Тема: Деформація тіл. Сила пружності. Механічна напруга. Закон Гука. Модуль Юнга.

Методична розробка інтегрованого уроку  фізики для учнів 10 класу

Тема: Деформація тіл. Сила пружності. Механічна напруга. Закон Гука. Модуль Юнга.

Дидактична мета: розширити знання учнів про різні види деформацій, їх особливості, характеристики і застосування в техніці, забезпечити більш високий, науковий рівень знань.

Розвиваюча мета: розвивати розумові та творчі здібності учнів, пізнавальний інтерес до предмету, до майбутньої професії.

Виховна мета: сприяти формуванню свідомого творчого ставлення до навчання, виховання поваги до історичного шляху пізнання й науці прадавніх мислителів, розвиток співробітництва і розуміння значення отриманих знань для побудови успішного майбутнього.

Методична мета:

•      пояснити: причини виникнення сили пружності.
•      сприяти умінню: робити логічні висновки.
•      формувати: експериментальні навички.
•      розвивати: логічне мислення учнів.
•      розширювати: світогляд учнів.
•      показати методи і прийоми активізації пізнавальної та розумової діяльності учнів, застосування на уроці фізики мультимедійного обладнання та ІКТ.

Міжпредметні зв'язки:

•      з математикою (алгебра) – у  вигляді графічного зображення фізичної залежності (сили від видовження пружини);
•      з біологією – рослинний  світ та організм людини;
•      з медициною – деформація і захворювання;
•      з українською та світовою літературою – розв’язування задач на матеріалі художніх літературних творів;
•          з астрономією – порівняння прискорень вільного падіння на різних космічних обєктах (на основі Phet - симуляції);
•          з інформатикою – застосування ІКТ навчання
•      з історією – відомості про відкриття Роберта Гука.

Обладнання. Мультимедійний супровід, модель для демонстрації видів деформацій, роздаткові картки, дидактичний матеріал.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань на основі наявних.

План.

1. Актуалізація і корекція опорних знань.

2. Виклад нового матеріалу.

3. Завдання-дослідження.

4. Закріплення вивченого матеріалу.

5. Рефлексія.

1. Актуалізація і корекція опорних знань.

• Види сил.
• Основна задача механіки.

2. Виклад нового матеріалу.

Лекційне виклад матеріалу з паралельною демонстрацією (в процесі пояснення використовується інтерактивна дошка та платформа онлайн-симуляцій Phet)

• Деформація
• Види деформацій
• Відносне подовження тіла
• Закон Гука
• Механічні властивості матеріалів.
• Модуль Юнга
• Запас міцності.
• Межі застосування закону Гука
• Механічна напруга. (Робота з підручником)

3. Завдання-дослідження. Експериментальна задача (На основі Phet-ресурсу).

Вимірювання сил за допомогою сили пружності

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

При градуюванні (нанесенні шкали) пружинного динамометра використовується закон Гука.

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

4. Закріплення вивченого матеріалу.

• Розв’язування логічних задач
• Практична робота
• Кількісні задачі

5. Рефлексія

Гра світлофор

Своє враження про урок учні виражають за допомогою кольорових карток, наприклад, чи сподобався їм інтегрований урок.

Автор: учитель фізики та астрономії

вчитель вищої категорії, учитель-методист

Ліцею № 214 м. Києва

Іванченко Людмила Юріївна

Додаток 1

Роздатковий матеріал

І. Сторінка історії.                 

Закон був відкритий англійським фізиком Робертом Гуком в 1676 році. Це був простий закон, що точно виконувався в широкому діапазоні; йому була призначена важлива роль у фізиці й техніці. Гук був у захваті від свого відкриття, але своїм колегам він не довіряв і тому був стурбований, як би хто не приписав це відкриття собі. У ті часи публікація відкриттів у періодичних наукових журналах ще тільки приходила на зміну монографіям і приватним листам, тому усе ще було небезпечно з ким - небудь поділитися своїм відкриттям. Відразу хтось міг сказати: «О, ми відкрили це давним-давно!» Гук додав своєму закону про розтягання пружин вид анаграми:                                                       

