную школу.

Современник Ньютона Гук не раз стоял на пороге великих открытий (закона всемирного тяготения, например, право на открытие которого он оспаривал у Ньютона), но, не владея математикой в должной мере, ограничивался гениальными догадками. В истории физики он известен как первый, кто установил связь силы упругости и деформации.

2. Занимательная информация:

    Самая крепкая паутина у пауков нефил, живущих в Африке, дальних родственников наших крестовиков. На Мадагаскаре женщины собирают нефил, тянут из брюшка золотистые нити, а затем ткут из них красивые ленты. В большой круговой ловчей сети паука запутываются не только насекомые, но и птицы.

Историческая справка:

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.

3. Новая тема:

Твёрдые тела сохраняют форму, но под действием сил, приложенных к ним, форма тел меняется, т.е. происходит деформация.

Вопрос: 1. От чего она зависит?2. Какие виды деформаций существуют?

Определение: деформацией называется изменение формы или объёма тела.

Пример: растяните резиновый шнур за концы. Очевидно, участки шнура сместятся друг относительно друга; шнур окажется деформированным – станет длиннее и тоньше. Деформация возникает всегда, когда различные части тела под действием сил перемещаются неодинаково.

    Шнур после прекращения действия на него сил возвращается в исходное состояние.

Определение: деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими.

    Теперь сожмите кусочек пластилина. В наших руках он легко примет любую форму. первоначальная форма пластилина не восстанавливается сама собой. Пластилин « не помнит », какая у него была форма раньше.

Определение: деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил, называются пластическими.

Цели урока. 1. Углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел.

2. Сформулировать закон Гука.

3. Выяснить, от чего зависит коэффициент жёсткости.

4. Привести примеры видов деформации.

Воспитательные:1. Создать условия для развития стремления к познанию;

2. Развивать умение выслушивать товарища,

3. Воспитание усидчивости, бережного отношения к школьному имуществу, находчивости.

Развивающие:1. Развивать умение выделять главное,

2. Создать условия для развития стремления к познанию;

3. Развивать умение выслушивать товарища,

4. Логически излагать мысли, делать выводы, анализировать, высказывать гипотезы, развивать смекалку и сообразительность.

ХОД УРОКА

І. Организационный момент.

ІІ. Проверка домашнего задания.

ІІІ. Актуализация знаний ( 1 вариант)

1. Какую силу называют силой тяжести? (формулировка закона, математическое выражение закона)

2. Чему равна сила тяжести?

3. В каких единицах измеряется сила?

4. Что называется ускорением свободного падения?

5. От чего зависит ускорение свободного падения?

6. Когда тяжеловес поднимает штангу, какие силы действуют на штангу? Что можно сказать о силе тяжеловеса, если он удерживает штангу?

Актуализация знаний (2 вариант)

Сила всемирного тяготения – это силы, с которыми все тела ……….. друг 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 ………… 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 ……….

Актуализация знаний ( 3 вариант): для активизации мыслительной деятельности, для подготовки учеников к уроку проводится разминка. Работа проводится фронтально (приём развивающего обучения).

Динамика упругость

Материальная точка тяготение

Ньютон ускорение свободного падения

Сила

Сколько слов написано на доске? Каков порядок слов?

Что изучает динамика?

Что такое материальная точка?

Законы Ньютона. (1,2,3)

Что такое сила?

Закон всемирного тяготения.

Что такое ускорение свободного падения? Чему оно равно? Физический смысл ускорения свободного падения.

С понятием « сила упругости» нам сегодня и предстоит познакомиться.

ІV. Изучение нового материала.

Цель урока: (цель ставится перед учениками)

1. Углубить и систематизировать знания о деформации твёрдых тел;

2. Сформулировать закон Гука.

3. Показать на опыте, что сила упругости прямо пропорциональна изменению длины деформированного тела.

Задача урока: расширить и углубить уже имеющиеся у учащихся первоначальные сведения о силах упругости и их природе, обусловленной взаимодействием электрических зарядов, атомов и молекул.

1. Историческая справка:

Роберт Гук родился 18 июля 1635 г. в местечке Фрешуотер на английском острове Уайт в семье настоятеля местной церкви. Мальчик рано проявил склонности к изобретательству, но из – за слабого здоровья не смог вовремя пойти в начальную школу.

