Урок на тему: "Деформація тіла. Закон Гука"

ДЕРЖАВНИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД «ЧЕРКАСЬКЕ ВИЩЕ ПРОФЕСІЙНЕ УЧИЛИЩЕ ІМЕНІ ГЕРОЯ РАДЯНСЬКОГО СОЮЗУ Г.Ф.КОРОЛЕНКА»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методична розробка уроку з предмета «Фізика»

Тема: Деформація тіла. Закон Гука

 

Вчителі лише відкривають двері. Заходиш ти сам .

Китайська мудрість

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Викладач спеціаліст І

                                                             кваліфікаційної  категорії

                                                                    Перевалової Ольги Григорівни

 

 

 

 

 

 

Розділ:  Молекулярна фізика та термодинаміка

Дата_________

Група: КЗС – 15  «Кравець (код 7433). Закрійник (код 7435)», І курс

Урок № 58

Тема: Деформація тіла. Закон Гука.

Мета: розкрити поняття деформації твердих тіл та сили пружності, показати взаємозв’язок сили пружності  і деформації.

Формування ключових компетентностей:

• Основні компетентності у природничих науках і технологіях;
• Інформаційно - ключові компетентності;
• Конструктивна;
• Математична компетентність;
• Уміння вчитися протягом всього життя

Тип уроку: комбінований урок

Вид уроку: урок з елементами STEM освіти

Методи проведення: Метод Фішбоуна,  вправа «Кодове слово» метод «Веббінг», випереджуючі вправи, міні- проекти, робота в парах, пошуковий метод, бесіда, розповідь.

Міжпредметні зв’язки: біологія, інформатика,  інженерія,  математика матеріалознавство (професія «Кравець. Закрійник»), українська література, англійська мова.

КМЗ: проектор, ноутбук екран, презентація до уроку «Деформація тіла. Закон Гука», пружинка Слінкі,  відеофрагмент «Деформація тіл при падінні з висоти», бокси для експерименту (кульки, губки, пластилін, пружинки і т.д.)

Список використаних джерел:

1. Вольянська С.Є. STEM-освіта/С.Є.Вольянська//Довідник сучасного педагога.-Х.: Вид.група «Основа», 2016-с.124-125.
2. Закон України «Про освіту»./ Вісник.-2017-№2(81)-с.7-103.
3. Карпова Л.Б. Навчальні та інноваційні навички ХХІ століття. /Л.Б.Карпова//Фізика в школах України.-2013-№7-с.22-24.
4. Кириленко С. Поліфункціональний урок у системі STEM-освіти: теоретико-методологічні та методичні сегменти. / С.Кириленко, О.Кіян//Рідна школа.-2016-№4-с.50-54.
5. Фото з Інтернету у вільному доступі.
6. Відео з каналу ЮТУБ, у вільному доступі.
7. Навчальна платформа  https://learningapps.org

Хід уроку

І. Організаційний момент.

Привітання та перевірка учнів. Створення доброзичливої, творчої, робочої атмосфери.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

Метод Фішбоуна.  (Одній і іншій групі дається по кістяку риби, учням треба «нарощувати лусочку».  Одна група готує рибку про аморфні тіла, інша про кристалічні  тіла. Іде порівняння. ) Вправа  виконується за допомогою заготовлених стікерів зразків аморфних і твердих тіл, а їхні властивості записують за допомогою  маркерів. 

      

Наприклад: голова риби (аморфні тіла) – нижня частина кісток стікери із зразками аморфних тіл – верхня частина кісток: властивості аморфних тіл (анізотропія, не мають чіткої температури плавлення) – хвіст риби висновок. 

ІІІ. Мотивація теми. Повідомлення теми, мети і завдань уроку.

Вправа «Кодове слово»

На слайді виводиться зашифроване слово, яке є ключовим у темі уроку.

Зашифрованим словом є «Деформація»

 Неможливо конструювати і експлуатувати різні будинки, механізми, автомобілі, машини, механізми, будівлі тощо без знання принципів, що лежать в основі вибору матеріалів і умов їх фізичних навантажень під час експлуатації. Адже від умов роботи матеріалів доводиться враховувати їх міцність, твердість, крихкість, пластичність, термостійкість і зносостійкість. Деталі і вузли механізмів і машин, будівель тощо. випробовують навантаження, що викликають різні види деформацій, які треба знати і враховувати при експлуатації. Ось для цього сьогодні ми з вами ознайомимося з  темою: «Деформація тіл. Закон Гука». Тож відкрийте зошити і запишіть тему та план нашого заняття.

План заняття

1. Деформація. Види деформації.

2.  Сили пружності. Закон Гука.

3. Явище деформації та закону Гука навколо нас.

Метод «Веббінг»^*

Викладач: Зверніть увагу на слайд. Що ми знаємо про явище деформації? Тож пропоную повернутися до цього питання наприкінці нашого уроку.

 ІV. Засвоєння нового навчального матеріалу.

1. Деформація. Види деформації.

