Конспект урока по физике 7 класс "Закон Гука"

Тема урока: «Закон Гука»

Класс: 7

Цели урока: познакомиться с видами деформаций; сформулировать закон Гука.

Оборудование: штатив, набор по механике.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний учащихся.

Фронтальный опрос:

-Что же такое сила? Каковы единицы силы?

-Что может произойти с телом, на которое действует сила?

-Что является причиной падения всех тел на землю?

-Какую силу называют силой тяжести?

-В чем причина ее возникновения?

-Как зависит сила тяжести от массы тела?

3. Изучение нового материала.

Проделаем следующий опыт:

Возьмём две пружины различной жёсткости. Одну из них закрепим с помощью  держателя на штативе. Чтобы пружина действовала нормально, немного растянем её с помощью грузика массой 50 г. Край этого грузика будет служить указателем для отсчёта удлинения. Также к штативу прикрепим линейку. Отметим на линейке первоначальное положение пружины. Подвешиваем первый груз и видим, что пружина заметно деформируется. Делаем на линейке второй штрих.

Теперь проведём данный опыт с пружиной меньшей жёсткости. В данном случаем можем подвесить ещё два груза. Делаем третий штрих на линейке.

 Видим, что расстояние между соседними штрихами одинаковы.  Это позволяет сделать вывод о том, что между силой упругости и удлинением существует линейная зависимость. Впервые данную зависимость исследовал английский учёный Р. Гук в 1660г., который все экспериментальные данные объединил в закон, названный его именем.

Формулировка закона: силу упругости, возникающая при деформации растяжения, или  сжатия, пропорциональна удлинению.

Fупр.=k∙∆l,

где ∆l -удлинение,

k-коэффициент пропорциональности, или коэффициент жёсткости.

Значение k зависит от размеров тела и материала, из которого тело изготовлено.

В СИ k измеряется в Н/м.

k=

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

Но есть и другой тип деформации- пластическая деформация.

(Беру пружину из шариковой ручки, деформирую её. Обращаю внимание учащихся на то, что пружинка не принимает своего первоначального состояния.)

Закон Гука выполняется лишь для упругих деформаций.

Демонстрационный опыт: Возьмём гири различной массы и с помощью подвешивания разберём какие силы действуют на каждую из них.

Условием равновесия груза, подвешенного на пружине, является равенство сил, действующих на тело, а именно силы тяжести и силы упругости.

Fупр.=Fтяж.

Fупр.=k∙∆l

Fтяж.=m_гр..∙g

Зная, чему равны силы, можем записать: k∙∆l = m_гр.∙g

А теперь зная массу груза  и смещение, мы можем найти, чему будет равна  жёсткость  

пружины?   ()

4. Закрепление изученного материала. (Учащимся раздаются карточки с задачами и вместе с учителем разбираются на доске).

1) С какой силой растянута пружина, к которой подвесили брусок из латуни размером 10×8×5 см?

            Дано:                             СИ:                                                 Решение:

брусок из латуни                                        Исходя из полученного равенства предыдущей                                                                                    

                                                                      задачи, мы уже знаем,  что Fупр.= m_бр..∙g.

Vбр=10×8×5 см=400см3   0,4∙10-3 м3      Нам неизвестна масса бруска, но её мы можем

                                                                     найти по формуле: m=ρ∙V.

F_упр.- ?                                                               , где  (из таблицы 

                                                                            плотностей веществ).

                                                               Тогда = 8500∙ 0,4∙10^-3 м³=3,4 кг.

                                                   Отсюда F_упр.= m_бр.∙g=3,4кг∙9,8=33,32=33,32 Н.

                                                                          Ответ: F_упр.=  33,32 Н.

2)       Если растягивать пружину силой 10 Н, её длина равна 16 см, если растягивать её с силой 30Н, её длина становится  20 см. Какова длина недеформированной пружины? Чему равна жёсткость пружины?

          Дано:                СИ:                                                     Решение:

       F₁=10 Н                                      Обозначим длину недеформированной пружины l₀.

       l₁=16 см              0,16 м             Исходя из условия задачи, мы можем записать два                                                                   

       F₂=30 Н                                      уравнения для двух неизвестных l₀ и  k :

       l₂=20 см              0,2 м               F₁= k(l₁– l₀)

                                                           F₂=k (l₂–l₀).

       l₀–?  k–?                                      Вычтем первое уравнение из второго и получим:

                                                           F₂– F₁= k(l₂– l₁).

                                                            Мы получили уравнение с одной неизвестной, отсюда

                                                          k=.

                                                 Подставляя полученное значение жёсткости пружины в              

                                                  любое из двух уравнений, мы можем найти искомую 

                                                  величину: длину недеформированной пружины l₀:

                                                           l₀=.

                                                            Ответ: k=500 ,  l₀=.

3)                 Жесткость одной пружины равна 20 Н/м, а другой 40 Н/м. Пружины соединили последовательно. Найдите жесткость этого соединения.

(Объяснение учителя). Прежде чем приступить к решению третий задачи, нам необходимо рассмотреть случаи соединения пружин. Пружины могут быть соединены последовательно и параллельно.
Проделаем экспериментально: Из набора по статике возьмём две пружины.

                     

I.   1) Сначала прикрепим к штативу одну из пружин и подвесим к ней груз. Определим удлинение пружины как это делали в предыдущем опыте.

2) Потом берём вторую пружину и аналогично прикрепляем к штативу. Измеряем  удлинение.

3) Теперь берём сразу две пружины– соединённые последовательно. Подвесим груз. Измерим удлинение. Из полученных экспериментальных данных делаем вывод, при последовательном соединении пружин при действии одной и той же силы общее удлинение равно сумме удлинений пружин: ∆l₀=∆l₁+∆l₂, где ∆l ₁–удлинение  первой пружины, ∆l₂–удлинение второй пружины, т.е. удлинение последовательно соединённых пружин в 2 раза больше, чем для одной пружины: ∆l_посл.=2·∆l.

Теперь исследуем, что происходит с жёсткостью при последовательно соёдинённых пружинах. Вернёмся к формуле k=.  Запишем эту формулу, зная, что удлинение увеличилось в два раза: . Мы имеем обратно пропорциональную зависимость жёсткости от удлинения. Значит если удлинение при последовательном соединении пружин становится в 2 раза больше, то жёсткость пружин наоборот в 2 раза уменьшается.

II.              Две пружины, подвешенные параллельно к штативу.

Используя стержень, подвесим груз к пружинам и определим удлинение. Из полученных экспериментальных данных также делается следующий вывод.

При параллельном же соединении пружин, чтобы «добиться» такого удлинения, как для одной пружины, надо приложить в 2 раза большую силу, т.е. F₂= 2·F₁.

Исследуем снова формулу k=. Если мы прикладываем к пружинам в 2 раза большую силу, следовательно, жёсткость также увеличивается в 2 раза, т.е. k₂=2· k₁. Итак, при параллельном соединении жёсткость пружин в отличие от последовательного соединения наоборот увеличивается.

Вернёмся к нашей задаче. Мы имеем дело с последовательным соединением пружин.

             Дано:                                                     Решение:

         k₁= 20 Н/м

         k₂= 40 Н/м                       Пружины соединены последовательно, а мы только узнали,

                                            что при таком соединении жёсткость пружин уменьшается

                                            в 2 раза.

         k_посл.–?

                                             Ответ: жёсткость пружин уменьшится в 2 раза.

5.      Итоги урока. Подводятся итоги урока: повтор нового изученного материала.

6.      Домашнее задание.