Конспект уроку з фізики для 10 класу "Деформація твердих тіл"

10 клас

Тема. Деформація твердих тіл. Види деформації. Закон Гука.

Мета:навчальна: домогтися від учнів розуміння пружних деформацій тіл та

їхніх видів; з'ясувати залежність механічної напруги від відносного

видовження (стискання) деформованого тіла;

розвивальна: продовжити формувати знання про МКТ будови

 речовини, про те, як за умови цього відбувається пружна деформація,

ввести нові формули для за­кону Гука і вміння використовувати їх

при розв'язуванні задач;

виховна: виховувати відповідальність учнів за набуття знань, вмінь,

навичок і розвиток навчальних здібностей; уміння спів­працювати в

ході спільної навчальної діяльності; виробляти са­мостійність під час

проведення фізичного диктанту та взаємопе­ревірки робіт;

висвітлювати роль здоров’язберігаючих факторів.

Обладнання:комп’ютерний клас із програмним забезпечен­ням «Навчальне

програмне забезпечення для викладання та вивчен­ня фізики у

10 класі»,мультимедійний проектор, маг­нітофон із касетою,

штатив із затискачем, сталевий стрижень, пружи­на,

пластмасова лінійка, пральна губка, портрет Роберта Гука.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

І. Організаційна частина.

 1. Вітання учнів з учителем

 2. Розповідь учителя про особливість сьогоднішнього уроку

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

 1. Фізичний диктант

1. Допишіть речення та дайте відповіді на питан­ня. Час на обмірковування та запис кожної відпо­віді — 15 секунд.
2. За якою формулою можна визначити відносну вологість повітря?
3. За якою формулою визначається поверхневий натяг рідини?
4. Чому дорівнює висота підняття рідини в капі­лярній трубці?
5. На які групи за властивостями поділяються тверді тіла?
6. Кристалічні тіла плавляться при... (Укажіть, при якій температурі.)
7. Кристалічні тіла зберігають постійним... (Ука­жіть, що.)
8. Кристали мають геометричну форму у вигля­ді... (Допишіть речення.)
9. Тіло, яке складається з безлічі безладно роз­ташованих дрібних кристалів, називається... (Укажіть, як.)

2. Перевірка фізичного диктанту

III. Оголошення теми, мети уроку, мотивація.

Учитель. Сьогодні ми почнемо вивчати механічні властивості твердих тіл. Вони залежать від бага­тьох факторів. Але найбільший вплив на них ма­ють молекулярна структура тіла, його температура й наявність домішок. Так, найпоширеніша на Землі сполука кремнію SiO₂ залежно від природних мо­дифікацій і домішок може бути звичайним склом, гірським кришталем, кварцом, аметистом, топазом тощо, кожен з яких має особливі механічні влас­тивості.

Знання механічних властивостей твердих тіл широко застосовується в інженерії та будівництві, приладобудуванні та металургії, оскільки від їх прояву залежить якість продукції, довготривалість роботи машин і механізмів, попередження техно­генних катастроф.

Ми розглянемо, унаслідок чого з’являються пружні деформації, їхні види, механічну напругу, відносне видовження або стискання деформованого ті­ла. Згадаємо закон Гука, дамо його новий математич­ний запис, введемо поняття модуля пружності Юнга.

У кістковій та м’язовій системах тіла людини дуже багато органів, які постійно піддаються де­формаціям, а тому треба завжди бути уважними, до­тримуватися правил безпеки, щоб не пошкодити їх.

На уроці кожен із вас уже самостійно викорис­тав свої знання під час написання фізичного дик­танту, зробив взаємоперевірку й поставив оцінку своєму товаришеві. Ми розв’яжемо задачу і в кінці уроку в групах відповімо на кілька питань за роз­глянутою темою.

IV. Вивчення нового матеріалу.

1. Актуалізація знань у процесі бесіди з учнями

•      Пригадайте, яку природу мають сили взаємодії, між молекулами газу.
•      Чому між молекулами й атомами діють одночасно і сили притягання, і сили відштовхування?
•      Як змінюються сили взаємодії між молекула при збільшенні, зменшенні відстані між ним

2. Розповідь учителя

З елементами бесіди та використанням ППЗ «Навчальне програмне  забезпечення з фізики для 10 класу загальноосвітніх навчальних закладів», фрагмент «Види деформацій. Деформація розтягу — стиску. Закон Гука» до діаграми розтягу.

