Урок фізики "Сила пружності" 7 клас

Сила упругости. Деформация тел

Цели урока:

 

1. “Получить” учащихся, убедившихся в том, что существует физическое явление - деформация тел, состояние в изменении формы и размеров тела под действием внешней силы, что при деформации возникает сила упругости, зависящая от абсолютного удлинения.

 

2. “Получить” учащихся, научившихся создавать упругую деформацию, распознавать виды деформаций, пользоваться законом Гука, определить величину силы упругости, удлинения тела, жесткость тела.

План

 

1.Организационный этап: подготовка к уроку.

 

2. Актуализация опорных знаний:

Действия учителя	Действия учеников
1. Что такое взаимодействие тел?	Взаимодействие тел - это действие тел друг на друга.
2. Как иначе называют действие одного тела на другое?  3. Что вам известно о силе?	Действие одного тела на другое называют силой.  Сила причина ускорения. Сила величина векторная, действие силы зависит от ее модуля, направления и точки приложения. Направление силы совпадает с направлением ускорения. Модуль силы определяется по формуле  т.е. произведение массы тела на его ускорение. Это 2 закон Ньютона. Сила измеряется в Ньютонах и измеряют силу динамометром.
4. Какие силы природы вам известны?	В природе существует сила тяжести, сила трения и сила упругости.
Мотивационный этап. 1. Сегодня мы подробнее поговорим об одном “Таинственном знакомце” явлении, которое сопровождает нас с детства, поэтому оно знакомо нам и привычно, незаметно, но что это за явление вы назовете сами, разгадав кроссворд.
2. Итак, как зовут нашего “знакомца”?	Деформация тел”. Закон Гука. 2. Записывают в тетрадь тему.
Значит тема урока: “Сила упругости.
3. Что же нового нам предстоит узнать на уроке о силе упругости? Для этого каждая группа работает по 1 заданию карточек: Ключевые слова и помогут нам построить цель урока.              3. Разгадывают ребус, кроссворды.
4. О чем мы будем говорить на уроке?	4. О деформации, об удлинении, жесткости, о законе Гука.
1. Что вам известно о силе упругости?	Сила упругости возникает под действием веса тела, чем больше вес тела, тем больше сила упругости. Сила упругости возникает при деформациях.
2. Какие деформации вы знаете, видели может сейчас в классе присутствуют, проявляют себя?	В классе сжатие - ножки столов, скамеек; изгиб - столешницы, скамейки, подошва обуви
1. Спортивные эспандеры - резиновые и пружинные работают и испытывают деформацию растяжения
2. Стены зданий - деформацию сжатия.
3. Рессоры, пружины амортизаторов испытывают растяжение, сжатие прогиб.
4. Спицы на колесах испытываю сжатие.
5. Болты, шурупы - деформацию кручения?
6. У человека - позвоночник, ноги, ступни – испытывают деформацию сжатия; шея, туловище - деформацию изгиба, кручения; сухожилия, мышцы -деформацию растяжения.	3. Что является причиной деформации? Как вы думаете? Причины деформации - различные части тела совершают различные перемещения относительно друг друга под действие внешних сил.
4. Что происходит с телом, когда перестает действовать внешняя сила? Тело принимает свою первоначальную форму.	5. Почему? Что здесь за тайна? Какой чародей руководит телом? Как вы объясните деформацию тел?              При любых деформациях тела внутри возникает сила, она возвращает тело в прежнее состояние.
6. Как направлена эта сила? Сила направлена в противоположную сторону деформации тела.	7. Откуда взялась эта сила внутри тела? Вспомним строение тел. Объяснить поможет плакат.              Тела состоят из молекул. На каждую молекулу действуют со стороны других молекул. Силы притяжения и силы отталкивания, которые уравновешивают друг друга. При деформации равновесие нарушается. При растяжении силы притяжения увеличиваются и создают силу
	упругости, при сжатии увеличиваются силы отталкивания, которые и возвращают молекулы в прежнее положение. Эти силы всегда направлены против деформации.