c e l l l n o s s s t t u v

Це було своєрідне патентування відкриття. Ймовірно, в цей час Гук вже розумів, що пружність — універсальна властивість твердих тіл, але вважав необхідним підтвердити свою упевненість експериментально. У 1678 вийшла книга Гука, присвячена пружності, де описувалися досліди, з яких випливає, що пружність є властивістю «металів, дерева, кам'яних порід, цеглини, волосся, рогу, шовку, кістки, м'яза, скла і т. п». Там же була розшифрована анаграма, у вигляді латинського афоризму: «Ut tensio sic vis», зміст якого полягає в тому, що «який розтяг, така й сила». Дослідження Роберта Гука привели не лише до відкриття фундаментального закону пружності, але і до винаходу пружинних хронометрів (до того були тільки маятникові). Вивчаючи різні пружні тіла, Гук встановив, що «коефіцієнт пропорційності» (зокрема, жорсткість пружини) сильно залежить від форми і розмірів пружного тіла, хоча матеріал грає вирішальну роль.

Пройшло понад сто п'ятдесять років, протягом яких досліди з пружними матеріалами проводили Бойль, Кулон, Нав'є та інші фізики. Одним з основних дослідів стало розтягування зразка матеріалу у вигляді стержня. Для порівняння результатів, отриманих в різних лабораторіях, треба було або використовувати завжди однакові зразки, або навчитися виключати вплив розмірів зразка. І в 1807 з'явилася книга Томаса Юнга, у якій було введено модуль пружності, як величину, що описує властивість пружності матеріалу незалежно від форми і розмірів зразка, що використовувався в досліді.

ІІ. Задачі на логіку.  Завдання за творчістю М.В. Гоголя

1.Бідний дяк не смів навіть виявити кашлем і кряхтінням болю, коли сів йому майже на голову важкий мужик і помістив свої чоботи, що намерзли на морозі по обидва боки його скронь.

Питання. Які тіла компенсують дію один на одного?

Відповідь. _______________________________________________________________

2.Схопив сокиру й порубав її на шматки; глядь і лізе один шматок до іншого, і знову ціла свитка.

Питання. Як називається такий вид деформації тіла ?

Відповідь. ________________________________________________________________

3.Вікно брякнуло із шумом; скло, дзенькаючи, вилетіло геть, і страшна свиняча пика виставилася, поводячи очами, начебто запитуючи :"А що ви тут робите, добрі люди ?"

Питання. А як ви назвете деформацію скла в цьому випадку?

Відповідь. ________________________________________________________________

ІІІ. Практична робота

ІV. Кількісні задачі.

1. Rob in Hood – Роб  у каптурі – герой середньовічних англійських народних балад, ватажок лісових розбійників, який за переказами діяв зі своєю ватагою в Шервудському лісі біля Ноттінгема і боровся за справедливість – грабував багатих лицарів і священиків, віддаючи здобич біднякам. Його вважають національним героєм Англії. Він уособлював благородство, справедливість, був захисником слабких і знедолених. Спокійний, холоднокровний Робін Гуд з палаючим серцем став справжнім героєм для всього світу про нього було знято багато кінофільмів і написано багато книг.

Завдання. Якою силою володів Робін Гуд, якщо коефіцієнт жорсткості тятиви 10 000 Н / м, а тятиву він розтягував на 15 см?

2. Прісноводними акулами називають у нас старих, замшілих щук, що досягають 1,5 метра й маси 50 кг. У Ладожському озері виловлювали осетрів довжиною 2.6 метра й масою 128 кг. У ріках тропічної Америки живе сама більша з кісткових риб - арапайма, довжина 4 метра, маса 200 кг. Але всіх цих риб перевершили соми. У Дніпрі ловили сомів до 5 метрів і 300 кг.

Завдання. На скільки подовжиться капронова нитка, коефіцієнт жорсткості якої рівний 10 кН/м, при рівномірному піднятті цього сома?

Відповідь. __________________________________________________________________________

3. Кістка - композиційний матеріал і складається із двох зовсім різних компонентів - колагену й

мінеральної речовини. Відомим прикладом композиційного матеріалу служить склопластик, що

представляє собою суміш скляних волокон і смоли. Як це не дивно, але кістка по своїй міцності

уступає тільки твердим сортам сталі .

Завдання. Який коефіцієнт жорсткості великої гомілкової кістки, якщо маса людини 80 кг, а кістка

стискується на 0.3 мм, який запас міцності цієї кістки та модуль Юнга, якщо її довжина 35 см, діаметр 1 см, а максимальна сила тиску становить 18кН?

Відповідь. ________________________________________________________________________