Методическая разработка урока "Сила упругости. Закон Гука"

Государственное образовательное учреждение

Начального профессионального образования

Тульской области

«Профессиональное училище №13»

Методическая разработка

теоретического занятия

по учебной дисциплине

ФИЗИКА

тема: «Сила упругости. Закон Гука».

г. Новомосковск

2013г

Методическая разработка составлена в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания предмета

Автор: Бондарчук Т.В., преподаватель высшей квалификационной категории учебной дисциплины «Физика».

Пояснительная записка

Данная методическая разработка составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по «Физике »

Методическая разработка предназначена для проведения теоретического занятия по теме: «Сила упругости. Закон Гука». В методической разработке отображены цели , оснащение занятия, имеются этапы планирования занятия с описанием всех элементов урока, презентация к уроку. После изучения темы студенты должны знать природу сил упругости и их особенности, что понимают под деформацией, виды деформаций и причины их возникновения, закон Гука и его применение, виды движения тела под действием силы упругости. Студенты должны уметь устанавливать зависимость величин в законе Гука, формулировать, записывать и объяснять закон Гука, вычислять и измерять силу упругости, владеть различными способами решения графических и аналитических задач.

Цель методической разработки: помочь преподавателю более эффективно и рационально провести теоретическое занятие по данной теме, проверить и закрепить теоретические знания с использованием различных форм и методов контроля.

В организационном моменте дается тема, цель, план занятия, проводится мотивация , которая настраивает студентов на данную тему и важность этой темы.

Контроль исходного уровня знаний студентов проводится в виде самостоятельной работы ( работа с графиками), что позволяет за короткое время проверить опорные знания студентов, настроить на дальнейшую работу.

Изучение нового материала проходит в виде беседы и фронтального опроса, для закрепления материала подготовлены проблемные вопросы и задачи, в результате которых проводится углубление знаний и умений.

И в конце подводится итог занятия, выставляется оценка за занятие. Преподаватель анализирует работу всей группы и каждого студента, комментирует ошибки, дается домашнее задание.

Методическая разработка содержит вопросы по теме, дидактический материал, объем домашнего задания, что позволяет наиболее полно закрепить данную тему и соответствует нормам ГОС.

Цель занятия: раскрыть природу силы упругости, дать формулировку закона Гука; выяснить, когда возникает сила упругости и ее особенности; углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел, познакомить с видами движения тела под действием силы упругости.

Технологическая карта занятия

Дисциплина физика

Тема занятия «Сила упругости. Закон Гука».

Вид занятия ( тип урока) – теория 2ч ( комбинированный).

Цели занятия:

1. Обучающая:

- изучить процесс возникновения деформации на основе физических опытов;

- сформировать понятие о силе упругости, рассмотреть причинно-следственные связи между деформацией и силой упругости;

-на основе физического эксперимента вывести закон Гука, показать границы применимости данного закона.

2. Развивающая:

- формирование физического мышления и представления о процессе

научного познания;

- продолжить знакомить студентов с взаимосвязанностью и

обусловленностью явлений окружающего мира;

- развивать способности к диалогу и сотрудничеству .

3. Воспитательная:

- прививать интерес к физике через эксперименты и опыты;

- продолжить работу по формированию умений делать выводы из наблюдений.

Межпредметные связи – математика, биология, химия.

Обеспечение занятия:

Учебно-методические средства - методическая разработка для преподавателей по данной теме, учебное пособие по данной теме, вопросы и задачи теме, опорный конспект, таблицы, презентация, задания для внеаудиторной работы.

Назначение учебно-методических средств

Учебно-методические средства обучения помогают эффективно перерабатывать информацию, упражняться в приобретении и закреплении знаний, умений и навыков, позволяют индивидуализировать обучение с учетом умственных способностей каждого студента.

Литература:

Основная:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Физика Учебник для 10(11) кл. М,2004г.

2. А.П.Рымкевич Сборник задач по физике. М, 2008г.

3. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 10 кл. – М., 2005 г.

4. Генденштейн Л.Э. Дик Ю.И. Задачник – М., 2009г.

Дополнительная:

1. Поурочные планы к учебнику по физике Г. Я. Мякишеву под редакцией И.И. Мокрова. Волгоград, 2004 г.

2. Л.Я. Кирик « Самостоятельные и контрольные работы» 2003г.

3. Поурочные планы к учебнику под редакцией В.А.Волкова, Москва. 2006 г

4. Ф.Е. Марон Дидактические материалы, Дрофа, .2002г

5. Ю.А. Сауров Модели уроков, Просвещение, 2005г.

В результате изучения темы

Обучающийся должен знать:

- природу сил упругости и их особенности;

- что понимают под деформацией, виды деформаций и причины их возникновения;

- закон Гука и его применение;

- виды движения тела под действием силы упругости;

Обучающийся должен уметь:

- устанавливать зависимость величин в законе Гука;

- формулировать, записывать и объяснять закон Гука;

- вычислять и измерять силу упругости;

- владеть различными способами решения графических и аналитических задач.

В процессе изучения темы у студента формируются компетенции:

Базовые компетенции

- формирование положительной мотивации к учебной деятельности ;

- воспитание ответственности за выполненную работу ;

- развитие навыков самоконтроля и взаимоконтроля.

Общеучебные и профессиональные

- готовность определять виды деформаций и причины их возникновения;

- развитие познавательного интереса в процессе обсуждения проблемной ситуации при изучении нового материала;

- актуализировать знания при решении задач.

ПЛАН- ХРОНОКАРТА

1. Организационная часть – 2 мин.

2. Контроль исходного уровня знаний – 20 мин.

3. Активизация внимания студентов – 5 мин

4. Изучение нового материала– 30 мин.

5. Итоговый контроль ( закрепление материала) – 30 мин.

6. Подведение итогов занятия и задание на дом – 3 мин.

Этапы планирования теоретического занятия

1. Организационная часть – 2 мин.

цель – мобилизация группы, воспитание дисциплины, мотивация и активизация занятия, ознакомление с планом занятия

приветствие, внешний вид студента, подготовка класса, отметка отсутствующих, причины отсутствия.

1. Контроль исходного уровня знаний – 20 мин.

1. Индивидуальные карточки.

№1 Закон Всемирного тяготения. Вес тела. Сила тяжести.

1. С какой силой притягиваются два вагона массой по 80 т каждый. Если расстояние между ними 1 км?

2. Тело покоится на опоре. Изобразите на чертеже силу тяжести и вес тела. К чему приложена каждая из этих сил?

№2 Закон Всемирного тяготения. Вес тела. Сила тяжести.

1. Ракета поднимается вертикально вверх с ускорением . Каков будет в ней вес тела массой 10 кг? Какая сила тяжести действует на тело?

2. Что характеризует гравитационная постоянная ?

№3 Закон Всемирного тяготения. Вес тела. Сила тяжести.

1. Определите ускорение свободного падения тела на высоте 600 км над поверхностью Земли? Радиус Земли 6400 км.

2. Тело висит на нити. Изобразите на чертеже силу тяжести и вес тела. К чему приложена каждая из этих сил?

№4 Закон Всемирного тяготения. Вес тела. Сила тяжести.

1. На полу лифта лежит груз массой 50 кг. Каков вес этого груза, если лифт опускается с ускорением 0,2 с² ?

2. Как будет изменяться сила притяжения между телами с изменением расстояния между ними?.

№5 Закон Всемирного тяготения. Вес тела. Сила тяжести.

1. Какой должна быть масса каждого их двух одинаковых кораблей, чтобы на расстоянии 1 км в море они притягивались с силой 1 Н?

2. Приведите примеры, когда вес тела равен нулю?

№6 Закон Всемирного тяготения. Вес тела. Сила тяжести.

1. Космический корабль стартует с Земли вертикально вверх с ускорением 20м/с². Каков вес космонавта во время старта, если масса его 90 кг?

2. Что нужно сделать, чтобы увеличить силу тяготения между телами?

№7 Закон Всемирного тяготения. Вес тела. Сила тяжести.

1. Автомашина массой 2000 кг движется со скоростью 36 км/ч по вогнутому мосту. Радиус кривизны моста 100 м. С какой силой давит автомашина на мост, проезжая через его середину?

2. Приведите примеры таких движений, когда вес тела больше действующей на это тело силе тяжести.

№8 Закон Всемирного тяготения. Вес тела. Сила тяжести.

1. Определите минимальную скорость самолета при выполнении « мертвой петли» радиусом 150 м, при которой пилот в верхней точке петли не отрывается от сиденья.

2. Приведите примеры нахождения тела в состоянии невесомости ?

1. Фронтальный опрос:

1. Какие тела участвуют в гравитационном взаимодействии?

2. Взаимодействие каких тел незаметно?

3. Как определяется сила всемирного тяготения?

4. Какое действие описывает сила тяжести?

5. От чего она зависит?

6. Как меняется сила тяжести при удалении тела от Земли?

7. Можно ли утверждать, что Луна свободно падает?

8. Какую скорость называют первой космической?

9. Что такое вес тела?

10. Какое действие характеризует вес тела?

11. Куда приложена сила веса тела?

12. Как вычисляется вес тела?

13. В каких случаях вес тела больше силы тяжести?

14. В каких случаях меньше силы тяжести?

15. Как найти вес тела, движущегося с ускорением, направленным вертикально вверх?

16. Как найти вес тела, движущегося с ускорением, направленным вертикально вниз?

17. Пружинные весы проградуированы на экваторе. Каковы будут показания этих весов на полюсе?

18. Груз помещен на платформе пружинных весов в кабине лифта.

А) Что покажут весы во время свободного падения лифта?

Б) Выльется ли вода из стакана, если во время свободного падения лифта его опрокинуть вверх дном?

