Відкритий урок у 7 класі "Сила пружності. Закон Гука"

Мета: ввести поняття сили пружності, сформувати поняття деформації та її видів, розглянути закон

Гука, формувати вміння пояснювати явища, що відбуваються у побуті, техніці та у природі, роз-

вивати логічне та абстрактне мислення, сприяти вихованню наукового світогляду .

Прилади і матеріали: пружна модель для демонстрації видів деформації, набір на кожній парті :

дротинка в ізоляційному покритті, гумова стрічка, шматочок пластиліну, дина-

мометр, гумка для плетіння браслетів, модель – кристалічна гратка твердого тіла,

штатив, лінійка.

Хід уроку

I. Актуалізація опорних знань
На минулих уроках ви ознайомились з фізичною величиною – силою, а також з’ясували, чому тіла па-дають на Землю, чому наша планета та інші планети обертаються навколо Сонця.

Давайте перевіримо, як ви засвоїли цей матеріал.
Фронтальне опитування :

- Що таке сила? Як вона позначається ? У яких одиницях вимірюється ? Яким приладом ?

• Що може змінитися у тіла під дією прикладеної сили ?

• Від чого залежить результат дії сили на тіло?

• Яку силу називають силою тяжіння? Як завжди вона напрямлена ?

• Яку силу називають силою всесвітнього тяжіння?

• Що таке вага тіла ?

• Що таке рівнодійна сила ?

• Як знайти рівнодійну у найпростіших випадках ?

• Чому дорівнює рівнодійна, якщо до тіла прикладені дві протилежні сили, але однакові за величиною ?

• Що відбувається з тілом, якщо рівнодійна дорівнює нулю ?

II. Вивчення нового матеріалу.
(супроводжується презентацією)
А тепер переходимо до вивчення нового матеріалу. Тема нашого уроку сьогодні: «Сила пруж-

ності.». Відкрийте свої робочі зошити, запишіть тему уроку.
Вам вже відомо, що на всі тіла на Землі діє сила тяжіння. Завдяки цій силі падає на землю підки-нутий камінець, випущена з лука стріла, сніжинки, виникають снігові лавини у горах та ін.
Чому ж тоді знаходяться у стані спокою тіла, що підвішені на нитці чи ті, що лежать на опорі?

(слайд 1 – чому не рухаються кульки – на нитці та на опорі ?)

Тобто, наприклад, чому висить люстра і не падає ? Чому стоїть важка шафа на підлозі і не про-валюється ? Мабуть, сила тяжіння зрівноважується якоюсь іншою силою. Що ж це за сила - ми і з’ясуємо сьогодні на уроці.

Подивіться уважно на динамометр (показує вчитель): на його пружину підвісимо важок. Під дією сили тяжіння важок почав рухатися вниз і своєю вагою розтягнув пружину, тобто її довжи-на збільшилась. Як назвати це явище з точки зору фізики ? Це – деформація – зміна форми і розмірів тіла.

Оскільки все ж таки важок зупинився, то значить сила тяжіння зрівноважилась якоюсь іншою силою ! А так як сила тяжіння напрямлена завжди вертикально вниз, то інша сила, значить на-прямлена вертикально вгору ! Вона і зрівноважує силу тяжіння, тобто їх рівнодійна дорівнює 0. Цю силу і називають силою пружності.

Якщо ж ми знімемо важок з гачка динамометра, то що побачимо ? (що пружина знову стиснулась до попередніх розмірів) А чому ? Тому що важок вже не розтягує пружину своєю вагою. Значить, можна зробити висновок, що сила пружності намагається повернути тілу його форму і розміри після деформації .
Отже, запишіть у зошитах визначення сили пружності: F_пр – виникає при деформації і намага-ється повернути тілу його форму і розміри. Напрямок F_пр - протилежний деформації. Точка прикладання – точка дотику тіла до опори чи до підвісу. (намалювати на дошці )

А тепер я пропоную вам деформувати тіла, що лежать на партах у коробочці , а саме – деформуйте шматочок пластиліну, дротинку в ізоляційній оболонці (намотайте її щільно на ручку і зніміть) та розтягніть і відпустіть гумову стрічку. Скажіть (на основі вашого мініексперименту) – у чому різниця деформацій в цих трьох випадках ?

Виконуючи завдання, учні переконуються, що деякі деформації зникають, а деякі - ні після припинення дії сили на тіло.