Тверді тіла мають властивість зберігати фор­му й об’єм. Проте взаємодіючи з іншими тілами, вони змінюють свою форму. Ця зміна не завжди помітна, але вона завжди існує.

Зміну форми тіла внаслідок взаємодії з ін­шими тілами називають деформацією.

Пластична - деформація, яка повністю або частково зберігається після припинення дії зовнішньої сили.

Пружна - деформація, яка зникає після припинення дії зовнішньої сили, що спричинила цю деформацію.

Експериментальний блок . Робота в парах.

Для проведення експериментального блоку необхідні матеріали: (кулька повітряна, модулін чи пластилін, гумова стрічка, порожня жерстяна  баночка,  губка, папір і т.д.).

Викладач: візьміть бокси, відкрийте їх, візьміть тіла, стискайте, розтягуйте та зробіть відповідні записи в зошити, назву предмета, яку деформацію він зазнає: пластичну чи пружну. Виміряйте розміри тіл: до та після деформації.

Види пружних деформацій:

• деформація розтягу (стиснення);
• деформація зсуву;
• деформація кручення.

          Демонстрація прикладу на прикладі пружини Слінкі^*

Робота з таблицею.   Доповнити таблицю.

Є готові заголовки, а інше збирається по принципу «Лото» (заголовок -текст - фото). Очікуваний результат: 

Пружні матеріали	Пластичні матеріали	Крихкі матеріали
Матеріали, які виявляють пружні властивості за порівняно великих деформацій або досить тривалої дії	Матеріали, в яких пружна деформація переходить у пластичну за незначних деформацій	Матеріали, які руйнуються за дуже малих деформацій і майже не виявляють пластичних властивостей

 

Деформацію тіла легко помітити, наприклад, при розтягуванні або стиску пружини. Але часто деформація не помітна для наших очей (ми не помічаємо, як прогинається стіл під дією тарілки, ноутбука, книги і т.д.)

Демонстрація відео «Деформація тіл при падінні з висоти»

Обговорення переглянутого фрагменту.

2. Сила пружності. Закон Гука.

Усі тверді тіла здатні деформуватися під дією зовнішніх сил. Сила пружності виникає при деформації тіла, тобто при зміні його форми. Якщо деформація припиняється, пружні сили зникають.

Наукове дослідження процесів розтягування та стискання тіл розпочав у XVII ст. Роберт Гук . Результатом роботи вченого став закон, який згодом отримав назву закон Гука:

F_пр — сила пружності;  х — видовження тіла;  k — коефіцієнт пропорційності, який називають жорсткістю тіла.  Жорсткість  залежить від лінійних розмірів  тіла, та  від властивостей речовини, а одиницею вимірювання її (Н/м).

У разі малих пружних деформацій розтягнення або стиснення сила пружності прямо пропорційна видовженню тіла і завжди намагається повернути тіло в недеформований стан.

Щоб знайти видовження тіла х, необхідно відняти від довжини l деформованого тіла,  довжину недеформованого тіла l₀.

х = l- l0

Де ж зустрічається закон Гука? Насправді це поширене явище як в природі так і техніці: адже зазнають розтягу і м’язи людини, тіло жаби, гілки дерев, тятива луку, полотно батуту тощо.

Робота з підручниками  (Т.М. Засєкіна, Д.О. Засєкін 10 клас) Пошук відповіді на запитання: Який матеріал найчастіше використовують при будівництві? (ст. 195 - 196)

3. Явище деформації та закону Гука навколо нас.

Наскільки важливе врахування явища деформації та закону Гука, допоможуть нам розкрити фахівці. (захист міні-проектів)

Виступ біолога

• Чи знаєте, що волосся на Вашій голові може витримати вагу двох слонів?
• Одна волосина може витримати 100 грамів. У людини приблизно 100 тисяч волосин, тобото достатньо, щоб витримати вагу двох слонів. 
•  Звичайна павутина має жорсткість більшу природних і штучних матеріалів. Схожі за міцностю тільки скло і нейлон, а сталь трохи не дотягує до такого високого показника.
• Павутина товщиною з олівець може зупинити Боїнг на льоту. А павутина, якою можна огорнути Землю важила б  340 г.

На жаль, досі науці так і не вдалося відтворити павутину в лабораторії.... 

Виступ професіонала №1

1. Шовкова нитка дуже міцна, здатна витримати великий тиск. Канати з шовку більш ефективні в експлуатації, ніж тороси, зроблені зі сталі тієї ж товщини.
2.  Бронежилети прошивають спінальною шовковою ниткою.
3. 16 шарів шовку здатні утримати свинцеву кулю випущену з Магнума.
4.  У давнину шовк цінувався на вагу золота.

Виступ професіонала №2

При розтягуванні матеріалів вони змінюють свої розміри, тобто відбувається деформація. Складові деформації – повна, пружна, еластична, залишкова, пластична – відображаються на кривих деформації. Відмінності деформації кристалічних та волокнисто-сітчастих матеріалів викликали необхідність їх моделювання. На практиці використовують одноциклові неруйнівні способи деформації зразків. Використовують обладнання – екстензометри та релаксометри.

