Интегрированный урок по теме "Деформации. Закон Гука"

Федосеева О.В., Мальцева О.В., Кокорина О.Л.

БПОУ ВО «Череповецкий металлургический колледж»

Профессиональная направленность преподавания общеобразовательной дисциплины «Физика» в Череповецком металлургическом колледже

Одним из основных условий успешной подготовки специалистов металлургического производства в Череповецком металлургическом колледже является единство общеобразовательного и профессионального циклов, что возможно потому, что система среднего профессионального образования универсальна и одновременно решает задачи, стоящие на границе разных уровней образования. Опытные преподаватели колледжа используют в учебном процессе профессионально ориентированные задания, стремясь сделать процесс освоения общеобразовательных дисциплин более осознанным и связанным с будущей профессиональной деятельностью. В настоящее время это закреплено на нормативно-правовом уровне: в 2021 году была утверждена распоряжением Министерства просвещения Российской Федерации Концепция преподавания общеобразовательных дисциплин с учетом профессиональной направленности программ среднего профессионального образования, реализуемых на базе основного общего образования. Целью Концепции является «повышение качества преподавания общеобразовательных учебных предметов с учетом стратегических направлений (вызовов) развития системы среднего профессионального образования и совершенствования учебного процесса организаций, реализующих указанные программы». В соответствии с Концепцией приоритетной задачей для преподавателей стала интеграция содержания общеобразовательных дисциплин с учебными дисциплинами общепрофессионального цикла и профессиональными модулями.

Дисциплина «Физика» позволяет студентам подготовиться к будущей профессиональной деятельности, так как учит логически мыслить, находить оптимальные пути решения возникающих проблем, предвидеть последствия принятых решений, правильно оценивать их результаты. Будущим высококвалифицированным специалистам технологического профиля необходимо знать, что нет ни одной области деятельности, где бы ни использовались знания физики.

Рассмотрим реализацию профессиональной направленности на учебном занятии по теме «Деформация», построенного на основе интеграции с общепрофессиональной дисциплиной «Материаловедение» и междисциплинарным курсом «Теория обработки металлов давлением».

Конспект интегрированного урока по дисциплинам «Физика», «Материаловедение», междисциплинарному курсу «Теория обработки металлов давлением» для обучающихся по специальности «Обработка металлов давлением»

Тема урока: «Закон Гука. Виды деформаций»

Цели урока:

Учебная: углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел, сформулировать закон Гука, изучить механические характеристики, определяемые при испытании на растяжение.

Мотивационно-воспитательная: связать изучаемый материал с общепрофессиональными дисциплинами, изучаемые на старших курсах, показать важность данных знаний с точки зрения выбранной специальности.

Задачи урока:

Теоретическая основа — изучить деформацию твердых тел

Практическая основа — применять полученные знания при изучении смежных дисциплин.

Разделы урока:

1. организационный;

2. проверка усвоения предыдущего материала;

3. актуализация (место урока в изучаемой теме: - характер связи урока с предыдущим и последующим уроками на старших курсах и на конкретном рабочем месте по специальности);

4.изучение нового теоретического материала;

5. закрепление изученного материала;

6. интеграция изученного материала в общепрофессиональные дисциплины;

7. домашнее задание

Форма интегрирования: предметно – образная, используемая при воссоздании более широкого и целостного представления о предмете познания.

Интегрированные темы урока и дидактические единицы:

Физика. Тема 2.3 Агрегатные состояния вещества и фазовые переходы.

2 часа. Характеристика твердого состояния вещества. Кристаллические и аморфные тела. Упругие свойства твердых тел. Закон Гука. Механические свойства твердых тел. Пластическая (остаточная) деформация.

Материаловедение. Тема 1.4 Свойства материалов и методы их исследования.

2 часа. Испытание на растяжение для определения прочностных и пластических характеристик. Диаграмма растяжения. Механические свойства, определяемые при данном испытании, обозначение, единицы измерения. Цель урока: Изучить методику проведения испытаний на растяжение, узнать механические свойства материалов: предел прочности, предел текучести, предел упругости, относительное удлинение, относительное сужение.

Теория ОМД. Тема 1.3 Деформации. Урок 5. 2 часа. Упругая и пластическая деформация, закон Гука, диаграмма растяжения. Цель урока: изучить сущность упругой и пластической деформации, выявить влияние упругой деформации на напряжение и усилие прокатки, которые необходимы для осуществления пластической деформации.

Формируемые компетенции:

ОК1

- распознавать задачу и (или) проблему в профессиональном контексте

- анализировать задачу и выделять её составные части

- определять этапы решения задачи

ОК2

- определять задачи для поиска информации

- применять средства информационных технологий для решения профессиональных задач

ПК1

- рассчитывать по принятой методологии основные параметры технологического процесса ОМД

Содержание изучаемого материала

Деформация - это изменения линейных размеров тела под действием внешней силы.

Среди деформаций, возникающих в теле, можно выделить пять основных видов: растяжения, сжатия, сдвига, кручения и изгиба.

Деформацию растяжения, сжатия характеризуют абсолютным удлинением, равным разности длин образца после растяжения и до растяжения

(1)

Отношение абсолютной деформации первоначальной длине образца называют относительной деформацией

(2)

Физическая величина, равная отношению силы упругости, возникающей при деформации, к площади поперечного сечения образца называют механическим напряжением

Деформация называется упругой, если после прекращения действия силы размеры и форма тела восстанавливаются

Неупругая деформация называется пластичной.