Учитель. Атоми чи молекули в кристалі перебувають у певному положенні рівноваги, в якому сили притягання й сили відштовхування з боку інших частинок однакові.

• Що відбудеться, якщо якась зовнішня сила змістить частинку в бік від її положення рівноваги?
•                  Нехай маємо стрижень завдовжки l₀ (див. рисунок на дошці). Якщо до його нижнього кінця прикласти силу F, то його довжина стане дорівнювати l.
•                  Чи змінилася відстань між атомами? Як саме?
•                  Яка із сил (притягання чи відштовхування) перева­жатиме в даному випадку?

Рівнодійну між силами притягання й відштовхування, що діють між всіма атомами, називають силою пружності.

• Який напрям має сила пружності?
• Пригадайте з 9 класу закон Гука (F_пр = -кх).
• Чому дорівнює видовження стрижня в даному випадку (див. рисунок на дошці)? (l-l₀). Позначте видовження через ∆l і запишіть закон Гука (F_пр = -кх).

Історична довідка

Роберт Гук(18.07.1635 – 03.08.1703)— англійський фізик, член Лондонського королівського товариства (з 1663р.) і його секретар (1677-1683 рр.). Народився на острові Уайт. Навчався в Оксфордському університеті. Професор Лондонського університету (з 1665 р.)

 Автор наукових праць, що стосуються теплоти, пружності, оптики, небесної механіки. В історію науки увійшов як автор закону залежності сили пружності від деформації та жорсткості тіла. Разом із X. Гюйгенсом встановив (близько 1660 р.) постійні точки термометра – точкутанення льоду й точку кипіння води. Вдосконалив мікроскоп, що дозволило йому здійснити ряд мікроскопічних досліджень, зокрема спостерігати тонкі шари (мильні кульки, масляні плівки тощо) у світлових пучках, вивчати будову рослин. Останнє привело його до відкриття клітинної будови організмів. У 1680 р. дій­шов висновку, що сила тяжіння обернено пропорційна до квадрата відстані. Відома участь Р. Гука в будівництві Гринвічської обсерваторії, яке тривало майже тридцять років.Р. Гук є автором багатьох винаходів.

Жорсткість тіла k є величиною змінною й за­лежить від розмірів тіла. Таким чином, вона ха­рактеризує твердість тільки даного тіла, а отже, у таблицях її не вказують.

Проте існує інший коефіцієнт: якщо прикла­дену до стрижня силу F, що дорівнює за модулем силі F_пр, поділити на площу поперечного перерізустрижня S, то матимемо фізичну величину ϭ = ,яку називають механічною напругою й вимірюютьв одиницях                = 1 Па.

Механічна напруга — сила, яка припадає (діє) на одиницю площі, тому її одиниця вимірювання збігається з одиницею тиску.

Величину відношення абсолютного видовження стрижня АІ до його початкової довжини ∆l назива­ють відносним видовженням і позначають літерою Ɛ(іпсилон).

Дослідним шляхом встановлено, що напруга, яка виникає в тілі під час його деформації, про­порційна до відносного видовження: ϭ = ЕƐ, де Е — коефіцієнт пропорційності.

Ця формула й виражає закон Гука. Він фор­мулюється так: при малих пружних деформаціях механічна напруга прямо пропорційна відносному видовженню. Закон Гука можна записати ще в та­кому вигляді:

= Eабо F =.

Учні записують у зошитах.

Якщо формулу (1) порівняти з формулою F_пр = кх,то отримаємо

k= , E = ,

де Е — модуль пружності (модуль Юнга).

Історична довідка

Томас Юнг(13.06.1773 – 10.05.1829) англійський учений, один із засновників хвильової теорії світ­ла. Народився в місті Мілвертон. Навчався в Лондонсько­му, Единбурзькому та Гьотингенському університетах.

Захоплювався фізикою, зокрема оптикою та акустикою. З 1801р. — професор Королівського інституту, лікар, секретар Бюро довжин, секретар Лондонського королів­ського товариства, керував виданням «Морського ка­лендаря». В останні роки життя займався складанням єгипетського словника.

