Сила упругости. Закон Гука - ДВИЖЕНИЕ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ

ЦЕЛЬ

Учащиеся должны усвоить, что:

♦ упругая деформация — деформация, которая исчезает после прекращения внешнего воздействия на тело;

♦ пластическая деформация — деформация, которая не исчезает после прекращения внешнего воздействия;

♦ удлинение тела — физическая величина, описывающая изменение размеров тела и равная разности длины растянутого или сжатого тела и первоначальной длины этого тела: x = l – l₀;

♦ сила упругости тела при его растяжении или сжатии прямо пропорциональна удлинению этого тела: F_ynp = kx (k — жесткость тела);

♦ жесткость тела — физическая величина, показывающая, какова сила упругости тела при его сжатии или растяжении на 1 м, и равная отношению силы упругости тела при определенном удлинении к этому удлинению.

Учащиеся должны научиться:

♦ «устанавливать» закон Гука;

♦ находить значение F_ynp в конкретных ситуациях;

♦ измерять силу упругости.

ВИД ДОСКИ

Виды деформаций. Закон Гука

ФАКТ Деформации различаются

ПЗ 18. Какими бывают деформации тел?

изгиб сжатие растяжение

ФАКТ Растяжение и сжатие тела могут быть больше или меньше,

ПЗ 19. Ввести физическую величину для описания растяжения и сжатия

НАЗВАНИЕ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ Удлинение — это...

ФАКТ Упругое взаимодействие используется человеком в различных устройствах.

ПЗ 20. Составить формулу, связывающую силу упругости и удлинение тела

ИДЕЯ растягивать тело, изменять х, измерить х и F_упр составить формулу

ЭКСПЕРИМЕНТ

Fупр, Н	0
х, см	0

ГРАФИК

ЭУ

ФОРМУЛА для пружины № 1

k = …………………..

F_упр = ...(Н/см)х

№	Деформируемое тело	Форма графика	Формула
1	Пружина № 2	Прямая
2	Синяя изолента	Кривая	-
3	Черная изолента	Кривая	-
4	Резинка № 1	Прямая
5	Резинка № 2	Прямая
6	Резинка № 3	Прямая
7	Оплетка проводов	Прямая

Общая формула F_упр = kx

ОТВЕТ ...прямо пропорциональна...

НАЗВАНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ Жесткость тела — это...

Единица — 1 Н/м.

Упругие деформации — это...

Д/з. § 14

СЦЕНАРИЙ

Этап актуализации знаний

П. Назовите виды механических взаимодействий. Что вы знаете об упругом взаимодействии? (Организует ответы учащихся по модели упругого взаимодействия.)

Мотивационный этап

П. Назовите деформируемое тело и причину деформации. (Демонстрирует растяжение резинки под действием подвешенного груза. Выслушивает ответы учащихся. Демонстрирует изгиб растянутой резинки рукой. Выслушивает ответы учащихся.) В обоих случаях деформируется резинка. Одинакова ли ее деформация?

У. Нет, в первом случае она растянулась, а во втором изогнулась.

П. Любое тело можно деформировать. Деформации различаются.

Этап «создания» нового знания

П. Запишите познавательную задачу 18: Какими бывают деформации тел?

Предложите способ решения этой задачи.

У. Нужно подобрать конкретные случаи деформации тел, выяснить, как изменилась их форма, выделить общие признаки в различных ситуациях.

П. (Фиксирует метод решения в виде шапки таблицы.) Предлагаю рассмотреть три известных случая. Рейка прогнулась под тяжестью груза, резинка растянута, пружина сжата. Опишите тела в начальном и конечном состояниях. У вас — 2 мин.

У1. Рейка была прямая, стала изогнутая.

У2. Резинка была одной длины, стала длиннее.

У3. Пружина была одной длины, и было одно расстояние между витками, длина пружины уменьшилась, и расстояние между витками стало меньше.

П. На какие группы можно разбить эти случаи.

У. Ситуации, когда меняется длина тела, и ситуации, когда тело изгибается.

П. Эти виды деформаций имеют свои названия: изгиб и растяжение (сжатие). (Записывает.) Рассмотрим более подробно деформацию растяжения и сжатия.

Что общего и чем различаются следующие ситуации. (Демонстрирует растяжение пружины с разным удлинением.)

