урок з фізики "Види деформації твердих тіл. Механічна напруга твердих тіл. Закон Гука, модуль Юнга"
Методична розробка
STEM-уроку з
предмету «Фізика»
10 клас
Тема уроку: Види деформації твердих тіл. Механічна
напруга твердих тіл. Закон Гука, модуль Юнга
Тип урoку:
комбінований урок
S (нaукa) - oзнaйoмитись з будoвoю твердих тіл, дoслідити їх
влaстивoсті, oзнaйoмитись з мoжливoстями 3-D мoделювaня.
T(технoлoгія) - oзнaйoмитись з різними технoлoгіями oбрoбки
мaтеріaлів, зaлежнo від їх влaстивoстей, рoзвинути вміння
системaтизувaти інфoрмaцію, фoрмувaти нaвички дoслідницькoї
діяльнoсті.
E (інженерія) - oзнaйoмитись з будoвoю тa принципoм рoбoти 3-D
принтерів тa лaзерних верстaтів.
M (мaтемaтикa) – вивчити прaктичне зaстoсувaння прoстoрoвoї
геoметрії при ствoренні 3-D мoделей в приклaдній мехaніці.
ДНЗ «Херсонський професійний
суднобудівний ліцей»
Викладач фізики
Мета уроку:
•
навчити розрізняти види деформації; с
формувати поняття про
«механічну напругу», «модуль Юнга»; показати важливість у
повсякденному житті та на практиці застосування знань про
пружність, використовуючи закон Гука; розглянути діаграму
розтягу твердих тіл; показати міжпредметні зв’язки дисциплін
«Фізика» і «Матеріалознавство» при вивченні теми та «Фізика» і
«Математика» при розв’язуванні задач»;
•
сприяти розвитку алгоритмічного та логічного мислення, а також
вмінню аналізувати і встановлювати причинно-наслідкові
зв’язки; розвивати навички самостійної роботи з відео- та
інформаційними матеріалами; сприяти подальшому розвитку
вмінь здобувачів освіти спостерігати, порівнювати та
застосовувати раніше засвоєні знання в новій ситуації; міркувати,
аналізувати, робити висновки;
•
сприяти вихованню у студентів допитливості, уваги, бажанню
здобувати знання та прагнути у майбутньому прикладати
максимум зусиль для розбудови нашої країни.
Методи і прийоми:
постановка проблемного запитання, бесіда з
елементами лекції, демонстрація різних видів деформації за допомогою
підручних предметів, вправа «Постав позначку», гра «Впізнай
деформацію», тестування.
Дидактичне забезпечення уроку:
мультимедійна презентація в
сервісі Google та в програмі Canva, освітній вебсервіс
Google Classroom,
інтерактивна платформа PheT, підручник «Фізика 10 клас» (за редакцією
Бар’яхтара),
платформа YouTube, таблиця «Модуль Юнга для деяких
матеріалів», діаграма напруг. інтерактивна платформа Wayground,
онлайн-сервіс LearningApps
онлайн-платформа Kahoot!.
Основні терміни та поняття до теми:
тверді тіла, деформація,
види деформації (пружна, пластична, розтягнення, стиснення, вигин,
зсув, кручення, механічна напруга, відносне видовження тіла, діаграма
напруг, модуль Юнга, закон Гука.
Міжпредметні зв’язки:
✓
тем з предмету «Матеріалознавство»:
«Механічні випробування на розтяг», «Маятниковий копер на розрив
стискання», «Визначення твердості»;
✓
тем з предмету «Математика»: «Графіки і функції», «Степінь
з натуральним показником».
Схема-конструктор уроку
Етапи уроку
Види діяльності здобувачів
освіти
1
Організаційний
момент
Перевірка
присутніх
за
допомогою онлайн-інструменту
2
Перевірка
домашнього
завдання
Тестування на інтерактивній
платформі
грати як студент
3
Мотивація
навчальної
діяльності та актуалізація
опорних знань та вмінь
Вправа
(презентація)
4
Оголошення
теми
та
очікуваних
навчальних
результатів
5
Опрацювання
нового матеріалу
Заповнення таблиці
6
Первинна
перевірка
засвоєних знань
онлайн-платформа Kahoot!