Праці вченого належать до різних галузей науки — оптики, акустики, теплоти, механіки, математики, астрономії, геофізики, філології, зоології тощо. Він пояс­нив явище акомодації ока зміною кривизни кришталика (1793р.). У 1801р. перший пояснив явище інтерференції світла й увів цей термін, відкрив інтерференцію ультра­фіолетових променів, розробив теорію кольорового зору.

У теорії пружності Юнгу належать дослідження де­формації зсуву, у 1807р. він увів характеристику пруж­ності — модуль Юнга.

Із формули закону Гука : ϭ = ЕƐвидно, що при : Ɛ = 1, тобто = 1, а отже, ∆l = 1 — коефіцієнтпружності дорівнює напрузі.

Інакше кажучи, модуль Юнга чисельно дорів­нює напрузі, при якій довжина деформованого тіла подвоюється.

3. Робота з підручником.

Знайти відповіді в § 29 на питання, якими бувають пружні деформації.

4. Бесіда за прочитаним.

• Які існують види деформацій?
• Що таке пружна деформація?
• За якої умови відбувається деформація зсуву, крутіння?

Під час відповідей на питання учень демон­струє за допомогою пральної губки різні види де­формації.

V. Закріплення вивченого матеріалу.

1. Робота в групах

Учні класу об’єднуються в дві групи, готують по п’ять запитань із вивченої на уроці теми й зада­ють їх одна одній по черзі. Умова: питання задають різні учні групи. Якщо група не може відповісти на питання за виділений час (15секунд), відповідає група, яка задала питання, за що їй зараховується додатковий бал.

У підсумку змагань визначається більш актив­ні група.

Рекомендовані питання для першої групи

1. Яка із сил (притягання чи відштовхування) переважає при розтягуванні тіла? (При розтя­гуванні тіла переважає сила притягання.)
2. Як називається різниця між силами притяган­ня й відштовхування? (Різниця між силамипритягання й відштовхування називається силою пружності.)
3. Які ви знаєте деформації залежно від фізичних властивостей тіла? (Залежно від фізичних влас­тивостей тіла деформації бувають пружними і пластичними.)
4. Яка деформація називається пружною?(Пруж­ною називається деформація, при якій після припинення дії сили чи зняття навантаження тіло повністю відновлює свою форму і розміри.)
5. Що таке механічна напруга? (Механічна на­пруга — це сила, яка діє на одиницю площі пере­різу тіла перпендикулярно до цієї площини.)

Рекомендовані питання для другої групи:

1. Що таке деформація тіла?(Під деформацією ті­ла розуміють зміну форми та розмірів тіла.)
2. Сформулюйте закон Гука з 9-го класу. (При деформації пружних тіл їхній розтяг чи стиск прямо пропорційний силі, яка їх розтягує чи стискає.)
3. Яка деформація називається пластичною?(Де­формація тіла називається пластичною, якщо виниклі зміни розмірів і форми тіла не зника­ють і після припинення дії зовнішньої сили.)
4. Які ви знаєте пружні деформації?(Пружні де­формації — це розтягнення (або стиснення) і зсув. До цих основних видів деформації зво­дяться всі інші, наприклад, прогин і крутіння.)
5. Назвіть закон Гука та його нову формулу.(При малих деформаціях механічна напруга прямо пропорційна відносному видовженню. Формула: ϭ = ЕƐ,де Е — модуль пружності, або його ще називають модулем Юнга.)

2. Розв’язання задачі

Задача. Які сили треба прикласти до кінців сталевого дроту довжиною 4 м і перерізом 0,5 мм²для його видовження на 2 мм? Модуль пружності сталі — 200 ГПа.

VI. Домашнє завдання.

Підручник вивчити § розв’язати задачу № 2 із вправи 7 (с. 89); середній рівень знань — розв’язати зад 5С8 і 5С9.

Творче завдання — скласти задачу з використанням закону Гука для знаходження механічної напруги або сили тиску чи розтягу.

Практичне завдання: визначити вагу тіла,яке може витримати запропонований карабін.

VII. Підсумок уроку.

Виділення головною, оцінювання знань та вмінь учнів. Висновки вчителя.