Конспект уроку для 7 класу на тему ''Деформація тіл. Закон Гука''

Дата _____________

Тема. Деформація тіла. Сила пружності.

Закон Гука. Вимірювання сили.  Динамометр

Мета уроку:

• Навчальна: увести поняття сили пружності, з’ясувати залежність сили пружності від деформації, навчитися користуватися динамометром.

• Виховна: продовжити розкривати роль фізичного знання в житті людини, виробництві, техніці.
• Розвиваюча: розвивати пізнавальний інтерес, наполегливість вміння слухати,  і аналізувати почуте.

Основні поняття: деформація, пружна деформація, пластична деформація, сила пружності, коефіцієнт пружності.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань

Фізичний диктант

Запитання до учнів:

• Яка величина характеризує взаємодію тіл і причину зміни їх швидкості?
• Як позначають силу? Назвіть одиниці вимірювання сили?
• Чому сила характеризується не тільки значенням, але й напрямком?
• Як графічно зобразити силу, що діє на тіло?
• Що таке рівнодійна сил, як її знайти?
• Два хлопчики тягнуть санки, прикладаючи горизонтальні сили 50 і 70Н,  напрямлені вздовж однієї прямої.  Яким може бути значення рівнодійної цих сил?

ІІІ. Оголошення теми та мети уроку

Ми з вами з’ясували, що мірою взаємодії тіл є сила. Які ж сили вивчаються у механіці? Учні висловлюють свої думки.

Усі механічні явища можна пояснити за допомогою всього трьох видів сил. Це:

• Сили всесвітнього тяжіння;
• Сили пружності;
• Сили тертя.

Знайомство із силами ми розпочнемо із сили пружності, оскільки ця сила найзручніша для вимірювання.

ІV. Формування нових знань

Напевно кожен із вас помічав, що деякі тіла під дією сили змінюють свою форму. Наприклад пластилін під час ліплення фігур, пружина розтягується під дією сили.

Під дією сили змінюється швидкість руху тіла. При контакті взаємодіючих тіл починають рухатися окремі частини тіла, внаслідок чого обидва тіла деформуються.

Деформація – зміна форми та (або) розмірів тіла.

Розрізняють такі види деформації: розтяг, стиск, вигин, кручення, зсув.

Візьмемо пружину.  Підвіжаємо до неї тягарець, пружина розтягнулася. Але якщо забрати його, пружина повернеться в початкове положення  - деформація зникне.

Розрізняють два види деформацій: пружна і пластична.

Деформація тіла називається пружною, якщо після зняття навантаження розміри та форма тіла повністю відновлюються.

Деформація тіла називається пластичною, якщо після зняття навантаження розміри та форма тіла не відновлюються.

Іноді деформацію тіла легко помітити, наприклад, при розтягуванні та стиску пружини. Але часто деформація не помітна для наших очей, наприклад, ми не помічаємо, як прогинається стіл під книгою.

Сили пружності виникають при деформації тіла, тобто при зміні його форми.

Силу пружності розначають як Fпр.

Сила пружності напрямлена в бік,  протилежний напрямкк зміщення частин тіла під час деформації.

Причиною виникнення сил пружності у тілі є взаємодія його молекул, які розташовані на певній відстані одна від одної. Молекули тіла відштовхуються і притягуються одна до одної. У недеформованому тілі молекули перебувають саме на такій відстані, за якої сили притягання та відштовхування врівноважуються.

 Коли ми стискаємо, або розтягуємо тіло, відстані між молекулами змінюються, тому починають переважати сили притягання чи відштовхування. У результаті виникає сила пружності, що завжди спрямована, так, аби зменшити величину деформації тіла.

Наукове дослідження процесу розтягування тіл було розпочато Робертом Гуком у XVII ст. Він встановив, що чим більшу силу ми прикладаємо до пружини, тим більше вона розтягується. Це співвідношення між силою пружності й видовженням пружини вперше було встановлено дослідним шляхом Гуком тому називають законом Гука.

Модуль сили пружності F_пр прямо пропорційний видовженню тіла х, тобто F_пр = kх

 (х = l – l₀)

Коефіцієнт пропорційності k називають жорсткістю тіла і залежить від властивостей речовини, та лінійних розмірів тіла.  Він чисельно дорівнює силі, яку необхідно прикласти для того, щоб розтягти, або стиснути тіло на одиницю довжини.

Одиницею вимірювання коефіцієнта жорсткості є Н/м.

Закон Гука можна продемонструвати за допомогою графіка. Графіком залежності є пряма лінія, напрямлена до осі ОХ під певним кутом, що свідчить про різне значення коефіцієнта жорсткості для різних речовин.

