Конспект урока закон гука методы измерения сил динамометр
Обновлено: 06.07.2024
Сила упругости — это сила, возникающая при деформации тела, стремящаяся вернуть тело в первоначальное состояние.
Упругую силу, действующую на тело со стороны опоры, называют силой реакции опоры.
Деформацией называется любое изменения формы и размеров тела.
Виды деформаций:
- Деформация растяжения
- Деформация сжатия
- Деформация сдвига
- Деформация изгиба
- Деформация кручения.
Сила упругости всегда направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела.
Модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела
Коэффициент пропорциональности в законе Гука называют коэффициентом упругости тела.
Закон Гука справедлив только для упругой деформации, для пластических деформаций он не выполняется.
Закон Гука лежит в основе действия прибора для измерения силы — динамометра (от греч. dinamis — сила и metron — мера).
Ключевые слова
Сила упругости, деформация, закон Гука, коэффициент упругости, пластические деформации, упругие деформации.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОДИНЦОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №5
ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА
ПО ФИЗИКЕ
ТЕМА УРОКА:
УЧИТЕЛЬ: Лемешев Валентина Валентиновна , первая квалификационная категория, педагогический стаж 15 лет.
2020-2021 учебный год
Дата: 17.12.2020
Сформировать умение извлекать информацию из источника самостоятельно. Сформировать знания у учащихся понятие деформации, силы упругости, выяснить зависимость силы упругости от деформации, объяснить устройство и принцип действия динамометра. Научиться применять знания при решении задач на закон Гука, пользоваться динамометром.
Развивать практические умения: работать с приборами, продолжить развивать умения совершенствовать мыслительные операции: анализ синтез, навыки логического мышления, умения обосновывать свои высказывания. Развивать навыки самостоятельной работы, решения расчетных задач.
Воспитания: Воспитывать интерес к физике и положительное отношение к учебе. Воспитывать сплоченность и деловитость, чувство ответственности за результаты труда.
Роль учителя: Организация учебной деятельности, консультирование.
Форма организации деятельности: групповая и индивидуальная.
Методы: словесный, наглядный, практический.
- программно-дидактическое обеспечение, компьютер, проектор, экран, карточки, рабочие листы, тесты, учебник, тетрадь. набор гирь;
- пружины разной жёсткости;
- динамометры.
На этом уроке
- Что такое сила упругости.
- Какие бывают виды деформации.
- Как формулируется закон Гука.
- Что такое коэффициент упругости пружины.
- Каким прибором измеряется сила.
Ключевые слова
Сила упругости, деформация, закон Гука, коэффициент упругости, пластические деформации, упругие деформации.
Основное содержание урока
1. Сила упругости – сила, возникающая при деформации тела, стремящаяся вернуть тело в первоначальное состояние.
2. Деформация – изменение формы и размеров тела.
3. Сила упругости направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела.
4. Закон Гука : модуль силы упругости при растяжении или сжатии тела прямо пропорционален изменению длины тела:
F упр = k Δl ,
где k – коэффициентом упругости тела.
Коэффициент упругости зависит от формы и размеров тела, и от материала, из которого оно изготовлено. Коэффициент упругости в СИ выражается в ньютонах на метр.
5. Деформации, которые полностью исчезают, как только прекращается действие деформирующей силы, называют упругими.
6. Деформации, которые не исчезают после прекращения действия деформирующей силы, называют пластическими.
7. Закон Гука справедлив только для упругой деформации.
8. Динамометр – прибор для измерения силы.
Простейший пружинный динамометр – динамометр Бакушинского, состоит из пружины с двумя крючками, укреплённой на дощечке. Дощечка снабжена шкалой, а к нижнему концу пружины прикреплён указатель.
9. График зависимости силы упругости от деформации пружины динамометра.
Коэффициент упругости равен отношению ординаты точки (сила упругости) к абсциссе точки (изменение длины тела).