Під дією багаторазових подовжень, згинів, стиснень, кручень відбувається руйнування будови тканини й ниток. У виробі накопичуються пластичні деформації, тканина розтягується, втрачаючи форму. Зносостійкість при багаторазових розтягуваннях оцінюють кількістю циклів або тривалістю випробувань (хв, год) і називають цю характеристику довговічністю матеріалу. Зносостійкість нових швейних матеріалів досліджують шляхом експериментального носіння. (Виступ супроводжується показом зразків тканин).

Інженер 1

Ейфелева вежа, що є своєрідним символом Парижа, складаєть­ся з пустотілих сталевих трубок, площа перетину яких збігається із площею перетину трубчатих кісток людини. І це не випадково! Наприклад, гомілка людини здатна витримати деформацію стис­нення, еквівалентну навантаженню 1,6—1,8 тонни.

Дія сил пружності використовується в багатьох технічних пристроях. Автомобілі, потяги, мотоцикли мають ресори. Їх застосування дає змогу зробити рух значно плавнішим, оскільки наїзд колеса на камінь або іншу перешкоду приводить лише до деформації ресори і не змінює положення самого транспортного засобу.

Інженер 2

У Японії, де часто відбуваються землетруси, великі будинки ставлять на спеціальних пружинах, які деформуються під час поштовху і зберігають будівлю нерухомою.

Переважна більшість механічних годинників має стальну пружину у вигляді спіралі. Закручена пружина поступово розкручується і приводить у дію механізм годинника.

V.  Узагальнення та систематизація знань.

Вірю, не вірю (Виконується за допомогою навчальної платформи learningapps)

https://learningapps.org/display?v=p6469bty519

Знавці літератури (розв’язок якісних задач)

Уривки із твору М.В. Гоголя «Вечори на хуторі поблизу Диканьки»

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

Питання. Як називається такий вид деформації тіла?

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

Питання. Якої деформації зазнало скло?

Розв’язок  задачі на дошці.

В 1861 році екіпаж французького судна "Алєктон" намагався піймати кальмара довжиною в 6 - 7 метрів і витримав з ним тригодинний бій . Коли у тварини всадили гарпун, його не вдалося підняти на борт, тому що вона важила 2 - 3 тонни . Про цей випадок знав Жуль Верн, що описав у своїй книзі " 20 тисяч льє під водою" напад гігантських кальмарів на підводний човен "Наутілус".

Завдання. Чи можливо було підняти кальмара на тросі, виготовленому зі сталі жорсткістю 10 кН/м. Максимальна сила, яку витримує трос на розрив, рівна 18 кН.

 

Дано:              СІ             Розв’язок:

m=2 т           210³кг       щоб зрозуміти, чи можна витягнути кальмара,

k=10 кН/м    1010³Н/м   знайдемо максимальне видовження х_м-?

F_{пр м}=18 кН  18 10³Н     для цього запишемо закон Гука:

х_м-?                                             

х-?                                          =

 

також ми знаємо, що на кальмара діє і сила тяжіння;

причому вона повинна бути:

=10210³ =210⁴Н це  сила, яку треба прикласти, щоб витягти кальмара.

                                      х=

Отже можемо зробити висновок що видовження буде більшим за видовження при жорсткості k= 1010³Н/м, х≥ х_м.

Відповідь:  екіпаж французького судна "Алєктон" не підніме кальмара масою 2-3 т

Фізкульт - хвилинка. Для виконання цієї вправи необхідно четверо учнів, які отримають завдання записані в конвертах. Завдання полягає в тому, щоб без слів лише за допомогою жестів показати кодові слова. Час на кожне завдання дається не більше хвилини.

Викладач:

Давайте повернемося до слайду деформація, як тепер ми можемо охарактеризувати це фізичне явище.

VІ. Підсумок уроку.

Оголошення оцінок.

Хочу подякувати Вам усім за урок, ви молодці, гарно попрацювали.

VII. Домашнє завдання.

На 6 балів: опрацювати §33 підручника  «Фізика 10 кл.» авторb Т.М. Засєкіна, Д.О. Засєкін»

На 7-12 балів виконати  задачі

Задача 1. Чому куполоподібна форма надає підвищену міцність будинкам і спорудженням? Приведіть приклади, де використовується сферична форма тіла для збільшення міцності конструкції?

Задача 2.

Який коефіцієнт жорсткості гомілкової кістки, якщо маса людини 80 кг, а кістка стискується на 0,3 мм?

          Презентація на тему:  1. біографія Роберта Гука,

                                             2. шкідливий вплив деформації.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Терміни

Веббінг перекладається як "паву­тиння слів". Це метод побудови логічних структурованих зв'язків між явищами і по­діями.  Веббінг починається з ключового слова, навколо якого "нарощуються" інші терміни, що пов'язані з ним асоціативно або логічно.

          Слінкі^*    в перекладі з англ. Slinky — витончений, плавний.