Сила пружності. Закон Гука

Кравченко Т.В., учитель фізики

Криворізької гімназії №49

Дніпропетровської області

Урок у 7 класі

Сила пружності. Закон Гука

Мета уроку:

           дидактична: ввести поняття сили пружності, коефіцієнту жорсткості тіла, з’ясувати залежність сили пружності від деформації;

розвиваюча: розвивати культуру мовлення методом коментування розв’язку задач; пізнавальну активність через застосування наочного матеріалу;

виховна: виховувати самостійність при опрацюванні додаткової літератури та розв’язуванні задач; охайність при записах на дошці та в зошитах.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: мультимедійний проектор, ноутбук, екран, динамометри, тягарці, лінійки.

Структура  уроку

1.                      Організаційний момент
2.                      Мотивація уроку
3.                      Актуалізація опорних знань
4.                      Вивчення нового матеріалу
5.                      Підсумки уроку
6.                      Домашнє завдання

1. Організаційний момент

 Взаємне привітання між учителем та учнями.

2. Мотивація уроку

Учитель. Для збереження повноцінного здоров’я в організмі людини повинно в достатній кількості знаходиться йоду та  фосфору. А як відомо, найбільша  кількість йоду та фосфору знаходиться в такому продукті харчування як риба. А щоб виловити рибу, треба мати риболовецьке обладнання певної пружності, яке зможе втримати улов. Отже, тема нашого уроку актуальна й необхідна для вивчення. Відкрийте робочі зошити, запишіть дату та  тему сьогоднішнього уроку «Сила пружності. Закон Гука»

3. Актуалізація опорних знань

Учитель. Сьогодні ми з вами маркетингова компанія, що отримала завдання від риболовецького підприємства на закупівлю обладнання(снасті) для ловлі певних видів риб. Для виконання даного завдання ми об’єднаємось в три проектні відділи: «Аналітичний», «Експериментальний», «Розрахунковий»

Бланк «Преміум»

.

І ось перше завдання для нашої компанії                                                            (за кожну правильну відповідь-1 бал).

1. Виберіть правильне твердження. У результаті дії сили тіло може...

А збільшити свою масу;

Б збільшити свою швидкість;

В змінити свій об’єм.

2. Виберіть правильну відповідь. На тіло в горизонтальному напрямку діють дві сили — 5 Н і 7 Н. Чому може дорівнювати рівнодійна цих сил?

А 1 Н;

Б 10 Н;

В 12 Н.

3.   Сила, з якою Земля притягує будь-яке тіло, називають…(силою тяжіння).

4.   Одна із двох сил, що діють на тіло уздовж однієї прямої, дорівнює 5 Н. Рівнодійна цих сил дорівнює 8 Н. Якою може бути за величиною інша сила?

5.  Проглянувши відео, пояснити про яку фізичну величину йде мова.(Про прискорення вільного падіння на Землі

6.   Як направлена сила тяжіння? (До центру Землі)

4. Вивчення нового матеріалу

У процесі пояснення нового матеріалу учні відділів заповнюють таблицю, що з’являється на екрані  та роблять висновки.

Сили пружності

Учитель. Під дією сили змінюється швидкість руху тіла. При контакті взаємодіючих тіл починають рухатися окремі частини тіла, внаслідок чого обидва тіла деформуються.   Деформація — це зміна форми або розмірів тіла.

Деформація тіла називається пружною, якщо після зняття навантаження повністю відновлюються розміри й форма тіла. Деформація тіла називається пластичною, якщо після зняття навантаження початкові розміри й форма тіла не відновлюються. Іноді деформацію тіла легко помітити, наприклад, при розтяганні або 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.

Причиною виникнення сил пружності у тілі є взаємодія його молекул, які розташовані на певній відстані одна від одної. Молекули тіла однозначно відштовхуються і притягаються одна до одної. У недеформованому тілі молекули перебувають саме на такій відстані, за якої сили притягання й відштовхування врівноважуються. Коли ми розтягуємо або стискаємо тіло, відстані між молекулами змінюються, тому починають переважати або сили притягання, або сили відштовхування. У результаті й виникає сила пружності, що завжди спрямована так, аби зменшити величину деформації тіла.

Закон Гука

Із практики відомо, що чим більшу деформацію ми бажаємо створити, тим більше навантаження потрібно прикласти до тіла, що деформується. Отже, за величиною деформації можна судити про величину прикладеної сили.