Современник Ньютона Гук не раз стоял на пороге великих открытий (закона всемирного тяготения, например, право на открытие которого он оспаривал у Ньютона), но, не владея математикой в должной мере, ограничивался гениальными догадками. В истории физики он известен как первый, кто установил связь силы упругости и деформации.

2. Занимательная информация:

Самая крепкая паутина у пауков нефил, живущих в Африке, дальних родственников наших крестовиков. На Мадагаскаре женщины собирают нефил, тянут из брюшка золотистые нити, а затем ткут из них красивые ленты. В большой круговой ловчей сети паука запутываются не только насекомые, но и птицы.

Историческая справка:

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.

3. Новая тема:

Твёрдые тела сохраняют форму, но под действием сил, приложенных к ним, форма тел меняется, т.е. происходит деформация.

Вопрос: 1. От чего она зависит? 2. Какие виды деформаций существуют?

Определение: деформацией называется изменение формы или объёма тела.

Пример: растяните резиновый шнур за концы. Очевидно, участки шнура сместятся друг относительно друга; шнур окажется деформированным – станет длиннее и тоньше. Деформация возникает всегда, когда различные части тела под действием сил перемещаются неодинаково.

Шнур после прекращения действия на него сил возвращается в исходное состояние.

Определение: деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими.

Теперь сожмите кусочек пластилина. В наших руках он легко примет любую форму. первоначальная форма пластилина не восстанавливается сама собой. Пластилин « не помнит », какая у него была форма раньше.

Определение: деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил, называются пластическими.

Электрическое и магнитное молекулярное

взаимодействие зарядов взаимодействие

атомов

  F_вз = 0 F_упр = 0

  F_вз = F_пр F_упр

  F_вз = F_от F_упр

Определение: сила упругости – совокупность молекулярных сил.

1. Возникает при деформации ( одна часть смещается относительно другой)

2. Одновременно у двух тел.

3. Перпендикулярны поверхности.

4. Противоположны по направлению смещению.

5. При упругих малых деформациях выполняется закон Гука:

Математически эту зависимость можно записать так: F_упр = - kx, где k – коэффициент жёсткости пружины, зависящий от формы, размеров и материала, x – изменение длины – удлинение, где

[к] = Н/м , [х] = м

Именно эту зависимость в 1660 г. установил Р.Гук и сформулировал своё открытие так: “Каково удлинение, такова и сила”. Поэтому формулировку– сила упругости, возникающая при растяжении или сжатии пропорциональна его удлинению – называют законом Гука.

В эту формулу входят три величины и из неё можно выразить k и x. Выразите, что у вас получилось? Учитель выписывает формулы на доску, а ученики в тетрадь.

F_{упр F}

------------------------------------------

F_{тяжести 0 х}

_{y = ах + в, графиком функции будет являться прямая проходящая через начало координат ( вывод делается после фронтального эксперимента)}

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. Фронтальный эксперимент: ( приложение)

1. Возьмите мягкую резинку для карандаша, нажмите на неё пальцем. Какие слои резинки перемещаются, перемещается ли нижний слой, лежащий на столе? Что произойдёт, если убрать палец? Какой вид деформации вы наблюдаете?

2. измените форму кусочка пластилина. Действуют ли силы, возвращающие тело в положение равновесия, когда форма тела перестанет изменяться?

3. Вывод: деформации возникают потому. Что различные части тела движутся по – разному. Существуют упругие и пластичные тела, в которых возникают соответствующие упругие и пластичные деформации.

4. Возьмите резиновый шнур, нанесите на некотором расстоянии друг от друга метки, исследуйте зависимость сил упругости от величины деформации, подвешивая к шнуру гирьки различной массы.

Задание: Постройте график зависимости F_упр.(х). сформулируйте закон Гука. Найдите коэффициент жёсткости резинового шнура.

Обсуждение результатов фронтального эксперимента.

