Средняя  школа  №7

г.  Бреста

Методическое объединение учителей физики, информатики и математики СШ №7 г. Бреста

Наталья  Игоревна ВОЛИНСКАЯ
учительница физики высшей категории СШ № 7 г. Бреста, стаж - с 1989 года.

Сила упругости. Закон Гука

Открытый урок

Предлагаю Вашему вниманию цикл интегрированных уроков по физике.Волинская Наталья Игоревна

Данный материал затрагивает проблему межпредметных связей в курсе физики, её связь с математикой и биологией. Хочется сказать «спасибо» моим коллегам оказавшим помощь в подготовке и проведении данных уроков (Лукашик А.М., Вольской О.И., Бущук Е.П.).

Установление межпредметных связей в школьном курсе физики способствует более глубокому усвоению знаний, формированию научных понятий и законов, совершенствованию учебно-воспитательного процесса и оптимальной его организации, формированию научного мировоззрения, единства материального мира, взаимосвязи явлений в природе и обществе. Кроме того, они способствуют повышению уровня знаний учащихся, развитию логического мышления и их творческих способностей, лучшему формированию отдельных понятий внутри отдельных предметов, групп и систем, так называемых межпредметных понятий, то есть таких, полное представление о которых невозможно дать учащимся на уроках какой-либо одной дисциплины (понятия о различных процессах).

Цели урока:

Образовательная:
-
ввести понятие силы упругости;
- опытным путём получить закон Гука;
- ввести формулу закона Гука.

Развивающая:
- систематизировать и обобщить знания учащихся о понятии “сила”, “сила тяжести”;
- развивать внимание и любознательность путём выполнения опытов при объяснении нового материала;
- формировать умения объяснять окружающие явления, происходящие в природе.

Воспитательная:
- вырабатывать устойчивое внимание при объяснении нового теоретического материала;
- развивать правильную речь, используя физические термины;
- достичь высокой активности и организации класса.

Приборы и материалы:
- штативы – 6 шт;
- набор гирь – 6 шт;
- пружины разной жёсткости – 6 шт;
- динамометры – 12 шт;
- листы с заданием работы на уроке – 12 шт;
- листы с заданием на дом – 12 шт;
- чистый лист бумаги – 12 шт;
- два бруска одинакового размера;
- небольшая доска (линейка) тонкая, гибкая;
- гиря (300 – 500 г);
- таблица видов деформации;

Ход работы:
1. Актуализация знаний. – 2 мин
Учитель
- Здравствуйте, ребята! Садитесь! Сегодня мы продолжим знакомство с понятием сил в природе, познакомимся с ещё одним видом силы, на уроке мы с вами познакомимся с силой упругости и запишем математическое выражение, описывающее эту силу.

2. Проверка домашнего задания: - 5 мин

Учитель. Давайте вспомним, что такое сила?
Ученики: Сила – это количественная мера воздействия одного тела на другое.
Учитель.
Какой буквой обозначают силу?
Ученики: F.
Учитель.
Сила – это векторная величина или скалярная?
Ученики: Векторная
Учитель.
Почему?
Ученики: Т.к. для неё помимо численного значения важно знать направление.
Учитель.
А какова единица измерения силы?
Ученики: Ньютон.
Учитель.
Вы знаете ещё из 7 класса, что в природе есть сила, с которой Земля притягивает к себе тела. Как называется эта сила?
Ученики: Сила, с которой Земля притягивает к себе тела, называется силой тяжести.
Учитель.
Как направлена сила тяжести?
Ученики: Вертикально вниз.
Учитель.
А каковы основные характеристики любой силы?
Ученики: Величина, направление, точка приложения.