8. Какова же природа этих сил? Атомы и молекулы состоят из заряженных частиц - положительных и отрицательных. Поэтому силы упругости создаются взаимодействием между заряженными частицами, т.е. природа этих сил электромагнитная.	9. Мы рассмотрим силы упругости при простых упругих деформациях -растяжении и сжатии. Как вы думаете, какие деформации упругие?              Опыт: Демонстрация упругой и неупругой деформации.
	Вывод: Деформации, при которых тело принимает свою прежнюю форму, после прекращения действия внешней силы, называются упругими.
10. Демонстрация деформации пружины и резины. Что происходит с телом во время деформации?              Опыт: растяжение под действием разных грузов.
Вывод: увеличивается длина, тело деформируется.	11. Увеличение длины во время
деформации или уменьшении длины	называют абсолютным удлинением и
обозначают , измеряют в метрах.
Как найти ? Опыт: деформация пружины
Нужно измерить первоначальную длину и длину во время деформации .
	Да, - абсолютное удлинение. Записывают в тетрадь.
От чего же зависит ? Как вы думаете?
ДЭФ: подвешивая разные грузы измерить .
Какой вывод? Чем больше вес, тем больше, а значит	14. Впервые пронаблюдал и сделал вывод о Запись в тетрадь, зависимости Fупр. и  выдающийся английский ученый - Роберт Гук в 1640 г. и получил математическую запись этой зависимости: Согласно которой сила упругости прямо пропорциональна абсолютному удлинению. Эта зависимость носит название закона Гука
	Запись в тетрадь
15. Историческая справка.
	16. В формуле закона К - коэффициент пропорциональности - жесткость тела. Выразим К из формулы:
	Единица измерения
	Что это значит?
	-это жесткость тела при удлинении которого на 1 м. возникает сила упругости 1Н.
17. Жесткость учитывает и показывает зависимость Fупр от формы, размеров и материала тела.	18. Предлагаю исследовать эти зависимости экспериментально.
	Каждая группа делает 2 задание из карточек, обсуждает и делаем выводы. (Работа в группах). Выполняют эксперимент и делают выводы:
	2. Большую жесткость имеет проволока
	3.   Сила упругости зависит от размеров тела.
	4. Сила упругости зависит от формы тела. Она больше там где форма
19. Опыт: Зависимость силы упругости от формы.
Какая часть хорошо деформируется?
Какой вывод? Вывод эксперимента: Мы видим, что испытывают деформации поверхность детали, а середина не испытывает деформацию и не влияет на упругие свойства тела, а лишь увеличивает вес детали, поэтому рамы велосипедов и мотоциклов делают трубчатыми.	20. Каждая из этих зависимостей используется в технике.
	Где встречаем мы проявление силы упругости?
	В технике: амортизаторы, рессоры, канаты, тросы, шахтовые стойки, арбалет, катапульта, спицы колес, использование таврового и двутаврового сечения в машиностроении.
21. Где в природе проявляется сила упругости? Стебли растений, злаков имеют трубчатую форму, молоденькие побеги тоже свернуты в трубочку - так лучше устоять на ветру.	22. В организме человека? Кости, мышцы, суставы испытывают деформацию. Кости - трубчатые, суставы заполнены губчатым веществом. Хрящи действуют как амортизаторы, смягчая резкие толчки и несут защитные функции тела при сотрясениях. У человека и животных кости черепа, грудной клетки округлой формы. Оболочка яиц, орехов, панцирь жуков, раков, черепах. Такая форма смягчает удары, резкие толчки, предохраняя жизненно важные органы.
23. В строительстве просматривается зависимость Fупр. от формы. Где? Большую прочность имеют арки, своды, цистерны, бочки.	24. Особенно хочется сказать о русском инженере И.П. Кулибине. Учитывая упругие свойства материалов, им было сконструировано много вещей, - которые до сих пор считаются уникальными
25. Подведем итог урока.
Достигнуты ли цели урока?
Пополнили вы свои знания о деформации тел, о силе упругости, о законе Гука?              Ответы учащихся на вопросы	26. А как усвоили материал урока покажет тест.
	Выполнение теста
27. Рефлексия
Перед каждым в начале урока розданы листы рефлексии.	28. Подведение итогов урока. Сдают учителю раздаточный материал, тетради.

 ТЕСТ

Вариант 1.

1 . Какая из приведенных формул выражает закон Гука?

