Физика 10 класс российская электронная школа закон гука

Обновлено: 05.07.2024

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Учащиеся узнают:

Что понимают под силой упругости.

Формулировку закона Гука и границы его применимости.

Как вычислять и измерять силу упругости, жёсткость и удлинение пружины.

В чём заключается различие видов деформации с точки зрения молекулярного строения вещества.

Формулы для вычисления силы упругости, жёсткости и удлинение пружины.

Распознавать, воспроизводить, различные виды деформации тел.

Давать определение понятия силы упругости

Решать типовые качественные и расчетные задачи ЕГЭ на вычисление силы упругости.

Выявлять и измерять силу упругости, жёсткость системы пружин.

Находить информацию о проявлениях силы упругости.

Исследовать зависимость силы упругости от деформации, выполнять экспериментальную проверку закона Гука.

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

Модели видов деформаций.

Вычисление и измерение силы упругости, жёсткости и удлинение пружины.

Элементы содержания.

Сила упругости – это сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение.

Деформация – изменение формы или размеров тела, происходящее из-за неодинакового смещения различных частей одного и того же тела в результате воздействия другого тела. Виды деформаций: сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг, кручение.

Закон Гука – сила упругости, возникающая при деформации тела (растяжение или сжатие пружины), пропорциональна удлинению тела (пружины), и направлена в сторону противоположную направлению перемещений частиц тела

Основное содержание урока

В окружающем нас мире мы наблюдаем, как различные силы заставляют тела двигаться, делать прыжки, перемещаться, взаимодействовать.

Однако можно также наблюдать как происходят разрушения, так называемые деформации, различных сооружений: мостов, домов, разнообразных машин.

Что необходимо знать инженеру конструктору, строителю, чтобы строить надёжные сооружения: дома, мосты, машины?

Почему деформации различны, какие виды деформации могут быть у конкретных тел? Почему одни тела после деформации могут восстановиться, а другие нет? От чего зависит и можно ли рассчитать величину этих деформаций?

Деформация - это изменение формы или размеров тела, в результате воздействия на него другого тела.

Почему деформации не одинаковы у различных тел, если мы их, к примеру, сжимаем? Давайте вспомним что мы знаем о строении вещества.

Все вещества состоят из частиц. Между этими частицами существуют силы взаимодействия- эти силы электромагнитной природы. Эти силы в зависимости от расстояний между частицами проявляются, то как силы притяжения, то как силы отталкивания.

Сила упругости – сила, возникающая при деформации любых тел, а также при сжатии жидкостей и газов. Она противодействует изменению формы тел.

Мы можем наблюдать несколько видов деформаций: сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг, кручение.

При деформации растяжения межмолекулярные расстояния увеличиваются. Такую деформацию испытывают струны в музыкальных инструментах, различные нити, тросы, буксирные тросы.

При деформации сжатия межмолекулярные расстояния уменьшаются. Под такой деформацией находятся стены, фундаменты сооружений и зданий.

При деформации изгиба происходят неординарные изменения, одни межмолекулярные слои увеличиваются, а другие уменьшаются. Такие деформации испытывают перекрытия в зданиях и мостах.

При кручении – происходят повороты одних молекулярных слоёв относительно других. Эту деформацию испытывают: валы, витки цилиндрических пружин, столярный бур, свёрла по металлу, валы при бурении нефтяных скважин. Деформация среза тоже является разновидностью деформации сдвига.

Первое научное исследование упругого растяжения и сжатия вещества провёл английский учёный Роберт Гук.

Роберт Гук установил, что при малых деформациях растяжения или сжатия тела абсолютное удлинение тела прямо пропорционально деформирующей силе.

F _упр = k ·Δℓ = k · Iℓ−ℓ ₀ I закон Гука.

k− коэффициент пропорциональности, жёсткость тела.

ℓ ₀ - начальная длина.

ℓ - конечная длина после деформации.

Δℓ = I ℓ−ℓ₀ I- абсолютное удлинение пружины.

- единица измерения жёсткости в системе СИ.

При больших деформациях изменение длины перестаёт быть прямо пропорциональным приложенной силе, а слишком большие деформации разрушают тело.

Для расчёта движения тел под действием силы упругости, нужно учитывать направление этой силы. Если принять за начало отсчёта крайнюю точку недеформированного тела, то абсолютное удлинение тела можно характеризовать конечной координатой деформированного тела. При растяжении и сжатии сила упругости направлена противоположно смещению его конца.

