Материалы к урокам физики

Цыганков Валерий Витальевич
Савеевская основная общеобразовательная школа имени М.С. Добрынина
Смоленская область, Рославльский район, д.Савеево
Материалы к урокам физики для 7 класса по теме «Сила»
Данные материалы всегда вызывали у учащихся живой интерес. Они могут помочь учителю
повысить эффективность проведения урока. Опорные конспекты и вопросы предназначены для
организации самостоятельной работы учащихся и направлены на усвоение ими основных
теоретических фактов и практических умений. В материалы включены сведения исторического и
прикладного характера, которые содействуют мотивации учения, развитию познавательной
деятельности ребят, учат анализировать и извлекать информацию из таблиц. Уделяется внимание
формированию у школьников экспериментальных умений и навыков.
Тема: «Сила»
О силе мышц
1. Сила мышц – собственная сила человека.
2. Сила мышц может деформировать тело или изменять величину и направление его скорости.
Человек может сломать спичку, согнуть проволоку, смять лист бумаги. В 1907 году Джон
Грюн (Германия) разламывал конскую подкову за 23 секунды.
3. Силу мышц человек использует для совершения полезной работы: вскапывает землю,
поднимает тяжести и т.д.
4. Мышечная сила очень мала по сравнению с силами природы, а также с усилиями, которые
развивают машины, изобретённые человеком.
5. Силу мышц можно измерить с помощью силомера.
Это интересно






Вы пробовали подтягиваться на одной руке, на двух руках? Каков ваш наилучший
результат? В числе удивительных достижений в подтягивании на перекладине,
показанный в 1900 г. немцем Вилли Куттером. Атлет 12 раз подтянулся на правой руке
верхним хватом при собственном весе 95 кг.
Известному в прошлом спортсмену, герою книги рекордов Гиннесса из Беломорска
Валентину Ефимову недавно исполнилось 65 лет. Пенсионер сумел за один час
подтянуться на перекладине 545 раз.
В 1911 году Людвиг Чаплинский (Россия) перепрыгивал через столовый стол с грузом в 40
кг.
В 1912 году Николай Вахтуров (Россия) перебрасывал двухпудовую гирю через
железнодорожный вагон.
Какой груз вы можете поднять и перенести? В 1908 году Григорий Кащеев (Россия)
переносил на спине живую лошадь.
В 1949 году француз Фарс предложил педальный автобус и даже получил патент за
«общественное средство транспорта, приводимое в движение педалями». Автобус
представлял собой двадцать велосипедных сёдел с педалями под ногами – пять рядов, по
четыре в ряд. Каждая четвёрка раскручивает свой вал, трансмиссия кропотливо собирает
общие усилия и передаёт на ведущую ось. Небольшое педальное усилие каждого
велосипедиста (примерно 0,3 лошадиной силы) множится на число «крутящих». В итоге –
шесть лошадиных сил. Управляет добровольной галерой шофёр.
Силы в природе
1. Землетрясения могут разрушать города. Для оценки сравнения силы землетрясений
используются различные шкалы, например, 12 – бальная шкала Медведева – Шконхойера –
Карника, разработанная в 1964 году.
2. Вулканические извержения поднимают камни и пепел на высоту в несколько сот метров. А на
какую высоту вы можете бросить небольшой камень?
3. Ураганы, вырывающие с корнем огромные деревья, срывающие и уносящие крыши домов.
Для оценки силы ветра используют шкалу английского адмирала Бофорта (1806г). Эта шкала
была принята Всемирной метеорологической организацией для приближённой оценки
скорости ветра по его воздействию на наземные предметы или по волнению в открытом море.
1
Механизмы, изобретённые человеком
1. Силы давления гидравлических прессов и молотов очень велики. Можно ли расплющить
гвоздь руками? Попробуйте это сделать с помощью молотка. Сколько времени это займёт?
2. Тяговые усилия электровозов, которые могут тянуть состав в несколько десятков
тяжёлогружёных вагонов, очень большие. Измерить тяговые усилия механизмов можно с
помощью тяговых динамометров.
3. По фильмам вы знаете о разрушительном действии снарядов и атомных бомб.