А) F=а; Б) ; В)    Г)

2.Под действием какой силы пружина жесткостью удлиняется на 0,02м?

 А.200Н; Б.2Н;         В.50Н;        Г.5000Н;      Д. 0,0002Н.

3. В каких единицах выражается жесткость тела?

А. ;         Б.       В.        Г. 1Дж;      Д . 

4. Силы, возникающие при деформации тела, называют силами…

А. тяжести;    Б. упругости;         В. Трения;   Г. притяжения.

5. Под действием силы 4 Н пружина удлинилась на 0,02м. Чему равна жесткость пружины?

А. ;      Б. ;        В. ;         Г.  ; Д. .

6. Какой деформации подвергаются заклепки, соединяющие детали, болты, шпонки?

А. растяжению;         Б. сжатию; В. Сдвигу; Г. Кручению

Лист рефлексии

 

Вопросы (ответить)

Достигнуты ли цели урока?

Что способствовало этому?

Какие трудности испытывали?

Возможные ответы.

Слабая база знаний

Неумение применять знание теории на практике.

Трудности при вычислении.

Недостаток времени.

Нет согласия в работе группы.

 

 

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Знаменитый механик.

Рассказывают, что великий русский полководец Александр Васильевич Суворов увидев однажды знаменитого механика Ивана Петровича Кулибина, поспешил ему навстречу через заполненный гостями зал. Остановившись в нескольких шагах от Кулибина, он отвесил ему низкий поклон и сказал:

- Вашей милости!

Затем сделал еще один шаг и снова поклонился в пояс и произнес:

- Вашей чести!

И, наконец, подойдя совсем близко, поклонился в пояс и произнес:

- Вашей премудрости мое почтение!

Вот так почитали лучшие люди того времени своего одаренного соотечественника!

С ранних лет у Кулибина появились исключительные способности к изготовлению различных механических поделок. Увлечение механикой определило всю дальнейшую судьбу юноши.

Летом 1768 г. когда Екатерина II приехала в Нижний Новгород, ей представили сделанную им электрическую машину, а также телескоп и микроскоп. Показал Кулибин и свои знаменитые часы «яичной фигуры», хранящиеся сейчас в Петербургском Эрмитаже.

Тысяча с лишним мельчайших деталей сложнейшего механизма уместилась в футляре величиной с гусиное яйцо. Каждую четверть часа раздавался мелодичный звон крохотных курантов. А перед тем, как отбить час, отворялись створчатые двери и крошечные фигурки разыгрывали представление. В полдень часы играли гимн, сочиненный самим Иваном Петровичем.

Сметливый ум и золотые руки молодого механика (Кулибину тогда было 33 года) понравились царице. Его пригласили в Петербург «Иметь главное смотрение» над мастерскими Академии наук, «чтобы все работы с успехом и порядочно производимы были».

За 30 лет службы в мастерских И.П. Кулибин создал множество приборов устройство которых до сих пор восхищает своей оригинальностью и техническим совершенством. Это точные весы, подзорные трубы, барометры, телескопы, готовальни.

Крупный вклад внес Кулибин в науку о постройке мостов. Несколько лет он работал над проектом деревянного моста без свай, который как дуга, был бы перекинут с берега на берег. В 1776 г. И.П. Кулибин демонстрировал готовую модель длиною 30 метров. На эту модель положили груз в 52 тонны – и она выдержала. Положили еще 10 тонн – мост не рухнул. Изобретатель заранее рассчитал какую нагрузку способно выдержать его детище, т.к. впервые в мире разработал экспериментальный метод определения усилий. Проверив его, знаменитый ученый, современник Кулибина, Леонард Эйлер вывел математические формулы.

Казалось, что теперь надо приступать к постройке настоящего большого моста. Но не тут-то было! К Кулибину царские власти отнеслись не как к изобретателю, смелые идеи которого необходимо было воплощать в жизнь, а как к «забавнику», постановщику фейерверков и игрушек.

Уже глубоким стариком Иван Петрович получил отставку и возвратился к себе на родину, в Нижний Новгород. Умер Кулибин в 1818 году в большой бедности, почти забытый совсем.

Творчество выдающегося русского механика, конструктора и изобретателя оказало громадное влияние на дальнейшее развитие отечественной техники.