Разбор типового тренировочного задания
Сила упругости возникает:
· при движении тела
· при деформации тела
· при нагревании тела
· при плавлении тела
Ответ: при деформации тела .
Разбор типового контрольного задания
Тросы, канаты, цепи в подъёмных устройствах испытывают деформацию:
Деятельность учителя
Деятельность обучающихся
наглядности
Ученики делятся на группы. Осмысливают поставленную цель.
II. Проверка пройденного материала.
По таксономии Блума осуществляет проверку домашней работы.
-Что же такое сила? Каковы единицы силы?
-Что может произойти с телом, на которое действует сила?
-Что является причиной падения всех тел на землю?
-Какую силу называют силой тяжести?
-В чем причина ее возникновения?
-Как зависит сила тяжести от массы тела?
-Объем бензина в баке автомашины уменьшился в 2 раза. Как изменилась при этом сила тяжести бензина? Объясните.
-Что можно сказать о скорости тела, к которому не приложена никакая сила (F = 0)?
I. Проверка знаний учащихся.
1. В результате чего может меняться скорость тела? Приведите примеры.
2. Что такое сила?
3. От чего зависит результат действия силы на тело?
4. Как изображают силу на чертеже?
5. Почему тела, брошенные горизонтально, падают на Землю?
6. Какую силу называют силой тяжести? Как ее обозначают?
7. Почему сила тяжести на полюсах Земли несколько больше, чем на экваторе?
8. Как зависит сила тяжести от массы?
9. Как направлена сила тяжести?
Демонстрируют свои знания, умения по домашней работе.
III. Актуализация знаний
Деформацию сдвига испытывают балки в местах опор, заклёпки и болты, скрепляющие детали, мел, которым пишут на доске, ластик.
(Разновидностью деформации сдвига является кручение.
(Деформацию изгиба можно свести к деформации неравномерного растяжения и сжатия, когда одна сторона подвергается растяжению, а другая – сжатию. За меру деформации изгиба принимается смещение середины балки или её конца. Это смещение называется стрелой прогиба. Опыт показывает, что при упругой деформации стрела прогиба пропорциональна нагрузке. Деформацию изгиба испытывают балки и стержни, расположенные горизонтально.
Большинство жидкостей деформируются чрезвычайно мало.
Вопрос классу: Как вы думаете, в чём причина?
Предполагаемый ответ: Деформация жидкости приводит к нарушению расстояния между молекулами. При увеличении расстояния возникают силы притяжения, при уменьшении – силы отталкивания. В любом случае молекулы возвращаются на свои места.
Газы, в отличие от твердых тел и жидкостей не обладают собственным объемом, полностью занимая весь сосуд, в котором они находятся. Поэтому говорить о деформации газа не имеет смысла. Тем не менее, газы оказывают давление на стенки сосуда, поэтому можно говорить об упругости газов. При любом конечном объеме газ является сжатым.
(слайд№10) Необходимо отметить, что во всех случаях возникающая сила упругости направлена в сторону, противоположную внешней силе.
При малых деформациях справедлив закон Роберта Гука:
сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону противоположную деформации .
В простейшем случае деформации растяжения и сжатия закон Гука выражается формулой
F (упр) х = - k х .
где x - изменение длины тела, k - коэффициент пропорциональности (так же называемый коэффициентом упругости), зависящий от материала тела, его размеров и формы. Знак минус явно указывает, что сила упругости направлена в сторону, противоположную деформации. Особенно хорошо этот закон выполняется для длинных пружин.
(слайд№12) Нам знаком ещё один вид записи этого закона:
F (упр) х = - k Δl
При пропорциональной зависимости величин графиком является прямая линия.
(слайд№13) Деформация растяжения характеризуется абсолютным удлинением Δl и относительным удлинением ɛ .