Здобувачі освіти за бажанням
мають
дати
відповіді
на
наступні запитання:
•
Що відбувається з тілом
на молекулярному рівні
при деформації?
•
Які сили виникають в тілі
при деформації?
•
Як
діаграма
напруг
допоможе
зварнику
правильно
підібрати
електрод для роботи з
певним матеріалом?
7
Первинне
закріплення
знань
і
вмінь
з
елементами STEM
Презентації проєктних робіт
студентів:
8
Закріплення навчальних
матерів
За допомогою інтерактивної
платформа
та її розв’язати
Етапи уроку
Види діяльності здобувачів
освіти
9
Підбиття
підсумків
з
елементами рефлексії
Студенти закінчують речення,
відзначаючи свій настрій
наприкінці уроку:
Сьoгoдні я дізнaвся (лась)…
Булo цікaвo..
Я зрoзумів (ла), щo…
Тепер я мoжу…
Мене здивувaлo…
10
Оголошення
домашнього
завдання
1.
2.
План уроку
1.
Організаційний момент
.
Викладач фізики
:
Добрий день, здобувачі освіти. Я рада
присутності кожного з вас на уроці. Ми маємо
сьогодні плідно та цікаво попрацювати. Але
пам’ятайте, що під час повітряної тривоги ви
маєте піти в укриття або інше безпечне місце, а
потім пропрацювати матеріали уроку через
завдання.
2.
Перевірка домашнього завдання.
Викладач фізики
:
Давайте пригадаємо, яке було домашнє завдання.
Відповідь студентів
:
Треба було:
1.
Повторити теми з предмету матеріалознавство та
пригадати як на уроках математики ми працюємо з
графіками та розраховуємо степені з натуральним
показником.
2.
За бажанням підготувати проєкт «Мій міст».
Викладач фізики
:
Для перевірки домашнього завдання з повторення з тем із
матеріалознавства і математики, будь ласка,
перейдіть за посиланням
форматі грати як студент пройдіть тестування.
Усі відповіді з тестування будуть зафіксовані і
вплинуть на загальну оцінку з теми. А з доповіді
по проєктам, які підготувало кілька учнів, ми
прослухаємо і побачимо пізніше.
3.
Мотивація навчальної діяльності і актуалізація опорних
знань та вмінь.
Викладач фізики
:
А розпочати урок хочу словами Бориса Євгеновича Патона:
«
Чого я навчився у свого батька? Того, що попереду має бути робота й
інтерес до роботи, а не до набивання своїх кишень дзвінкими монетами.
Людина повинна любити свою справу й віддаватися їй»
Т
ому що саме любов до справи, якою ти займаєшся може
зробити людину справжнім професіоналом у сфері своєї діяльності
і ви як майбутні зварювальники маєте це розуміти.
Я маю поставити кожному з вас емоційно не просте запитання
бо розумію, що воно може викликати сумні
думки:
«Чи
вимушені
ви
були
через
повномасштабне вторгнення змінити своє
житло?
».
Відповіді,
будь
ласка,
зафіксуйте
позначками на мапі червона позначка покаже
ваш дім, а зелена- де ви зараз живете.
Зараз дуже не просте життя як для дорослої
людини так і для дитини. І тому один
десятирічний хлопчик хоче з вами поділитися
своєю історією.
4.
Оголошення теми та очікувальних навчальних
результатів.
Викладач фізики
:
Тема сьогоднішнього уроку дуже важлива для кожного
українця, який хоча б однин раз замислювався над питанням:
«Що
я хочу як спеціаліст у своїй сфері зробити для розбудови свого краю
після перемоги?»
. Якщо у вас є відповіді на це питання, будь ласка,
озвучте їх зараз.