3. Изучение нового теоретического материала. – 10 мин

Учитель.
Хорошо! Мы вспомнили, о чём начали говорить на прошлых уроках.
№ 98 (Г. Остер, стр. 52)
 

№ 98 (Г. Остер, стр. 52)№ 98 (Г. Остер, стр. 53)

- А теперь новый у меня к вам вопрос: шар висит на нити, брусок лежит на столе, снег лежит на крыше. Все вы можете мне сказать, что на эти тела действует сила тяжести. Но почему тогда эти тела не падают на Землю? По-видимому, сила тяжести уравновешивается какой-то другой силой. Что же это за сила и как она возникает?
Давайте проведём опыт:
На середину горизонтально расположенной доски поставим гирю.
Под действием силы тяжести гиря начнёт двигаться вниз и прогнёт доску, т.е. доска деформируется. При этом возникает сила, с которой опора (доска) действует на тело расположенное на ней.
Вывод:
на гирю, кроме силы тяжести, направленной вертикально вниз, действует другая сила. Эта сила направлена вертикально вверх. Она и уравновесила силу тяжести. Эту силу называют силой упругости.

Открываем свои рабочие тетради, записываем на полях число и тему урока по центру “Деформация тел. Сила упругости. Закон Гука.
Учитель.
- Дадим определение новой физической величине:
Сила упругости – сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение.
Обозначение:
возникает при деформации тел. Дайте определение деформации тела.
А что же такое деформация?
Ученики: деформация – любое изменение формы и размера тела
Учитель.
Т.о., деформацией тела называют изменение размеров или формы тела в результате действия на него силы (запишем это в тетрадь).
А теперь внимание на магнитную доску.
(демонстрируется плакат видов деформаций, а также с помощью прибора для демонстрации видов деформаций показать 5 видов деформаций, привести примеры)
Виды деформаций:
- растяжение (тросы, цепи);
- сжатие (колонны, стены);
- сдвиг (болты, заклёпки);
- кручение (гайки, валы, оси);
- изгиб (мосты, балки).

Вы говорили о том, что для каждой силы важно знать величину, направление и точку приложения. Куда направлена сила упругости?
Ученики: Она препятствует силам, вызывающим деформацию. В наших примерах она направлена против силы тяжести.
Учитель.
Точка приложения силы упругости:
(изображение вектора силы упругости)
Сила упругости препятствует изменению размеров и формы тела. Силы упругости действуют в любом сечении деформированного тела, и также в месте его контакта с телом, вызывающим деформацию.
Сила упругости перпендикулярна поверхности соприкосновения взаимодействующих тел, а если во взаимодействии участвуют такие тела, как пружины, нити, то силы упругости направлены вдоль их оси.
Силу упругости, действующую на тело со стороны опоры, часто называют реакцией опоры.

 
4. Физкультминутка – 2 мин
Учитель.
(учащимся предлагается встать со своих мест, и, закрепляя виды деформаций, показать с помощью своего тела все 5 видов деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб)

Учитель.
Молодцы! Хорошо у вас получилось!
- Теперь я вам предлагаю побывать в роли учёных – физиков.
(открывается задняя половина доски, там записаны этапы задания)
5. Практическое задание – 10 мин
На штативе закреплена пружина, отмечены: нулевой уровень (точка отсчёта) и конечного положения пружины в состоянии покоя.
Этапы:
- измерить длину пружины в первоначальном положении;
- подвесить к пружине 1, 2, 3, 4, 5 грузиков (постепенно увеличивая численность), масса каждого по 100 г;
- прикрепить стрелку в каждом промежуточном положении пружины;
- измерить длину пружины в каждом промежуточном состоянии пружины;
- найти разности длин пружины.

Заполнить таблицу:

Масса груза, кг Сила тяжести, Н  Удлинение пружины (∆ х),см
0,1 1  
0,2 2  
0,3 3  
0,4 4  



Учитель..
Какая сила компенсирует действующую на груз силу тяжести?
Ученики: Сила упругости.
Учитель. Т.е для груза, находящегося в состоянии покоя:
(запись на доске)
Аналогично можно изучать деформацию сжатия. Но в этом случае разность конечной и начальной длины будет со знаком «минус». И поэтому абсолютное удлинение мы пишем по модулю.
Такие результаты получаются, если деформации являются упругими, т.е. после снятия нагрузки размеры тела полностью восстанавливаются. Деформации бывают и пластическими. Что вы понимаете под пластическими деформациями?
Ученики: Деформации, при которых после снятия нагрузки размеры тела не восстанавливаются, называются пластическими.
Учитель.
по полученным результатам построим график зависимости силы упругости от абсолютного удлинения пружины.
Вывод: модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела.