Закон Гука можно записать для проекции силы упругости на выбранную координатную ось в виде:

F _{упр x} = − kx - закона Гука.

k – коэффициент пропорциональности, жёсткость тела.

x = Δℓ = ℓ−ℓ ₀ удлинение тела (пружины, резины, шнура, нити….)

Графиком зависимости модуля силы упругости от абсолютного удлинения тела является прямая, угол наклона которой к оси абсцисс зависит от коэффициента жёсткости k. Если прямая идёт круче к оси силы упругости, то коэффициент жёсткости этого тела больше, если же уклон прямой идёт ближе к оси абсолютного удлинения, следует понимать, что жёсткость тела меньше.

График, зависимости проекции силы упругости на ось ОХ, того же тела от значения х.

Необходимо помнить, что закон Гука хорошо выполняется при только при малых деформациях. При больших деформациях изменение длины перестаёт быть прямо пропорциональным приложенной силе.

Решение задач.

1. По результатам исследования построен график зависимости модуля силы упругости пружины от её деформации. Чему равна жёсткость пружины? Каким будет удлинение этой пружины при подвешивании груза массой 2кг?

Решение: По графику идёт линейная зависимость модуля силы упругости и удлинение пружины. Зависимость физических величин по Закону Гука:

F _упр = k· Δ ℓ = k · Iℓ−ℓ ₀ I (2)

Из формулы (1) выражаем:

Зная что F _т = mg = 20 Н, F _т = F _упр = k·Δℓ следовательно

Ответ: жёсткость пружины равна 200 Н/м, удлинение пружины равно 0,1м.

2. К системе из кубика массой 1 кг и двух пружин приложена постоянная горизонтальная сила. Система покоится. Между кубиком и опорой трения нет. Левый край первой пружины прикреплён к стенке. Удлинение первой пружины 0,05 м. Жёсткость первой пружины равна 200 Н/м. Удлинение второй пружины 0,25 м.

Чему равна приложенная к системе сила?

Чему равна жёсткость второй пружины?

Во сколько раз жёсткость второй пружины меньше чем первой?

1. По условию задачи система находится в покое. Зная жёсткость и удлинение пружины найдём силу, которая уравновешивает приложенную постоянную горизонтальную силу .

F = F _упр = k ₁ ·Δℓ ₁ = 200 Н/м·0,05 м = 10 Н

2. Жёсткость второй пружины:

Основная и дополнительная литература по теме:

Г.Я. Мякишев., Б.Б.Буховцев., Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017стр. 107-112

ЕГЭ 2017. Физика. 1000 задач с ответами и решениями. Демидова М.Ю., Грибов В.А., Гиголо А.И. М.: Экзамен, 2017.

Цель: расширить знания о силе упругости, законе Гука, определить границы применимости закона Гука, показать на опыте, что сила упругости прямо пропорциональна изменению длины деформированного тела.

- дать понятия силы упругости, сформировать у учащихся устойчивые представления о природе возникновения силы упругости, силах межатомного взаимодействия;

- рассмотреть решение задач на применение знаний о силе упругости в формате заданий ЕГЭ.

Узнаем, научимся, сможем

- что понимают под силой упругости;

- формулировку закона Гука и границы его применимости;

- как вычислять и измерять силу упругости, жёсткость и удлинение пружины;

- в чём заключается различие видов деформации с точки зрения молекулярного строения вещества;

- формулы для вычисления силы упругости, жёсткости и удлинения пружины;

мы научимся:

- распознавать, воспроизводить, различные виды деформации тел;

- давать определение понятия силы упругости;

- решать типовые качественные и расчётные задачи на вычисление силы упругости;

- выявлять и измерять силу упругости, жёсткость системы пружин;

- находить информацию о проявлениях силы упругости;

- исследовать зависимость силы упругости от деформации, выполнять экспериментальную проверку закона Гука.

Фундаментальные взаимодействия

К какому виду из фундаментальных взаимодействий сил в природе относится сила упругости?

3. Вычисление и измерение силы упругости, жёсткости и удлинение пружины.

Глоссарий по теме

Основная и дополнительная литература по теме:

ЕГЭ 2017. Физика. 1000 задач с ответами и решениями. Демидова М.Ю., Грибов В.А., Гиголо А.И. М.: Экзамен, 2017.

Основное содержание урока

Деформация - это изменение формы или размеров тела, в результате воздействия на него другого тела.

Мы можем наблюдать несколько видов деформаций: сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг, кручение.

Первое научное исследование упругого растяжения и сжатия вещества провёл английский учёный Роберт Гук.