Отже,
тема уроку
«Види деформації твердих тіл. Механічна
напруга твердих тіл. Закон Гука, модуль Юнга».
Запишіть тему уроку в робочих зошитах, бо знання, які ви
отримаєте сьогодні допоможуть краще вам зрозуміти
властивості матеріалів з якими ви працюєте як зварники на
практиці, а значить і у майбутньому допоможуть їх використати у
розбудові вашого краю після перемоги.
Сьогодні на уроці ми:
1.
Пригадаємо що таке тверде тіло.
2.
Розглянемо що таке деформація та які
існують її види.
3.
Дізнаємося що таке механічна напруга і як вона залежить
від відносного видовження, визначимо важливість модуля
Юнга при розрахуванні пружних властивостей матеріалів та
сформулюємо закон Гука.
4.
Переглянемо проєктні роботи кількох студентів.
5.
Розв’яжемо задачу.
6.
Перевіримо рівень ваших набутих знань.
А працювати будемо за наступним планом:
1. Повторення раніше вивченого матеріалу
2. Вивчення теми
2.1. Тверді тіла
2.2. Деформація. Види деформації
2.3. Механічна напруга
2.4. Закон Гука
2.5. Модуль Юнга
3. Проєктні роботи студентів
4. Розв’язування задачі
3. Самостійна робота
4. Домашнє завдання
А щоб кожен з вас краще зрозумів тему
уроку, давайте пригадаємо основні поняття та
терміни з попередніх тем. Пройдіть тестування в
5.
Опрацювання нового матеріалу.
Викладач фізики
:
Ви зараз хоч і сидите за моніторами ваших гаджетів, але ж біля
вас багато різних інших предметів, візьміть один з них і спробуйте
змінити його форму.
Учні показують як вони змінюють форми різних предметів.
Викладач фізики
:
Ви бачите, що предмети різні, ви дієте на них з різними силами,
але процес однаковий і має він однакову назву. Скажіть яку?
Відповідь студентів
: Деформація
Викладач фізики
:
Правильно, деформація. Деформація тіл дуже важлива частина
нашого життя бо іноді її треба створювати, а в більшості випадків
попереджати.
Одна із споруд в Херсонській області, яка зазнала руйнівної
деформації – це Антонівський міст або Херсонський
автомобільний міст. Він був уведений в експлуатацію 24 грудня
1985 році. Він простягався через Дніпро в самому серці Херсонської
області, з’єднуючи район Антонівка на правому
березі з лівобережними Дачами. Ця могутня
конструкція, довжиною 1366 метрів,
СТОЯЛА
на 31 опорі, немов сталевий хребет, що тримає в
єдності два береги великої річки. Знаходився міст
у південній частині України та з’єднував два
береги. Але, на жаль, 2022 став переломним
часом для країни, Антоновський міст, як і багато інших мостів та
споруд був зруйнований. Тому вивчення деформації та його видів
дуже важливе, ці знання стануть основою для подальшого
вдосконалення ваших знань з розуміння будівництва безпечних
споруд і не тільки…
Запишіть у зошитах що таке деформація.
Деформація
– це зміна форми та (або) розмірів тіла.
Так як матеріали можуть бути в залежності від умов і
прикладеною до них сили пружними, пластичними або крихкими то
і деформація може бути пружною і пластичною.
Пружна деформація -
якщо
після
припинення дії зовнішніх сил тіло повністю
відновило свої форму і розміри.
Пластична деформація -
якщо форма і
розміри не відновилися після припинення дії
зовнішньої сили
Наведіть, будь ласка, приклади пружних, пластичних і крихких
матеріалів, з якими ви працюєте на практиці та скажіть як уникаєте
їх дефомації, щоб не пошкодити?