Пусть в нерастянутом виде длина образца равна - l . Под действием приложенной к нему силы его длина станет равной - l 0 . Таким образом, абсолютное удлинение образца Δl = l - l 0
Относительное удлинение – это отношение абсолютного удлинения к начальной длине образца: ε = Δl / l 0
Говоря сегодня об упругих и пластических деформациях, мы отметили, что в любом сечении деформированных тел действуют силы упругости, препятствующие разрыву тела на части. Тело находится в напряжённом состоянии, которое характеризуется механическим напряжением . δ
(слайд№14 ) Механическим напряжением δ называется физическая величина, равная отношению модуля F силы упругости к площади поперечного сечения S тела. δ = F упр / S
В СИ за единицу механического напряжения принимается 1 Па=1 Н/м.
Максимальное значение механического напряжения, после которого образец разрушается, называют пределом прочности.
(слайд№15) При малых деформациях механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению, т.е.
δ = Е / ε /
Это закон Гука для упругих деформаций.
Е – модуль упругости, (модуль Юнга), характеризующий способность материалов оказывать сопротивление упругим деформациям. Он одинаков для образцов любой формы и размеров, изготовленных из одного материала.
Для большинства широко распространенных материалов модуль Юнга определен экспериментально.
Для данного материала модуль упругости является величиной постоянной.
Обратимся к таблице и сравним значения модуля упругости стали и алюминия. Скажите, какому материалу вы отдадите предпочтение?
Предполагаемый ответ: У стали модуль упругости 200 Г Па, а у алюминия 70 Г Па. При прочих равных условиях, чем больше Е, тем меньше деформируется материал. Значит, отдадим предпочтение стали.
Задание для группы
1 Группа: Мальчик приготовился к прыжку в воду. Под действием какой силы доска после прыжка мальчика выпрямляется? В каком случае доска может сломаться?
2 Группа: Почему стальной шарик хорошо отскакивает от камня и плохо от асфальта?
3 Группа: Для занятий акробатикой применяется батут - упругая сетка, укрепленная в горизонтальном положении. Спортсмен-акробат может выполнять на батуте многократные прыжки на значительно большую высоту, чем без батута.
1. Изменяется ли во время прыжков сила тяжести, действующая на тело спортсмена?
4 Группа: Когда сила тяжести спортсмена меньше силы упругости сетки? Равна силе упругости?
Назовите силы, действующие на силомер, сжатый рукой человека.
IV. Итог урока . Предлагает ученикам разноуровневые вопросы (ромашка Блума). Организует систематизацию и обобщение совместных достижений. Организует индивидуальную работу по личным достижениям.
Решение задачи для группы
Экспериментальная задача: (слайд№18) (выполняет один ученик)
Имея линейку и набор грузов, определить коэффициент упругости данной пружины.
4)сначала увеличится, а потом уменьшится в 3 раза
Расчётная задача : На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,5 к H /м при поднятии вертикально вверх рыбы массой 200г?
Дано: Си Решение:
k = 0,5 кН/м 500 Н/м Леска удлиняется под действием веса рыбы.
m =200г 0,2 кг На рыбу действует F т = mg и F упр = - k х.
Так как F т = - F упр ,то mg = kx . Отсюда
Ответ: х = 0,4*10 -2 м .
Вопросы мини – теста:
1.Какие взаимодействия существуют в природе?
А. гравитационные Б. электромагнитные В.сильные Г.слабые
1)только А 2)только Б 3)только В 4)только Г 5)все, перечисленные в пунктах А-Г
2.Сила тяжести относится к силам
1)электромагнитной природы 2)сильным взаимодействиям
3)гравитационной природы 4)слабым взаимодействиям
3.Сила тяжести – это сила, с которой
1)тела притягивают друг друга 2)Земля притягивает к себе все тела
3)тело действует на пружину 4)тело действует на опору
4.Сила тяжести приложена
1)к центру тяжести Земли 2)к поверхности Земли
3)к поверхности тела 4)к центру тяжести тела
5.Сила тяжести направлена
1)вверх 2)вдоль поверхности соприкосновения тела и опоры
3)к центру тяжести Земли 4)всегда по-разному, в зависимости от размеров тела
Общая дидактическая цель: способствовать пониманию физических величин и формул физики.