ОК
Сила
1. Сила – мера взаимодействия тел.
2. Результат действия сил: тело изменяет свою скорость или деформируется.

3. Обозначение. F - величина векторная; F – модуль силы.
4. Единицы измерения. 1 Н (ньютон) – сила, которая за время 1 с изменяет скорость тела
массой 1 кг на 1 м/с.
1 кН = 1000 Н; 1 мН = 0,001 Н
5. Характеристики силы. Точка приложения, величина, направление.
Точка приложения: А. Величина: F = 15 Н.
Направление: сила направлена вправо.
6. Примеры сил. Сила тяги, сила удара, сила давления.
Ответьте на вопросы:
1. Какая сила поднимает вверх ракету?
2. Какая сила закрывает и открывает двери автобусов?
3. Какая сила приводит в действие поршень двигателя внутреннего сгорания?
4. Какая сила приводит в действие крылья мельницы, вращает мельничные колёса?
5. Какая сила выбрасывает пулю из ствола ружья?
6. Какую силу прикладывают к головке наручных часов, чтобы их завести?
7. Приведите ещё 5 – 8 примеров действия различных сил.
8. Приведите примеры изменения скорости тела под действием сил.
9. Приведите примеры деформации тел под действием сил.
10. Приведите примеры действия силы тяги, силы удара, силы давления, заполнив таблицу:
Действие силы тяги
Действие силы удара
Действие силы давления
11. Запишите соотношения между единицами силы:
1 кН =
0,08 кН =
0,002 кН =
Н; 1мН =
Н; 24 мН =
Н; 600 мН =
Н;
Н;
Н
2000Н =
200Н =
20Н =
2
кН; 0, 008Н =
кН; 0, 08 Н =
кН; 0,35Н =
мН;
мН;
мН
Тема: «Сила упругости. Закон Гука»
Деформация [лат. deformation изменение формы] – изменение формы или объёма твёрдого тела под
действием внешней силы; главные виды деформации: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб.
Буфер [англ. buffer от buff смягчать толчки] – приспособление для смягчения ударов.
Бампер – энергопоглащающее устройство автомобиля (на случай лёгкого удара), разновидность
буфера.
Рессора [фр. resort пружина] – упругий элемент подвески транспортного средства; служит для
смягчения ударов и толчков при прохождении неровностей пути.
Виды деформаций и их характеристики
Вид деформации
Растяжение
Основные характеристики и примеры
Сила действует на тело, стремясь растянуть его.
Сжатие
Сила направлена внутрь тела. Сжатию подвержены фундаменты зданий,
ножки мебели и т.п.
Сдвиг или срез
Один слой сдвигается по отношению к соседнему с ним слою. Сдвигу
подвержены заклёпки, болты, скрепляющие детали машин или швы у
каких – либо конструкций.
Кручение
При кручении происходит круговой сдвиг одного слоя по отношению к
соседнему. Кручению подвержены оси рулевых колёс автомобилей,
стержень болта, когда на него навинчивают гайку, стержневая часть
винта и пр.
Изгиб
Изгиб наблюдается при всяком сгибании стержня, балки, доски.
Продольный изгиб – сгибание палки, воткнутой одним концом в землю,
силой, действующей вдоль её оси.
Поперечный сгиб – провисание балки, укреплённой одним или двумя
концами в горизонтальном положении.
Об упругости
Способность вещества восстанавливать свою форму после снятия нагрузки, называется упругостью
вещества. Большой упругостью обладает сталь. Особенно упруга сталь, идущая на изготовление
шариков в подшипниках. Такие шарики высоко подпрыгивают при ударе обо что – нибудь твёрдое –
пол, камень, асфальтовый тротуар.
3
Упругость может быть обнаружена, например, в мякише чёрного хлеба, в бумаге.
Проделайте следующие несложные опыты.
Опыт 1. Вылепите из мякиша чёрного хлеба фигурку с шестью выступами и бросьте её с силой на
пол. Она подскочит, на вид не изменив своей формы.
Опыт 2. Сверните полоску бумаги в виде плоской пружины. При лёгком надавливании на стол
такая пружина высоко подскакивает и раскручивается. Невозможно также удержать лист ватмана
или тетрадь, если их не перевязать бечёвкой.