У. В обоих случаях происходит растяжение пружины, но изменение длины разное.

П. Растяжение и сжатие тела могут быть больше или меньше. Запишите познавательную задачу 19: Ввести физическую величину для описания растяжения и сжатия.

(Изображает модель растяжения и сжатия тела.) Предложите способ оценки изменения длины тел.

У. Чтобы найти, на сколько изменилась длина тела, нужно из конечной длины вычесть начальную.

П. Что еще нужно сделать для введения физической величины?

У. Ее нужно обозначить и дать название.

П. Эту величину принято называть удлинением тела. Если тело растягивают, то удлинение имеет положительное значение. Если тело сжимают, то значение удлинения отрицательное. Обозначают удлинение буквой х. Запишите определительную формулу. Что еще нужно сделать для введения величины?

У. Установить ее единицу измерения. Единица удлинения в СИ — 1 м.

П. Составьте определение удлинения тела. (Организует обсуждение и запись определения.)

Этап актуализации знаний

П. В таблице (см. «Вид доски») приведены значения независимой переменной х и функции у. Составьте формулу, связывающую эти величины.

У. у = 2х.

П. Как называют такую зависимость? Какая из формул является общей формулой такой зависимости?

У. Прямая пропорциональность: у = kх.

П. Какой из графиков описывает прямую пропорциональность.

У. График в виде прямой, проходящей через начало координат.

П. Изобразите силы, действующие на подвешенный груз, и запишите соотношение между ними. (Организует ответ.) Вспомните формулу силы тяжести. (Организует запись формулы.)

Мотивационный этап

П. Упругое взаимодействие тел не только широко представлено в природе, но и используется человеком в различных устройствах. Например, для закрывания дверей используют пружины. Если пружина очень сильная, то дверь трудно открыть, а закрывается она очень быстро и может травмировать человека. Слабая пружина не закроет дверь до конца. Дверная пружина должна обладать определенными свойствами, ее сила упругости должна быть соизмерима с силой человека. Приведите примеры использования деформированных тел, упругого взаимодействия для решения практических задач. (Выслушивает примеры учащихся.) Что нужно знать о силе упругости, чтобы в конкретной ситуации подобрать правильно пружину или другое деформируемое тело?'

У. Нужно знать формулу для расчета силы упругости.

П. Нужна формула, связывающая силу упругости с другими величинами: Какими? От каких величин зависит сила упругости?

У. Опыт показан, что при растяжении и сжатии сила упругости тела зависит от его удлинения.

Этап «создания» нового знания

П. Запишите познавательную задачу 20: Составить формулу, связывающую силу упругости и удлинение теш.

Как решить эту задачу?

У. Нужно провести эксперимент и получить значения силы упругости при разных удлинениях тела, записать числовые данные в таблицу и по ним составить формулу.

П. (Фиксирует метод решения) Нужно растягивать или сжимать какое-то тело. Как это можно сделать?

У. Можно растягивать рукой или подвесить груз.

П. (Изображает.) Как изменять удлинение тела?

У. Нужно подвешивать грузы разной массы.

П. Как измерить удлинение? Изобразите на схеме.

У. (Изображает линейку.) Нужно прикрепить рядом с телом линейку, а к телу прикрепить указатель.

П. Как измерить силу упругости?

У. Сила упругости тела равна силе тяжести груза, а сила тяжести равна произведению массы на ускорение свободного падения, т. е. F_упp = mg.

П. (Записывает) Мы установили, какой должна быть экспериментальная установка. Сделанный рисунок (см. «Вид доски») — это образ экспериментальной установки. Такой рисунок называют принципиальной схемой установки. (Записывает) Доя исследовании нам нужна реальная установка. Что будем делать дальше?

У. Нужно взять приборы: пружину или резинку, линейку, грузы, штатив и собрать из них саму установку по схеме.

П. (Собирает экспериментальную установку.) Установка собрана. Что дальше?

У. Нужно провести опыт.

П. Как? Что делать? (Выслушивает учащихся.) Составьте план проведения опыта. У вас — 2 мин.

У. Подвесить груз массой 200 г, измерить удлинение, записать, подвесить груз массой 400 г, измерить удлинение, и т. д.

П. Куда будем записывать данные?

У. В таблицу. В первый столбец удлинение пружины, во второй — силу упругости.