При малых упругих деформациях отношение механического напряжения σ к относительному удлинению ε называют модулем упругости Е (Модуль Юнга)

(4)

Модуль упругости характеризует механические свойства материала независимо от конструкции изготовленных из него деталей.

Зависимость относительного удлинения образца от приложенного к нему напряжения, называется диаграммой растяжения.

При небольших напряжениях образец удлиняется прямо пропорционально, и после снятия нагрузки полностью восстанавливает свои линейные размеры.

Максимальное напряжение , при котором деформация остается упругой называют пределом прочности (т. а)

Если увеличить нагрузку, то деформация становится нелинейной. Тем не менее при небольших нелинейных деформациях после снятия нагрузки формы и размеры тела практически восстанавливаются (участок аб).

Максимальное напряжение, при котором еще не возникают заметные остаточные деформации называют пределом упругости

При напряжениях, превышающих предел упругости образец не восстанавливает форму и размер, такие деформации называют пластичными.

В области пластичных деформаций (вс) происходит не пропорциональное увеличение напряжения.

На горизонтальном участке (сd), материал «течет» - деформация возникает при неизменном напряжении. Напряжение называют пределом текучести.

Если в области пластических деформаций снять напряжение с тела, то его размеры не будут первоначальными.

Материалы, у которых область текучести значительна, могут без разрушения выдерживать большие деформации. Такие материалы называются пластичными.

Если область текучести почти отсутствует, материалы без разрушений выдерживают незначительные деформации, такие материалы называют хрупкими. (стекло, бетон, чугун, кирпич).

Материал в процессе деформации может упрочняться, это явление называется наклепом.

После точки е кривая идет вниз. Это значит, что дополнительная нагрузка приводит к разрыву образца.

Закрепление изученного материала.

1. При каком условии появляются силы упругости?

2. Назовите виды деформаций.

3. Чем принципиально отличается упругая деформация от пластической?

4. С помощью какой деформации (упругой или пластической) происходит прокатка стального листа?

5. Приведите примеры проявления силы упругости в быту.

Интеграция изученного материала в смежные дисциплины

Применение теоретических знаний по данной теме при изучении общепрофессиональной дисциплины и МДК:

1. Материаловедение. Выбор материала по заданному уровню механических свойств. Работа с марочниками стали и сплавов. Упрочнение стали с помощью термической обработки (повышение прочностных характеристик). Или наоборот – умягчение стали (повышение пластических характеристик) по требованию заказчика. Диаграмма растяжения изучается в начале дисциплины, тема «Свойства материалов и методы их исследований». Знания требуются на протяжение всего курса. Навыки по выбору материалов – в профессиональной деятельности.

2. Теория ОМД. Расчеты параметров прокатки: усилие прокатки в конкретной клети прокатного стана, проверка – выдержат ли прокатные валки заданное обжатие (в зависимости от конкретной марки стали, её прочностных и пластических характеристик). Диаграмма растяжения изучается в начале дисциплины, тема «Упругая и остаточная деформации». Знания требуются на протяжение всего курса. Расчеты – при курсовом и дипломном проектировании.

Подтверждение интеграции изучаемого материала в общепрофессиональные дисциплины: в браузере смартфона сделать запрос «марочник стали», открыть марочник, раздел конкретной стали (например, сталь 15), узнать её механические свойства в состоянии после прокатки и нормализации. Внизу раздела стали найти справочный материал по расшифровке обозначение механических характеристик и записать ответ. Порядок действий обучающихся:

Ответ: предел кратковременной прочности 370 МПа, предел текучести 225 МПа, относительное удлинение 27%, относительное сужение 55%.

Домашнее задание

1. § 69, стр. 317-321 , вопросы к теме на стр. 321 [1]

2. Решить задачи и тестовые задания

1. Укажите, при каких испытаниях определяется пластичность материала:

а. испытание на вдавливание.

б. испытание на удар маятниковым копром

в. испытание на растяжение на разрывной машине

г. испытание на осадку цилиндрического образца

д. изгиб вокруг стальной оправки.

2.При испытании образцов начальной длиной 180 мм из стали относительное удлинение составило 35%. Определить конечную длину образца.

3. Определить какой из материалов пластичнее и во сколько раз, если два образца из разных металлов с начальной длиной 100 и 200 мм удлинились после испытания на растяжение на 20 мм каждый.

4. Определите, какой из двух металлов прочнее и во сколько раз, если при испытании на растяжение два образца диаметром 10 и 20 мм из различных металлов выдержали без разрушения нагрузку 45 кН и 60 кН соответственно.

Литература

1. Касьянов, В.А. Физика : 10 класс : углублённый уровень : учебник /В.А.Касьянов. – 10-е изд., стер. – Москва : Просвещение», 2022.

2. Материаловедение: Учебник для техникумов. /Самохоцкий А. И., Кунявский М. Н., Кунявская Т. М. и др. - М.: Металлургия, 1990. – 416 с.

3. Рудской А.И. Теория и технология прокатного производства: учебное пособие. СПб ГПУ, СПб, 2008