1. Мальчик, поднявшись на лестницу, выпустил из рук сосуд с водой. Чему равно давление воды на дно во время падения?

1. После фронтального опроса раздаю каждому ученику карточки с текстом. Прошу учеников заполнить пропуски в тексте:

Силы всемирного тяготения – это силы, с которыми все тела …… друг к другу. Закон всемирного тяготения гласит, что сила всемирного приближения двух тел прямо пропорциональна……этих тел и обратно пропорциональна ……между ними, и записывается формулой…… .Коэффициент пропорциональности G называется …… , он равен……, был измерен английским физиком ……, с помощью прибора, называемого……. Удивительное свойство гравитационных сил состоит в том, что они сообщают всем телам независимо от их масс одинаковое……. Ускорение свободного падения, которое сообщает телам сила притяжения к Земле, равно……. При перемещении тела от полюса к экватору ускорение свободного падения……, что объясняется изменением расстояния от центра Земли до поверхности Земли. Первая космическая скорость искусственного спутника Земли равна…….

4. Тестовое задание:

1.Какая из приведенных формул выражает закон всемирного тяготения?

а) ; б) ; в) ; г) ; д) среди ответов нет правильного.

2.Какой вид имеет зависимость силы тяготения двух тел от массы каждого из них?

а) прямая пропорциональная зависимость;

б) сила тяготения пропорциональна квадрату массы тела;

в) обратная пропорциональная зависимость;

г) сила тяготения обратно пропорциональна квадрату массы тела;

д) сила тяготения не зависит от массы тела.

3.Космическая ракета приближается к Земле. Как изменится сила тяготения , действующая со стороны Земли на ракету, при уменьшении расстояния до центра Земли в 2 раза?

а) увеличится в 2 раза;

б) уменьшится в 4 раза;

в) увеличится в 4 раза;

г) уменьшится в 2 раза.

4.Тело массой m движется вокруг Земли по круговой орбите радиуса R . Масса Земли M . Какое выражение определяет значение ускорения движения тела?

1) ; 2) ; 3) ; 4) .

5.Спутник массой m движется вокруг планеты по круговой орбите радиуса R. Масса планеты М. Какое выражение определяет значение скорости движения спутника ?

а) ; б) ; в) ; г) .

6.Какое выражение определяет значение первой космической скорости спутника, если радиус его круговой орбиты R , а ускорение свободного падения на этой высоте g ?

1) ; 2) ; 3) 2 ; 4) .

7. Каким из перечисленных ниже способов можно сделать равным нулю вес груза, подвешенного на динамометре?

а) опускать динамометр равномерно;

б) опускать динамометр с ускорением 4,9 м/с²;

в) предоставить динамометру возможность свободно падать;

г) поднимать динамометр с ускорением 4,9 м/с²;

д) перечисленными способами невозможно сделать вес тела равным нулю.

8. Чтобы тело, находящееся в лифте испытывало перегрузку( увеличение веса) необходимо:

1. ускоренное движение лифта вверх;

2. замедленное движение лифта вверх;

3. ускоренное движение лифта вниз;

4. такое состояние невозможно.

9.В лифте установлены пружинные весы, на которых стоит человек. Как изменятся показания весов при ускоренном движении лифта вверх и вниз?

1. вверх – увеличатся, вниз - уменьшатся;

2. вверх – уменьшатся , вниз – увеличатся;

3. вверх – увеличатся, вниз – не изменятся;

4. вверх – не изменятся , вниз - увеличатся.

10. Под какими цифрами изображены сила тяжести и вес бруска:

а) сила тяжести – 3, вес бруска – 1;

б) сила тяжести – 2, вес бруска – 1;

в) сила тяжести – 1, вес бруска – 2;

г) сила тяжести – 3, вес бруска – 2;

Тестовое задание ответы :

1. в; 2) а; 3) в; 4) 3; 5) б; 6) 2; 7) в; 8) 1; 9) 1; 10) в.

1. Активизация внимания студентов – 5 мин.

Постановка задачи урока и формулировка темы.

Анализ проработанного материала учитель проводит методом беседы, т.к. частично этот материал знаком студентам из курса физики 7 класса. Беседу проводят по плану:

1. Раскрытие термина «электромагнитные силы»:

   1. Какие силы называются электрическими? ( Признаки, по которым можно судить о действии этих сил; условия возникновения электрических сил; от чего зависит величина этих сил)

б) Каким отличительным свойством обладают движущиеся электрические заряды по сравнению с покоящимися зарядами?

в) Что понимают под электромагнитными силами?

1. Причины возникновения электромагнитных сил, т.е. их природа:

   1. В каком случае тела электрически нейтральны?

б) Условия проявления сил межатомного взаимодействия.

в) Внешние причины, приводящие к появлению сил межатомного взаимодействия.

Прежде чем перейти к изучению нового материала, обратимся к опытам: груз на губке, груз на резиновом жгуте, груз на пружине.

Какие изменения произошли с телами? Под действием чего это произошло? Если я уберу груз , что вы наблюдаете? Чем это можно объяснить?