П. (Изображает таблицу — см. «Вид доски».) Поскольку уже ясно, какие грузы будем использовать, можно заранее записать значения силы упругости. Для груза массой 200 г сила упругости равна 2 Н. Запишите значения силы упругости для грузов 400, 600, 800 г. (Организует проверку.) Я проведу опыт, а вы запишите данные.

Внимание! Начинаем эксперимент. (Проводит опыт.) Какие результаты получились? Записывает значения удлинения пружины в таблицу. Составьте формулу по полученным данным.

(Учащиеся затрудняются ответить.)

Дня составления формулы построим график зависимости силы упругости пружины от ее удлинения. (Демонстрирует построение координатной плоскости, выбор масштаба, нанесшие экспериментальных точек — см. «Вид доски».) Соединим точки плавной линией. Эта линия близка к прямой. Проведем прямую между точками. (Проводит.) Чтобы составить формулу, выберем одну точку на прямой, рассчитаем коэффициент k. (Проводит расчет и получает значение в Н/см.) Для исследованной пружины формула получится такой. (Записывает формулу с числовым коэффициентам.) Теперь нужно исследовать другие тела. На ваших столах, находятся разные тела: резинки разною длины, изоляционная лента черная и синяя, пружины, которые можно сжимать. Возьмите рабочие листы. Вам предстоит исследовать растяжение или сжатие одного тела аналогично тому, как было показано сейчас. Результаты работы будете записывать в рабочий лист. По окончании работы запишите в общую таблицу на доске составленную вами формулу. Сейчас соберите установку и покажите мне. (Организует лабораторное исследование.) Что получилось?

У. Мы не смогли составить формулу, так как график — не прямая линия, т.е. зависимость силы упругости изоленты от удлинения не является прямой пропорциональностью.

П. Для некоторых тел при растяжении или сжатии сила упругости прямо пропорциональна удлинению. Вы составили несколько формул с числовыми коэффициентами. Запишите общую формулу.

У. F_упр = kх.

П. Что за величина коэффициент к, чьи свойства он описывает?

У. Коэффициент к имеет разные значения для разных тел, значит, описывает свойство тел.

П. Какую информацию о теле дает его значение, например 2 Н/см?

У. Значит, при растяжении (или сжатии) этого тела на 1 см сила упругости будет равна 2 Н. Сила упругости другого тела при таком же удлинении будет другой.

П. Такое свойство называют жесткостью. Если пружина или резинка трудно растягивается, то говорят, что она жесткая. Этот коэффициент называют жесткостью тела. (Записывает.) Его единица в СИ — 1 Н/м. Сформулируйте ответ на познавательную задачу.

У. Сила упругости тела при его растяжении (или сжатии) равна произведению жесткости тела на удлинение этого тела.

П. Эту формулу называют законом Гука. (Записывает.) Почему такое название, вы прочтете в учебнике. Запишите формулировку закона Гука. (Диктует формулировку.) Составьте определение жесткости тела. (Организует обсуждение и запись определения.)

Мы установили, что не для всех тел сила упругости пропорциональна удлинению тела. Сравним деформацию пружины и изоленты. Пружина после снятия грузов имеет первоначальную длину, а длина изоленты стала больше первоначальной. Есть деформации, которые исчезают после снятия внешнего воздействия. Их называют упругими. Могут быть деформации, которые не исчезают после снятия внешнего воздействия. Их называют пластическими. В нашем случае деформации пружин, резинок — упругие, а изолент — пластические. (Подписывает.) Закон Гука справедлив для упругих деформаций. (Организует подведение итога урока и запись темы.)

ДИДАКТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

1. Демонстрационный опыт по установлению закона Гука.

2. Лабораторные опыты по исследованию зависимости силы упругости от удлинения: 1) пружины от баллистического пистолета; 2) полоски изоленты синего и черного цветов длиной ~ 30 см; 3) бельевой резинки длиной ~ 30 см; 4) бельевой резинки длиной ~ 20 см; 5) шляпной резинки длиной ~ 30 см; 6) полоски поли- хлорвиниловой оплетки электрического провода длиной ~ 70 см.

3. Рабочие листы:

Исследование зависимости силы упругости ……………………. от удлинения

Оборудование: ______________­__________________

Экспериментальные данны.

Fупр, Н	0
х, см	0

График

Формула

k = …………………..

F_упр = ...(Н/см)х