F _упр = k ·Δℓ = k · Iℓ−ℓ₀I закон Гука.

k− коэффициент пропорциональности, жёсткость тела.

ℓ₀ - начальная длина.

ℓ - конечная длина после деформации.

Δℓ = I ℓ−ℓ₀ I- абсолютное удлинение пружины.

- единица измерения жёсткости в системе СИ.

Закон Гука можно записать для проекции силы упругости на выбранную координатную ось в виде:

F _{упр x} = − kx - закона Гука.

k – коэффициент пропорциональности, жёсткость тела.

x = Δℓ = ℓ−ℓ₀ удлинение тела (пружины, резины, шнура, нити….)

График, зависимости проекции силы упругости на ось ОХ, того же тела от значения х.

Разбор тренировочных заданий

Из формулы (1) выражаем:

Зная что F_т = mg = 20 Н, F_т = F_упр= k·Δℓ следовательно

Ответ: жёсткость пружины равна 200 Н/м, удлинение пружины равно 0,1м.

Чему равна приложенная к системе сила?
Чему равна жёсткость второй пружины?
Во сколько раз жёсткость второй пружины меньше чем первой?

F = F _упр = k₁·Δℓ₁ = 200 Н/м·0,05 м = 10 Н

Метод обучения: кейс-метод, исследовательский, эвристическая беседа.

Форма работы: диалог, демонстрация, фронтальный опрос и эксперимент, моделирование.

Оборудование: штатив с муфтой, набор грузов, динамометр, линейка.

ТСО: ПК, ноутбуки, мультимедийный проектор, интерактивная доска, документ (web)-камера.

Наглядный материал: технологическая карта, инструктаж к лабораторной работе, карточки 3 видов, интерактивный тест, видеоинформация, флэш-модели для обучающихся.

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

Задачи урока:

обучающие: ввести новые понятия удлинения и жёсткости тела; повторить знания о деформации и ее видах, актуализировать имеющиеся у обучающихся знания о строении вещества, на основе которых, сформировать устойчивые представления о природе возникновения силы упругости, силах межатомного взаимодействия; научить находить зависимости между физическими величинами; ввести математическую запись закона; сформулировать области применения закона;
развивающие: продолжить формирование у обучающихся представлений о разнообразии сил в природе, развивать умение наблюдать и объяснять физические явления; развивать логическое мышление, умение планировать свою работу при проведении эксперимента, обобщать и делать выводы, используя новую информацию и имеющийся жизненный опыт, а так же умение рефлексировать; развивать способности к диалогу и сотрудничеству в мини группах;
УУД: умение – работать с текстом; устанавливать связь теории и практики; выражать свои мысли коротко и точно; обобщать и классифицировать полученные знания; выделять главное и основное из потока информации.
воспитательные: продолжить формирование навыков коллективной и самостоятельной работы обучающихся.

Ход урока

I. Мотивация и повторение – 6 минут

Здравствуйте ребята. Сегодня у нас необычный урок. К нам пришли гости. Давайте их поприветствуем.
Сегодня вы будете работать в группах. Поприветствуйте друг друга, кивните другим участникам групп.
Предлагаю вашему вниманию видеоролик.

Экран – проецируется видеоролик.

Как вы можете прокомментировать увиденное на ролике?

Предполагаемые ответы обучающихся.

Человек притягивается к земле, а тарзанка деформируется.

Значит, человек не падает на землю в результате…

Взаимодействия тел, т.е. не только приобретает скорость, но изменяет отдельные части. Тела (деформируется)

Значит, эта сила возникает в результате … (деформации) и направлена … (в противоположную сторону действующей силы).

Давайте вспомним виды деформации.

Показать на экране ПАПКУ и задание 1.

Обучающиеся выполняют. Дать время на то, чтобы ребята посмотрели друг у друга выполненные задания.

У кого получились такие результаты. Молодцы.
Итак, все деформации делят на группы. Какие?

Упругая и неупругая (пластическая).

Назовите виды упругой деформации.

Изгиб, кручение, сдвиг, растяжение, сжатие.

Что происходит внутри самого тела при упругих деформациях?

При деформации внутри тела между молекулами увеличивается расстояние, и силы притяжения между молекулами пытаются вернуть тело в исходное положение.

Значит, при упругих деформациях тело принимает свою первоначальную форму в результате…

Силы, возникающей при деформации и стремящейся вернуть форму тела в первоначальное положение…

Если мы изучили упругую деформацию, то как будем называть силу, возникшую в результате?

Вы знаете человека, изображенного на портрете?