Отже, деформації можна розділити на пружні та пластичні.

Деф-ції

Пружні Пластичні

зникають

повністю частково або

не зникають взагалі

після припинення дії зовнішньої сили.

А тепер розглянемо докладніше лише пружні деформації. Погляньте, які види деформації можуть ви-никнути в тілі в залежності від напрямку прикладеної до нього сили (вчитель демонструє за допомогою моделі): деформації розтягування, стискання, згину, кручення, зсуву атомних шарів (останній вид де-формацій також показати за допомогою товстої книжки у м’якій обложці).
Отже, запишемо у зошит назви

види пруж. деф-цій : 1) розтягування

2) стискання

3) згин

4) кручення

5) зсув

! Див. слайди у презентації (який вид деформації ви зараз бачите ?)

Фізкультхвилинка.
А зараз уявіть собі, що ви всі – пружинки. Встаємо і кожний зобразить ті види деформації, які я називаю : розтягування, стискання, згин, кручення.

Зараз ви відчули на собі різні види деформації. Давайте тепер узагальнимо, які ж види деформації спостерігаються у різних частинах тіла людини ?

У хребті - ? (стискання або згин)

У нижніх кінцівках та ступнях ? (стискання)

У м’язах рук ? (розтягування)

У шиї під час повороту голови ? (кручення)

У поясничному відділі під час повороту ? (кручення)

А чи знаєте ви, які необоротні деформації у хребті людини можуть виникнути у підлітковому віці, якщо ви не будете слідкувати за своєю поставою ? Це сколіоз, кіфоз та лордоз.

! Див. на слайді малюнки.

Вчитель: Як бачите, по-перше, це - просто некрасиво: при лордозі живіт і голова видаються уперед, при кіфозі – сильно зігнута верхня частина спини, сколіоз – це взагалі плечі на неоднаковій висоті. А по-друге, такі деформації хребта призводять до різних хвороб. Вони спричиняють біль у спині, порушення роботи нервової системи, серця та інших внутрішніх органів, бо наприклад, лордоз призводить до опущення та стиснення внутрішніх органів. Взагалі деформації хребта призводять до загального погіршення самопочуття, швидкої втомлюваності, до обмеження рухливості.

Отже, покажіть, як ви правильно повинні сидіти за партою !

Ну а тепер давайте з’ясуємо, чому виникає сила пружності, тобто причини сили пружності.
Що ви пам’ятаєте про будову твердих тіл ?

Учні відповідають, що всі тіла складаються з молекул, між якими є проміжки. А чому ж не зважаючи на проміжки між молекулами тверде тіло не розсипається на окремі молекули ?

Учні : тому що між молекулами діють сили притягання.

А чому ж тоді ці сили не змусять всі молекули ніби злипнутися між собою ?

Мабуть є інші сили, які не дають цього зробити. І це сили відштовхування між молекулами !

Анімації на слайдах у презентації показують учням, як змінюються проміжки між молекулами та притягання і відштовхування під час деформації тіла.
Отже, зробимо висновок : причина F_пр - міжмолекулярні сили притягання і відштовхування.

А тепер з’ясуємо, від чого залежить сила пружності ?
На це питання відповів ще у 1660 р. англійський вчений Роберт Гук , коли йому було лише 25 років.

Погляньте на малюнок. Який ішачок розтягує пружину з більшою силою ? Очевидно, що нижній.

А чому ви так вирішили ?

Тому, що пружина на нижньому малюн-кові деформована сильніше.

А значить у якій пружині виникне більша сила пружності ? У нижній .

Саме такий висновок і зробив Гук ! Отже, між силою пружності та видовженням пружини з точки зору математики залеж-ність прямо пропорційна.

Це і є суть закону Гука (формули для обчислення сили пружності) .

Закон Гука : F_ПР=kx, де х – видовження тіла (зміна його довжини, тобто різниця між кінцевою та початковою довжиною тіла х=l-l₀ , l₀ – початкова довжина, l – кінцева довжина ), k – коефіцієнт пропорційності, який називають жорсткістю тіла .
Виведемо із формули закону Гука вираз для визначення жорсткості та одиницю її вимірювання :

k= , [k]=Н/м

Пропоную вам самим зробити висновок, від чого залежить жорсткість. А я надам вам підказки.

Що вам легше було б деформувати (зігнути) : алюмінієву чи сталеву ложку однакового розміру ?

