Сила упругости. Закон Гука

Конспект урока №2

Тема урока: «Сила упругости. Закон Гука»

Тема урока: «Сила упругости. Закон Гука»

Тип урока: урок сообщения новых знаний.

Цели урока:

            Образовательные: Подготовить учащихся, усвоивших следующие суждения:

1.      Сила упругости – это сила, которая возникает в теле в результате его деформации, и стремящая вернуть тело в исходное положение состояние

2.      Упругая деформация – это деформация, при которой тело восстанавливает свою форму после прекращения действия нагрузки.

3.      Пластическая деформация - это деформация, при котором тело не восстанавливает свою форму после действия нагрузки.

4.      Закон Гука: «Модуль силы упругости при растяжении или сжатии тела прямо пропорционален изменению длины тела».

            Развивающая: Подготовить учащихся, овладевших следующими видами деятельности:

1.      Создавать понятие силы упругости.

2.      Находить значение силы упругости. 

3.      Воспроизводить интенсивность действия, описываемого заданным значением силы упругости.

4.      Создавать понятия упругой и пластической деформации.

5.      Распознавать упругие и пластические деформации в КС.

6.      Воспроизводить упругие и пластические деформации в КС.

7.      Выявлять закона Гука (связь между коэффициентом жескости и длиной тела)

8.      Записывать формулу закона Гука для КС.

9.      Объяснять КС на основе закон Гука

         Воспитательные: подготовить учащихся убеждающихся в том, что:

1.      существует взаимосвязь процессов макро- и микромира;

2.      эксперимент – важный метод получения физических знаний;

             План урока:

1.                  Организация начала занятия

2.                  Актуализация знаний.

3.                  Изучение нового материала.

4.                  Закрепление.

5.                  Применение

6.                  Подведение итога.

7.                  Домашнее задание.

Организация начала занятия

Учитель: Здравствуйте ребята! Садитесь.

Актуализация знаний.

Учитель: На прошлом уроке мы познакомились с новой физической величиной – силой, а так же выяснили, почему тела падают на Землю, почему наша планета вращается вокруг Солнца. Давайте проверим, как вы усвоили этот материал.

Учитель:  Легенда о Ньютоне гласит, что однажды Ньютон сидел под яблоней, и на голову ему упало яблоко. Ньютон в результате открыл свой знаменитый закон всемирного тяготения. Скажите, почему упало яблоко?

(в результате притяжения его к Земле).

Учитель:  А земля в это время притягивается к яблоку? (Да)

Какая физическая величина количественно характеризует степень действия одного тела на другое? (сила).

Учитель:  Что называется силой?

(Сила – это физическая величина, характеризующая интенсивность действия одного тела на другое)

Учитель: Рассмотрим пример: посмотрим на картинку, в первом гамаке лежит бабочка, а на втором медведь. Кто из них действует на гамак большей силой? Давай покажем это с помощью стрелочки? (слайд -1-2)

Учитель:  От чего зависит результат действия силы на тело?

(Результат действия силы на тело зависит от её модуля, направления, точки приложения.)

Учитель:  Каким прибором можно измерить силу?

(Измеряют силу динамометром.)

Учитель:  Какую силу называют силой тяжести?

(сила с которой Земля притягивает все тела)

Изложение нового материала

При деформации тела возникает сила

Учитель: Если ни у кого не осталось сомнений в важности понятий – сила и сила тяжести, приступаем к изучению нового материала. Тема нашего урока: “Сила упругости. Закон Гука”. Откройте свои рабочие тетради, запишите на полях число, и тему урока.

Учитель: Вы уже знаете, что все тела на поверхности Земли испытывают ее притяжение. На любое тело, находящееся на поверхности Земли или вблизи нее, действует сила тяжести. Снежинка, падающая с неба, движется к Земле. Но упав на крышу, она прекращает свое движение. Значит, что-то мешает снежинке двигаться вниз. Что же мешает снежинке и всей толще снега, находящегося на крыше, двигаться к центру Земли под действием силы тяжести? (Учащиеся высказывают свои предположения.)

(Снегу мешает продолжать движение сила, действующая на него со стороны крыши.)

Учитель: Давайте рассмотрим пример.

Учитель: Горизонтально расположенная стальная лента закреплена с двух сторон в штативах. Если поставить груз на эту ленту, лента начнет прогибаться по мере движения груза вниз. Лента деформируется. И при определенной величине деформации ленты груз останавливается. Почему?

( Груз движется вниз до тех пор, пока сила, действующая на него со стороны стальной ленты, не уравновесит силу тяжести).

Учитель: Значит, при деформации ленты возникла сила, которая стремится выпрямить ленту и действует на груз. Сила, возникающая при деформации тела, называется силой упругости.

Запишите в тетради: Сила упругости – это сила, которая возникает в теле в результате его деформации, и стремящая вернуть тело в исходное положение состояние.  (слайд 4)

Учитель:  Как направлена сила упругости? (против деформации.)

