Сила упругости. Закон Гука

Цели урока.

Образовательные: сформировать знания по понятиям “деформация, сила упругости”, как физического явления; научить различать виды деформации, приводить примеры разных деформаций, подвести к выводу закона Гука, сформулировать закон Гука, ввести математическую запись закона Гука и выводов из неё.

Воспитательные: создать условия для развития стремления к познанию; развивать умение выслушивать товарища, усидчивость, бережного отношения, гордости за русского богатыря, патриотизма, находчивости.

Развивающие: развивать умение выделять главное, логически излагать мысли, делать выводы, анализировать, высказывать гипотезы, развивать смекалку и сообразительность.

Литература.

1. Громов С.В., Родина Н.А. Физика 7: изд. 3-е.- М.: Просвещение, 2001.
2. Камин А.Л. Физика. Развивающее обучение. Книга для учителей. 7-й класс. – Ростов н/Д: изд-во “Феникс”, 2003.
3. Усова А.В. Методика преподавания физики в 7–8-х классах средней школы: Пособие для учителя. Изд. 4-е, перераб. – М.: Просвещение, 1990.

Оборудование: две пружины разной жёсткости (100 Н/м и меньше), подвешенные на штативах со шкалой для определения удлинения, набор грузов весом в 1 Н, упругая доска на опорах, гиря, воздушный шарик, пластилин, прибор для демонстрации деформации, компьютер для демонстрации презентации. (Приложение 1)

ХОД УРОКА

І. Организационный момент.

ІІ. Проверка домашнего задания.

Тест по материалу прошлого урока “Равнодействующая сила”. 2–3 мин. Каждому ученику выдаётся карточка с тестом.

1. На брусок действуют две силы, приложенные, F₂ F₁ как показано на рисунке.

F₁ = 20 H, F₂ = 15 H. Чему равна равнодействующая сила?

1. 35 Н
2. 5 Н
3. 15 Н
4. 20 Н.

2. Чему равна равнодействующая двух сил, 2 Н 4 Н приложенных к телу в точке А.

1. 4 Н
2. 2 Н
3. 6 Н
4. 8 Н

3. На тело вдоль одной прямой действуют силы равные 4 Н и 4 Н. Какой может быть равнодействующая этих сил?

1. 4 Н
2. 16 Н
3. 0 Н
4. Верного ответа нет.

ІІІ. Актуализация знаний.

1. Какие силы мы знаем?
2. Что такое сила тяжести? Приведите примеры, когда на тело действует сила тяжести. По какой формуле она находится?
3. В каких единицах измеряется сила?
4. Когда тяжеловес поднимает штангу, какие силы действуют на штангу? Что можно сказать о силе тяжеловеса, если он удерживает штангу?

ІV. Изучение нового материала.

Учитель. Как-то раз в дремучем лесу то ли в Черниговском, то ли в Шервудском на берегу реки то ли Темзы, то ли Смородинки, задумали хитроумный русский богатырь Алёша Попович и благородный английский разбойник Робин Гуд силами помериться. (Приложение 2)

Робин Гуд поднял 3 огромных валуна, но не справился с 4 такими же. И Алёша Попович те же 3 валуна поднял, но 4 и ему не покорились.

1. Какой силой они мерились, и помериться не смогли?
2. Значит ли это, что силы Робин Гуда и Алёши Поповича одинаковые?
3. Можно ли выяснить, кто из них всё-таки сильнее?
4. Как быть если камешков поменьше поблизости не было, но на плече у Робин Гуда висел лук и была у него одна стрела последняя? (Ребята предлагают узнать, кто дальше стрелу метнёт, или помериться им в меткости)
5. Как в меткости? Много преград – лес дремучий, да и стрела одна всего.

Посмотрел тогда Алёша Попович на Робин Гуда и промолвил: “Добру молодцу, что камни поднимать, что лук растягивать – одни и те же руки надобны”. И решили они помериться, кто сильнее лук растянет.

- Ребята, а сила, которой решили помериться Алёша Попович и Робин Гуд является силой тяжести?

- Приведите примеры, где проявляется такая же сила (при натягивании тетивы лука, растягивании резинки, у пружины).

- Итак какие силы действуют на груз, подвешенный на пружине? (Слайд 1)

- Когда тело на пружине покоится, что можно сказать об этих силах? (Сила тяжести равна другой силе).

- А давайте посмотрим, как растягивают одинаковые силы разные пружины. (К двум пружинам различной жёсткости, прикреплённым к штативам, подвешивается по одинаковому грузу).

- А почему пружины по-разному изменяют свою длину?

(Одна пружина более упругая – прочная).

- Так как же новую силу можно назвать? (Сила упругости)

Итак, ребята откройте тетради и запишите число и тему урока “Сила упругости. Закон Гука”.

Сегодня на уроке мы поподробнее познакомимся с ещё одной силой – силой упругости и законом, определяющим, от чего она зависит – законом Гука.

- Что происходит с размерами и формой тел во всех случаях. Когда появляется сила упругости?

В физике такое изменение формы и размеров тел под действием внешней силы называется деформацией, что в переводе с латинского “искажение”, а саму силу, возникающую в результате деформации – силой упругости.

- Действует ли сила упругости на цилиндр? (Слайд 3). (Да, т.к. опора деформировалась, а значит, появилась сила, препятствующая деформации. Эта сила направлена в сторону восстановления прежних форм и размеров тела, т.е. противоположно деформации. (Слайд 4).

