Тип уроку
Комбінований урок: засвоєння нових знань, установлення фізичної закономірності, формування та вдосконалення вмінь розв’язувати розрахункові задачі.
Основна ідея уроку
Під час попереднього уроку учні з’ясували, що під час деформації тіла виникає сила пружності, яка протидіє деформації. На цьому уроці вони мають установити, як величина сили пружності пов’язана з величиною деформації тіла.
У межах пружної деформації для пружини сила пружності за модулем прямо пропорційна видовженню або стисканню. Цю закономірність описує закон Гука. Учні навчаться застосовувати його для визначення сили пружності, видовження та жорсткості пружини, а також підготуються до лабораторної роботи № 8 «Дослідження пружних властивостей тіл».
Результати навчання у фокусі уроку
| Група результатів | Результат, який формуємо / розвиваємо |
|---|---|
| ГР1. Пізнання світу природи засобами наукового дослідження | Аналізує результати спостережень за деформацією пружного тіла; формулює припущення про залежність сили пружності від видовження; визначає, які величини потрібно вимірювати для дослідження цієї залежності. |
| ГР2. Опрацювання, систематизація та представлення інформації природничого змісту | Пояснює зміст закону Гука; розрізняє силу пружності, видовження та жорсткість; правильно використовує позначення фізичних величин і їхні одиниці; записує формули та перетворює їх. |
| ГР3. Усвідомлення закономірностей природи | Установлює зв’язок між модулем сили пружності та величиною деформації в межах пружної деформації; пояснює фізичний зміст жорсткості тіла. |
| ГР4. Розвиток наукового мислення та розв’язання проблем природничого змісту | Розв’язує якісні та розрахункові задачі на закон Гука; обирає потрібну формулу, виконує обчислення, записує відповідь з одиницями вимірювання та оцінює її правдоподібність. |
Хід уроку
1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань
Учитель пропонує пригадати матеріал попереднього уроку.
Запитання для учнів:
Що називають деформацією?
Чим пружна деформація відрізняється від пластичної?
Що таке сила пружності?
У якому напрямі діє сила пружності?
Від чого, на вашу думку, залежить величина сили пружності?
Очікувані відповіді:
Деформація — це зміна форми або розмірів тіла.
Під час пружної деформації тіло після припинення зовнішньої дії відновлює початкову форму й розміри.
Сила пружності виникає під час деформації та протидіє їй.
Величина сили пружності може залежати від величини деформації та властивостей тіла.
Учитель уточнює, що останнє припущення потрібно перевірити й описати кількісно.
Формування груп результатів: актуалізуються ГР2 і ГР3; започатковується дослідницьке запитання для ГР1.
2. Мотивація навчальної діяльності. Постановка проблеми
Учитель демонструє дві пружини або одну пружину, до якої можна почергово підвішувати різні вантажі.
Учні спостерігають:
без вантажу пружина має початкову довжину;
після підвішування невеликого вантажу вона видовжується;
зі збільшенням навантаження видовження збільшується.
Проблемні запитання:
Чому пружина видовжується після підвішування вантажу?
Чи однаковою буде сила пружності за малого та більшого видовження?
Якщо видовження збільшити вдвічі, чи збільшиться вдвічі сила пружності?
Чи можна за видовженням пружини визначити силу, яка спричинила деформацію?
Учні висувають припущення. Учитель формулює навчальну проблему:
Як кількісно пов’язані сила пружності та деформація тіла?
Учитель повідомляє, що сьогодні учні ознайомляться із законом, який дає змогу відповісти на це запитання.
Формування груп результатів: ГР1 — спостереження та висування припущень; ГР3 — пошук закономірності; ГР4 — постановка фізичної проблеми.
3. Вивчення нового матеріалу. Закон Гука
Учитель пояснює: англійський фізик Роберт Гук досліджував пружні властивості тіл і встановив закономірність, яка описує залежність сили пружності від деформації.
Закон Гука: у межах пружної деформації сила пружності за модулем прямо пропорційна видовженню або стисканню тіла.
Для пружини закон записують:
[
F_{\text{пруж}}=k|\Delta l|
]
де:
(F_{\text{пруж}}) — модуль сили пружності, Н;
(k) — жорсткість пружини, Н/м;
(|\Delta l|) — модуль зміни довжини пружини, м.