Учитель:  Когда мы наблюдаем равенство силы тяжести и силы упругости? (При остановке тела и опоры.)

Обозначение:            

 (на доске изображение вектора силы упругости).

Учитель:  Точки приложения у  силы упругости и силы тяжести одинаковы, но направлена сила упругости в сторону, противоположную деформации.  В нашем примере направление сил противоположно.

Учитель: Рассмотрим еще примеры, где изображены направления силы упругости. (слайд 5)

Разновидности деформаций

Учитель: Мы с вами знаем, что такое деформация.  (Деформация – это любое изменение формы и размера тела).

Учитель: Деформация может быть различной, это может быть: Игзиб, растяжение, сжатие, кручения. Я перечислила виды. Попробуйте сказать где акая деформация. (Примеры на слайде )

Учитель: Но деформация делиться на 2 типа:

– упругая и пластическая.

Учитель: Посмотрим пример упругой деформации

(мячик ударился о сетку ракетки, сжался, а потом принял первоначальный вид; ракетка при ударе о мяч прогнулась, а потом вернулась в исходное состояние) (слайд 8)

Рассмотрим еще примеры упругой деформации. (слайд 9)

Учитель:  Что вы видите на рисунке? 

Учитель:  Посмотрев примеры, какой вывод можете сделать? Какое общее свойство есть у всех таких деформаций?

(После упругой деформации тело полностью восстанавливает свою первоначальную форму и размеры.)

Вывод: Упругая деформация – это деформация, при которой тело восстанавливает свою форму после прекращения действия нагрузки.

Учитель:  Теперь посмотрим примеры пластической деформации.

Учитель:  Например, при лепке из глины или пластилина разных фигур, мы изменяем форму куска. (слайд 10)

Учитель:  Что вы видите на рисунке? При закручивании ленты ее форма становится причудливой. Восстанавливается ли ее прежняя форма? Приведите сами примеры подобных деформаций! (примеры на слайде 10)

Пластическая деформация используется в технике в таких процессах, как ковка. (слайде 10)

Учитель:  Сделайте вывод по рассмотренным рисункам. Какое общее свойство есть у пластических деформаций?

(После пластической деформации тело полностью сохраняет вновь приобретенную форму и размеры.)

Вывод: Пластическая деформация - это деформация, при котором тело не восстанавливает свою форму после действия нагрузки.

Учитель:   Всегда ли растянутый, например,  резиновый шланг может восстановить прежнюю форму? (Нет. Почему?)

! Но надо помнить, что при увеличении нагрузки упругая деформация становится пластичной, а дальнейшее увеличение нагрузки может привести к разрушению образца.

Учитель:   давайте рассмотрим примеры из жизни. (слайд 11 - 12)

Причина возникновения силы упругости

Учитель:   Что вы знаете о строении твердых тел, например линейки?

( что все тела состоят из молекул, между которыми существуют промежутки.  В твердых телах молекулы образуют кристаллическую решетку, а, следовательно, между ними существуют определенные расстояния)

Учитель:   Какие изменения происходят в строении, если тело растягиваем? Если мы растягиваем тело, то расстояние между его молекулами увеличивается, а значит, возрастает сила межмолекулярного притяжения. Слайд 11

Если же мы пытается сжать тело, но этим самым мы пытаемся уменьшить расстояние между молекулами, и тогда возрастают силы межмолекулярного отталкивания. Слайд 11

Учитель:   Если на стол поставить тяжелый предмет, то и с предметом и с поверхностью стола происходя изменения, они деформируются. Почему мы не видим эту деформацию?

(Да, мы просто не можем видеть деформацию, которая на самом деле происходит, но на межмолекулярном уровне)

Учитель:   Ребята, попробуйте, опираясь на знания о строении вещества, объяснить причину возникновения силы упругости?  (можно объяснить, изменением  расстояний между молекулами при деформации и,  соответственно, изменением  сил межмолекулярного взаимодействия)

Вывод: Причиной силы упругости являются межмолекулярные силы (силы, действующие между молекулами). Слайд 15

Учитель:   Итак, мы выяснили с вами, что представляет собой сила упругости, когда она возникает, ее причины, а теперь давайте выясним, отчего зависит сила упругости?

Закон Гука

Учитель:   Гораздо проще исследовать силу упругости, когда деформация хорошо заметна и легко поддается измерению.

