Деформація. Механічні властивості твердих тіл

10 клас

Тема уроку: Деформація. Механічні властивості твердих тіл.

Мета уроку:

Навчальна:

- ознайомити учнів з механічними властивостями твердого тіла: пружною і пластичною деформаціями;

- розглянути види деформацій, абсолютну та відносту деформації;         

- розглянути поняття механічного напруження та закон Гука і його фізичний сенс, поняття меж пружності, текучості, руйнування, міцності і коефіцієнта запасу міцності.

Розвивальна:

- розвивати уміння застосовувати фізичні знання;

- розвивати мислення учнів, уміння чітко висловлювати свої думки;

- розвивати уміння аналізувати побачене і почуте.

Виховна: виховувати самостійність, наполегливість у досягненні мети, вчити раціонально організовувати свою діяльність і формувати досвід суспільної  поведінки, розвивати зацікавленість у вивченні фізики.

Тип уроку: лекція із застосуванням проблемної ситуації і використанням інформаційних технологій.

Форми та методи проведення заняття: проблемна ситуація, розповідь учителя, комп’ютерна презентація, колективне розв’язування задач.

Обладнання: комп’ютер, Презентація, важки, лінійка, гумовий шнур, штатив. пластилін

Хід  уроку

«Там де тонко, там і рветься».

Приказка

І. Організація класу

ІІ. Мотивація навчання                                                                                   

У техніці широко застосовуються різні матеріали та способи їх обробки. Неможливо правильно вести обробку матеріалів різанням, тиском, проводити термообробку без знання їх фізичних властивостей. Неможливо конструювати і експлуатувати різні верстати, машини, механізми, будівлі без знання матеріалів і умов їх фізичних навантажень під час експлуатації. У всіх випадках залежно від умов роботи матеріалів доводиться враховувати їх міцність, твердість, крихкість, пластичність, термостійкість і зносостійкість. Деталі і вузли механізмів і машин, будівель випробовують навантаження, що викликають різні види деформацій, які треба знати і враховувати при експлуатації.

          Проблемна ситуація

Всі ви часто ходите до магазину за тими чи іншими речами. Перед вами знаходяться різні типи упаковочних пакетів. Виберіть той пакет, в який ви змогли б покласти важкі речі. Чому ви вибрали цей пакет? Чим вони відрізняються? Який би пакет ви відкинули зовсім?

Отже, ви всі зрозуміли, що під дією навантаження ручки пакетів розтягуються, деформуються, рвуться (Обговорення приказки записаної на дошці, що приводить нас до висновку – деформація і руйнування кристалічних решіток можлива, і ми це повинні сьогодні довести)

ІІІ. Оголошення теми уроку: Деформація тіл. Механічні властивості твердих тіл. (Слайд 1)

          ІV. Актуалізація опорних знань                                                                     

- Які тіла називаються твердими? (Тверді тіла зберігають форму і об'єм)

- Перелічити основні властивості твердої речовини. (Молекули мають 

дальній порядок розташування, здійснюють коливальні рухи біля положення рівноваги, щільно упаковані, володіють великою потенційною енергією)

- Що ми розуміємо під силою пружності? (Сила, що виникає в результаті деформації тіла і направлена убік, протилежну переміщенням частинок тіла при деформації, називається силою пружності) (Слайд 2, 3,4)

V. Вивчення нового матеріалу                                  

На партах у дітей поролонові губки і пластилін. Подійте на них з силою, а потім різко припиніть її дію. Чи однаковий кінцевий результат? У чому різниця?

(На пластиліні – слід, поролон прийняв колишню форму.)

Багато хто з тіл, що оточують нас, може деформуватися, тобто змінювати свою форму під зовнішньою дією. Деформації, які повністю зникають після припинення дії зовнішніх сил, називаються пружними.

Пластична деформація – деформація, що зберігається після припинення дії зовнішньої сили. (Слайд 5-9)

Наведіть приклади пластичної і пружної деформації (використати набори різних предметів на партах)

Як можна назвати деформації, які випробовують фундамент і стіни будинків?

(Стиск).

Як називаються деформації, яким піддаються троси підйомних кранів?

(Розтяг).

З'ясуєте, в якому напрямі необхідно діяти силою на брусок, щоб отримати деформацію стиску, розтягу. (При стисненні сила діє перпендикулярно поверхні тіла у напрямі до його центру, при розтягуванні – у зворотному напрямі (від центру).

Як змінюються відстані між частинками речовини при розтягу і стиску? (При розтягуванні – більше, при стисненні відстань менша).

Як змінюються сили взаємодії між частинками речовини? (Сили взаємодії збільшуються в обох випадках – при стиску – сили відштовхування, при розтягу – сили притягування).

Вид деформації	Ознаки
Розтяг	збільшується відстань між молекулярними шарами.
Стиск	зменшується відстань між молекулярними шарами.
Кручення	поворот одних молекулярних шарів щодо інших.
Згин	одні молекулярні шари розтягуються, а інші стискаються або розтягуються, але менше перших.
Зсув	одні шари молекул зсуваються відносно інших.

Лінійна деформація (деформація розтягування) – деформація, при якій відбувається зміна тільки одного лінійного розміру тіла.

Кількісно вона характеризується абсолютним ∆ℓ і відносним подовженням.

∆ℓ = │ℓ - ℓ₀│

де ∆ℓ – абсолютне подовження (м); ℓ і ℓ₀ – кінцева і початкова довжина тіла (м). (Слайд 10)

де ε – відносне подовження тіла (%);

∆ℓ – абсолютне подовження тіла (м);

l₀ – начальная довжина тіла (м).  (Слайд 11)

Стан пружно деформованого тіла характеризують величиною σ, яка називається механічною напругою.

Механічна напруга σ дорівнює відношенню модуля сили пружності F_упр до площі поперечного перетину тіла S:

Вимірюється механічна напруга в Па. (Слайд 12)

Розв’язати задачу: Під дією якої сили, направленої уздовж осі стрижня, діаметр якого дорівнює 1 см, в ньому виникає напруга 5 10⁸ Па? (Слайд 13)

Спостереження показують, що при невеликих деформаціях механічна напруга у пропорційно відносному подовженні дорівнює: (Слайд 14)

Зв'язок між силою пружності і пружною деформацією тіла (при малих деформаціях) був експериментально встановлений сучасником Ньютона англійським фізиком Гуком.

Ця формула є одним з видів запису закону Гуку для розтягуя (стиску). У цій формулі відносне подовження узяте по модулю, оскільки воно може бути і додатнім, і від’ємним.

Коефіцієнт пропорційності Е в законі Гука називається модулем пружності (модулем Юнга).

Чим більше модуль пружності Е, тим менше деформується стрижень за інших рівних умов (ℓ₀, S, F). (Слайд 15)

Перейти до закону  Гука, який ми вчили у 8 класі можна записавшити формулу: (Слайд 16-17)

VІ. Закріплення нового матеріалу

1)    Проблемне запитання.

1 В кінці XIX в. партію брюк, відправлених з Європи до Америки, упакували і склали в трюмі. Брюки злежалися так, що з'явилися «стрілки». Американці із захопленням сприйняли нову, як їм подумалося, європейську моду, яка потім розповсюдилася по всьому світу. Що відбулося з тканиною в «стрілці»?

2)    Розв’язати задачу: Під дією сили в 200 Н дріт завдовжки 10 м і перетином 2,5м² подовжився на 2 мм. Визначити напругу, що випробовується дротом, і модуль Юнга. (Слайд 18)

VІІ. Підсумок уроку (Слайди 19-23)