Зміну довжини визначають як різницю між кінцевою та початковою довжинами:
[
\Delta l=l-l_0
]
де (l_0) — початкова довжина, (l) — довжина деформованої пружини.
Якщо пружину розтягують, її довжина збільшується; якщо стискають — зменшується. У формулі для модуля сили пружності використовують абсолютну величину зміни довжини, щоб результат був невід’ємним.
У векторному записі для пружини, що протидіє зміщенню від положення рівноваги, закон має вигляд (F=-kx), де знак «мінус» указує на протилежний напрям сили відносно зміщення.
Фізичний зміст жорсткості
Жорсткість характеризує опір пружини деформації.
Чим більша жорсткість, тим більша сила потрібна для однакового видовження.
Чим менша жорсткість, тим легше пружину деформувати.
Одиниця жорсткості в СІ — ньютон на метр (Н/м).
Наприклад, якщо жорсткість однієї пружини становить 100 Н/м, а іншої — 200 Н/м, то за однакового видовження друга пружина створює вдвічі більшу за модулем силу пружності — за умови, що для обох пружин виконується закон Гука.
Аналіз закономірності
Учитель записує:
[
F_{\text{пруж}}=k|\Delta l|
]
За незмінної жорсткості пружини:
збільшення видовження вдвічі спричиняє збільшення модуля сили пружності вдвічі;
збільшення видовження втричі спричиняє збільшення модуля сили пружності втричі.
Це і є прояв прямої пропорційності.
Важливе уточнення: закон Гука застосовують у межах пружної деформації. За надмірного навантаження залежність може перестати бути прямо пропорційною, а тіло може не відновити початкову форму.
Формування груп результатів: ГР2 — засвоєння понять, формул та одиниць; ГР3 — усвідомлення прямої пропорційності; ГР4 — підготовка до застосування закономірності в задачах.
4. Розбір формули та її перетворення
Учитель пропонує визначити кожну величину у формулі:
[
F_{\text{пруж}}=k|\Delta l|
]
Залежно від умови задачі можна визначити:
Силу пружності:
[
F_{\text{пруж}}=k|\Delta l|
]
Жорсткість пружини:
[
k=\frac{F_{\text{пруж}}}{|\Delta l|}
]
Модуль зміни довжини:
[
|\Delta l|=\frac{F_{\text{пруж}}}{k}
]
Учитель наголошує на необхідності переведення видовження в метри, якщо жорсткість задана в Н/м.
Наприклад:
[
5\text{ см}=0{,}05\text{ м}
]
Типова помилка: підставляти у формулу видовження в сантиметрах без переведення в метри.
Формування груп результатів: ГР2 — опрацювання формули та одиниць; ГР4 — вибір формули й виконання перетворень.
5. Розв’язування задач за зразком
Задача 1. Визначення сили пружності
Пружину жорсткістю 200 Н/м розтягнули на 3 см. Визначте модуль сили пружності.
Дано:
(k=200\text{ Н/м})
(|\Delta l|=3\text{ см}=0{,}03\text{ м})
(F_{\text{пруж}}-?)
Розв’язання:
За законом Гука:
[
F_{\text{пруж}}=k|\Delta l|
]
Підставляємо значення:
[
F_{\text{пруж}}=200\cdot0{,}03=6\text{ Н}
]
Відповідь: 6 Н.
Учитель звертає увагу: спочатку потрібно перевести сантиметри в метри, а потім підставляти значення у формулу.
Задача 2. Визначення жорсткості пружини
Під дією сили 8 Н пружина видовжилася на 4 см. Визначте жорсткість пружини, якщо деформація пружна.
Дано:
(F_{\text{пруж}}=8\text{ Н})
(|\Delta l|=4\text{ см}=0{,}04\text{ м})
(k-?)
Розв’язання:
[
k=\frac{F_{\text{пруж}}}{|\Delta l|}
]
[
k=\frac{8}{0{,}04}=200\text{ Н/м}
]
Відповідь: 200 Н/м.
Обговорення: жорсткість — це характеристика пружини, а не величина її видовження. За різних навантажень жорсткість тієї самої пружини в межах виконання закону Гука залишається сталою.
Задача 3. Визначення видовження
Жорсткість пружини дорівнює 150 Н/м. Яким буде її видовження, якщо модуль сили пружності становить 3 Н?