В этом и заключается ЗАКОН ГУКА. Давайте запишем это в ваши тетради.
Этот закон был открыт англ. учёным Робертом Гуком в 1660 г.
Вы готовили сообщения по биографии Р. Гука. Прошу к доске …

(Дети, доклад по биографии Р. Гука)

Учитель.
Итак, вернёмся к проделанному опыту. Из проделанного опыта мы видим, что тело, подвешенное на пружине, находится в равновесии. А когда тело может находится в равновесии?
Ученики: Тело находится в равновесии, когда результирующая всех сил, действующих на тело равна «0».
Учитель.
Видно, что в данном случае при растяжении пружины сила упругости направлена противоположно перемещению точки, в которой к телу приложена деформирующая сила. Чтобы выразить это математически, закон Гука записывают в виде:
где


k – коэффициент пропорциональности (жёсткость).
Давайте запишем единицу измерения жёсткости в СИ.

Жёсткость тела зависит от формы и размеров, материала, из которого оно изготовлено.
Рисунок 6Ещё одна характеристика любой силы – это её природа. Так сила тяжести, с которой тела притягиваются к земле, имеет гравитационную природу. Какова же природа силы упругости? Мы знаем, что все тела состоят из атомов (молекул). В центре атома находится положительно заряженное ядро. Его окружают отрицательно заряженные электроны. (Рис 6.) Разноимённо заряженные частицы притягиваются, а одноимённо – отталкиваются.
Следовательно, между атомами действуют одновременно и силы притяжения и силы отталкивания. Их результирующая и есть сила взаимодействия между атомами (молекулами). Существует равновесное расстояние между центрами атомов вещества. При деформации сжатия расстояния между молекулами будут уменьшаться (становятся меньше равновесного), и силы отталкивания молекул будут препятствовать сжатию. Ведь если бы этого не было, мы бы могли сжать тело до размеров одной молекулы, что не происходит. При деформации растяжения силы притяжения препятствуют растяжению. В противном случае все тела распались бы на отдельные молекулы (атомы).
Это объясняет поведение тел при деформации, а значит, и природу упругих сил. А значит силы упругости имеют электромагнитную природу. (запишем это в тетрадь).

Учитель.
Т.о.: мы познакомились с понятием деформации, т.е. изменением формы или размеров тела, возникающее в результате действия на них внешних сил. Если после прекращения действия внешних сил размеры и форма тела полностью восстанавливаются, то деформация называется упругой. Если восстановление не полное, то – пластической. Сила упругости возникает в результате деформации тела. Она препятствует силам, вызывающим деформацию тела. Силы упругости имеют электромагнитную природу. При упругих деформациях сжатия – растяжения модуль силы упругости прямо пропорционален изменению длины тела.

6. Закрепление – 6 мин
Учитель: На столах вы видите листки с заданиями. Прошу вас взять себе по листку, подписать его и выполнить задание на этом листке.
Выполнение этого задания так же будет учитываться при выставлении оценок за работу на уроке.
(ученики выполняют данное задание) (Приложение 1)

7. Домашнее задание – 2 мин
Учитель: Наш урок подходит к концу, поэтому открываем свои дневники, открываем и записываем домашнее задание на следующий урок.
Д/з: § 22, карточка.
На ваших столах ещё осталось по одному листку каждому. Это и есть карточка с заданиями на дом. (Приложение 2)
На этом наш урок окончен (ребята встают). До свидания!

ГУК (Hooke), Роберт
18 июля 1635 г. – 3 марта 1703 г.

