Исследование силы упругости

Разделы: Физика

Цель: Изучение причин возникновения силы упругости, выяснение природы силы упругости.

Задачи урока:

Дидактические:
  1. Постановка цели физического эксперимента.
  2. Отработка навыков работы с физическими приборами.
  3. Отработка навыков построения предположений и гипотез и подтверждение их опытным путем.
  4. Отработка учащимися умений самостоятельно делать выводы исходя из полученных результатов.

Развивающие:
  1. Развитие речевых навыков, умения говорить монологом.
  2. Развитие способностей учащихся к анализу и синтезу.
  3. Развитие теоретического мышления.

Воспитательные:
  1. Развитие умений работать в группе, развитие сотрудничества.
  2. Воспитание умения выслушивать товарища, уважать мнение оппонента.
  3. Воспитание уважения к историческому пути познания и науке древних мыслителей.

Оборудование:
  • микролаборатория (на столах);
  • видео;
  • плакат.

План урока:
  1. Организационный момент. Расшифровка названия темы. (4 мин)
  2. Определение учениками цели и задач своей деятельности. (2мин)
  3. Корректировка цели и задач учителем. Представление Р.Гука. (3 мин)
  4. Работа в группах. (5 мин)
  5. Предположения ребят, полученные из опытов. (12 мин)
  6. Резюме опытов. (5 мин)
  7. Происхождение силы упругости. (3 мин)
  8. Закрепление. (3 мин)
  9. Утверждение пути исследования по плакату. (2 мин)
  10. Итоги урока. (1 мин)

Ход урока.

1. Учитель:

Наш урок я хочу начать со стихотворения Тургенева И.С.:

В моей душе тревожное волненье,
Напрасно вопрошал природу взором я.
Она молчит – в глубоком усыпленьи –
И грустно стало мне, что ни одно творенье,
Не в силах знать о тайнах бытия.

Одну из тайн природы вам предстоит сегодня раскрыть на уроке.

Человек размышляющий – это всегда человек сомневающийся. Не сомневается лишь тот, кто ничего не хочет знать, ни о чем не задумывается. А путь познания сложен: от наблюдений и фактов мы должны прийти к подтверждающему эксперименту, а построением гипотез мы должны прийти к теории (законам) (Приложение 1). Удачи вам! Дерзайте!

Тема нашего сегодняшнего урока представлена на доске в виде вопросов, вам нужно правильно угадать слово и выбрать нужную букву. Из этих букв по вертикали и обозначится слово:

(Приложение 2)

Вопросы:

  1. Длина траектории (вторая буква).
  2. Что падает последним в трубке Ньютона, наполненной воздухом? (первая буква)
  3. Зависимость величины, выраженная с помощью координатных осей (четвертая буква).
  4. Естественный спутник Земли (вторая буква).
  5. Единица массы (пятая буква).
  6. Отрезок-стрелка (пятая буква).
  7. Прямая со стрелкой, на которой отмечаются координаты (первая буква).
  8. Основное физическое понятие, которое бывает большим и маленьким, а также человеческим (первая буква).
  9. Величина, которая записывается в вертикальных скобках (шестая буква).

2.3. Учитель: Молодцы! Вот вы и разгадали имя нашей тайны - упругость.

Как вы считаете, какие задачи мы должны поставить перед собой, что сделать, чтобы как можно больше узнать об упругости?

Ученики сами определяют задачи своей деятельности.

Примерные варианты ответа детей:

  1. Свои жизненные наблюдения и опыты попробовать подтвердить с помощью того оборудования, которое стоит у нас на столах,
  2. Поработать с оборудованием, которое стоит у нас на столе и выяснить, что является причиной возникновения упругости,
  3. Мы еще из 7 класса знаем, что сила упругости существует, но возможно с помощью сегодняшних экспериментов мы узнаем что-нибудь новое.
  4. Нужно попытаться объяснить то, что мы увидим из опытов,
  5. Нужно выделить общее из всех опытов, которые мы проделаем и увидим, а также сделать выводы.

Учитель: Хорошо. Вы абсолютно правильно представляете свои задачи и цели. Вы верно заметили, что тема нашего урока – это сила упругости. А вот чем любопытна эта сила? Каковы условия ее возникновения?

А сейчас я попрошу вас развернуться друг к другу и за 5 мин, используя то оборудование, что стоит на ваших столах, выполнить предложенное вам задание. По истечении отведенного времени представитель каждой группы по очереди выходит к столу и демонстрирует то, что обнаружила группа, все поясняя. Наблюдать за экспериментом буду я и наш уважаемый гость-эксперт, член Лондонского Королевского Общества и его секретарь. Учился в Оксфорде, где в возрасте 30 лет стал профессором. Встречайте, Роберт Гук!

( Входит ученик 11 класса в парике и черном плаще, приветствуя собравшихся по-английски и по-русски)

Оборудование групп и задания группам:

Группа А: динамометр и набор грузов, губка.

Задание:

  1. Доказать, что сила упругости прямо пропорциональна смещению,
  2. Что стремится сделать сила упругости с телом?
  3. Куда направлена сила упругости?

Группа Б: кусок фанеры, гиря, два железных шарика.

Задание:

  1. В какой момент возникает сила упругости?
  2. Где возникают силы упругости? У каких тел?