Дано:
(k=150\text{ Н/м})
(F_{\text{пруж}}=3\text{ Н})
(|\Delta l|-?)
Розв’язання:
[
|\Delta l|=\frac{F_{\text{пруж}}}{k}
]
[
|\Delta l|=\frac{3}{150}=0{,}02\text{ м}=2\text{ см}
]
Відповідь: 2 см.
Задача 4. Порівняння двох пружин
Дві пружини мають жорсткості 100 Н/м і 300 Н/м. Обидві розтягнули на 2 см. Визначте силу пружності кожної та порівняйте результати.
Для першої пружини:
[
F_1=100\cdot0{,}02=2\text{ Н}
]
Для другої пружини:
[
F_2=300\cdot0{,}02=6\text{ Н}
]
Висновок: за однакового видовження пружина з жорсткістю 300 Н/м створює силу пружності, утричі більшу за модулем, ніж пружина з жорсткістю 100 Н/м.
Формування груп результатів: ГР2 — правильний запис фізичних величин та одиниць; ГР3 — застосування прямої пропорційності; ГР4 — послідовне розв’язування задач і перевірка результатів.
6. Самостійна робота учнів
Учні розв’язують задачі індивідуально або в парах. Після виконання відбувається взаємоперевірка.
Задача А. Пружину жорсткістю 400 Н/м розтягнули на 2 см. Визначте модуль сили пружності.
Задача Б. Під дією сили 12 Н пружина видовжилася на 6 см. Визначте її жорсткість.
Задача В. Жорсткість пружини становить 250 Н/м. Яке видовження відповідає модулю сили пружності 5 Н?
Відповіді для самоперевірки:
А: (F=400\cdot0{,}02=8\text{ Н}).
Б: (k=12/0{,}06=200\text{ Н/м}).
В: (|\Delta l|=5/250=0{,}02\text{ м}=2\text{ см}).
Після перевірки учитель просить учнів пояснити не лише відповідь, а й те, чому обрано саме цю формулу.
Формування груп результатів: ГР2 — правильне використання математичного запису; ГР4 — самостійне розв’язування та обґрунтування вибору формули.
7. Підготовка до лабораторної роботи № 8 «Дослідження пружних властивостей тіл»
Наступний урок передбачає лабораторне дослідження, тому важливо вже зараз визначити, що саме потрібно буде досліджувати.
Учитель пропонує учням відповісти на запитання:
Які величини потрібно вимірювати, щоб дослідити залежність сили пружності від видовження?
Як можна змінювати силу, що діє на пружину?
Як визначити видовження пружини?
Які дані варто записувати в таблицю?
Як за результатами вимірювань перевірити закон Гука?
Очікувані відповіді:
Потрібно визначати силу, що діє на пружину, та її видовження.
Навантаження можна змінювати, додаючи вантажі.
Видовження визначають як різницю між довжиною деформованої пружини та її початковою довжиною.
До таблиці записують навантаження або силу, початкову й кінцеву довжину, видовження.
Можна порівняти силу та видовження для різних навантажень і перевірити, чи зберігається їхня пряма пропорційність у досліджуваному діапазоні.
Учитель пояснює, що під час лабораторної роботи учні мають не просто отримати числові значення, а дослідити залежність між фізичними величинами, дотримуватися правил безпеки та зробити висновок за результатами вимірювань.
Формування груп результатів: ГР1 — підготовка до планування експерименту; ГР2 — систематизація даних у таблиці; ГР3 — визначення закономірності, яку потрібно перевірити; ГР4 — вибір способу перевірки фізичного закону.
8. Формувальне оцінювання
| Критерій | Ознака досягнення |
|---|---|
| Пояснює закон Гука | Формулює залежність сили пружності від видовження в межах пружної деформації |
| Розуміє фізичний зміст жорсткості | Пояснює, що характеризує (k), називає одиницю Н/м |
| Правильно застосовує формулу | Обирає формулу для визначення сили, жорсткості або видовження |
| Працює з одиницями | Переводить сантиметри в метри |
| Розв’язує задачі | Записує дано, формулу, підстановку, обчислення та відповідь |
| Готується до дослідження | Називає величини, які потрібно вимірювати для перевірки закону |
9. Рефлексія
Учні завершують речення:
Закон Гука описує залежність…
Жорсткість пружини показує…
Якщо видовження пружини збільшити вдвічі, то за незмінної жорсткості…
Під час розв’язування задач мені важливо не забувати…
На лабораторній роботі я перевірятиму…
Учитель за відповідями визначає, чи готові учні переходити від розрахункових задач до експериментального дослідження.
