Романова Алла Ивановна учителя физики Научный Бровкин Игорь Борисович методист кафедры естественно-математических дисциплин иро рыбинск, 2006 пояснительная записка

1   2

Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл модуля упругости?

2. Почему при измерениях нельзя допускать раскачивания груза, подвешенного к шнуру?

3. Зависит ли модуль упругости от сечения образца и его длины?


Лабораторная работа № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ

Оборудование: набор минералов «Шкала 1вердости», исследуемые минералы, набор «Металлы и сплавы», луна,

Для определения твердости образца по Моосу на гладком уча­стке его поверхности острым краем кристалла талька с нажимом проводят черту. Если на поверхности образца тальк оставил царапину, то твердость образца меньше 1. Если же на поверхно­сти исследуемого образца осталась лишь черта из частиц талька, легко стирающаяся с поверхности, то твердость исследуемого об­разца выше единицы и для ее определения необходимо продол­жить испытания, заменив тальк гипсом. Если и гипс не оставит царапины на поверхности образца, то испытание продолжают с заменой гипса на кальцит и т. д.

Твердость эталона и образца считается одинаковой, если они способны при одинаковых условиях опыта оставлять друг на друге примерно одинаковые царапины.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь со шкалой твердости по Моосу, набором ми­нералов «Шкала твердости» и набором «Металлы и сплавы».

2. Используя минералы «Шкалы твердости», определите мето­дом царапанья твердость нескольких образцов минералов и сплавов.

3. Результаты испытаний занесите в отчетную таблицу.

Контрольные вопросы

1. Какие методы определения твердости вам известны?

2. Почему различные методы определения твердости часто дают несовпадаю­щие результаты?

Наблюдение кристаллических и аморфных тел

Оборудование: 1) набор кристаллических и аморфных тел; 2) линза короткофокусная.

Набор кристаллических и аморфных тел выполнен в виде небольшой прозрачной закрытой коробки с семью отделениями, в каждом из которых помещают образцы тел для наблюдения. В качестве монокристаллов различной формы берут кристаллы хлористого натрия, медного купороса и слюды. В четвёртом отделении помещают излом цинка с хорошо видимыми отдельными гранями кристаллов, составляющих кусок металла. Образцами аморфных тел служат стекло, канифоль или воск и плексиглас. Последний является примером широко распространённых аморфных полимеров.

Образцы в прозрачной коробке можно рассматривать со всех сторон. Они в отделениях упакованы не плотно, и лёгким встряхиванием, не вынимая из коробки, любой из образцов можно повернуть наивыгоднейшей стороной для рассматривания.

Набор изучаемых образцов можно разместить также в готовых, выпускаемых промышленностью круглых коробках, предназначенных для рыболовных крючков. В этом случае образцы рассматривают через прозрачную крышку. Кроме того, каждое отделение может быть по очереди открыто (крышка коробки имеет один открытый сектор и поворачивается) и отдельные образцы вынуты из коробки на бумагу и рассмотрены на столе.

Сначала предлагают всем учащимся рассмотреть с помощью лупы кристаллики поваренной соли. Обращают внимание, что все они имеют форму кубиков.

Затем рассматривают кристаллы медного купороса, а также обращают внимание учащихся на наличие плоских граней у отдельных кристаллов. Но углы между гранями здесь имеют другую величину, характерную для данного вещества.

После этого рассматривают кристаллы слюды, которые имеют форму тонких пластинок. Обращают внимание на торец одной из пластинок слюды, расщеплённой на множество тонких листочков. Объясняют при этом, что пластинку слюды трудно разорвать, но легко расщепить на более тонкие листочки по плоскостям спайности (анизотропия прочности).

Далее переходят к поликристаллическим телам. Рассматривают излом цинка и находят грани мелких кристалликов, составляющих кусок металла.

Наконец, рассматривают аморфные тела: обычное стекло – одно из наиболее распространённых аморфных веществ и канифоль или воск. При этом обращают внимание на излом стекла, который в отличие от металла имеет гладкую поверхность с характерными острыми краями.

В заключение рассматривают весьма распространённый аморфный полимер – органическое стекло (кусочки плексигласа).

Замечают гладкий излом с острыми краями как у обычного стекла.

Простые наблюдения, выполненные в этой работе, помогут учащимся в дальнейшем понять явления анизотропии, характерные для кристаллических тел, в отличие от изотропных свойств аморфных тел.

Наблюдение упругих и пластических деформаций тел

Оборудование: 1) резинка ученическая (ластик); 2) брусок металлический размером 40X25X8 мм; 3) брусок пластилиновый размером 30X20X8 мм


Цель работы – наблюдать различные виды деформаций и их взаимосвязь.

Исследуемыми телами служа ученическая резинка (ластик) и пластилин.

Работу начинают с наблюдения упругих деформаций растяжения и сжатия ластика. С этой целью ластик берут за концы и растягивают, а затем сжимают. При этом обращают внимание н: 1) направление сил, действующих на ластик при его растяжении и сжатии; 2) направление силы упругости, возникающей в ластике при его деформациях, относительно смещения частиц; 3) изменение длины и площади поперечного сечения ластика при его растяжении и сжатии; 4) восстановление формы ластика под действием силы упругости в процессе снятия нагрузки .

Затем ластик кладут на стол и прижимают его бруском. Перемещая брусок горизонтально, наблюдают в ластике деформацию сдвига. В процессе наблюдения определяют: 1) направление сил, действующих на ластик, при деформации сдвига; 2)направление смещения слоёв ластика относительно друг друга; 3) увеличение угла деформации сдвига при возрастании нагрузки.

После этого ластик изгибают, а затем скручивают.

В первом случае выясняют, в каких слоях ластика возникает деформация растяжения, а в каких – сжатия; во втором случае – из каких ранее рассмотренных деформаций состоит деформация кручения.

В результате этих наблюдений учащиеся убеждаются, что деформации взаимосвязаны. Например, деформация растяжения сопровождается деформацией сжатия, деформация изгиба состоит из деформации сжатия и растяжения, а при кручении имеет место ещё и деформация сдвига.

В заключение наблюдают пластическую деформацию пластилина. Обнаруживают, что пластилин после снятия нагрузки не восстанавливает свою первоначальную форму. Последнее объясняют малыми силами упругости, возникающими при деформации.

Работу удобно выполнять с ластиком, имеющим два цветных слоя. Предварительно его следует разрезать на три равные части.


2.4.3. Практикум по решению задач.

Овладеть элективным курсом по физике – это значит не только понять физические явления и закономерности, углубить теоретические знания, но и уметь применять их на практике.

Всякое применение общих положений физики для решения конкретного вопроса есть решение физической задачи. Необходимо объяснить учащимся, что, приступая к решению задачи, нужно, прежде всего, вникнуть в смысл задачи и установить, какие из описанных процессов являются главными, какую формулу нужно применить.

В этом разделе предложены задачи к элективному курсу «Механические свойства вещества». Используются понятия напряжение, относительное удлинение, жесткость, модуль Юнга и др. и закон Гука в разных формах записи.

1. Найти жесткость пружины, которая под действием силы 2 Н удлинилась на 4 см.
   
2. Используя линейку и грузы известной массы, найдите жесткость резинового жгутика.
   
3. Две пружины равной длины, скрепленные одними концами, растягивают за свободные концы руками. Пружина с жесткостью 100 Н/м удлинилась на 5 см. Какова жесткость второй пружины, если ее удлинение равно 1 см?
   
4. На рисунке изображены графики зависимости удлинения от модуля приложенной силы для стальной (1) и медной (2) проволок равной длины и диаметра. Сравнить жесткости проволок.
   

5. На рисунке приведен график зависимости изменения длины резинового жгута от модуля приложенной к нему силы. Найдите жесткость жгута.
   

6. Жесткость данного куска проволоки равна k. Чему равна жесткость половины этого куска проволоки? Ответ обоснуйте.
   
7. Во сколько раз жесткость троса, свитого из шести проволок, отличается от жесткости одной проволоки этого троса?
   
8. Жесткость одной пружины равна k1, а другой k2. Какова жесткость пружины k, составленной из этих пружин, соединенных последовательно?
   
9. Две одинаковые пружины жесткостью k1 и k2 соединены друг с другом одним концом, образуя единую пружину. Найдите ее жесткость.
   
10. Найти удлинение буксирного троса с жесткостью 100 кН/м при буксировке автомобиля массой 2 т с ускорением 1,5 м/с . Трением пренебречь.
    
11. Когда четыре человека массой по 70 кг садятся в автомобиль, пружина амортизатора автомобиля сжимается на 2,5 см. Найдите жесткость одной пружины, если вего пружин четыре.
    
12. Пружина длиной 20 см растягивается силой 50 Н. Найдите конечную длину растянутой пружины, если ее жесткость 1000 Н/м.
    
13. Тело массой тянут по горизонтальной поверхности с помощью легкой пружины, составляющей угол а с горизонтом. Жесткость пружины k, коэффициент трения между телом и поверхностью м. Чему равно удлинение пружины, если ускорение тела а?
    
14. Чему равна относительная деформация стального стержня, сжатого силой 3,14 10 Н, если диаметр стержня 2 см, а его модуль Юнга 2 10 Па?
    
15. Латунная проволока диаметром 0,8 мм имеет длину 3,6 м. Под действием силы 25 Н проволока удлиняется на 2 мм. Определите модуль Юнга для латуни.
    
16. Плуг сцеплен с трактором стальным тросом. Допустимое напряжение материала троса 20 ГПа. Какой должна быть площадь поперечного сечения троса, если сопротивление почвы движению плуга равно 1,6 10 Н?
    
17. Каким должен быть модуль силы, приложенной к стержню вдоль его оси, чтобы в стержне возникло напряжение 1,5 10 Па? Диаметр стержня 0,4 см.
    
18. Какое напряжение возникает у основания кирпичной стены высотой 20 м? Плотность кирпича равна 1800 кг/м . Одинаковой ли должна быть прочность кирпичей у основания стены и верхней ее части?
    
19. Какую наименьшую длина должна иметь свободно подвешенная за один конец стальная проволока, чтобы она разорвалась под действием силы тяжести? Предел прочности стали равен 3,2 10 Па, плотность – 7800 кг/м .
    
20. Под действием силы 100 Н проволока длиной 5 м и площадью поперечного сечения 2,5 мм удлинилась на 1 мм. Определите напряжение, испытываемое проволокой, и модуль Юнга.
    
21. Железобетонная колонна сжимается силой F. Полагая, что модуль Юнга бетона Еб составляет 1/10 модуля Юнга железа Еж, а площадь поперечного сечения железа составляет 1/20 площади поперечного сечения бетона, найдите, какая часть нагрузки приходится на бетон.
    
22. Две пружины жесткостями k1 и k2 присоединены одним концом к вертикальной стенке, другим концом к грузу массой m , лежащему на горизонтальном столе. В начальный момент пружину жесткостью растянули на длину l1 , а пружину жесткостью сжали на длину l2 , после чего груз отпустили. Найдите амплитуду и период колебаний груза. Трением пренебречь.
    

ЛИТЕРАТУРА.

1. Афанасьева Т. П., Немова Н.В. Профильное обучение: педагогическая система и управление. Управление профильным обучением. Метод. пособие/ Под ред. Немовой Н.В.- М.: АПК и ПРО, 2004.-84 с.
   
2. Баканина Л.П. «Сборник задач по физике». (Учебное пособие для углубленного изучения физики в 10-11 классах общеобразовательных учреждений)/ Л.П. Баканина, В.Е.Белонучкин, С.М.Козел; Под редакцией С.М.Козела- М.: Просвещение, 1995.- 176 с.
   
3. Библиотечка «Квант» выпуск 49. И.Ю.Богданов «Физика в гостях у биологии».
   
4. Кабардин О.Ф. и др. Факультативный курс физики. Пособие для учащихся. М.: Просвещение, 1974.
   
5. Кабардин О.Ф. «Физика. Справочные материалы. Учебное пособие для у-ся».-М.: Просвещение, 1991.- 368 с.
   
6. Ланина И.Я. «Не уроком единым. Развитие интереса к физике.»- М.: Просвещение, 1991.- 223 с.
   
7. Ланина И.Я. «Сто игр по физике. Книга для учителя.»- М.: Просвещение, 1995.-224 с.
   
8. Ландау Л.Д., Китайгородский А.И. «Физика для всех».-М.:Наука,1974.-392 с.
   
9. Меледин Г.В. «Физика в задачах. Экзаменационные задачи с решениями». Учебное пособие- 2-е издание, переработанное и дополненное.- М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы., 1989.-242 с.
   
10. Методика выявления готовности старшеклассников к выбору профиля обучения. Под редакцией д.п.н., профессора, члена-корреспондента РАО, руководителя Центра С.Н.Чистяковой. Москва, 2003 г.
    
11. Об утверждении федерального базисного учебного плана и примерных учебных планов для общеобразовательных школ Российской Федерации, реализующих программы общего образования (приказ от 09.03.04. № 1312). Вестник Образования №8, апрель 2004.
    
12. Профильное обучение в условиях модернизации школьного образования. Сборник научных трудов/ Под редакцией Ю.И. Дика, А.В.Хуторского.- М.: ИОСО РАО,2003.-368 с.
    
13. Рымкевич А.П. «Сборник задач по физике» М., «Просвещение», 1988.
    
14. Ученик в обновляющейся школе/ Под. ред. Ю.И.Дика, А.В. Хуторского. - М. ИОСО РАО, 2002.-488 с.
    
15. Хлебунова С.Ф., Тараненко Н.Д, Управление современной школой. Выпуск №4. Профильное обучение: новые подходы. Практич. пособие для руководителей системы образования, слушателей ИПК. - Ростов-н/Д: издательство «Учитель», 2004.-96 с.
    
16. Элективный курс для предпрофильной подготовки. Физика 9 класс: программы и методические рекомендации / Андрющенко И.С., Крайнова Т.М. – Ярославль: ИРО, 2005.-61с.