Урок№10 10 класс Дата_____________
"Силы в природе. Сила упругости, трения"
Цель урока:
Продолжить знакомить учащихся с силами всемирного тяготения, с основными проявлениями закона всемирного тяготения, дать понятие силы тяжести, веса тела, невесомости, выяснить природу сил упругости и трения, рассмотреть способы уменьшения и увеличения сил трения;
научить учащихся находить информацию на заданную тему в различных источниках, сравнивать ее и критически осмысливать;
учить учащихся выделять главное в информации и излагать ее в доступной для присутствующих в классе форме.
Тип урока: комбинированный.
Методы словесные, наглядные.
План урока.
Организационный момент. Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку.
Постановка цели урока.
Актуализация ранее изученного материала. Проверка знаний учащихся на начальном этапе урока
Основной этап урока. Изучение нового материала.
Закрепление материала
Итоговый этап. Оценивание знаний учащихся. Домашнее задани
Ход урока:
Актуализация знаний: “Силы в природе”.
Бесконечно сложной кажется на первый взгляд картина взаимодействий в природе. Однако все их многообразие сводится к очень небольшому числу фундаментальных сил.
Что это за фундаментальные силы? Сколько их? Каким образом сводится к ним вся сложная картина связей в окружающем нас мире? Об этом мы и поговорим с вами на сегодняшнем уроке.
Рассмотрим понятие СИЛА в повседневной речи.
Почти в любом толковом словаре объяснению этого слова отводится едва ли не самое большое место.
В словаре В.Даля можно прочесть: “ сила – это источник, начало, основная причина всякого действия, движения, стремления, побуждения, всякой вещественной перемены в пространстве, или: “начало изменяемости мировых явлений”
А как вам нравится еще одно определение силы у того же В.Даля: “Сила – есть отвлеченное понятие общего свойства вещества, тел, ничего не объясняющее, а собирающее только все явления под одно общее понятие и название”.
Учащиеся обсуждают оба определения и высказывают свою точку зрения по данному вопросу.
Разнообразие смыслов, в которых употребляется слово “СИЛА”, поистине удивительно: здесь физическая сила и сила воли, лошадиная сила и сила убеждения, стихийные силы и силы страсти и т.д.
Но, может быть, словарь В.Даля устарел? Обратимся к словарю русского языка С.И.Ожегова, который составлен в 1953 году. Здесь мы не найдем вообще единого определения этого слова, зато увидим сразу десять различных толкований от “центробежной силы” до “силы привычки”, “силы возможности”.
Мы же с вами сегодня будем говорить о тех силах, которые являются предметом изучения в физике.
В механике в основу понимания силы легли ощущения, которые появляются у человека при поднимании груза, при приведении в движение окружающих тел и своего собственного тела. Объяснение искали метафизическое, как и многим другим явлениям и понятиям в те времена.
“Подобно тому, - рассуждали ученые древности – как утомленный путник ускоряет шаги по мере приближения к дому, падающий камень начинает двигаться все быстрее и быстрее, приближаясь к матери – Земле. Как это ни странно для нас, движение живых организмов, например, кошки, казалось в те времена гораздо более простым и понятным, чем падение камня”.
[Лауэ “История физики”]
Только Галилею и Ньютону удалось целиком освободить понятие силы от “стремлений” и “желаний”.
Классическая механика Галилея и Ньютона стала колыбелью научного понимания слова “сила”.
Количественная мера воздействия тел друг на друга называется в механике силой.
Сколько же различных типов сил существует в природе?
Оказывается, несмотря на удивительное многообразие взаимодействий, в природе имеется не более четырех типов взаимодействий.
Какие же они? (Ответ учащихся о четырех типах взаимодействия)
Так уж устроен пытливый человеческий ум, что его привлекают необъяснимые явления, происходящие в природе.
Датский ученый Тихо Браге многие годы наблюдал за движением планет и накопил многочисленные данные, которые впоследствии и обработал его ученик Иоганн Кеплер, создавший законы движения планет вокруг Солнца. Но он не сумел объяснить причину движения планет. На этот вопрос сумел ответить Исаак Ньютон, используя законы движения планет Кеплера, сформулировавший общие законы динамики.
Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы не имеющих ничего общего, (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы и т.д.) вызваны одной причиной. Окинув единым взором “земное” и “небесное”, Ньютон предположил, что существует единый закон Всемирного тяготения, которому подвластны все тела Вселенной – от яблок до планет!
В чем же заключается суть закона Всемирного тяготения?
(Учащиеся рассказывают о силах всемирного тяготения и формулируют закон).
Следующие силы с которыми мы знакомы –это сила упругости и сила трения
1. Природа силы упругости
Вследствие каких-либо деформаций тела всегда возникают силы, препятствующие деформациям; эти силы направлены в сторону восстановления прежних форм и размеров тела, т.е. направлены противоположно деформації. их называют силами упругости.
Сила упругости - это сила, возникающая в результате деформации тела и направленная противоположно направлению смещения частиц в процессе деформации.
Любое тело состоит из частиц (атомов или молекул), а те, в свою очередь, состоят из положительного ядра и отрицательных электронов. Между заряженными частицами существуют силы электромагнитного притяжения и отталкивания. Если частицы находятся в состоянии равновесия, то силы притяжения и отталкивания урвновешивают друг друга.
В случае деформации тела происходят изменения во взаимном расположении частиц. Если расстояние между частицами увеличивается, то электромагнитные силы притяжения превышают силы отталкивания. Если же частицы сближаются, то преобладают силы отталкивания.