Мы наблюдали опыт, в котором увидели некий физический процесс и появление силы, отличной от силы тяготения. Вот причину возникновения этого процесса и появление силы мы будем исследовать на нашем уроке.

1. Изучение нового материала– 35 мин.

Вблизи поверхности Земли на любое тело действует сила тяжести, однако большинство тел вокруг нас не падают с ускорением, а находятся в покое. Неподвижны книга, лежащая на столе, и стол, стоящий на полу, классная доска и электрическая лампа, подвешенная к потолку.

Книга на столе неподвижна, - значит, кроме силы тяжести, на нее действуют другие силы и равнодействующая всех сил равна нулю. Какие же это силы и как они возникают?

Если на человека, стоящего на полу, действовала бы только сила тяжести, то он провалился бы сквозь пол. Но этого не произойдет. Это можно объяснить тем, что кроме силы тяжести, направленной вниз, на нас действует еще какая-то сила, направленная вверх. То есть, стоя на полу, мы действуем на него своей силой тяжести, а пол действует на нас силой противоположной по направлению и такой же - по величине. Эта сила возникает из - за того, что под действием силы тяжести пол деформируется, хотя мы этого не замечаем. Деформация более заметна, когда мы садимся в мягкое кресло. Что называется деформацией тела? Внимательно вслушайтесь в это слово.

Деформацией тела называется изменение формы или объема тела.

Какие виды деформаций вы знаете?

На доске записываю схему:

Д еформации

Упругие Пластические

Полностью исчезают после прекращения Не исчезают после прекращения

действия внешних сил. действия внешних сил.

растяжение сжатие сдвиг срез изгиб кручение

? Какие примеры упругих деформаций вы можете привести?( Деформация пружины, резины, лески и др.)

? ….. пластичных деформаций?( Деформация пластилина, оконной замазки и др.)

Твердые тела сохраняют свой объем и форму, так как при любой попытке их деформировать возникают силы упругости. Жидкости форму не сохраняют. Вы можете перелить воду из графина в стакан, и это не вызовет появление сил упругости. Попробуйте сжать жидкость просто в пластиковой бутылке. Сила упругости не замедлит сказаться. Итак, силы упругости возникают всегда при попытке изменить объем или форму твердого тела, при изменении объема жидкости, а также при сжатии газа.

Так вот, сила, возникающая при деформации и направленная в сторону противоположную силе тяжести, - сила упругости.

Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещению частиц тела при деформации, называется силой упругости.

Разновидностями сил упругости являются: сила натяжения - направлена вдоль нити; сила реакции опоры (со стороны опоры на тело); сила нормального давления (со стороны тела на опору).

По своему происхождению силы упругости – это электромагнитные силы. Все вещества состоят из молекул и атомов, имеющих как положительные, так и отрицательные заряды. В равновесии силы электромагнитного притяжения и отталкивания, действующие между соседними молекулами, равны по модулю, но противоположны по направлению. При деформации меняются расстояния между молекулами, и эти силы уже не уравновешивают друг друга, поскольку они по-разному изменяются с изменением расстояния. Разность между силами притяжения и силами отталкивания молекул проявляется в силах упругости.

Эксперимент: штатив, динамометр, набор грузов.

Подвешиваю на штатив пружину. Замечаю первоначальное удлинение. Записываю в таблицу на доске. Подвешиваю груз к ней. Он начнёт падать под действием силы тяжести и увлекает за собой конец пружины. Пружина деформируется, и появляется сила упругости, направленная вертикально вверх. Когда сила упругости уравновесит силу тяжести, груз остановится. Удлинение пружины станет х. Записываем значения силы и значение х. Беру точно такой же груз и подвешиваю его к первому грузу. Выскажите предположение того, что должно получиться. Проверяем. Ко второму грузу добавим третий , четвертый и т. д., записывая каждый раз удлинение пружины.

Построим график зависимости приложенной силы от удлинения пружины:

Сила , Н

4

3 .

2 .

1 .

0

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 удлинение, м

Делаем вывод: во сколько раз изменяется сила упругости, во столько же раз изменится и удлинение пружины.

Такая же связь между проекцией силы упругости и удлинением тела была установлена экспериментально английским ученым Робертом Гуком и поэтому называется законом Гука: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации:

(F_упр)_х = -кх

Здесь x – удлинение тела (пружины), к – коэффициент пропорциональности, который называется жесткостью тела (пружины).

Чтобы раскрыть физический смысл жесткости, нужно в формулу для закона Гука подставить единицу удлинения – 1м, предварительно получив выражение для k.

Жесткость зависит от размеров тела, формы и материала. Единица измерения жесткости в СИ:

Удлинение x положительно при растяжении тела (пружины) и отрицательно при сжатии. Причиной деформации тела является движение одной его части относительно другой, а следствием деформации тела является возникновение силы упругости

Особенности сил упругости:

1. Возникают при деформации;

2. Возникают одновременно у двух тел, участвующих в деформации;

3. Перпендикулярны деформированной поверхности;

4. Противоположны по направлению смещению частиц тела;

5. При упругих деформациях выполняется закон Гука.