Особенности сил упругости:

1. Они имеют электромагнитное происхождение;

2. Всегда стремятся восстановить первоначальную форму тела;

3. Линейная зависимость F_упр(х) проявляется при малых деформациях

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Физический эксперимент:

Измерение жёсткости пружины. (инструкционная карта)

Приборы и материалы: динамометр, линейка, пружина или резинка, набор грузов по 1Н.

Задание: необходимо измерить силу упругости, действующую на пружину, и удлинение пружины. По этим данным рассчитать коэффициент жёсткости.

Дополнительное задание: по данным таблицы постройте график зависимости силы упругости от удлинения и сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1. Зависит ли коэффициент жесткости пружины от массы тела?

2. Зависит ли коэффициент жёсткости пружины от удлинения пружины?

3. Зависит ли коэффициент жёсткости пружины от силы тяжести действующей на пружину?

Задачи на развитие логического мышления (для индивидуальной и групповой работы):

1. Определите по графикам, какое тело имеет большую жёсткость ( меньшую жёсткость)

а) F 1 б) F 3

2 3 1 2

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Вывод урока:

V. Закрепление.

Задача №1:

Кость – композиционный материал и состоит из двух совершенно различных компонентов – коллагена и минерального вещества. Известным примером композиционного материала служит стеклопластик, представляющий собой смесь стеклянных волокон и смолы. Как это ни удивительно, но кость по своей прочности уступает только твёрдым сортам стали и оказывается гораздо прочнее ставших образцами прочности гранита и бетона.

Каков коэффициент жёсткости берцовой кости, если масса человека 80кг, а кость сжимается на 0,3 мм? (2,3 МН/м)

Задача №2:

В 1861 г. Экипаж французского судна « Алектон » пытался поймать кальмара длиной в 6 – 7 метров и выдержал с ним трёх часовой бой. Когда в животное всадили горпун, его не удалось поднять на борт, так как оно весило 2 – 3 тонны. Об этом случае знал Жюль Верн, описавший в своей книге «Двадцать тысяч лье под водой» нападение гигантских кальмаров на подводную лодку «Наутилус».

Возможно ли было поймать кальмара на тросе, изготовленном из стали жёсткостью 10 кН/м? Максимальная сила, которую выдерживает трос на разрыв, равна 18кН. (нет, так как сила, действующая на трос при подъёме кальмара, будет превышать 20 – 30 кН.)

VІ. Итог урока.

Оценки.

Домашнее задание: § 23, стр. 100 №3- 4

Литература.

1.Громов С.В., Родина Н.А. Физика 7: изд. 3-е.- М.: Просвещение, 2001.

2.Камин А.Л. Физика. Развивающее обучение. Книга для учителей. 7-й класс. – Ростов н/Д: изд-во “Феникс”, 2003.

3.Усова А.В. Методика преподавания физики в 7–8-х классах средней школы: Пособие для учителя. Изд. 4-е, перераб. – М.: Просвещение, 1990.

1. Определите по графикам, какое тело имеет большую жёсткость (меньшую жёсткость)

а) F 1 б) F 3

2 3 1 2

Закрепление:

Задача №1:

Кость – композиционный материал и состоит из двух совершенно различных компонентов – коллагена и минерального вещества. Известным примером композиционного материала служит стеклопластик, представляющий собой смесь стеклянных волокон и смолы. Как это ни удивительно, но кость по своей прочности уступает только твёрдым сортам стали и оказывается гораздо прочнее ставших образцами прочности гранита и бетона.

Каков коэффициент жёсткости берцовой кости, если масса человека 80кг, а кость сжимается на 0,3 мм? (2,3 МН/м)

Задача №2:

В 1861 г. Экипаж французского судна « Алектон » пытался поймать кальмара длиной в 6 – 7 метров и выдержал с ним трёх часовой бой. Когда в животное всадили горпун, его не удалось поднять на борт, так как оно весило 2 – 3 тонны. Об этом случае знал Жюль Верн, описавший в своей книге «Двадцать тысяч лье под водой» нападение гигантских кальмаров на подводную лодку «Наутилус».

Возможно ли было поймать кальмара на тросе, изготовленном из стали жёсткостью 10 кН/м? Максимальная сила, которую выдерживает трос на разрыв, равна 18кН. (нет, так как сила, действующая на трос при подъёме кальмара, будет превышать 20 – 30 кН.)