Силы, возникающие в результате изменения расположения частиц очень малы. Но вследствие деформации изменяется расположение очень большого количества частиц, поэтому равнодействующая всех сил уже является значительной. Это и есть сила упругости. Следовательно, сила упругости по своему происхождению - электромагнитная сила.
Механическое напряжение
Состояние упруго деформированного тела характеризуют физической величиной, называется механическим напряжением.
Будем растягивать с определенной силой металлический стержень. В любом сечении S деформированного стержня возникают силы упругости, которые препятствуют его разрыву.
[pic]
Механическое напряжение σ - это физическая величина, которая характеризует деформированное тело и равен отношению модуля силы упругости Fnp к площади поперечного сечения тела S:
[pic]
Единица механического напряжения в СИ - паскаль (Па). [pic]
Опыты показывают, что:
в случае незначительных упругих деформаций механическое напряжение пропорционально относительному удлинению:
[pic]
Коэффициент пропорциональности Е называется модулем упругости, или модулем Юнга.
Модуль Юнга - это физическая величина, которая характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения или сжатия.
Поскольку относительное удлинение ε - безразмерная величина, то единица модуля Юнга в СИ - паскаль (Па).
Закон Гука
В 7 классе мы изучали закон Гука:
в пределах упругой деформации сила упругости прямо пропорциональна абсолютному удлинению пружины: [pic]
Жесткость пружины определяется по формуле:
[pic]
Отсюда следует, что единица жесткости в системе СИ измеряется в Н/м.
Покажем, что выражение [pic] также является законом Гука, но в другой форме записи.
По определению, [pic] а относительное удлинение [pic] Тогда с учетом формулы [pic] получаем:
[pic]
Отсюда:
[pic]
где [pic] - коэффициент жесткости. Следовательно, коэффициент жесткости зависит от упругих свойств материала, из которого изготовлено тело, и его геометрических размеров.
Прямую пропорциональную зависимость между силой упругости и удлинением используют в динамометрах. Сила упругости часто работает в технике и природе: в часовых механизмах, в амортизаторах на транспорте, в канатах, тросах, в человеческих костях и мышцах т.д.
2 Сила трения
Жизнь – это движение!!!
Без каких сил невозможно движение? ( Без сил трения.)
Что вы знаете об этой силе? ( Рассказ о силе трения, о силе трения покоя, о силе трения скольжения.).
Еще один вид сил электромагнитного происхождения, с которыми имеют дело в механике, - это силы трения. Эти силы действуют вдоль поверхности тел при их непосредственном соприкосновении.
Главная особенность сил трения, отличающая их от сил упругости, состоит в том, что они зависят от скорости движения тел относительно друг друга.
Попробуем разобраться, от чего зависят силы трения.
Силы, действующие между поверхностями соприкасающихся твердых тел, называются силами трения.
Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.
Различают: силу трения покоя, силу трения скольжения, силу трения качения.
Установлено, что Fтр.пок>Fтр. ск.; Fтр.ск.>Fтр. кач..
Сила трения не зависит от площади контактирующих поверхностей.
Сила трения зависит от вида соприкасающихся поверхностей. На более гладкой поверхности, сила трения меньше, чем на шероховатой.
Сила трения зависит от массы тела (силы реакции опоры), т.е. чем больше масса тела, тем больше сила трения.
При движении тела в жидкости или газе сила трения уменьшается. При медленном движении сила трения пропорциональна скорости движения; при быстром движении- квадрату силы трения.
Сила трения скольжения зависит от нормального давления (или силы реакции опоры), от состояния и вида поверхностей (описываются коэффициентом трения скольжения), что в итоге приводит к следующему закону для силы трения F=µN.
Трение сопровождает нас повсюду. В одних случаях оно полезно, и мы стараемся его увеличить. В других – вредно, и мы ведем с ним борьбу.
Привести примеры полезного и вредного трения и методы борьбы с ним.
Закрепление
1. Чтобы растянуть пружину на 2 см, нужно приложить силу в 10 Н. Какую силу нужно приложить, чтобы растянуть пружину на 6 см? на 10 см?
2. Вычислите массу груза, висящего на пружине жесткостью 100 Н/м, если удлинение пружины равно 1 см?
3. Вследствие сжатия буферной пружины на 3 см возникает сила упругости 6 кН. На сколько вырастет эта сила, если сжать пружину еще на 2 см?
Подведём итог
Положение с силами в механике вряд ли можно назвать блестящим. Остается не до конца выясненным вопрос о том, вследствие каких физических процессов появляются те или иные силы. Это понимал и Исаак Ньютон. Ему принадлежат слова: “Я не знаю, чем я кажусь миру; мне же самому кажется, что я был только мальчиком, играющим на берегу моря и развлекающимся тем, что время от времени находил более гладкий камушек или более красивую раковину, чем обыкновенно, в то время как великий океан истины лежал передо мной совершенно неразгаданный…”
[И.Ньютон]
-Как вы понимаете слова Ньютона?
-О каком океане истины идет речь в его словах?
Итог урока
Что нового вы узнали сегодня на уроке?
Какова особенность силы трения?
Как зависит сила сопротивления от скорости движения тела?
Какая деформация называется упругой?
Какие силы являются следствием деформации тела?
Сколько же различных типов сил существует в природе?
Домашнее задание: создать проект на тему “ Силы в природе”, включив в неё презентацию о силах.
