Урок физики на тему

Фрагмент урока по теме «Сила упругости. Закон Гука»

с использованием ключевых ситуаций.

Учитель физики Карабаглинской СОШ

Арзуманова Карина Валентиновна

Цель урока: выяснить природу силы упругости, сформулировать закон Гука.

Предварительная подготовка: разделить учащихся на 3 группы.

Ход урока

I. Актуализация знаний.

1. Какая сила действует на все тела, находящиеся на Земле?

2. Какая сила действует на снег, лежащий на крыше дома; на человека, лежащего в гамаке; на груз, висящий на тросе?

3. Что изменяется у тела, на которое действует сила?

4. Почему снег, человек, груз не падают? (на них действует сила, которая не дает упасть)

Учитель: Сегодня мы попытаемся выяснить, что это за сила, из-за чего возникает, к какой точке приложена, куда она направлена, от чего зависит, чему равен ее модуль.

II. Изучение нового материала:

Учитель: У вас на столе лежат различные резиновые и пластилиновые предметы. Что произойдет с ними, если вы их сожмете, растяните, надавите на них? Что у них изменилось?

А если прекратить воздействовать на резиновые и пластилиновые предметы, что произошло?

Показ видов деформаций на приборе для демонстрации видов деформации.

Задание группам:

Положите металлическую или пластмассовую линейку на опоры, поставьте на нее груз.

Подвесьте грузик к пружине, резинке.

Учитель: Что пронаблюдали?

Почему прогнулась (деформировалась) линейка, если положить на нее груз?

А почему через некоторое время прогибание останавливается?

Что произойдет, если снять груз? Почему?

Почему растянулись пружина или резинка, если подвесить груз?

Почему через некоторое время растяжение останавливается?

Что произойдет, если снять груз? Почему?

К чему приложена возникающая сила? Куда она направлена?

Выясним, в чем же причина возникновения силы упругости:

• Как называются частицы, из которых состоят вещества?

• Какие взаимодействия существуют между молекулами?

• На каком расстоянии действует сила притяжения?

• На каком расстоянии действует сила отталкивания?

Причиной возникновения сил упругости является взаимодействие молекул тела. На малых расстояниях молекулы отталкиваются, а на больших - притягиваются. В недеформированном теле молекулы находятся как раз на таком расстоянии, при котором силы притяжения, либо силы отталкивания уравновешиваются. Когда мы растягиваем или сжимаем тело, расстояния между молекулами изменяются, поэтому начинают преобладать либо силы притяжения, либо силы отталкивания. В результате и возникает сила упругости, которая всегда направлена так, чтобы уменьшить величину деформации тела.

Сила упругости - это электромагнитная сила, возникающая при деформации тела и направленная в сторону, противоположную направлению смещения частиц тела при деформации. Она приложена к деформируемому телу.

Учитель: Если тело лежит на опоре, то сила упругости обозначается N - сила реакции опоры.

Выясним, от чего зависит сила упругости (на столах у групп учащихся стоят штативы с подвешенными пружинами, резинками, грузы).

Задание группам:

1. Измерить длину нерастянутой пружины (резинки) l₀.

2. Подвесить к пружине (резинке) один груз, отметить силу 1 Н на оси.

3. Измерить длину растянутой пружины (резинки) l.

4. Найти разность Δl = l - l₀, отметить на оси.

5. Отметить точку пересечения на графике.

6. Подвесить к пружине (резинке) второй груз, отметить силу 2 Н на оси.

7. Измерить длину растянутой пружины (резинки) l.

8. Найти разность Δl = l - l₀, отметить на оси.

9. Отметить точку пересечения на графике.

10. Подвесить к пружине (резинке) третий груз, отметить силу 3 Н на оси.

11. Измерить длину растянутой пружины (резинки) l.

12. Найти разность Δl = l - l₀, отметить на оси.

13. Отметить точку пересечения на графике.

14. Постройте график зависимости силы упругости от удлинения и сделайте вывод.