Відповідь студентів
:
Крихкою може бути захисна маска зварника, або окуляри, щоб
уникнути їх пошкодженню то треба обережно поводитися і завжди
класти на своє місце. Пружнім є твердий метал, з яким працює
зварник і щоб його не деформувати треба не діяти на нього з
додатковою силою. А пластичним є нагрітий метал від
зварювальної дуги і його деформація потрібна, щоб зробити шов.
Викладач фізики:
Дякую за ваші професійні відповіді. Ви з побуту знаєте, що
деформувати тіло можна різними способами, приклавши до них
силу в різних напрямках, наприклад, викрутивши білизну, або
розтягнувши її для рівномірної просушки.
А в професійній сфері такій як інженерія та архітектура,
використовують знання про види деформації, щоб її запобігти чи
зменшити. Так як будь-яка конструкція деформується під власним
навантаженням.
Наприклад,
підвіска
автомобілів
та
пружини були спеціально розроблені, щоб
вбирати удари від нерівностей дороги,
перетворюючи кінетичну енергію на механічну
роботу деформації пружин і ресор.
У мостобудуванні бетон часто піддають
попередньому стисненню за допомогою натягнутих сталевих
тросів. Це дозволяє конструкції витримувати колосальні
навантаження на вигин, не руйнуючись.
Розглянемо більш детально види деформації.
Викладач бере в руки слабо надуту гумову кульку
розтягає і стискає її, коментуючи свої дії тим, що
сили, прикладені до тіла намагаються видовжити або
укоротити тіло, внаслідок чого відстань між шарами
молекул збільшується (
деформація розтягнення
) або зменшується
(деформація стиснення).
Викладач бере в руки залізну
лінійку розтягає і згинає її,
коментуючи свої дії тим, що
сили, прикладені до тіла намагаються викривити
(вигнути) тіло. Так як
деформація вигину
– це
водночас деформація розтягнення і деформація
стиснення: опукла частина тіла зазнає деформації розтягнення
(відстань між шарами молекул збільшується); увігнута частина –
деформації стиснення (відстань між шарами молекул зменшується).
Викладач бере в руки тканину і ріже її,
коментуючи свої дії тим, що сили, прикладені
до тіла напрямлені протилежно одна одній і
зсовують шари тіла один
відносно одного.
Зсув
на великі кути може
призвести до руйнування тіла.
Викладач бере в руки викрутку і
крутить гвинт, коментуючи свої дії
тим, що сили, прикладені до тіла
створюють обертальний момент відносно повздовжньої
осі тіла. Зсув шарів молекул відбувається неоднаково –
кожний шар повертається на певний кут відносно іншого
шару, цей вид деформації називається
кручення
.
Щоб ви краще запам’ятали матеріал,
пропоную
накреслити
і
заповнити
таблицю із назвою деформації, ії визначенням та
власним прикладом цього виду деформації. Для
виконання
цього
завдання
ви
можете
використати інформацію з підручника «Фізика
10 клас» (за редакцією Бар’яхтара) § 35, стор.
206 або зі слайдів презентації.
6.
Первинна перевірка засвоєних знань.
Ми вже з вами розглянули що таке
деформація та які бувають її види, записавши
назви деформацій з визначеннями та власними
прикладами, а тепер щоб побачити наскільки ви
зрозуміли цю тему, давайте в гру «Вгадай
(за
редакцією
Бар’яхтара)
деформацію». Для цього вам треба перейти за посиланням, обрати
сесію «одиночна гра» і режим «Найвища ліга», а потім обрати
правильні відповіді.
Викладач фізики:
Ви всі впоралися із завданням, молодці.
А тепер, щоб трішки перепочити від
екранів моніторів давайте всі разом виконаємо
вправи для очей.
Дайте, будь ласка, відповіді на наступні
питання:
•
Що відбувається з тілом на молекулярному рівні при
деформації?
•
Які сили виникають в тілі при деформації?
•
Як діаграма напруг допоможе зварнику правильно підібрати
електрод для роботи з певним матеріалом?
Відповідь студентів
:
•
При деформації тіла на молекулярному рівні між частинками
збільшується чи зменшується відстань.
