Урок по физике для 10 класса «Исследование упругих свойств твердых тел при малых деформациях»

Тема урока: «Исследование упругих свойств твердых тел при малых деформациях»

Цель урока: исследовать зависимость модуля Юнга и коэффициента жесткости резины от геометрических размеров образца.

Задачи урока:

(образовательные)

1. создание условий для развития и самореализации учащихся;

2. создать условия для получения учащимися вывода о независимости модуля Юнга и зависимости коэффициента жесткости тела от геометрических размеров и формы тела;

3. экспериментально убедиться в необходимости учета границ применимости закона Гука;

4. создать условия для получения учащимися вывода о необходимости точных математических расчетов при проектировании механических систем.

(воспитательные)

1. показать необходимость пополнять свои знания на протяжении всей жизни.

(развивающие)

2. формирование компетентности в решении жизненных задач технического, прикладного характера.

Оборудование и ТСО: проекционный экран, мультимедиапроектор, компьютер, оборудование для эксперимента (штатив, образец для исследования, грузик массой 100 г, линейка, штангенциркуль), опорные конспекты - техническое задание.

Ход урока:

1 этап урока: осознание проблемы и необходимости ее решить.

Сегодня мы продолжим разговор об упругих свойствах твердых тел и о их применении на практике.

На прошлых уроках мы говорили о том, что еще в неолите наши предки изобрели первое дальнобойное оружие - лук и стрелы, используя упругость изогнутой ветки дерева; потом катапульты и баллисты, построенные для метания больших камней, использовали упругость канатов, свитых из растительных волокон или даже из женских длинных волос.

Разрешите начать урок с небольшого видеоролика - «Дальнобойные орудия» (youtube.com/watch?v=jKMUymWy_Uw). При просмотре фильма подумайте над вопросом:

Что нужно знать об упругих свойствах материала, чтобы эффективнее его использовать?

ВИДЕО: (2 мин) (youtube.com/watch?v=jKMUymWy_Uw)

Рассмотренные примеры доказывают, что проявление упругих свойств было давно известно и давно использовалось людьми.

Но понимание того, что любое твердое тело под действием даже небольших нагрузок обязательно деформируется, хотя и на очень малую величину, впервые появилось в 1660 у Роберта Гука, современника и коллеги великого Ньютона.

1 слайд

Гук был выдающимся ученым, инженером и архитектором. В 1676 он сформулировал свое открытие очень кратко, в виде латинского афоризма: смысл которого состоит в том, что «какова сила, таково и удлинение».

Вероятно, в это время Гук уже понимал, что упругость - универсальное свойство твердых тел, но считал необходимым подтвердить свою уверенность экспериментально.

И уже в 1678 вышла книга Гука, посвященная упругости, где описывались опыты, из которых следует, что упругость есть свойство «металлов, дерева, каменных пород, кирпича, волос, рога, шелка, кости, мышцы, стекла и т.п.»

Вопрос: Что нужно знать об упругих свойствах материала, чтобы эффективнее его использовать?

2 слайд

Предлагаю Вам сейчас пройти по пути Роберта Гука и провести эксперименты по исследованию двух физических величин:

- модуля упругости (т.е. модуля Юнга)

- коэффициента жесткости

Как вы считаете:

• Какое оборудование Вам понадобиться?

• Какие физические величины мы должны измерить в работе?

• Все ли упругие образцы должны быть одинаковы? Чем они должны отличаться?

3 слайд

• Какими измерительными инструментами нужно будет пользоваться в работе?

• Одинакова ли будет точность измерений линейкой, штангенциркулем и микрометром?

Предварительные итоги, необходимые для формулирования дальнейшей цели работы (формулируются учащимися): необходимо провести исследование на упругих образцах разной длины и сечения.

2 этап урока: совместное формулирование цели работы:

- Исследовать зависимость модуля Юнга и коэффициента жесткости резины от геометрических размеров и формы образца.

- Оценить погрешность измерений

3 этап урока: организация коллективной и групповой работы учащихся:

Поскольку мы выяснили, что необходимо исследование на упругих образцах разной длины и сечения, то разделимся на 5 групп:

1 - 4 группы: исследователи, работающие на установках с разными геометрическими размерами резиновых полосок.

5 группа: условно «технический контроль» - они рассчитывают погрешность измерений и включаются в работу группы.

Результаты работы представим на доске в общей таблице отчета и сформулируем вывод в работе.

Таблица отчета

№ группы

l₀

S

E

k

_E

_k

1

2

3

4

4 этап урока: получение экспериментальных данных (каждая группа получает сой результат и записывает его на доске в таблице отчета), анализ полученных результатов и формулировка общих выводов.

Выводы:

1. Зависит ли модуль Юнга от геометрических размеров тела?

2. Как вы думаете, от чего зависит модуль Юнга? (от свойств материала, его молекулярного строения - характеристика вещества, как например, плотность или теплопроводность)

3. От чего зависит величина коэффициента жесткости тела? (от формы и размеров тела, материала)

5 этап урока: применение полученных знаний на практике, решение задач.

Рефлексия. Итоги урока.