Рассмотрим опыт с пружиной. К штативу подвешена пружина. Если к пружине подвешивать последовательно один, два, три груза, то можно заметить, что масса груза изменилась, а значит изменилась и? (сила тяжести)

Но мы видим, что расстояние пружины тоже изменилась значит изменилась и? (сила упругости)

 Из этого опыта попробуйте сделать вывод: (чем больше возникает удлинение, тем больше сила упругости )

Учитель:   Т.е. Вывод: Модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела. Слайд 17

Учитель: В этом и заключается Закон Гука. Был открыт английским учёным Робертом Гуком в 1660 г., когда ему было 25 лет. Слайд 18

Учитель: Давайте рассмотрим график зависимости силы упругости от удлинения слайд 19

Учитель:   От чего еще, кроме удлинения, зависит сила упругости? Давайте посмотрим, на штативе две пружины, которые как казалось бы одинаковые. Посмотрите, форма и размеры этих пружин одинаковые. Вернем ситуацию в исходное, подвесим два грузика к одной их них, и два грузика к другой. Что мы видим?

Деформация растяжения этих двух пружин оказалось различной: первая пружина растянулась больше, а вторая – меньше.

Учитель:   В чем же дело?

Все дело в том, что при расчете силы упругости необходимо будет учитывать не только удлинение которое мы получаем

Учитель:   но и? Подумайте чего еще?

(сам деформируемый предмет, его размеры, формы и материал из которого он сделан)

Учитель:   Все эти свойства пружины количественно характеризуются величиной, которая называется коэффициент упругости или коэффициент жесткости.

Учитель:   Жесткость тела зависит от формы и размеров тела, а также от материала, из которого оно изготовлено. Слайд 20

Обозначается:  «k»

В СИ [k]=1 (H/м)

Учитель:  Значит формула для расчета силы упругости будет такая: слайд 21

Но в этой формуле есть одна « изюминка»: в правой части ставится знак «минус»,. ПОЧЕМУ?

( ответ согласно определения( говорят обучающиеся) Сила упругости – сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение .т.е. сила упругости всегда препятствует деформации тела и стремится восстановить его первоначальную форму.)

Единицы измерения коэффициента жёсткости в СИ:

СИ: [k] = 1 ,  так как k = 

Учитель:  запишем еще, что  (“– ” показывает, что сила упругости направлена в сторону, противоположную смещению частиц.)

Особенности действия силы упругости

1 Возникают при деформациях.

2 Направлена перпендикулярно поверхности.

Особенности закона Гука

 Закон Гука выполняется при упругих деформациях.

Закрепление нового материала.

Учитель:  Ну что же мы изучили весь теоретический материал про силу упругости и закон Гука, давайте посмотрим, как вы его поняли.

1.                 Как часто вы встречались в жизни с силой упругости? Приведите несколько примеров ситуаций, когда действует сила упругости.

2.                 Что было бы, если бы исчезла сила упругости (в какой-то отдельной ситуации)? Приведите пример.

Все деформации были бы только пластическими, деформированные суставы, мышцы и кости не восстанавливали бы свою форму и др.

3.                 Вспомним, как формулируется закон Гука:

Закон Гука: изменение длины тела при растяжении (сжатии) прямо пропорционально модулю силы упругости

4.                 Давайте выразим из этой формулы  коэффициент жесткости

Следовательно:

5.                 Чему равен коэффициент жесткости паутины, если при силе натяжения 5 Н она растягивается на 2 мм?

В системе СИ .Произведем расчет:

Ответ: (Н/м)

6.                 Что такое удлинение? Удлинение – это изменение длины тела при растяжении или сжатии.

Выразим из формулы закона Гука удлинение .

 Отсюда следует, что 

Значит, удлинение при растяжении (сжатии) предмета прямо пропорционально модулю силы упругости.

При равномерном поднятии сила упругости будет равна силе тяжести . Сила тяжести пропорциональна массе тела, следовательно

.

Путем несложного предобразования, получим конечную формулу:

7.                 Насколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,5 кН/м при равномерном поднятии вертикально вверх рыбы массой 200 г?

В системе СИ:  Н/м; 

Произведем расчет:

;

Ответ:

8.                 Определим, чему будет равна сила упругости, когда линейка распрямится Чем сильнее сгибается линейка, тем больше сила упругости. Кроме того, сила упругости возникает только при деформации тел. Следовательно, когда исчезает деформация тела, то есть линейки, исчезает и сила упругости.

Ответ: согнутая линейка распрямляется под действием силы упругости. Когда линейка распрямляется, сила упругости равна нулю.

Выводы

Мы выяснили, что при внешнем воздействии на тело в нем на межмолекулярном уровне возникают изменения – деформация приводит к изменению расстояния между молекулами. Существуют различные виды деформаций. Сила, которая возникает при деформации, называется силой упругости. При малых деформациях растяжения (сжатия) сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела.

Подведение итогов урока.

Рефлексия.

Оценим свою работу на сегодняшнем уроке. Прислушайтесь к себе, своему внутреннему состоянию и продолжите любое из предложений.

·                     Я сегодня на уроке открыл для себя…

·                     Мне понравилось на уроке то, что…

·                     На уроке меня порадовало…

·                     Я удовлетворён своей работой, потому что..

Домашние задание:

 параграф 25, задания на карточках