Фигурка с шестью выступами.
ОК
Плоская пружина.
Сила упругости. Закон Гука
1. Сила упругости (Fупр) – сила, возникающая в теле в результате его деформации и
стремящаяся вернуть тело в исходное положение.
2. Направление и точка приложения. Направлена перпендикулярно поверхности тел или
вдоль пружин и подвесов. Приложена к телу.
3. Примеры использования. Работа пружинных часов, секундомеров; работа рессор;
применение буфера у вагонов, автобусов, автомашин; использование дверных пружин; лук
и стрелы; катапульты и баллисты.
4. Закон Гука. Сформулирован в 1660г. Опубликован в 1678г.
Опыт
Изменение длины тела при растяжении (или сжатии) прямо пропорционально модулю
силы упругости.
Fупр = kΔl, Δl – удлинение тела ( Δl = l – l0), k – жёсткость.
Закон Гука справедлив только для упругой деформации.
Ответьте на вопросы:
1. Для чего нужны рессоры и буфера? Какая сила в них используется?
2. Что является причиной деформации тел?
3. Что является следствием деформации тел?
4
4. Каким видам деформации подвержены фундаменты зданий, колонны, подвесы, перекрытия, балки,
полы, заклёпки, болты?
5. Благодаря каким свойствам резины и воздуха мяч при ударе о землю подскакивает вверх?
6. Почему прорванный мяч не подпрыгивает?
7. Почему рожь может клониться, «спелым колосом почти до земли» и при этом не ломать стебля?
8. Обратите внимание на то, как устроен бумажный футляр, в котором продают электрические
лампочки. Объясните назначение его внутренних рёбер.
9. Почему дрожит стальной мост, по которому идёт поезд?
10. Какая сила поднимает вверх и прижимает к контактному проводу пантограф (токоприёмник)
электровоза и какая сила опускает его вниз?
11. Приведите примеры использования силы упругости в спорте.
О прочности
Форма, которую имеет спичечный коробок, во много раз увеличивает его прочность, по сравнению
с полоской картона, из которого он изготовлен. Попробуйте сломать спичечный коробок, поместив его
между ладонями рук. Ещё труднее это будет сделать, если поставить его на малую грань.
Особой прочностью отличаются конструкции трубчатой формы: например, велосипедная рама;
стебель злаков; стволы бамбука; полые кости животных и птиц.
Если вещество имеет волокнистое строение, то прочность его зависит от направления действия
разрушающей силы по отношению к направлению волокон. Например, полено легче расколоть вдоль
волокон и трудно расколоть поперёк волокон.
Прядение увеличивает не только длину нити, но и повышает её прочность на разрыв (некручёная
штопальная нитка легче рвётся, чем кручёная швейная нитка).
Разрушение любого материала происходит под действием такой силы, которая превышает его
прочность.
Таблица предельных нагрузок (в кг), вызывающих обрыв
нити из указанных материалов при площади её сечения в 1 мм2
Материал
Кожаный ремень
Свинец
Пеньковый канат
Алюминий
Предельная
нагрузка, в кг
0,2 ÷3
1,2÷3
13
15÷25
Материал
Медь
Человеческий волос
Железо
Сталь
Предельная
нагрузка, в кг
40
50
60
70÷200
Опыт Н.А. Умова
Прогиб балки под действием поперечной силы очень сильно зависит от формы сечения балки. Для
демонстрации этого известный русский физик Н.А. Умов показывал на лекциях опыты, которые
можно легко воспроизвести. Возьмите четыре полосы тонкого картона длиной около 20 см и шириной
5-6 см. Положите одну из них между двумя стопками книг, обвязав в центре ниткой и подвесив к ней
гирьки или другие грузы известного веса. Под действием самого малого груза полоса
прогнётся.
5
Теперь поменяйте форму сечения балки. Вторую полоску согните углом, третью в виде тавра (буква
П) и повторите испытания. Сделайте вывод о прочности фигурных полосок.
Теперь одну из полосок сверните в трубку и свяжите ниткой. Проделав опыты, установите, под
действием какого груза она прогнётся.