Вывод: чем больше сила, тем больше удлиняется пружина.

Учитель: Какая зависимость между силой упругости и удлинением?

Для упругих или пластических деформаций выполняется данная зависимость?

Учитель: В 1660 году английский ученый Роберт Гук, установил закон зависимости силы упругости от упругих деформаций, названный впоследствии его именем.

Сейчас мы с вами проведём небольшой эксперимент, т.е. попытаемся «открыть» закон Гука с помощью подвешивания одинаковых гирек на пружине..

F_упр

F_т

Сила упругости, возникающая при упругой деформации тела, прямо пропорциональна величине деформации) x и направлена в сторону противоположную перемещению частиц тела при деформации.

F_упр = k ∙ x

В законе Гука x - удлинение [м], k - коэффициент жесткости [H/м]

Условие равновесия груза, подвешенного на пружине kx = mg, позволяет поставить три вида задач. Например, сначала, подвешивая груз известной массы, например m = 100 г, можно найти

жёсткость пружины по формуле k = , а затем, зная жесткость пружины, использовать эту пружину в качестве пружинных весов для определения массы груза m =

Учитель: Очень часто возникает вопрос: Какая разница между понятиями удлинение пружины и длина пружины? Сегодня мы с вами попытаемся разобраться в этом с помощью следующей задачи.

Задача. Когда пружину растягивают силой 4 Н, длина пружины становится равной 16 см, а когда эту же пружину растягивают с силой 6 Н, длина пружины становится равной 18 см. Чему равна жёсткость этой пружины? Какова длина недеформированной пружины?

Дано:

F₁ = 4 H

l₁ = 16 см = 0,16 м

F₂ = 6 H

l₂ = 18 см = 0,18 м

k = ? l₀ = ?

Решение

Обозначим длину недеформированной пружины l₀. Тогда из условия задачи получаем два уравнения для двух неизвестных (k и l₀):

F₁ = k(l₁ - l₀), F₂ = k(l₂ - l₀).

Вычитая из второго уравнения первое, получаем

F₂ - F₁ = k(l₂ - l₁).

Отсюда

k = (F₂ - F₁)/(l₂ - l₁) =

= (6 H - 4 H) / (0,18 м - 0,16 м) = ^{2 Н} / _{0,02 м} = 100 ^Н/_м.

Из уравнения F₁ = k(l₁ - l₀) следует, что

l₀ = (kl₁ - F₁) / k = (100 ^Н/_м ∙ 0.16 м - 4 Н) / 100 ^Н/_м = 0,12 м = 12 см.

Ответ: 100 ^Н/_м, 12 см

Учитель. Всем видам деформации подвержено и человеческое тело, и при этом также возникает сила упругости. Давайте проведём небольшой эксперимент с помощью физкультминутки.

• Встали, потянулись (деформация растяжения/сжатия).

• Наклоны вправо, влево, вперед, назад (деформация изгиба).

• Повороты головы, кистей рук, плеч, туловища (деформация кручения).

Учитель: Продолжим урок дальше. У каждого тела своя жесткость. От чего зависит коэффициент жесткости?

III. Рефлексия.

1. Какие виды деформаций мы изучили?

2. Перечислите особенности действия силы упругости:

   • когда возникает? (возникает при упругих деформациях)

   • куда направлена? (направлена противоположно направлению смещения)

   • к чему приложена? (к деформируемому телу)

   • при каких деформациях выполняется закон Гука? (при упругих деформациях).

Задачи по группам:

1. Под действием какой силы пружина, имеющая коэффициент жесткости 1 кН/м, сжалась на 4 см?

2. Определите удлинение пружины, если на нее действует сила 10 Н, а коэффициент жесткости пружины 500 Н/м.

3. Чему равен коэффициент жесткости стержня, если под действием груза 1000 Н он удлинился на 1 мм?

Домашнее задание. Написать эссе «Что будет, если исчезнет сила упругости?