Ввести формулу закона Гука
Познакомить с формулой удлинения и определения коэффициента жёсткости
Разъяснить физический смысл коэффициента и математические зависимости вытекающие из формулы.
развитие самостоятельности в суждениях;
развитие логического мышления и внимание; формировать умение решать качественные задачи; развивать самостоятельность в работе
находить необходимые сведения в тексте, выделять главную мысль;
способствовать обучению школьников умению комментировать формулы и из них вытекающие;
формирование умений интегрировать информацию;
развитие интереса к исследованию и поиску зависимостей; продолжить развитие таких познавательных процессов, как восприятие, внимание, память;
развитие алгоритмического мышление учащихся, мировоззрения, то есть способствовать формированию взглядов на окружающий мир.
Коррекционная:
развивать слуховое восприятие (услышать и оценить высказывание),
воспитание культуры умственного труда и общения, чувство ответственности за свою работу.
Словарь: удлинение, деформация, коэффициент жёсткости, упаковка атомов и молекул, закон Гука
Методы обучения: репродуктивный.
Тип урока: урок изучения и закрепления новых знаний
Вид урока: эвристический
Формы работы учащихся: диалоговое общение, фронтальный эксперимент.
Необходимое техническое оборудование: динамометр , линейка карандаш, пружины различной степени жёсткости весы на каждую парту, мел, доска, учебники.
I. Организационный момент
- Чтобы узнать тему сегодняшнего урока. Мы должны будем все вместе разгадать кроссворд. Ключевое слово и будет – тема урока.
Угадай тему урока
- Запишите тему урока: “Закон Гука ”
ІІ. Изучение нового материала
Мы уже неоднократно пользовались динамометром – прибором для измерения сил. Познакомимся теперь с законом, позволяющим измерять силы динамометром и обуславливающим равномерность его шкалы.
Известно, что под действием сил возникает деформация тел – изменение их формы и/или размеров. Например, из пластилина или глины можно вылепить предмет, форма и размеры которого будут сохраняться и после того, когда мы уберём руки. Такую деформацию называют пластической. Однако, если наши руки деформируют пружину, то когда мы их уберём, возможны два варианта: пружина полностью восстановит форму и размеры или же пружина сохранит остаточную деформацию.
Если тело восстанавливает форму и/или размеры, которые были до деформации, то деформация упругая. Возникающая при этом в теле сила – это сила упругости, подчиняющаяся закону Гука:
F упр. – модуль силы упругости тела, Н
| l| – модуль удлинения тела, м
k – коэффициент жёсткости тела, Н/м
Поскольку удлинение тела входит в закон Гука по модулю, этот закон будет справедлив не только при растяжении, но и при сжатии тел.
Для выяснения физического смысла коэффициента жёсткости, выразим его из формулы закона. Получим отношение модуля силы упругости к модулю удлинения тела. Вспомним: любое отношение показывает, сколько единиц величины числителя приходится на единицу величины знаменателя. Поэтому
коэффициент жёсткости показывает силу, возникающую в упруго деформированном теле при изменении его длины на 1 м.
Задача. К пружине, начальная длина которой 10 см, подвесили груз массой 1 кг. При этом пружина удлинилась до 15 см. Определите коэффициент жёсткости для данной пружины. С каким периодом подвешенный груз будет совершать вертикальные колебания на такой пружине?
Эта задача будет иметь решение, только если мы убедимся, что деформация пружины упруга. То есть при снятии груза пружина должна принять первоначальную длину, равную 10 см. Ответ на этот вопрос даст только опыт, то есть задача – отчасти экспериментальная.