Опытным путём было установлено, что трубка прогибается под действием груза, в сотни раз
большего, чем плоская пластина. Например, трубка с внешним радиусом R = 1,2 см и внутренним r =
0,75 см прогибается так же, как сплошной брусок квадратного сечения со стороной a = 2 см. А ведь
количество материала, пошедшее на такую трубку, в 1,5 раза меньше, чем на брусок той же длины.
Тема: «Сила трения»
ОК
Сила трения
1. Сила трения (FТР) – сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел и
препятствующая: движению этих тел и возникновению этого движения.
2. Причины возникновения. Неровности поверхностей. Взаимное притяжение молекул
соприкасающихся тел. Зависит от состояния соприкасающихся поверхностей, материала
поверхностей, силы давления на поверхность.
3. Точка приложения и направление. FТР.К
и F ТР. С направлены в сторону,
противоположную движению. FТР.П направлена противоположно действующей на тело
силе.
Трение скольжения
Трение качения
Трение покоя (v = 0)
F
ТР
.ПF
ТР
.СF
ТР
.К
4. Формула для расчёта. FТР = µР (для равномерного скольжения по горизонтали), µ коэффициент трения (зависит от материала соприкасающихся тел). Данный закон
установил в 1699 г. Гильом Амонтон.
5. Способы увеличения трения. Увеличение нагрузки; использование специальных
материалов; протекторы на шинах.
6. Способы уменьшения трения. Использование валов, осей; шлифовка; использование
подшипников; смазка.
Ответьте на вопросы
1.Для чего нужна работа тормозов при остановке автобуса?
2. Для чего тщательно полируют иголки?
3. Какую роль играет слюна при глотании пищи?
4. Зачем разводят зубья новой пилы?
5. Что такое пробуксовка приводного ремня и как она устраняется?
6. Почему колёса порожней автомашины буксуют больше, чем колёса гружёной?
7. Почему тяжело ходить по песку?
6
8. Почему доктор бежит к травмированному хоккеисту мелкими шажками?
9. Для чего подковывают лошадей?
10. Почему у самой поверхности земли ветер слабее?
11. Почему, запуская воздушного змея можно обжечься о бечёвку?
12. Почему посуда бьётся чаще при её мытье?
13. Зачем при подсчёте бумажных денег пальцы смачивают водой?
14. Для чего к ножкам некоторых бытовых электрических приборов приклеены резиновые кружки?
15. Как можно подстраховать человека, взбирающегося по лестнице?
16. Почему санки или даже большие сани легко скользят по снегу? Почему же их трудно сдвинуть с
места?
17. Почему по асфальту идти легче, чем по мокрой глине?
О трении вредном и полезном
Примеры полезного трения
Примеры вредного трения
Без трения невозможна ни ходьба, ни езда по
дорогам.
Без трения ничего нельзя было бы взять в
руки.
Без
трения
невозможно
было
бы
использование болтов, гвоздей, клиньев.
Без трения молотки, топоры, лопаты не могли
бы удержаться на рукоятках.
Без трения нити не могли бы удерживаться в
тканях.
Благодаря трению возникают ременная,
зубчатая и фрикционная передачи.
Благодаря трению создаётся торможение.
Трение замедляет движение, не даёт
возможности получить большие скорости.
Трение приводит к износу движущихся частей
станков, двигателей, поршней, поршневых
колец.
Трение приводит к износу обуви, протиранию
тканей.
Трение заставляет тратить огромные средства
на смазочные материалы.
Это интересно
 В дошедших до нас опорах колодезных воротов времён бронзового века были
обнаружены следы оливкового масла, которое помогало уменьшить трение и
избавиться от неприятного скрипа.
 При раскопках одного из древнейших шумерских городов, Уруха, были обнаружены
остатки массивных деревянных колёс, которым 4,5 тыс. лет. Колёса обиты медными
гвоздями, что позволяло защитить обод от быстрого изнашивания. Два с половиной
тысячелетия спустя древние римляне сберегали таким же образом подошвы обуви,
используя железные гвозди. Они же изготавливали из железа подковы, которые
защищали от изнашивания копыта лошадей.
 По сведениям выдающегося римского архитектора и инженера Витрувия (I век до н.э.)