Кулибин не изобрел ковер-самолет, он жил мечтой – создать вечный двигатель –перпетуум-мобиле, который облегчит труды человеческие, но, к счастью он не стал рабом заветной мечты и облегчал труды людям созданием множества нужных им механизмов. Огромный список его изобретений, совершенных два века назад, поражает и нас, свидетелей полетов человека в космосе. Свежестью и дерзновенностью мысли и глубиной познания.

Десятки созданных им часов – от крошек в перстне и карманных планетных, показывающих часы, минуты, секунды, дни недели, фазы луны и знаки Зодиака, до проектов гигантских башенных курантов – это сложнейшие автоматические устройства с театральными представлениями и музыкальным сопровождением.

Его 6 проектов арочных мостов через Неву выполнены на столь точных математических расчетах, что не вызывали сомнения в реальности их осуществления у крупнейших ученых России и Европы, да не созрели до понимания его идей те, кто должен был решать судьбу проектов.

Его фонари-прожекторы (система зеркал, удлинявшая свет одной свечи до 30 км) освещали в конце 18 века мастерские, корабли и маяки, а один из них путешествовал  по Тихому океану на судне российского Колумба – Г. Шелехова.

Мысль Кулибина далеко опережала свое время – в копилке его идей-свершений повозка-самокатка с педалями (прообраз велосипеда), механические ноги-протезы, даже собственной конструкции фортепьяно.

 

 

Роберт Гук.

(1635—1703)

 

…Гук был настолько талантлив и разносторонен, что не приходится сомневаться в оригинальности и самостоятельности большинства  опытов, идей и изобретений. Выдающийся английский ученый-энциклопедист, конструктор и изобретатель Роберт Гук (1635—1703) в историю мировой науки вошел, прежде всего, как гениальный физик и механик, один из основателей опытного естествознания. Открытый Р. Гуком важный в механике и технике закон пропорциональной зависимости между силой, приложенной к упругому твердому телу, и его деформацией лежит в основе современных теорий упругости и теории сопротивления материалов. Еще до И. Ньютона Р. Гук говорит о существовании и действии силы тяготения; ему принадлежит заслуга усовершенствования маятника; он вы сказывал глубокие идеи о волновой природе света и поперечности колебания звуковых волн, занимался исследованием явления радужного окрашивания тонких пленок, изучением преломления света в веществе. Научная деятельность Р. Гука отличалась исключительной разносторонностью: он вел исследования в астрономии (ученый одним из первых попытался выяснить природу комет), химии (вплотную подошел к теории горения), биологии (высказывал мысли об эволюционном развитии животных видов, об их историческом изменении под влиянием внешних условий в результате скрещивания), метеорологии, геологии, археологии.

Талантливый – исследователь, - гениальный мыслитель, человек, обладавший оригинальной фантазией и изобретательностью, Р. Гук вносил новые смелые мысли в каждую область знания, которой он занимался, умел чувствовать с исключительной остротой актуальные проблемы эпохи.

 

Цифры и факты

 

Роберт Гук родился 18 июля 1635 г. на о. Уайт (Англия) в семье деревенского священника.

После окончания частной школы в Вестминстере Р. Гук в 1653 г. поступил в Оксфордский    университет,    славившийся    серьезной    постановкой    преподавания математики и механики.

В годы обучения в университете Р. Гук принимал активное участие в работе Оксфордского кружка ученых и врачей, из которого впоследствии выросло крупнейшее научное объединение Англии— Лондонское королевское общество. В Оксфорде Р. Гук ассистировал Р. Бойлю, вместе с ним усовершенствовал воздушный насос, использование которого позволило исследовать многие свойства газов.

Около 1660 г. совместно с X. Гюйгенсом Р. Гук установил постоянные точки термометра — таяния льда и кипения воды. Большое значение имело открытие ученым в 1660 г. закона пропорциональности между силой, приложенной к упругому телу, в его деформацией.

Р. Гуку принадлежат заслуги в усовершенствовании барометра, зеркального телескопа, применении зрительной трубы для измерения углов, изобретении прибора для измерения илы ветра и машины для деления круга.