Используя третий закон Ньютона в скалярной форме, а также закон Гука, подсчитаем коэффициент упругости пружины:
Подставив жёсткость пружины 200 Н/м в формулу для периода колебаний пружинного маятника (см. § 11-б), вычислим период:
Ответ. Жёсткость пружины равна 200 Н/м, и 10 колебаний маятника будут совершены за 4 секунды, что можно проверить секундомером.
Пока мы вели речь только о твёрдых телах. Однако сила упругости возникает и в жидкостях, и в более сложных телах, например, воздушном шарике, состоящем из резиновой оболочки и воздуха. Можно ли к таким телам применять закон Гука (и если можно, то при насколько больших деформациях), нам даст ответ только эксперимент. Он же позволит вычислить коэффициенты жёсткости для этих тел.
ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ коэффициента жёсткости пружины
Запись в тетрадь:
коэффициента жёсткости пружины зависит :
от массы атомов, из которых состоит вещество;
от плотности упаковки атомов и молекул в веществе.
Формула закона Гука зависит от модуля удлинения тела и коэффициента жёсткости пружины
III. Закрепление изученного материала ( каждую задачу показать из презентации на экране)
На этом уроке мы познакомимся с еще одной силой – силой упругости. Эта сила возникает при попытке изменить форму тела, то есть, деформировать его. Существует несколько видов деформаций, с которыми мы тоже познакомимся. Также, мы познакомимся с законом Гука, который позволяет связать степень деформации с величиной силы упругости.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Сила упругости. Динамометр. Вес тела"
Сила упругости. Закон Гука
«Без сомнения, всё наше
Иммануил Кант
В данной теме будет рассмотрен еще один вид силы – сила упругости.
Ранее говорилось о том, что сила, действующая на тело, является причиной изменения скорости этого тела. На любое тело, находящееся на Земле, действует сила тяжести. Остановимся на этом поподробнее. Например, если человек сидит на лавочке, то на него действует сила тяжести, хотя его скорость не изменяется. Таким образом, хотя на тело действует сила, но при этом, скорость этого тела не меняется (то есть, остаётся нулевой в данном случае). Как же это можно объяснить? Объяснение может быть только одно: на тело действует какая-то другая сила, которая уравновешивает силу тяжести. Эта сила называется силой упругости. Сила упругости – это сила, возникающая при деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, придать ему исходную форму. То есть, из-за силы тяжести, действующей на лавочку, возникает сила упругости, которая препятствует тому, чтобы лавочка прогибалась, и стремится вернуть лавочку в исходное положение. То же самое можно сказать и о книге, лежащей на столе. На неё действует сила тяжести со стороны Земли и сила упругости со стороны стола.
Проведем следующий опыт: подвесим тело на пружине. Чем больше пружина будет растягиваться, тем больше будет сила упругости. В какой-то момент, сила упругости станет равной силе тяжести, и тогда растяжение прекратится. Зависимость силы упругости от степени деформации тела была исследована Робертом Гуком.
Он установил, что изменение длины тела при растяжении (или сжатии) прямо пропорционально модулю силы упругости. В этом и заключается закон Гука.
Fупр = kDl
где Dl – изменение длины тела;
k – жёсткость тела.
Жесткость зависит от размеров и формы тела и, конечно, от вещества, из которого тело состоит. Жесткость тела определяется экспериментальным путем. Если выразить жесткость из формулы, описывающей закон Гука, то можно убедиться, что она равна отношению силы упругости к удлинению тела.
k = Fупр / Dl
Поскольку в системе СИ сила измеряется в Н (ньютонах), а длина в м (метрах), следуя формуле, жесткость измеряется в ньютонах на метр.
Необходимо отметить, что существуют упругие и неупругие деформации. Под упругой деформацией подразумевается деформация, после которой тело восстанавливает исходную форму, как только перестают действовать силы, вызвавшие деформацию. Неупругая деформация – это деформация, после которой тело не восстанавливает форму, даже после окончания действия сил, вызвавших деформацию. Например, если растянуть пружину, а потом отпустить её, то пружина восстановит свою форму. Это будет называться упругой деформацией. А вот если расплющить монету ударом молотка, то монета не восстановит свою форму. Это пример неупругой деформации. Так вот, закон Гука применим только к упругим деформациям.