•
Між молекулами при деформації тіла виникає сила
пружності.
•
Не змогли відповісти.
Викладач фізики:
Дякую за відповіді, вони правильні, але не повні так як що таке
механічна напруга діаграма напруг ми розглянемо зараз.
Коли тіло деформується, його стан змінюється так як у будь-
якому перерізі тіла виникають сили пружності,
що перешкоджають його руйнуванню; чим
більше деформоване тіло, тим більшими є сила
пружності.
Стан
деформованого
тіла
характеризується
механічною напругою
.
Давайте напишемо визначення і формулу.
Механічна напруга σ
– фізична величина, яка характеризує
деформоване тіло і дорівнює відношенню модуля сили пружності
F
пруж
до площі S поперечного перерізу тіла.
𝝈 =
𝑭
пруж
𝑺
•
[𝜎] = 1
Н
м
2
Експериментально було встановлено, що механічна напруга
залежить відносного видовження тіла.
Давайте напишемо визначення і формулу.
Відносне видовження тіла ε
– фізична величина, яка дорівнює
відношенню видовження ∆l до початкової довжини l
0
тіла.
, або
З матеріалознавства ви знаєте, що таке маятниковий копер.
Нагадайте мені, будь ласка, для чого він призначений.
Відповідь студентів
:
Маятниковий копер - це лабораторний випробувальний
прилад, призначений для визначення ударної в'язкості та
динамічної міцності матеріалів (металів, сплавів, пластику) під дією
ударного навантаження.
Він призначений для перевірки крихкості
сталей, що працюватимуть в умовах екстремальних температур чи
динамічних ударів.
Викладач фізики
Дякую за таку гарну відповідь.
Дійсно, щоб встановити експериментально залежність
механічної напруги від відносного видовження, зразок витягують за
допомогою
розривної
машини,
поступово
збільшуючи
навантаження. А потім за отриманими даними будують графік
залежності механічної напруги від відносного видовження зразка.
Цей графік називається –
діаграма напруг.
По діаграмі напруг різних матеріалів можна побачити його
фізичні характеристики.
Досліди показали, що на ділянках при невеликих деформаціях
виконується закон Гука.
Давайте напишемо визначення і формулу.
Закон Гука
- сила пружності, яка виникає під час пружної
деформації (розтягу або стиснення) тіла, прямо пропорційна
𝜺 =
∆𝒍
𝒍
𝟎
𝜺 =
∆𝒍
𝒍
𝟎
∙ 𝟏𝟎𝟎%
величині його видовження і напрямлена у протилежний бік до
напрямку зміщення частин тіла. Тобто механічна напруга
σ
прямо
пропорційна відносному видовженню
ε
.
Це приклад діаграми напруг якогось умовного матеріалу, щоб
показати як його деформація відображається на графіку.
Зверніть увагу, що коефіцієнт пропорційності
Е
називають
модулем Юнга або модулем пружності.
Давайте напишемо визначення і одиницю вимірювання.
Модуль Юнга
характеризує пружні властивості матеріалу, його
визначають за діаграмою напруг і фіксують у таблицях.
.
𝝈 = 𝑬|𝜺|
Зверніть увагу, що раніше ми
записували закон Гука
в іншій
формі, будь ласка, пригадайте
цю формулу і напишіть поруч
•
[Е] = 1Па
Дайте, ще раз повернемося до питання на, яке ви не змогли
дати відповідь:
•
Як діаграма напруг допоможе зварнику правильно підібрати
електрод для роботи з певним матеріалом?
Відповідь студентів
:
•
Знання діаграми напруг допоможе званику уникати дефектів;
•
Завдяки діаграмі напруг металу зварник розуміючи крихкість
або пластичність металу на різних етапах нагрівання й
охолодження правильно визначить попереднє підігрівання
деталей або термообробку після зварювання.