Сили пружності враховують і використовують в різних технічних пристроях і машинах.

Автомобілі, залізничні вагони, мотоцикли та інші транспортні засоби мають ресори. Їх застосування дає змогу зробити рух значно плавнішим, оскільки наїзд на камінь або іншу перешкоду приводить лише до деформації ресори і відчутно не змінює положення самого транспортного засобу.

У країнах де часто бувають землетруси, будинки ставлять на спеціальні пружини, які під час поштовху деформуються, а споруда залишається майже не рухомою. Оскільки тверді тіла здатні до деформації варто враховувати механічні властивості цих тіл: пружність, пластичність, крихкість.

У давні часи пружні властивості деяких матеріалів (зокрема, такого дерева, як тис) дали змогу нашим пращурам винайти лук – ручну зброю, призначену для метання стріл за допомогою сили пружності натягнутої тятиви. Винайдений приблизно 12 тисяч років тому, лук упродовж багатьох століть був основною зброєю майже всіх племен і народів світу. Англійські лучники могли пускати до 14 стріл за хвилину, що під час масового використання луків, створювало цілу хмару стріл.

У 1139р. Лютеранський собор заборонив використовувати цю зброю проти християн. Проте заборона не мала успіху, лучну зброю продовжували використовувати протягом 500років. У наш час стрільба з луку є лише одним із видів спорту.

За величиною деформації тіла можна судити про величину сили пружності. Тому силу пружності часто використовують для вимірювання сил. Прилад для вимірювання сили називають динамометром.

При градуюванні пружинного динамометра використовують закон Гука. За допомогою динамометра можна порівнювати сили за модулем, а також визначити напрямок її дії.

Будова динамометра ґрунтується на тому, що сила пружності за законом Гука прямо пропорційна видовженню пружини.

           Найпростіший пружинний динамометр виготовляють так.

На дощечці закріплюють пружину, яка закінчується знизу стержнем з гачком. До верхньої частини стержня прикріплюють покажчик. На дочечці позначають початкове положення покажчика – 0Н. Потім до гачка підвішують вантаж масою 102г. На цей тягарець буде діяти сила 1Н. Під дією сили пружинка розтягнеться, покажчик опуститься вниз. Помічають його нове положення – 1Н. Потім підвішують ще один тягарець масою 102г, або заміняють обидва тягарці одним масою 204г. Отримаємо в результаті деформації пружини позначку 2Н, і т.д.

Проградуювати прилад – означає нанести на нього шкалу з поділками.

Проградуйована таким чином пружина і буде найпростішим динамометром.

Для вимірювання сили використовують: шкільний лабораторний динамометр, шкільний демонстраційний динамометр, пружинні терези, медичний динамометр – силомір (для вимірювання сили м’язів руки людини), динамометр – тягомір (основною частиною якого є пружні металеві ресори, використовують для вимірювання сили тяги автомобіля, трактора).

V. Закріплення вивченого матеріалу

Інтерактивна вправа  «Взаємоопитування».

Учні опитують один одного за базовими запитаннями.

Наприклад:

• Що таке деформація?
• У яких випадках виникає деформація?
• Які причини виникнення сили пружності?
• Від чого залежить сила пружності?
• Що характеризує жорсткість?
• Як формулюється закон Гука?

VІ.Розв’язування задач:

• Сила 40Н розтягує пружину на 8см. Яка сила розтягує пружину ще на 6см?
• Під дією якої сили пружина жорсткістю 1500Н/м укоротилась на 5см?
• До пружини довжиною 8см підвісили вантаж, що діяв на пружину з силою 1Н. Довжина пружини стала 12см. Якої сили необхідно докласти до пружини, щоб її довжина стала 9см?
• Визначте видовження пружини, якщо на неї діє сила 10Н, а коефіцієнт жорсткості пружини 500Н/м.
• Чому дорівнює жорсткість пружини, якщо під дією сили 2Н вона розтяглася на 4см?
• При відчинені дверей довжина дверної пружини збільшилася на 0,2м, сила пружності пружини складала при цьому 4Н. За якого видовження пружини сила пружності дорівнює 10Н?
• Дві пружини жорсткістю 300Н/м і 800Н/м, з’єднали послідовно. Визначити видовження першої пружини, якщо видовження другої дорівнює 1,5см.

VIII. Домашнє завдання

1. §19 впр. 19 завд.  1,3

2. Творче завдання:

Виготовте вдома динамометр,взявши замість пружини гумовий шнур,а важками – тіла, маси яких вам відомі.