II. Постановка цели и задач урока – 4 минуты

Итак, вы поняли, что мы будем изучать на уроке?
Сформулируйте, пожалуйста, тему.

Точку приложения, направление и формулу (чтобы находить модуль – числовое значение силы).

Узнать формулу силы упругости или сформулировать закон Гука (верно).

Вы знаете формулу силы упругости? (ставлю знак вопроса).

Размещаю на доску, прикрепляя магнитами.

Что вам необходимо сделать, чтобы добиться цели урока?

Далее обсуждаем вместе и выбираем главные задачи, а затем размещаем на доску, прикрепляя магнитами.

Ребята, давайте сделаем предположения, от чего может зависеть сила упругости?

Я демонстрирую растяжение пружин разной жесткости, но одинаковой массы.

III. Инструктаж – 1 минута

Итак, для достижения поставленной цели я предлагаю вам выполнить задания, указанные в технологической карте.
Помните:

Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания в карте.
Перед выполнением работы необходимо внимательно изучить ее содержание и ход выполнения.
Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить падение или опрокидывание.
Для предотвращения падения приборов при проведении опытов не делайте резких движений.
При работе с компьютером учитывайте расстояние от монитора до глаз.
Сохраните файлы, которые выполните или сверните на Панель задач.

IV. Самостоятельная работа обучающихся – 10 минут

Вы будете работать в группах.
Внимательно ознакомьтесь с папкой на компьютере.
Просмотрите технологическую карту к уроку (Приложение 1).
Она вам понятна?
Задания вы можете выполнять в любой последовательности, можете распределить роли и обязанности в своей команде, чтобы экономить время работы.
В ходе работы вы можете самостоятельно оценить уровень своих притязаний.
- Если выполнено 5 заданий, ваша оценка – 5.
- Если 4 задания, значит оценка – 4.
- А если 3, то соответственно оценка – 3.
- Подведем итоги самостоятельной работы.
- Выполняя задание 1 технологической карты, вы получили следующие результаты.
Документ-камера и таблица с карточками 1- своими выводами.

Документ-камера и таблица с карточками 2- своими выводами.
- А теперь прокомментируем результаты задания карточки №3.
Web-камера и таблица с карточками 3- своими выводами.
- Еще раз назовите причину возникновения силы упругости с точки зрения строения вещества…
При деформации внутри тела между молекулами увеличивается расстояние и сила упругости возвращает форму тела в исходное положение.
- Для каких деформаций справедлив закон Гука? (для упругих).
- Итак, кто готов озвучить закон Гука?
- Давайте проверим, на сколько вы усвоили тему этого урока.
- Возьмите в руки пульты…
Интерактивный тест (Приложение 3) – 3 минуты.

С помощью презентации высвечиваются вопросы на экране, обучающиеся с помощью пультов – отвечают.

Показать общий результат.

Поставьте, ребята, себе оценку за урок.

Вывести результаты теста.

После вывода результатов – идет обсуждение:
- Кто справился со всеми вопросами?
- Кто доволен своими ответами?
- Над чем надо еще работать?
- Как вы думаете, какие основные ошибки были допущены?
Убрать результаты теста.

А теперь посмотрим, совпали ли наши оценки?

Если вы выполнили верно 7 заданий, оценка – 5.

Если вы выполнили верно 6 заданий, оценка – 4.

Если вы выполнили верно 4-5 заданий, оценка – 3.

Вывести результаты теста.

Шторка на экране.

V. Подведение итогов – 2 минуты
- А теперь подведем итоги урока.
- Ваши предположения в начале урока оказались верными (точными)?
- Что такое сила упругости?
- Как будем ее обозначать?
- Куда направлена сила упругости?
- Вы сегодня познакомились с новыми величинами? Какими?
- Узнали новую формулу. Какую?
- Смогли самостоятельно сформулировать закон Гука. Как он звучит?
- Как вы считаете, достигнута вами цель урока?
Показать формулу (перевернуть на доске).
- Что вы думаете про человека на тарзанке?
- Это опасное занятие?
- Что необходимо обязательно учитывать при таких опасных прыжках…
- Какую роль играет сила упругости в нашей жизни.
Предполагаемые ответы обучающихся.

Посмотрите на экран рабочего стола.

VII. Рефлексия – 4 минуты
- Напишите послание будущему поколению, чтобы они могли воспользоваться вашими выводами, советами, можете написать пожелания другим группам…
Ответы-послания обучающихся проецируются через документ-камеру и озвучиваются.

Читайте также: