Урок по теме "Сила упругости. Сила трения", 9 класс

9 класс

27-28 урок

Сила упругости. Сила трения.

Цель урока. Способствовать развитию интересов и способностей учащихся на основе передачи им знаний и опыта познавательной деятельности при формировании представлений о физической картине мира о взаимодействии тел, углубить представление учащихся о силе трения, раскрыть ее природу, провести исследования зависимости силы трения от различных факторов; установить зависимость силы трения от рода трущихся поверхностей, от шероховатости поверхностей, от силы нормального давления.

Оборудование. Динамометр, брусок, поверхность.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Повторение изученного материала.

Самостоятельная работа на 10-15 мин по вариантам.

1. Изучение нового материала.

Силы тяготения действуют между телами всегда. Не нужно заботиться о том, чтобы привести эти силы в действие, и никакими ухищрениями их нельзя уничтожить.

Силы упругости в этом отношении совершенно не похожи на силы тяготения.

Кто мне может сразу сказать, когда возникает сила упругости?

Сила упругости возникает только при деформации тел. Других причин возникновения сил упругости природе нет.

Кто мне скажет, что же такое деформация?

Опр. Деформация - изменение объема или формы тела в результате действия внешних или внутренних сил (от лат. deformation искажение).

Итак, запишите

Причина возникновения сил упругости – деформация тел:

Давайте рассмотрим деформацию твердых тел. Например, пружина, это твердое тело?

Если мы попытаемся её растянуть, что произойдет? Пружина начнет действовать против нашей силы, сжимаясь обратно. Что мы попытались изменить? Форму тела.

Если мы сожмем стальной брусок в тисках и начнем сдавливать, что произойдет? Брусок будет сопротивляться, сохраняя свою форму. Т. е. снова возникнет сила упругости, которая будет стремиться сохранить …

Что сохранить? Объем. Поэтому давайте запишем под цифрой один.

1) Изменение объема или формы твердого тела

Если мы попытаемся изменить форму жидкости, возникнуть ли силы упругости?

Нет, например, если перелить воду из чайника в стакан, силы упругости не возникнет. А возникнут ли силы упругости, если попытаться изменить объем жидкости? Да, например, если мы попытаемся сжать пластиковую бутылку, наполненную до краев водой. Итак, запишем по следующей цифрой.

2) Изменение объема жидкости

Остались газы, после какой деформации возникают силы упругости газов? При сжатии, например, например, в двигателе внутреннего сгорания.

3) Сжатие газов.

Итак, мы записали условия для трех состояний вещества, при которых возникают силы упругости этих веществ.

А теперь давайте запишем виды деформаций. Деформация бывает двух видов:

Если тело после снятия внешней силы не восстанавливает свои первоначальные размеры, то такая деформация называется пластическая.

Если тело после снятия внешней силы восстанавливает свои первоначальные размеры, то такая деформация называется упругой.

Возьмите вот этот предмет. Как бы вы его назвали? Я бы назвал его «Гармошка», с помощью этого вещи можно изобразить почти все виды деформаций. Попробуйте изобразить какую-нибудь деформацию, как бы вы её назвали? Ученик, крутит, вертит, сжимает, растягивает, скручивает «Гармошку». В это время учитель дает указание записывать виды деформаций, которые угадал ученик.

Виды упругой деформаций.

1) Сгиба

2) Сжатия

3) Растяжения

4) Кручения

5) Сдвига.

Английский ученый Роберт Гук установил связь между силой упругости и деформацией и вывел закон, как вы думаете, как он называется? Закон Гука, что принесло ему всемирную известность.

Для случая малых упругих деформаций справедлив закон Гука:

Возникающая при деформации сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела.

,

где k – коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела (пружины), - удлинение (модуль разности длин тела в деформированном и недеформированном состояниях).

При больших деформациях изменение длины перестает быть прямо пропорциональным приложенной силе, а при очень больших деформациях тело разрушается.

Какова же природа этих сил? Атомы и молекулы состоят из заряженных частиц - положительных и отрицательных. Поэтому силы упругости создаются взаимодействием между заряженными частицами, т. е. природа этих сил электромагнитная.