Простейшим видом деформации является деформация растяжения или сжатия (рис. 1.12.1).

При малых деформациях (|x| l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации:

Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука. В физике закон Гука для деформации растяжения или сжатия принято записывать в другой форме. Отношение ε = x / l называется относительной деформацией, а отношение σ = F / S = –F_упр / S, где S – площадь поперечного сечения деформированного тела, называется напряжением. Тогда закон Гука можно сформулировать так: относительная деформация ε пропорциональна напряжению σ:

Коэффициент E в этой формуле называется модулем Юнга. Модуль Юнга зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела. Для различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах. Для стали, например, E ≈ 2·10¹¹ Н/м², а для резины E ≈ 2·10⁶ Н/м², т. е. на пять порядков меньше.

Закон Гука может быть обобщен и на случай более сложных деформаций. Например, при деформации изгиба упругая сила пропорциональна прогибу стержня, концы которого лежат на двух опорах (рис. 1.12.2).

Упругую силу N действующую на тело со стороны опоры (или подвеса), называют силой реакции опоры. При соприкосновении тел сила реакции опоры направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения. Поэтому ее часто называют силой нормального давления. Если тело лежит на горизонтальном неподвижном столе, сила реакции опоры направлена вертикально вверх и уравновешивает силу тяжести: N = mg.

Силу упругости, действующую на тело со стороны опоры (нити) или подвеса (пружины), называют силой реакции опоры.

В технике часто применяются спиралеобразные пружины (рис. 1.12.3). При растяжении или сжатии пружин возникают упругие силы, которые также подчиняются закону Гука. Коэффициент k называют жесткостью пружины. В пределах применимости закона Гука пружины способны сильно изменять свою длину. Поэтому их часто используют для измерения сил. Пружину, растяжение которой проградуировано в единицах силы, называют динамометром. Следует иметь в виду, что при растяжении или сжатии пружины в ее витках возникают сложные деформации кручения и изгиба.

В отличие от пружин и некоторых эластичных материалов (резина) деформация растяжения или сжатия упругих стержней (или проволок) подчиняются линейному закону Гука в очень узких пределах. Для металлов относительная деформация ε = x / l не должна превышать 1 %. При больших деформациях возникают необратимые явления (текучесть) и разрушение материала.

Пример решения задачи: На тонкой проволоке подвешен груз массой 10 кг. При этом длина проволоки увеличилась на 0,5 мм. Чему равна жесткость нити?

k -? СИ Решение

m = 10 кг

x = 0,5 мм 0,5 10^-3 м

Тогда можно написать

Ответ: жесткость нити равна 196 кН/м

1. Итоговый контроль ( закрепление материала) – 35 мин.

Фронтальный опрос:

1. Дайте определение силы упругости.

2. Какой природы является сила упругости?

3. Что является причиной возникновения силы упругости?

4. Какие виды деформации вам известны?

5. Каким образом возникают деформации?

6. Сформулируйте закон Гука.

7. Как называется коэффициент пропорциональности в законе Гука?

8. Определите границы применимости закона Гука.

Упражнение №2. ( игровое лото)

Приведите в соответствие вопросы и ответы:

Вопросы:

Первый вариант

1.Что называется силой упругости?

2.Как связаны сила упругости и удлинение тела?

3.Математическая запись закона Гука.

4.Как определить удлинение тела?

5.Тело висит на нити, как направлена сила упругости?

6.Единица измерения жесткости пружины.

Второй вариант

1.Какие виды деформаций вы знаете?

2.Как направлена сила упругости?

3.Как определить жесткость пружины?

4.Тело лежит на опоре, как направлена сила упругости?

5.Одна из особенностей силы упругости?

6.Что называется силой реакции опоры?

Упражнение №3.

Составьте блок схему по известным силам:

?

? СИЛА ?

? ? ?

?

Упражнение 4.

а ) Покажите на чертеже силу упругости, возникающую в теле, лежащем на столе, и силу упругости стола. Что можно сказать о величине и направлении этих сил?

б) На нити висит шар. Покажите на чертеже силу упругости шара и силу упругости нити. Что можно сказать о величине и направлении этих сил?

Упражнение 5. (Первого уровня сложности)

1.Под действием какой силы пружина, имеющая жесткость 10 000 Н/м, сжалась на 4 см? ( 400 Н).

2.Чему равна жесткость латунного стержня, если под действием силы 1000 Н он удлинился на 1 мм? ( 1Н/м)

3.Определите удлинение пружины, если на нее действует сила 10Н, а жесткость пружины 500 Н/м? ( 0,02 м = 20см).

4. На рисунке представлен график зависимости модуля силы упругости, возникающей при растяжении пружины, от значения ее деформации. Найти жесткость этой пружины.( 100 Н/м)

Упражнение 6. ( Второго уровня сложности)

1.Пружина длиной 25 см сжимается силой 20Н. Найдите конечную длину сжатой пружины, если ее жесткость 800 Н/м.

2.Пружина жесткостью 100 Н/м под действием силы удлинилась на 5 см. Какова жесткость другой пружины, которая под действием такой же силы удлинилась на 1 см?

3.Пружина длиной 15 см растягивается силой 40Н. Найдите конечную длину растянутой пружины, если ее жесткость 1000 Н/м ( самостоятельно).

4. На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,5 кН/м при поднятии вертикально вверх рыбы массой 200г.

5. На рисунке приведен график зависимости модуля силы упругости, возникающей в каждой из двух пружин, в зависимости от величины деформации. Жесткость какой пружины больше и во сколько раз?

Упражнение 7. ( Третьего уровня сложности)

1.Найти удлинение буксирного троса жесткостью 100 кН/м при буксировке автомобиля массой 2т с ускорением 0,5 м/с2. Трением пренебречь.

2.Грузовик взял на буксир легковой автомобиль массой 2 т и, двигаясь равноускоренно, за 50 с проехал путь 400м. На сколько удлинился при этом трос, соединяющий автомобили, если его жесткость 2∙10⁶ Н/м. Трением пренебречь.

1. Подведение итогов занятия и задание на дом – 3 мин.

Мякишев Г.Я.- 10 кл: пункт №36,37, ответить на вопросы, подготовить рассказ о силах упругости, повторить силы трения .

Задача первого уровня

1.( Р.159) Два мальчика растягивают резиновый жгут, прикрепив к его концам динамометры. Когда жгут удлинился на 2 см, динамометры показали силы по 20 Н каждый. Какова жесткость жгута? Что показывают динамометры при растяжении жгута на 6 см?

2.Чему равна жесткость латунного стержня, если под действием груза 1кН он удлинился на 1 мм?

Задача второго уровня

1. На рисунке приведен график зависимости величины деформации тела от приложенной силы. Начальная длина тела = 20 см. Найдите его длину, если к нему приложить силу 5Н. Найдите жесткость тела.

2.Груз массой 100 кг поднимают на канате с ускорением 0,1 м/с². Найдите силу упругости, возникающую в канате ( 990 Н).

Задача третьего уровня

1. При помощи динамометра тележка массой 0,1 кг движется в горизонтальном направлении. Растяжение пружины динамометра 2 см. Используя график зависимости модуля силы упругости Fупр пружины динамометра от деформации x, определите ускорение тележки.

2.Груз массой 50 кг поднят при помощи каната вертикально вверх в течение 2 с на высоту 10 м. Определите силу упругости каната, если движение было равноускоренным ( 740 Н ).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (Эталоны ответов)

Упражнение №2. ( игровое лото)

Вопросы:

Первый вариант

1.Что называется силой упругости? ( 8)

2.Как связаны сила упругости и удлинение тела? (7)

3.Математическая запись закона Гука. (5)

4.Как определить удлинение тела? (9)

5.Тело висит на нити, как направлена сила упругости? (11)

6.Единица измерения жесткости пружины. (10)

Второй вариант

1.Какие виды деформаций вы знаете? (4)

2.Как направлена сила упругости? (3)

3.Как определить жесткость пружины? (2)

4.Тело лежит на опоре, как направлена сила упругости? (1)

5.Одна из особенностей силы упругости? (12)

6.Что называется силой реакции опоры? (6)

Упражнение №3.

Составьте блок схему по известным силам:

Упражнение 4.

а ) Покажите на чертеже силу упругости, возникающую в теле, лежащем на столе, и силу упругости стола. Что можно сказать о величине и направлении этих сил?

б) На нити висит шар. Покажите на чертеже силу упругости шара и силу упругости нити. Что можно сказать о величине и направлении этих сил?

Упражнение 6. ( Второго уровня сложности)

1.Пружина длиной 25 см сжимается силой 20Н. Найдите конечную длину сжатой пружины, если ее жесткость 800 Н/м.

; м – уменьшается на это значение.

; х₂=0,25-0,025=0, 225м = 22, 5см – конечная длина

2.Пружина жесткостью 100 Н/м под действием силы удлинилась на 5 см. Какова жесткость другой пружины, которая под действием такой же силы удлинилась на 1 см?

Н.

Так как силы упругости равны, то Н.

; Н/м.

3.Пружина длиной 15 см растягивается силой 40Н. Найдите конечную длину растянутой пружины, если ее жесткость 1000 Н/м ( самостоятельно).

; м – увеличивается на это значение.

; х₂= 0,15 + 0,04 = 0, 19 м = 19 см – конечная длина

4 . На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,5 кН/м при поднятии вертикально вверх рыбы массой 200г.

У В положении равновесия сила тяжести

уравновешивается силой упругости .

О Таким образом .

м 4мм. Второй закон Ньютона , где R- равнодействующая сил тяжести и упругости.

; ; а=0.

5. На рисунке приведен график зависимости модуля силы упругости, возникающей в каждой из двух пружин, в зависимости от величины деформации. Жесткость какой пружины больше и во сколько раз?

( Второй . Н/м; Н/м. раза)

Упражнение 7. ( Третий уровень сложности)

1.Найти удлинение буксирного троса жесткостью 100 кН/м при буксировке автомобиля массой 2т с ускорением 0,5 м/с2. Трением пренебречь.

По третьему закону Ньютона сила, растягивающая трос, равна силе, действующей на автомобиль. По второму закону Ньютона

; ; ; ; см.

2.Грузовик взял на буксир легковой автомобиль массой 2 т и, двигаясь равноускоренно, за 50 с проехал путь 400м. На сколько удлинился при этом трос, соединяющий автомобили, если его жесткость 2∙10⁶ Н/м. Трением пренебречь.

; . ; 0,32 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (Опорные конспекты)

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Задание для внеаудиторной самостоятельной работы

Мякишев Г.Я.- 10 кл: пункт №36,37, ответить на вопросы, подготовить рассказ о силах упругости, повторить силы трения .

Задачи первого уровня

1.( Р.159) Два мальчика растягивают резиновый жгут, прикрепив к его концам динамометры. Когда жгут удлинился на 2 см, динамометры показали силы по 20 Н каждый. Какова жесткость жгута? Что показывают динамометры при растяжении жгута на 6 см?

2.Чему равна жесткость латунного стержня, если под действием груза 1кН он удлинился на 1 мм?

Задачи второго уровня

1. На рисунке приведен график зависимости величины деформации тела от приложенной силы. Начальная длина тела = 20 см. Найдите его длину, если к нему приложить силу 5Н. Найдите жесткость тела.

2.Груз массой 100 кг поднимают на канате с ускорением 0,1 м/с². Найдите силу упругости, возникающую в канате ( 990 Н).

Задача третьего уровня

1. При помощи динамометра тележка массой 0,1 кг движется в горизонтальном направлении. Растяжение пружины динамометра 2 см. Используя график зависимости модуля силы упругости Fупр пружины динамометра от деформации x, определите ускорение тележки.

2.Груз массой 50 кг поднят при помощи каната вертикально вверх в течение 2 с на высоту 10 м. Определите силу упругости каната, если движение было равноускоренным ( 740 Н ).

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Вопросы для закрепления.

Силы всемирного тяготения – это силы, с которыми все тела …… друг к другу. Закон всемирного тяготения гласит, что сила всемирного приближения двух тел прямо пропорциональна……этих тел и обратно пропорциональна ……между ними, и записывается формулой…… .Коэффициент пропорциональности G называется …… , он равен……, был измерен английским физиком ……, с помощью прибора, называемого……. Удивительное свойство гравитационных сил состоит в том, что они сообщают всем телам независимо от их масс одинаковое……. Ускорение свободного падения, которое сообщает телам сила притяжения к Земле, равно……. При перемещении тела от полюса к экватору ускорение свободного падения……, что объясняется изменением расстояния от центра Земли до поверхности Земли. Первая космическая скорость искусственного спутника Земли равна…….

Силы всемирного тяготения – это силы, с которыми все тела …… друг к другу. Закон всемирного тяготения гласит, что сила всемирного приближения двух тел прямо пропорциональна……этих тел и обратно пропорциональна ……между ними, и записывается формулой…… .Коэффициент пропорциональности G называется …… , он равен……, был измерен английским физиком ……, с помощью прибора, называемого……. Удивительное свойство гравитационных сил состоит в том, что они сообщают всем телам независимо от их масс одинаковое……. Ускорение свободного падения, которое сообщает телам сила притяжения к Земле, равно……. При перемещении тела от полюса к экватору ускорение свободного падения……, что объясняется изменением расстояния от центра Земли до поверхности Земли. Первая космическая скорость искусственного спутника Земли равна…….

Тестовое задание:

1.Какая из приведенных формул выражает закон всемирного тяготения?

а) ; б) ; в) ; г) ; д) среди ответов нет правильного.

2.Какой вид имеет зависимость силы тяготения двух тел от массы каждого из них?

а) прямая пропорциональная зависимость;

б) сила тяготения пропорциональна квадрату массы тела;

в) обратная пропорциональная зависимость;

г) сила тяготения обратно пропорциональна квадрату массы тела;

д) сила тяготения не зависит от массы тела.

3.Космическая ракета приближается к Земле. Как изменится сила тяготения , действующая со стороны Земли на ракету, при уменьшении расстояния до центра Земли в 2 раза?

а) увеличится в 2 раза;

б) уменьшится в 4 раза;

в) увеличится в 4 раза;

г) уменьшится в 2 раза.

4.Тело массой m движется вокруг Земли по круговой орбите радиуса R . Масса Земли M . Какое выражение определяет значение ускорения движения тела?

1) ; 2) ; 3) ; 4) .