В 1662 г. Р. Гук, прослыв блестящим экспериментатором, занял должность куратора экспериментов» в Лондонском королевском обществе, а с 1663 г. стал действительным членом общества. К этому времени молодой ученый имел уже степень магистра.

• С 1665 г. Р. Гук стал профессором геометрии в Грешам-колледже в Лондоне. За небольшое вознаграждение он читал в эти же годы публичные лекции, всегда имевшие огромный успех. В 1665 г. появился знаменитый в истории естествознания труд Р. Гука —«Микрография», итог его творческих исканий в области физики,  бактериологии, гистологии и других дисциплин.

• В 1677—1682 гг. Р. Гук был секретарем Лондонского королевского общества, заведовал изданием его трудов, принимал активное участие в его работе.

• Круг интересов Р. Гука был настолько широк, что это не позволяло ему заняться систематическим изучением какого-либо одного явления или области явлений. Он высказал идею, что все небесные тела тяготеют друг к другу, и дал общую картину движения планет. Р. Гук предвосхитил открытие законов всемирного тяготения И Ньютоном,   придерживался  волновой  теории   света,   теплоту   считал   результатом механического движения частиц.

• С помощью усовершенствованного им микроскопа Р. Гук наблюдал структуру растений и показал их клеточное строение. Ученому принадлежат мысли об изменении земной  поверхности, которое повлекло за собой изменение фауны.

Р. Гук был известен также как архитектор. По его проектам было построено несколько зданий, главным образом в Лондоне.

• В последние годы жизни талантливый ученый начал большой труд по теории экспериментального метода в науке, однако успел выполнить его лишь в черновом виде. Р. Гук умер 3 марта 1703 г. в Лондоне.

Уже после смерти ученого, в 1705 г., были выпущены посмертные произведения Р. Гука Большой биографический интерес представляют его дневники (изд. 1935 г., Лондон).

РЕБУС

Задание 1

1. Расшифруй кроссворд.

 

 

1 Механическое явление.

2 Самая плохая оценка.

3 Наука о природе.

4 Траектория вращения.

5 Сила, заменяющая действие нескольких сил.

6 Мера инертности.

7 Имя одноклассника.

8 Точка, в которой сосредоточена основная масса тела

9 Явление сохранения скорости тела.

10 Физика изучает механическое.

Прочти ключевое слово.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №2

1.  Что здесь зашифровано?

к

 

ОПЫТЫ

 

Задание для 1 группы

 

Проверь на опыте, что сила упругости пропорциональна абсолютному удлинению.

Исследовать, как зависит сила упругости от абсолютного удлинения? Убедитесь в справедливости закона Гука на опыте.

Оборудование:       1. резина, пружина.

                                2.  линейка.

                                3.  набор грузов.

                                4.  штатив.

 

Вывод: сила упругости прямо пропорциональна абсолютному удлинению

 

 

 

Задание для 2 группы

 

Пользуясь приборами на столе, убедиться в зависимости силы упругости от рода материала.

Какое тело имеет большую жесткость? Почему сделан такой вывод?

 

Оборудование:       1. резинки (разного материала), пружина, проволока.

                                 2. набор грузов.

                                 3. штатив.

 

Вывод: Меньше испытывает растяжение проволока. Сила упругости зависит от рода материалов, от его упругих свойств.

 

 

 

 

 

 

 

Задание для 3 группы

Как зависит лила упругости от размеров тела: от длины тела и площади

поперечного сечения? Проведите опыт и убедитесь, сделайте вывод.

Оборудование:      

1. две резинки одинаковой длины, но сечением разные.

2. две резинки с одинаковым сечением, но разной длины.

3. набор грузов

4.штатив.

 

Вывод:       Сила упругости зависит от размеров тела.

Сила упругости прямо пропорциональна площади поперечного сечения и обратно пропорциональна длине тела.

 

 

Задание для 4 группы

 

Исследовать зависимость силы упругости от формы тела? Сделайте вывод, проделав опыты.

Оборудование:           Тела разной формы, но из одного материала - картона.

                                     Полоска, уголок, цилиндр.

                                     Набор грузов.

 

Вывод: Сила упругости зависит от формы тела. Упруги свойства тел увеличиваются если тело в сечении имеет форму угла, окружность, тавровое и двутавровое сечение.