Действие сил упругости используется для создания такого прибора, как динамометр. Динамометр – это прибор для измерения силы.
У каждого динамометра есть крючок, на который укрепляется груз, а также пружина, степень деформации которой позволяет судить о приложенной силе. Также на динамометр нанесена шкала, чтобы можно было считывать его показания. Например, если подвесить грузик на пружину динамометра, то прибор покажет нам силу тяжести, действующую на этот грузик. Допустим по шкале прибора видно, что эта сила составляет 1 Н. Если подвесить еще один такой же грузик, то динамометр покажет силу, вдвое большую, то есть, 2 Н. Добавив еще один грузик, можно убедится, что сила уже равна 3 Н. Таким образом, сила упругости, возникающая при деформации пружины, уравновешивает суммарную силу тяжести грузиков. На динамометре есть и другая шкала – шкала, с помощью которой можно измерить удлинение пружины. Если повторить тот же опыт, то можно убедиться, что удлинение увеличивается пропорционально увеличению силы упругости. То есть, подтверждается закон Гука.
Таким образом, когда тело висит на каком-то подвесе, или стоит на опоре, на него действует сила тяжести, которая уравновешивается силой упругости. Сила, действующая на опору или подвес, вследствие притяжения тела к Земле, называется весом тела. Вес тела обозначается большой латинской буквой и является векторной величиной (как и любая другая сила). Вес направлен перпендикулярно опоре или вдоль подвеса. В том случае, если тело и опора находятся в состоянии покоя или движутся равномерно и прямолинейно, вес тела равен силе тяжести. В чем же тогда разница между весом тела и силой тяжести? Разница довольно существенная: сила тяжести действует на тело (то есть, сила тяжести приложена к телу). Вес – это сила, с которой тело действует на опору (то есть, вес приложен к опоре). Сила тяжести – это сила, возникающая в результате взаимодействия тела с Землёй. Вес – это сила, возникающая в результате взаимодействия тела с опорой или подвесом.
Рассмотрим пример: тело находится в свободном падении. Почему оно падает? Потому что на него действует сила тяжести. Но вес тела в этот момент равен нулю, потому что тело не действует, ни на опору, ни на подвес.
Задача 1. Ученик прицепил динамометр к пружине. Когда он растянул пружину на 10 см, он посмотрел на динамометр. Оказалось, что для такого растяжения потребовалось приложить силу, равную 4 Н. Найдите жесткость данной пружины.
Задача 2. Шнур длиной 2 м имеет жесткость, 120 Н/м. Какую силу нужно приложить к шнуру, чтобы его длина составила 205 см?
Задача 3. На опоре стоит куб, сторона которого равна 15 см. На подвесе висит шар, сделанный из того же материала, что и куб. Найдите объём этого шара, если его вес вдвое больше, чем вес куба.
Основные выводы:
– Сила упругости – это сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение.
– Деформации бывают упругими и неупругими.
– Упругая деформация – это деформация, после которой тело восстанавливает исходную форму, как только перестают действовать силы, вызвавшие деформацию.
– Неупругая деформация – это деформация, после которой тело не восстанавливает форму, даже после окончания действия сил, вызвавших деформацию.
– Закон Гука (для упругих деформаций)
Fупр = kDl
– Коэффициентом пропорциональности в этом законе является такая величина, как жёсткость тела. Эта величина определяется экспериментально.
– Вес – это сила, действующая на опору или подвес вследствие действия на тело силы тяжести. Вес направлен перпендикулярно опоре или вдоль подвеса. В случае если и тело, и опора (или подвес) покоятся или двигаются равномерно и прямолинейно, вес тела равен силе тяжести.
Читайте также: