Тема урока: Элементы статики. Равновесие тел.

МОУ «Гимназия №2»
ОТКРЫТЫЙ УРОК
ПО ТЕМЕ:
«Элементы статики. Равновесие тел.»
(10 класс профильный уровень)
Учитель
Виноградова Н.А.
2009 год
Тема урока: Элементы статики. Равновесие тел.
Цели урока:
образовательные – познакомить учащихся с условиями равновесия
различных тел; видами равновесия; повторить понятия «рычаг», «плечо
силы», «момент силы»; совершенствовать навыки работы с приборами;
развивающие – развитие логического мышления, формирование умений
делать выводы из обобщения опытных данных, наблюдений и имеющихся
знаний; навыков пользования справочной литературой; продолжить
формирование представлений о процессе научного познания;
воспитательные – воспитание коммуникативных умений; расширение
познавательных интересов; формирование научного мировоззрения.
Тип урока – урок изучения и первичного закрепления знаний
Оборудование: компьютер, мультимедиапроектор, презентация урока,
интерактивная доска, справочник по физике / Кабардин О.Ф. Физика:
Справочные материалы. Учебное пособие для учащихся. М.: Просвещение,
1986./, линейка с осью вращения, прибор для демонстрации видов
равновесия.
Для групп: шайба металлическая, шнур резиновый сечением 1х 1 мм,
длиной 150 мм; нить длиной 200 мм с петлями на концах лист картона с
размером 240х340 мм с тремя вбитыми гвоздями; динамометр учебный; лист
бумаги размером 200х300мм: угольник ученический; линейка: карандаш:
рычаг на штативе; набор грузов.
2
План урока
Организационный момент
Подготовка к усвоению нового материала
Актуализация ранее усвоенных знаний
Освоение нового материала:
а) выполнение экспериментальных заданий группами и отчет о
выполненной работе;
1.
2.
3.
4.
б) объяснение учителя, демонстрации.
5. Первичная проверка понимания и закрепление знаний
6. Подведение итогов урока
7. Домашнее задание
3
Ход урока
1. Организационный момент
2. Подготовка к усвоению нового материала
а) введение
Если тело покоится, то говорят, что это тело находится в равновесии.
Здания, мосты, балки вместе с опорами, части машин, книга на столе и
многие другие тела покоятся, несмотря на то что к ним со стороны других
тел приложены силы.
Раздел механики, в котором изучаются условия равновесия
абсолютно твердых тел, называется статикой.
Абсолютно твердое тело – тело, расстояние между двумя точками
которого во время взаимодействия с другими телами, остается
неизменным (деформацией тела можно пренебречь).
В статике учитываются размеры тела и форма. Статика – частный случай
динамики.
б)мотивация
Всякие конструкции, любые сооружения должны быть достаточно
прочными (не разрушаться под действием нагрузки), достаточно жесткими
(деформации не должны нарушать нормальную эксплуатацию сооружений) и
достаточно устойчивыми (не опрокидываться в самых различных физических
ситуациях). Какие бы сооружения не строились - телевизионные башни,
железнодорожные мосты, плотины гидроэлектростанций, арочные покрытия
дебаркадеров вокзалов, своды дворцов спорта, высотные здания, мачты линий электропередач и т. д., - все они рассчитываются на прочность,
жесткость и устойчивость.
Без знания законов статики эти расчеты были бы невозможны.
В учении о равновесии мы рассмотрим общие положения,
позволяющие на основании школьных знаний по механике понять, как
решается проблема создания технических сооружений.
Это нужно знать, например, при постройке зданий, мостов, всевозможных
опор, подвесов изготовлении машин и приборов и т. д. недопустимо, чтобы,
например, башня телевизионного центра в Останкине (Москва), которая
4
должна незыблемо стоять на своих опорах могла под порывом ветра
получить ускорение и сместиться с этих опор. И законы механики позволяют
нам выяснить, какие именно условия обеспечивают равновесие, и прежде
всего состояние покоя тела.
б) формулировка темы и цели урока.
3.Освоение нового материала
а) объяснение учителя с использованием презентации к уроку
Выясним, используя знания законов Ньютона, при каком условии
любое тело будет находиться в равновесии?
. С этой целью разобьем мысленно все тело на большое число малых
элементов, каждый из которых можно рассматривать как материальную
точку. Некоторые элементы изображены на рисунке. Как обычно, назовем
силы, действующие на тело со стороны других тел, внешними, а силы, с
которыми взаимодействуют элементы самого тела,- внутренними
внутренние силы
внешние силы
/
1
F1.2  F1.3  F
F2.1  F2.3  F
/
2
/
3
F3.1  F3.2  F
Если тело находится в покое, то ускорение каждого элемента равно
5
нулю. Поэтому согласно второму закону Ньютона будет равна нулю и
геометрическая сумма всех сил, действующих на любой элемент.
Следовательно, можно записать:
И так, для равновесия тела необходимо и достаточно, чтобы
геометрическая сумма всех сил (внешних и внутренних), действующих
на каждый элемент этого тела была равна нулю.
Выясним условия равновесия для тела , на которое действуют только
внешние силы
б) выполнение фронтального эксперимента № 1,2 и коллективное
обсуждение выводов по нему.
Выводы:
Если твердое тело находится в равновесии, то геометрическая сумма
внешних сил, приложенных к нему, равна нулю.
F1  F2  F3  ...  0
F1x  F2 x  F3x  ...  0
В случае абсолютно твердого тела это условие называют первым условием
его равновесия. Оно является необходимым, но не является достаточным.
В этом легко убедиться. Приложите к доске, лежащей на столе, в различных
точках две равные по модулю и противоположно направленные силы так, как
6
показано на рисунке. Сумма этих сил равна нулю: F + (-F) = 0.
Но доска, тем не менее, будет поворачиваться. Точно так же две одинаковые
по модулю и противоположно направленные силы поворачивают руль
велосипеда или автомобиля. Почему так происходит, понять нетрудно. Ведь
любое тело находится в равновесии, когда сумма всех сил, действующих на
каждый его элемент, равна нулю. Но если сумма внешних сил равна нулю, то
сумма всех сил, приложенных к каждому элементу тела, может быть не равна
нулю. В этом случае тело не будет находиться в равновесии.
В рассмотренных примерах доска и руль потому и не находятся в
равновесии, что сумма всех сил, действующих на отдельные элементы этих
тел, не равна нулю.
Выясним, какое же еще условие для внешних сил, кроме равенства нулю их
суммы, должно выполняться, чтобы твердое тело находилось в равновесии.
Для этого воспользуемся теоремой об изменении кинетической энергии.
Найдем, например, условие равновесия стержня, шарнирно
закрепленного на горизонтальной оси в точке О.
3. Актуализация ранее усвоенных знаний.
а) работа со справочником.




Рычаг
Плечо силы
Момент силы
Единицы момента силы
б) выполнение фронтального эксперимента №3 и коллективное
обсуждение выводов по нему.
Выводы:
M1 + М 2 = 0
и есть второе условие, необходимое для равновесия твердого тела.
При равновесии твердого тела сумма моментов всех внешних сил,
действующих на него относительно любой оси, равна нулю.
И так, в случае произвольного числа внешних сил условия равновесия
абсолютно твердого тела следующие:
7
F1+F2+…= 0
M1+M2+…= 0
4.Освоение нового материала.
а) объяснение учителя с использованием презентации к уроку.
Равновесие тел, имеющих площадь опоры.
Не
менее важен случай, когда тело имеет площадь опоры.
Тело, имеющее площадь опоры, находится в равновесии, когда
вертикальная прямая, проходящая через центр тяжести тела, не выходит
за пределы площади опоры этого тела
Известно, что
в городе Пизе в Италии существует
наклонная башня.
что
башня
Несмотря на то,
наклонена,
она
не
опрокидывается, хотя ее часто называют падающей. Очевидно, что
ври том наклоне, которого башня
достигла к настоящему времени,
вертикаль, проведенная из центра
тяжести башни, все еще проходит
внутри ее площади опоры.
Площадь опоры, от которой зависит равновесие,- это не
всегда площадь, на которой тело действительно соприкасается с
опорой. Стол, например, соприкасается с полом только там, где
находятся его ножки. Но площадь опоры стола - это площадь
внутри контура, который получится, если соединить прямыми все
ножки стола. Площадь опоры штатива, треноги - это площадь треугольника,
образованного
отрезками,
8
соединяющими
концы
треноги, и т. д.
Демонстрационный эксперимент
Равновесие тела, имеющего площадь опоры, зависит не только от расстояния
его центра тяжести от Земли (т. е. от его потенциальной энергии), но и от
расположения и размеров площади опоры этого тела.
В практике большую роль играет не только выполнение условия равновесия
тел, но и качественная характеристика равновесия, называемая
устойчивостью.
Различают 3 вида равновесия:
 Устойчивое
 Неустойчивое
 Безразличное.
9
Чаще всего необходимо, чтобы равновесие было устойчивым. Когда
равновесие нарушается, то сооружение становится опасным, если его
размеры велики.
Демонстрационный опыт с линейкой.
Условия равновесия нужно знать не только инженерам и архитекторам, но и
всем нам.
Просмотр презентации «Неваляшки» / автор Петрова Оля/ и презентации к
уроку «Человек и равновесие»
1. Первичная проверка понимания и закрепление знаний.
а) сформулируйте условия равновесия тела;
б) какие виды равновесия различают;
в) работа с тестом.
5. Итоги урока.
6. Домашнее задание: § 52 - 54
10
Проверь себя
1. Укажите виды равновесия для следующих случаев:
а) гимнаст делает стойку на брусьях; гимнаст висит на кольцах;
б) канатоходец находится на канате;
в) колесо надето на ось;
г) шарик висит на нити;
д) шарик лежит на столе.
2. Каким образом обеспечивается хорошая устойчивость
следующих предметов:
а) игрушки «Ванька - встанька»;
б) лабораторного штатива;
в) башенного подъемного крана;
г) настольной лампы?
З. Как повышает свою устойчивость боксер во время боя, матрос
во время качки?
4· Грузовик перевозил грузы одинакового веса: В одном случае стальные листы, в другом - хлопок и в третьем - дрова. В каком
случае грузовик обладал большей устойчивостью?
5. Будет ли рычаг находиться в равновесии?
11
Приложения
12
13
14
15