Що легше деформувати : сталеву тоненьку пружинку чи сталеву ложку ?

Що легше деформувати : тонку сталеву пружинку чи товсту сталеву пружину ?

Отже робимо висновок : жорсткість k залежить від :

1. Речовини, з якої зроблене тіло

2. Від форми і розмірів тіла

! Цікаво, що жорсткість людських кісток набагато більша за жорсткість деяких нібито дуже міцних матеріалів, наприклад, граніту, мармуру. Кістка поступається у жорсткості лише твердим сортам сталі !

Взагалі жорсткість конструкцій можна збільшувати різними способами.

Наприклад, збільшення жорсткості за рахунок зміни форми використовували мешканці півночі Євразії ескімоси при будуванні куполоподібних будиночків зі снігу, так званих «іглу» висотою 2-3 метри.

А у Японії та Китаї, що є сейсмонебезпечними районами планети, сьогодні будують будинки , що під час землетрусів коливаються на величезних пружинах, що вмонтовані у фундамент, і не руйнуються.

Також жорсткість збільшується при використанні кутових конструкцій замість пласких.

! Показати, що звичайний папірець А4 не втримає ручку, якщо його покласти на 2 опори по краям. А якщо цей папірець скласти «гармошкою», то він витримає навіть не одну, а кілька ручок !

IІІ. Закріплення нового матеріалу.

1. Експериментальна задача . Давайте зараз з вами виміряємо жорсткість гумки для плетіння браслетів. Підкажіть, як це зробити ? Виміряти силу пружності і видовження (для цього вимі-ряти початкову та кінцеву довжину) та поділити силу пружності на видовження, отримаємо жорсткість.

Учні виконують експериментальну задачу під керівництвом вчителя парами (на кожній парті) і од-ночасно записують результати вимірювань та обчислень у зошиті, як звичайну задачу. Біля дошки можна викликати розв’язувати цю задачу одного учня або цей учень коментує з місця, що треба писати, а вчитель записує на дошці.

Візьмемо гумку для плетіння браслетів, вимірюємо початкову довжину гумки, складеної удвоє…. Підвішуємо гумку на штатив. Тепер до вільного кінця гумки чіпляємо гачок динамометра і акуратно тягнемо динамометр вниз, прикладаючи силу у 2 Н. Гумка видовжиться. ЇЇ довжина тепер дорівнює (вимірюємо) …. ….

2) Фізичний диктант: у кожного учня є роздрукована табличка на 5 колонок… Я називаю певний приклад, а ви вирішуєте, про який вид пружної деформації тут йде мова, причому у таблицю ви пишете лише тільки № питання! На дошці на слайдах будуть картинки, що ілюструють мій приклад.

1. Підвіс люстри (розтягування)

2. Автомобіль під час ДТП (стискання)

3. Сверло дрелі (кручення)

4. Пилка (зсув)

5. Волосінь рибальської вудки (розтягування)

6. Гвинт м’ясорубки (кручення)

7. «Тарзанка» під час стрибка людини (розтягування)

8. М’язи руки, коли несемо важку сумку (розтягування)

9. Сидіння стільця, на якому ми сидимо (згин)

10. Кістки рук штангіста , що утримує над головою штангу (стискання)

11. Підошва ваших кросівок (стискання)

12. Гілка яблуні під дією фруктів (згин)

Після виконання роботи учні обмінюються із сусідом по парті роботами і по зразку на дошці на слайді швидко перевіряють роботу та виставляють оцінку.

Підніміть руку, хто отримав 12,11, 10, і т.д….

1. Робота у групах : учні з двох сусідніх парт повертаються один до одного і групами на швидкість за 1 хвилину повинні написати якомога більше видів спорту, де спортсмени використовують силу пружності, щоб отримати перемогу (це лучники, стрибуни з шестом, футболісти , стри-буни на батуті, баскетболісти, тенісисти та ін…). Через 1 хвилину від кожної групи роблять звіт, скільки написали видів спорту. Група, у якої найбільша кількість видів спорту, зачитує відповіді.

Ця група перемагає і отримує бонус у вигляді 1 додаткового балу кожному з групи (бал додається до фізичного диктанту або залишається як бонус на наступний уроку).

IV. Підведення підсумків уроку

Домашнє завдання : §19 – електронний підручник Бар’яхтар

(п.1-5 – вчити, п.7-чит. приклади розв.задач),

впр.19 -№6