- А теперь действует ли сила упругости на гирю? (Слайд 5). Деформацию стола мы не видим, но она всё равно есть, поэтому на тело действует сила упругости, которая не даёт телу упасть. В этом случае силу упругости называют силой реакции опоры и обозначают буквой N. (Слайд 6).

- Приведите примеры появления силы реакции опоры.

- Итак, сила упругости возникает в результате деформации. Какие же виды деформации бывают. (Учитель демонстрирует с помощью прибора для демонстрации деформации разные виды деформации и записывает на доску, а ученики называют и записывают в тетрадь).

Виды деформации: (Слайд 7)

1. Растяжение.
2. Сжатие.
3. Кручение.
4. Сдвиг.
5. Изгиб.

Что происходит с деформацией, когда мы убираем внешнее воздействие? (Исчезает)

Деформации, при которых сила упругости возвращает тело в первоначальное состояние, называют упругими.

- А где применяются в жизни упругие деформации?

Кстати в скелете всех живых организмов нет ни одной части, на которую не действовала бы сила упругости. Наши организмы приспособлены к действию силы тяжести и возникающей вследствие этого силы упругости. Вот такая нужная и полезная упругая деформация.

Учитель нажимает пальцем на надутый воздушный шарик. Итак, это какая деформация?

Учитель нажимает пальцем на пластилин. А это такая же деформация?

- А как её можно назвать?

Такую деформацию называют пластической.

- Несла я праздничный торт и нечаянно задела его. Какая здесь деформация?

- Можно назвать пластическую деформацию бесполезной, вредной?

- Приведите примеры пластических деформаций.

- А может, кому-то из вас хирург гипс накладывал? Гипс – это пластический материал, хирург придаёт ему форму руки или ноги, застывая гипс, не меняет свою форму и хирург уверен – кость не сместится – срастётся. Точно так же скульптор выполняет свои творения из глины или гипса, и она не меняет своей формы, если конечно бережно относиться к произведениям искусства.

Вопрос, касающийся силы упругости очень тщательно изучал соотечественник нашего героя Робин Гуда – английский естествоиспытатель Роберт Гук более 300 лет назад. Давайте и мы опытно попробуем установить, от чего зависит сила упругости. (Слайд 8–11)

Для проведения эксперимента вызывается ученик.

1. Подвесим к пружине (специально выбирается пружина жёсткостью 100 Н/м) груз создающий силу 1 Н. Что произошло с пружиной? Обозначим удлинение х и занесём измерения в таблицу. (Таблица заготовлена на доске)

F	1 H	2 H	3 H
x

2. Увеличим силу в 2 раза – 2 груза. Каково теперь изменение длины? Что произошло?

3. Увеличим силу в 3 раза. Какое теперь удлинение? Что можно о нём сказать?

- Что за зависимость, при которой одна величина увеличивается в несколько раз и другая, зависящая от неё, также увеличивается во столько же раз? (Слайд 12)

Математически эту зависимость можно записать так: F = kx, где k – коэффициент жёсткости пружины, зависящий от формы, размеров и материала, x – изменение длины – удлинение.

Именно эту зависимость в 1660 г. установил Р.Гук и сформулировал своё открытие так: “Каково удлинение, такова и сила”. Поэтому формулировку – сила упругости, возникающая при растяжении или сжатии пропорциональна его удлинению – называют законом Гука. (Слайд 13)

- В эту формулу входят три величины и из неё можно выразить k и x. Выразите, что у вас получилось? Учитель выписывает формулы на доску, а ученики в тетрадь.

V. Закрепление.

- Давайте мы вернёмся к нашим героям. Теперь мы можем сказать: “Кто хоть раз стрелял из лука, тот знаком с законом Гука”.

- Какой же силой они решили мериться?

- Когда она возникает?

- Кто же сильнее, если Робин Гуд наложил на лук стрелу калёную, натянул тетиву – острие стрелы на 15 см попятилось. Взялся за тот же лек Алёша Попович – попятилось острие стрелы на 20 см. И почему?

Задача 1. Ученик вызывается к доске и оформляет задачу. (Слайд 14)

Давайте вычислим какой силой обладал Робин Гуд, если коэффициент жесткости тетивы 10 000 Н/м.

Задача 2. А теперь сами вычислите, какой силой обладал Алёша Попович. Проверьте своё решение с решением соседа. (Слайд 15)

Расчёты подтвердили, что сильнее Алёша Попович?

Задача 3. Давайте рассчитаем коэффициент жесткости пружины из нашего эксперимента. Данные возьмем из таблицы. (Слайд 16)

Задача 4. А теперь выясните, на какую длину растянет эту пружину Алёша Попович. Силу его мы знаем. (Слайд 17)

Задача 5. № 50 из учебника. (Слайд 18)

В связи с изучением закона Гука интересен такой случай во время Великой Отечественной Войны. При отражении одной из контратак был подбит немецкий бронетранспортёр и наши бойцы нашли в нём 60 резиновых жгутов. Принесли их в командный пункт и сообразили сделать из них такое оружие. Вырезали из берёзовых прутьев рогатки, только в них заправляли не камни, а гранату – лимонку, которая летела примерно на 150 м. (Хороший гранатомётчик – 45 м). Было изготовлено 52 рогатки. Во время наступления гитлеровцев на них полетели 52 гранаты. Фашисты переполошились, а наши солдаты пошли в контратаку и отбросили противника. Этот пример говорит о том, что в жесткой борьбе с врагами нужны были наряду с храбростью знания, умелое и своевременное их использование, проявление находчивости и изобретательности.

VІ. Итог урока.

Оценки.

Домашнее задание: читать и отвечать на вопросы § 14, решить № 47–49. (Слайд 19)