10. Домашнє завдання
Опрацювати матеріал підручника про закон Гука.
Вивчити формулу закону Гука та фізичний зміст жорсткості пружини.
Розв’язати задачі:
1. Пружину жорсткістю 300 Н/м розтягнули на 5 см. Визначте модуль сили пружності.
2. Під дією сили 10 Н пружина видовжилася на 2,5 см. Визначте її жорсткість.
3. Жорсткість пружини становить 500 Н/м. Яке видовження відповідає модулю сили пружності 15 Н?
Підготуватися до лабораторної роботи № 8 «Дослідження пружних властивостей тіл»: повторити правила безпеки під час роботи з пружинами та вантажами, пригадати, як визначають видовження тіла.
Відповіді для перевірки домашньої роботи: 1) 15 Н; 2) 400 Н/м; 3) 0,03 м, або 3 см.
Як результати навчання формуються протягом уроку
| Етап уроку | ГР1. Дослідження | ГР2. Інформація | ГР3. Закономірності | ГР4. Мислення й розв’язання проблем |
|---|---|---|---|---|
| Актуалізація знань | Спирається на попередні спостереження | Відтворює поняття | Пов’язує деформацію із силою пружності | Висуває припущення про залежність сили від деформації |
| Мотивація | Спостерігає видовження пружини | Описує зміни довжини | Формулює припущення про пряму пропорційність | Ставить дослідницьке запитання |
| Вивчення закону Гука | Визначає, що необхідно дослідити | Записує формулу, позначення та одиниці | Пояснює залежність сили пружності від видовження | Пов’язує фізичний зміст закону з практичними ситуаціями |
| Розбір формул | Визначає вимірювані величини | Перетворює формули та працює з одиницями | Установлює залежності між величинами | Обирає спосіб розрахунку невідомої величини |
| Розв’язування задач | Аналізує задані умови | Записує дано й формули | Застосовує закон до кількісних ситуацій | Виконує обчислення та перевіряє результат |
| Самостійна робота | Підготовлюється до роботи з вимірюваними величинами | Самостійно представляє розв’язання | Перевіряє застосовність закону | Розв’язує задачі без покрокової допомоги |
| Підготовка до лабораторної роботи | Планує вимірювання | Визначає, які дані потрібно записувати | Формулює закономірність для перевірки | Обирає спосіб експериментальної перевірки |
| Рефлексія | Усвідомлює роль експерименту | Формулює засвоєні поняття | Узагальнює закон | Оцінює власну готовність до лабораторної роботи |
Місце уроку в траєкторії формування груп результатів
| Група результатів | Стан після уроку | Подальший розвиток |
|---|---|---|
| ГР1 | Розвивається: учні формулюють дослідницьке запитання та визначають потрібні величини | На лабораторній роботі № 8 плануватимуть і виконуватимуть вимірювання, фіксуватимуть результати |
| ГР2 | Закріплюється й розвивається: учні використовують формулу, позначення та одиниці | Під час лабораторної роботи систематизуватимуть дані в таблиці та представлятимуть висновки |
| ГР3 | Виходить на новий рівень: учні переходять від якісного пояснення сили пружності до кількісного закону | На лабораторній роботі перевірятимуть, чи відповідають експериментальні дані закону Гука |
| ГР4 | Розвивається: учні застосовують закономірність у розрахункових задачах | На лабораторній роботі використовуватимуть вимірювання та обчислення для обґрунтованого висновку |
Перехід до наступного уроку
На цьому уроці учні ознайомилися із законом Гука та навчилися використовувати його для розв’язування задач. Проте знання формули ще не означає, що закономірність перевірено експериментально.
Наступний урок — лабораторна робота № 8 «Дослідження пружних властивостей тіл». На ньому учні досліджуватимуть залежність сили пружності від деформації, вимірюватимуть видовження та формулюватимуть висновок на основі отриманих результатів.
Немає коментарів:
Дописати коментар