5.Спутник массой m движется вокруг планеты по круговой орбите радиуса R. Масса планеты М. Какое выражение определяет значение скорости движения спутника ?

а) ; б) ; в) ; г) .

6.Какое выражение определяет значение первой космической скорости спутника, если радиус его круговой орбиты R , а ускорение свободного падения на этой высоте g ?

1) ; 2) ; 3) 2 ; 4) .

7. Каким из перечисленных ниже способов можно сделать равным нулю вес груза, подвешенного на динамометре?

а) опускать динамометр равномерно;

б) опускать динамометр с ускорением 4,9 м/с²;

в) предоставить динамометру возможность свободно падать;

г) поднимать динамометр с ускорением 4,9 м/с²;

д) перечисленными способами невозможно сделать вес тела равным нулю.

8. Чтобы тело, находящееся в лифте испытывало перегрузку( увеличение веса) необходимо:

1. ускоренное движение лифта вверх;

2. замедленное движение лифта вверх;

3. ускоренное движение лифта вниз;

4. такое состояние невозможно.

9.В лифте установлены пружинные весы, на которых стоит человек. Как изменятся показания весов при ускоренном движении лифта вверх и вниз?

1. вверх – увеличатся, вниз - уменьшатся;

2. вверх – уменьшатся , вниз – увеличатся;

3. вверх – увеличатся, вниз – не изменятся;

4. вверх – не изменятся , вниз - увеличатся.

10. Под какими цифрами изображены сила тяжести и вес бруска:

а) сила тяжести – 3, вес бруска – 1;

б) сила тяжести – 2, вес бруска – 1;

в) сила тяжести – 1, вес бруска – 2;

г) сила тяжести – 3, вес бруска – 2;

Сила упругости

• Цель:

Связь между деформацией и силой упругости.

• Задачи:

• Объяснить возникновение силы упругости.
• Рассказать о видах деформации.
• Сформулировать закон Гука.

Условия возникновения силы упругости - деформация

Под деформацией понимают изменение объема или формы тела под действием внешних сил

Причины деформации

При изменении расстояния между атомами изменяются силы взаимодействия между ними, которые стремятся вернуть тело в исходное состояния. Поэтому силы упругости имеют электромагнитную природу.

Виды деформаций

Упругие – исчезают после прекращения действия внешних сил:

Пластические – не исчезают после прекращения действия внешних сил

Примеры деформаций

Растяжения и сжатия

Сдвига

Изгиба

Кручения

Основные типы упругой деформации

Растяжение и сжатие

Основные типы упругой деформации

Сдвиг

Основные типы упругой деформации

Изгиб – сочетание растяжения и сжатия

Основные типы упругой деформации

Кручение – сводится к сдвигу

Позвоночник человека испытывает при утренней зарядке

изгиб

растяжение

сдвиг

сжатие

кручение

F упр

Сила упругости – сила, возникающая при деформации тела и направленная противоположно направлению смещения частиц при деформации

mg

Частные случаи проявления силы упругости

Сила упругости, которая возникает при натяжении подвеса (нити) называется силой натяжения нити и направлена вдоль нити (троса и т. п.)

Сила натяжения приложена в точке контакта

Частные случаи проявления силы упругости

Сила упругости, которая возникает при действии опоры на тело, называется

силой реакции опоры

и направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения тел

Направление силы упругости: противоположно направлению перемещения частиц при деформации

• возникает при деформации, одновременно у двух тел, участвующих в деформации;
• перпендикулярно деформируемой поверхности
• противоположна по направлению смещению частиц тел

L

2L

L

16

Зависимость удлинения пружины от приложенной силы

Был открыт Робертом Гуком в 1676 году.

Сила упругости, возникающая в теле при упругих деформациях, прямо пропорциональна его удлинению.

где k – жёсткость пружины [ Н/м ] ,

х – удлинение тела [ м ] .

16

Для каждой ситуации

В упругой деформации

Закон везде один:

Все силы, как и водится,

В пропорции находятся

К увеличенью длин.

А если при решении

У длин есть уменьшение,

Закон и тут закон:

Пропорции упрямые

Прямые (те же самые),

Но знак у них сменен.

Ну что это за мука:

Закон запомнить Гука!

Но мы пойдем на риск,

Напишем слева силу,

А справа, чтобы было

Знак «минус», « k » и « L ».

F = - kx

F, H

0

x, м

График зависимости силы упругости от удлинения

16

Что называется жесткостью тела?

Коэффициент жесткости зависит от формы и размеров тела, а также от материала. Он численно равен силе упругости при растяжении тела на 1 м.

Динамометр

В пределах применимости закона Гука пружины способны сильно изменять свою длину. Поэтому их часто используют для измерения сил. Пружину, растяжение которой проградуировано в единицах силы, называют динамометром

Деформации в жизни

Деформации в жизни

Силы упругости работают в технике и природе: в часовых механизмах, в амортизаторах на транспорте, в канатах и тросах, в человеческих костях и мышцах т.д.