Знайдемо на досліді співвідношення між деформацією тіла й силою пружності. Підвісимо до пружини спочатку один важок й виміряємо видовження пружини. Додамо ще один важок — тоді сила пружності збільшиться вдвічі: адже тепер вона врівноважує силу ваги, що діє на два важки. Ми побачимо, що видовження пружини теж стало вдвічі більшим.

Співвідношення між силою пружності й видовженням пружини вперше було встановлено дослідним шляхом англійським фізиком Робертом Гуком. Тому його називають законом Гука: F=kΔх (модуль сили пружності F прямо пропорційний видовженню тіла )

Коефіцієнт пропорційності k називають жорсткістю тіла. Він чисельно дорівнює силі, яку необхідно прикласти для того, щоб розтягти тіло на одиницю довжини. Одиницею виміру жорсткості в СІ є Н/м.

Роберт Гук

Народився  18  липня  1635  року  в  містечку  Фрешуотер  на  ан-глійському  острові  Уайт  у   родині  настоятеля  місцевої  церкви. У   дитинстві  Р.  Гук  був  дуже  слабкою  і  хворобливою  дитиною, й   тому  навчання  він  почав  тільки  в  14  років.  Гук  познайомився з   математикою, філософією, вивчив грецьку мову і   латину, навчився грати на органі. У  1653 р. вступив до Оксфордського університету і   одразу ж став асистентом відомого вченого Роберта  Бойля, з   яким  до  кінця  життя  зберіг  теплі  відносини.  Захоплювався  не 

тільки  фізикою,  але  й  медициною,  хімією,  астрономією  (відкрив зірки  в   сузір’ях  Оріона  й  Трапеції;  говорив  про  обертання  Юпітера навколо своєї осі). У   1663 р. став членом Королівського наукового товариства.

Вимірювання сил за допомогою сили пружності

Отже, 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 (нанесенні шкали) пружинного динамометра використовується закон Гука.

За допомогою динамометра можна порівнювати сили за модулем, а також визначати напрямок дії сили.

5. Закріплення вивченого матеріалу

Учитель: на екрані ви бачите кульки з певними номерами, називаючи по черзі номер кульки кожний відділ, отримує питання і дає відповідь,отримуючи 4 бали за кожну правильну відповідь.

Кулька №1

Прісноводними акулами називають  старих, покритих мохом щук, що досягають завдовжки 1,5 м і масою 50 кг. У річках тропічної Америки живе найбільша з кісткових риб – арапайма, довжина її сягає 4 м, а вага – 200 кг. Але всіх цих риб перевершили соми. У Дніпрі ловили сомів завдовжки до 5 м і вагою 300 кг.

Запитання: На скільки видовжиться капронова нитка, коефіцієнт жорсткості якої дорівнює 10 н/м при рівномірному підніманні цього сома?

Кулька №2

1861 року екіпаж французького судна “Алектон” намагався зловити кальмара завдовжки 6-7 м і вів з ним тригодинний бій. У кальмара всадили гарпун, але підняти на борт його не вдалося, оскільки він важив 2-3 т. Про цей випадок знав Жюль Верн, що описав у своїй книзі “20 тисяч років під водою” напад гігантських кальмарів на підводний човен “Наутілус”.

Запитання: Чи можна було підняти кальмара на тросі, виготовленому зі  сталі ? Максимальна сила, яку витримує трос на розрив, дорівнює 18 кН.

Кулька №3

Заповнити порожні клітини таблиці.

Кулька №4

Середня маса одного осетра, що  ловили у Ладозькому озері,128 кг. Риболовні снасті витримують 1000 осетрів при деформації  2 мм. Знайти коефіцієнт жорсткості  снастей.

Кулька №5

Виміряти жорсткість пружини.

Обладнання: пружина, тягарець масою 100г, лінійка, штатив.

Кулька №6

  Щука вагою 30 Н розтягує капронову нитку на 1 мм. На скільки розтягне капронову нитку дві таких щуки? Чому дорівнює коефіцієнт жорсткості такої нитки?

6. Підсумки уроку

Учитель. Підрахуйте суму всіх балів, які отримані  вами за урок та переведіть їх  в оцінку за наступною таблицею:

7. Домашнє завдання

Опрацювати п.16; розв’язати № 6.18, 6.20 (збірник задач, автор: Ненашев І. Ю.), скласти проекти «Застосування закону Гука в медицині та техніці»