Сила упругости приложена к телу, вызывающему деформацию данного тела, а ее направление противоположно направлению деформации (тело как бы сопротивляется попытке деформировать)

Т.е. с учетом этого можно записать закон Гука в векторной форме:

Силу упругости, действующую со стороны нити, называют силой натяжения нити ( ), со стороны опоры – силой реакции опоры ( )

А сейчас мы с вами соприкоснемся с великой тайной. Эйнштейн сказал: «Самое прекрасное и глубокое из достигнутых чувств – это ощущение тайны, ибо в нем источник истинной науки».

О нашей тайне можно сказать: первобытные люди знали о нем и применяли в практических целях, первые исследования его были проведены итальянским ученым Леонардо да Винчи более 500 лет назад, а законы его открыли французские ученые Гильом Амонтон в 1699 году и Шарль Огюстен Кулон в 1785 году.

Вы любите отгадывать загадки? Отгадайте, о чем эта загадка. «Сколько будет три, три, три, три, три?» (дырка)

Как вы думаете, о чем идет речь? (о трении).

Чем старше становится человек, тем меньше он удивляется тому, что происходит вокруг:

почему шелковый шнурок развязывается быстрее, чем шерстяной;

почему бревно легче катить, чем тащить;

почему вбитый в стену гвоздь не выскакивает;

почему колеса порожней машины буксуют больше, чем колеса груженной.

Цель нашая разобраться со всеми «почему».

Как вы думаете, а что такое сила трения и когда она возникает?

Какое минимальное количество тел участвуют, когда мы говорим о трении, проанализировав все три определения. (2 тела)

Как эти тела должны располагаться по отношению друг к другу. (Соприкасаются)

Какое явление происходит между телами? (движение)

Трение помогает движению или нет? (оно направлено противоположно движению)

Опр. Силой трения называют силу, возникающую при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущемуся телу и направленная против движения.

Почему возникает сила трения?

Причины возникновения трения:

- Шероховатость поверхности.

- Взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел (основанное на молекулярном взаимодействии (по основным законам МКТ)

Проведем небольшой эксперимент. Положим на поверхность брусок, он находится в покое под действием силы тяжести и силы реакции опоры. С помощью динамометра слегка потянем брусок в горизонтальном направлении. Он с места не сдвинулся, хотя показания динамометра отлично от нуля. Значит на брусок действует сила, равная по модулю, но противоположна по направлению, силе с которой мы тянем, - силе упругости. Эту силу называют силой трения покоя.

При некотором значении действующей силы он, наконец, приходит в движение. Это означает, что сила трения может изменятся от нуля до некоторого максимального значения.

Опр. Наибольшее значение силы трения, при котором скольжение еще не началось, называют силой трения покоя.

От каких величин зависит значение максимальной силы трения?

Опыт показывает, что чем тяжелее тело, тем его сложнее сдвинуть с места.

Т.о., модуль максимальной силы трения покоя прямо пропорционален модулю реакции опоры:

,

где μ – коэффициент трения, N – модуль силы реакции опоры.

Коэффициент трения зависит от материалов и качества обработки поверхностей соприкасающихся тел.

Если сила, действующая на покоящееся тело, хотя бы немного превысит максимальную силу трения покоя, то тело начинает скользить, и на него действует сила трения скольжения. Эта сила трения всегда направлена противоположно скорости движения тела относительно соприкасающегося с ним.

Опыт показывает, что значение силы трения скольжения при малых скоростях движения тела можно считать постоянным и равным максимальной силы трения покоя:

Коэффициент трения обычно меньше 1 (табл. 2)

Всегда ли сила трения играет положительную роль? Что нужно сделать, чтобы уменьшить силу трения? (смазка, предотвращение перегрева и разрушения)

Если тело не скользит, а катится по поверхности другого, то возникающее трение называют силой трения качения.

1. Закрепление изученного материала.

Упр. 17 (3)

Задача 2.

На шнуре, перекинутом через неподвижный блок, подвешены грузы массами 0,3 и 0,2 кг. С каким ускорением движутся грузы? Какова сила натяжения шнура во время движения?

Упр.18 (3)

1. Домашнее задание.

§17,18, упр.17 (1,2,4), 18 (1,2,4)

4