Группа В: две одинаковых тележки, мягкая пружина, груз.

Задание:

  1. У скольких взаимодействующих тел возникает сила упругости?
  2. Доказать, что сила упругости прямо пропорциональна смещению и противоположна ему по знаку.
  3. Как влияет на опыт то, что пружина может быть изготовлена из разных сортов металла?

Группа Г: резиновый шнур, модель твердого тела.

Задание:

  1. Когда возникает сила упругости?
  2. Как направлена сила упругости?
  3. Всегда ли одинакова по модулю сила упругости?

Группа Д: груз на нити, мягкий мячик.

Задание:

  1. Возникает ли сила упругости в подвесе?
  2. Условия возникновения силы упругости?

4. 5. Что могут обнаружить группы?

Общее: Сила упругости возникает при деформации. Сила упругости направлена в сторону, противоположную смещению частиц.

А) Сила упругости прямо пропорциональна смещению частиц тела при деформации и направлена в сторону противоположную смещению частиц.

Сила упругости стремится вернуть телу исходное положение.

Сила упругости направлена вдоль оси пружины.

Б) Сила упругости, возникающая в фанере, выпрямляет ее.

Сила упругости возникает внутри деформированного тела.

Сила упругости возникает у взаимодействующих тел.

В) Сила упругости возникает сразу у двух взаимодействующих тел.

Сила упругости прямо пропорциональна смещению и направлена в сторону противоположную ему.

Сила упругости, возникающая в пружине, зависит от рода вещества, из которого изготовлена пружина, следовательно, существует некая математическая зависимость силы упругости от рода вещества.

Г) Сила упругости возникает при растяжении и сжатии, причем одна часть тела смещается относительно другой в противоположную сторону.

Направлена сила упругости всегда в сторону, противоположную смещению.

Числовое значение силы упругости зависит от того насколько сильно растянуто тело.

Д) Сила упругости, возникающая в подвесе, уравновешивает силу тяжести.

Сила упругости возникает при изменении формы или объема тела.

6. Учитель: Молодцы! Я вижу, что вы внимательно слушали своих товарищей и делали дополнения по ходу обобщения своего эксперимента. Во всех ваших гипотезах и предположениях есть зерно истины. А теперь слово для резюме нашему эксперту!

Р. Гук: Мне очень понравилось, что вы, пытливые умы, увидели самое главное – причинно-следственную связь. Посмотрите на плакат и запишите в тетрадь то, что там написано:

Относительность перемещения частиц (причина) -> деформация -> сила упругости (следствие).

А теперь запишем главное, что вы обнаружили в своих опытах:

Сила упругости:

  • возникает при деформации (изменение формы или объема тела),
  • одновременно у двух тел,
  • перпендикулярна поверхности или направлена вдоль оси,
  • противоположна по направлению смещению,
  • при упругих деформациях выполняется закон Гука: F упр~ - x.

Итак, ваши наблюдения -> эксперименты -> гипотезы , привели нас к замечательному закону, широко используемому в технике – закону Гука:

( F упр )x= - kx, где k – коэффициент упругости или жесткость.

Сила упругости, возникающая при деформации тела ~ удлинению тела и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации.

Сила – величина векторная, ее запись в законе Гука дана в проекции на ось X.

Учитель: Благодарим вас, уважаемый, присаживайтесь, пожалуйста.

7. Учитель: Все хорошо. Но все же полный ответ на вопрос «почему?» еще не получен. Почему возникает сила упругости? Природа этой силы, ее происхождение? Это еще тайна.

Опыт с резиновым шнуром.

Почему? Почему возникает сила упругости?

Ваши гипотезы, ребята?

Предполагаемые ответы детей:

  • Это же молекулы!
  • Точно, при сближении молекулы отталкиваются, а при увеличении расстояния между ними – молекулы притягиваются, это же 7 класс!
  • А может дело не в самих молекулах, а в их внутреннем строении. Ведь в атомах есть положительные ядра и отрицательные электроны. Одноименные заряды – отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Вы абсолютно правы. Сила упругости имеет электромагнитную природу. Ведь вокруг движущихся заряженных электронов возникают магнитные поля!

8. Учитель: Вы сегодня очень хорошо поработали, теперь давайте закрепим ваши исследования и выясним, как вы разобрались с темой урока.

ОК (опорный конспект) на доске:

Где тело сжато, растянуто, недеформировано?

Показ фрагмента из видеофильма «Сила упругости» для закрепления темы.

9. Р. Гук: Молодцы, ребята! Вы сегодня раскрыли тайну под названием «Сила упругости». Пусть ваш путь восхождения к знаниям и свету будет таким же удачным как сегодня. Я рад, что у меня такие последователи.

Давайте запишем в тетрадь цепочку исследований с нашего плаката:

« Наблюдения → эксперимент → гипотезы → теория (законы)» Благодарю вас!

Учитель: А я хочу выразить свою признательность словами Эйнштейна:

«Самое прекрасное и глубокое из доступных нам чувств – это ощущение тайны, ибо в нем источник истинной науки».

10. Итог урока:

Д / з : § 26, 27, Р. № 156.

Сообщение на следующий урок о Р. Гуке.

Ответственные за группы подойдут ко мне и выставят оценки за работу на уроке.

Спасибо за урок! Все!