•
За допомогою діаграми напруг можна контролювати
деформацію, запобігаючи утворенню зварювальних зазорів та
усадку металу.
Викладач фізики
Дякую за чудові та змістовні відповіді, вони говорять про те, що
ви в повній мірі зрозуміли матеріал.
7.
Первинне закріплення знань і вмінь з елементами STEM.
Сьогодні на уроці ми з вами дізналися, що таке деформація та
розглянули її види. Встановили як залежить механічна наруга тіла
від його навантаження. Розглянули важливість модуля Юнга при
визначенні пружних властивостей матеріалу та сформулювали
закон Гука.
А тепер давайте заслухаємо доповіді проєктних робіт кількох
студентів.
Ви дуже гарно попрацювали, дякую за вашу творчість,
креативність та чудову роботу.
Ми заслухали доповіді про балковий тип моста та побачили
особливості мосту Патона.
«Дослідження міцності балкового мосту
з використанням програми
А тепер давайте розглянемо задачу з розрахуванням щоденного
навантаження Антонівського мосту до його руйнування.
Задача 1
До 2022 року Антонівський міст щодня витримував потік із
приблизно 10,5 тисяч автомобілів. Загальна
маса мосту (прогінних будов) становить
приблизно 28 000 т, а сам він спирається на 31
залізобетонну опору. Вважаючи, що середній
легковий автомобіль важить 1,5 т, а вантажівка
– 15 т, то частка вантажівок у потоці складала
15%. Визначте середню механічну напругу (у
МПа), яку отримувала 1 вертикальна опора
мосту від навантаження щодня. Для спрощення вважайте, що
поперечний переріз колони опори становить 2*3 м.
Ми сьогодні дуже плідно попрацювали. Розглянули нову тему,
побачили зв’язок фізики із професією, на яку ви зараз навчаєтеся.
Переглянули проєктні роботи кількох студентів та розв’язали задачу
на визначення механічної напруги, яку отримувала 1 опора
антонівського мосту щодня дл його руйнування.
8.
Закріплення навчальних матеріалів.
А тепер, щоб побачити на скільки кожен з
вас засвоїв матеріа уроку, пропоною за
посиланнм перейти до програми PheT, обрати
Закон Гука «Вступ», і використовуючи
конспект сьогоднішнього уроку та власноруч
встановлені вами дані в програмі, скласти
умову задачі та розв’язати її.
Критерії оцінювання самостійної роботи:
1.
Грамотне формулювання умови задачі – 2 бала
2.
Оформлення задачі за прикладом Задача 1 – 3 бала
3.
Розв’язання задачі – 5 балів
Скріншот встановлених даних та фото розв’язаної задачі
прикріпити файлом до уроку в Google Classroom та натиснути
«Надіслати».
9.
Підбиття підсумків з елементами рефлексії.
Я дуже дякую кожному за плідну працю. Кожен з вас отримає
оцінку за урок, коли я перегляну ваші роботи.
Хочу особливо відзначити роботу наступних студентів і
виставити їм високі бали:
•
Полтавцю Павлу
•
Куриленко Роману
•
………………….
Будь ласка, кожен з вас поділіться своїми враженнями від уроку,
закінчивши одне із зазначених речень:
•
Сьoгoдні я дізнaвся(лась)…
•
Булo цікaвo..
•
Я зрoзумів(ла), щo…
•
Тепер я мoжу…
•
Мене здивувaлo…
Перед тим, як перейти до оголошення домашнього завдання хочу
згадати слова Бориса Євгеновича Потона:
«
Здоров’я людини важливіше, навіть за сварювання в
космосі»
Так і є бо все можна відбудувати: мости, будинки, міста, але життя
та здоров’я кожної людини – це безцінні. Бережіть себе.
10.
Оголошення домашнього завдання.
Домашнє завдання:
1.
Прочитати
2.
Розв’язати задачу для підготовки до НМТ з
фізики
про публікацію авторської розробки
Додати розробку
Зареєструватись за допомогою Google