Английский естествоиспытатель Роберт Гук родился во Фрешуотере, графство Айл-оф-Уайт (остров Уайт) в семье священника местной церкви. В 1653 г. поступил в Крайст-Чёрч-колледж Оксфордского университета, где впоследствии стал ассистентом Р. Бойля. В 1662 г. был назначен куратором экспериментов при только что основанном Королевском обществе; член Лондонского королевского общества с 1663 г. С 1665 г. – профессор Лондонского университета, в 1677-1683 гг. – секретарь Лондонского Королевского общества.

Разносторонний учёный и изобретатель, Гук затронул в своих работах многие разделы естествознания. В 1659 г. построил воздушный насос, совместно с Х. Гюйгенсом установил (около 1660 г.) постоянные точки термометра – таяния льда и кипения воды. Усовершенствовал барометр, зеркальный телескоп, применил зрительную трубу для измерения углов, сконструировал прибор для измерения силы ветра, машину для деления круга и другие приборы.

Большое значение имело открытие Гуком в 1660 г. закона пропорциональности между силой, приложенной к упругому телу, и его деформацией (закон Гука). Гук высказал идею, что все небесные тела тяготеют друг к другу и дал общую картину движения планет. Он предвосхитил закон всемирного тяготения И. Ньютона; в 1679 г. высказал мнение, что если сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния, то планета должна двигаться по эллипсу.

С помощью усовершенствованного им микроскопа Гук наблюдал структуру растений и дал чёткий рисунок, впервые показавший клеточное строение пробки (термин «клетка» был введён Гуком). В своей работе «Микрография» (Micrographia, 1665) он описал клетки бузины, укропа, моркови, привел изображения весьма мелких объектов, таких как глаз мухи, комара и его личинки, детально описал клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха. В этой же работе Гук изложил свою теорию цветов, объяснил окраску тонких слоёв отражением света от их верхней и нижней границ. Гук придерживался волновой теории света и оспаривал корпускулярную; теплоту считал результатом механического движения частиц вещества.

Гук высказывал мысли об изменении земной поверхности, которое, по его мнению, повлекло изменение фауны. Гук считал, что окаменелости – это остатки прежде живших существ, по которым можно воспроизвести историю Земли.

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

 

Приложение 1.

Работа на уроке

Возникновение сил упругости

Возьмите в руки динамометр и растяните его так, чтобы шкала показывала силу 1 Н.
Что чувствует ваша рука? _____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________

Приложите к динамометру силу 2 Н. Что вы при этом чувствуете? __________________________________________
___________________________________________________________________________________________________

Теперь приложите к динамометру силу 3 Н. Что теперь чувствует ваша рука? ________________________________
___________________________________________________________________________________________________

Сделайте вывод  :____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________

 

Приложение 2.

Работа дома

Сила упругости. Закон Гука.

1. Прочитайте § 22 учебника
2. Выучите главные выводы в конце § 22 учебника.
3. Ответьте на вопросы 1 – 7 к параграфу.
4. Допишите предложения:

Силой упругости называют ____________________________________________________
____________________________________________________________________________
Деформация – это ____________________________________________________________
____________________________________________________________________________

Силу упругости определяют по формуле ________________________________________
____________________________________________________________________________

Закон Гука гласит :__________________________________________________________
____________________________________________________________________________

5. Проделайте опыт «Деформация тел при взаимодействии»
Оборудование: ластик.

Возьмите ластик, проведите на нём три параллельные прямые вдоль боковой стороны и изогните его.

Что происходит с верхней частью ластика, где прочерчена верхняя прямая?
____________________________________________________________________________

Что происходит с нижней частью ластика, где прочерчена нижняя прямая?
____________________________________________________________________________

Какой вид деформации вы наблюдали? __________________________________________
____________________________________________________________________________

Copyright © 2005-2016 СШ №7 г. Бреста. Республика Беларусь. Волинская Н.И.

К началу страницы