подшипники качения на деревянных роликах успешно применялись в осадных
машинах армии Александра Македонского.
7
 Примером транспортировки на катках больших тяжестей служит перевозка в XVIII
веке постамента для знаменитой статуи Петра I в Петербурге. Подходящая для этого
каменная глыба весом почти 86 тысяч пудов была найдена на Карельском перешейке,
в 12 верстах от Сенатской площади, на которой стоит сейчас памятник. Один из
очевидцев после осмотра камня писал: «… взирание на оный возбуждало удивление, а
мысль перевезти его на другое место приводила в ужас». Гигантскую глыбу перевезли
по особым желобам на медных шарах.
 Выдающийся русский механик – самоучка Иван Кулибин, находясь на службе у
русской императрицы Екатерины II, обязан был изготовить дворцовый лифт. Для
плавной и бесшумной работы детали подъёмного устройства нуждались в хорошей
смазке, что вызвало серьёзную проблему: растительные масла, сало и дёготь не
годились – из-за их неприятного запаха. Кулибин решил задачу, воспользовавшись
карандашом, что, возможно, было первым фактом использования графита в качестве
смазки. В наше время графит широко применяется в машиностроении в виде добавок к
особо вязким, так называемым пластичным, смазкам (например, смазка для коробки
передач автомобиля).
 Сверхминиатюрные часовые подшипники качения были запатентованы в США в
прошлом веке. Такой подшипник содержит всего пять шариков диаметром 0,67 мм.
Тысяча таких шариков весят всего один грамм. Они так легки, что удерживаются на
поверхности воды, а десять тысяч их может уместиться в обыкновенном напёрстке.
 Известный факт. В 1812 г. подковы у французов были летние, без шипов, что
приводило к падениям и снижению скорости на обледенелом грунте. Русская казачья
конница, на долю которой выпало преследование Великой Армии после
Малоярославца, вообще не имела подков и скользила «намного лучше» европейской
кавалерии.
 Микромастер из Оренбурга Николай Дацковский подковал блоху золотыми подковами:
каждая на трёх гвоздиках в 3 микрона. А уральский механик Александр Сысолятин сам
сделал стальную блоху в натуральную величину, подковал её, снабдил моторчиком и
пустил скакать. Блоха может подпрыгнуть 12 – 13 раз.
 Первую обувь делали из коры, волокон пальмы и даже исписанных свитков папируса.
На подошвах вместо протектора изображали врагов, чтобы при ходьбе попирать их
ногами и таким способом унижать.
 Подковы для каблуков – французское изобретение начала XIX века.
 Галоши из вулканизированной резины начали выпускать в 1846 году в Англии.
 Индейцы, живущие по берегам Амазонки, стали носить галоши, а также
непромокаемые сапоги – чулки куда раньше европейцев. Делая надрезы на коре гевеи,
они добывали сок и обмазывали им ноги. Следующая технологическая операция
требовала лежания в заготовках будущей обуви на солнце, а уж после неё индейцы
смело пускались в путь по влажной сельве. Сносив одну пару галош или чулок тут же
приступали к изготовлению следующей.
 Во второй половине ХХ века фирма «Хонда» отобрала для реализации среди 5000
японских транспортных диковин – велосипед с квадратным задним колесом. Самое
удивительное, что на нём можно ездить и даже без тряски.


Трение на дорогах
Изнашивание автопокрышек происходит в результате их пробуксовки. Годовой выпуск
автомобильных шин в настоящее время исчисляется миллиардами штук. При этом их
стоимость достаточно высока и доходит до 5% общей стоимости у легковых и до 10 – 15 %
у грузовых автомашин.
Наибольшие неприятности с автомобильными путями возникают в умеренных и
приполярных областях, а также в высокогорной местности. В последние годы участились
случаи, когда неожиданные снегопады, снежные обвалы, туманы и гололёд парализуют
движение автотранспорта в масштабах целого государства.
8


Автомобильные катастрофы уносят ежегодно жизни десятков тысяч человек, а число
раненых при этом исчисляется сотнями тысяч. И значительная доля дорожных
происшествий вызвана плохой погодой. Например, в Англии из 300 тыс. ежегодных аварий
с автомобилями 25% происходит на мокрых дорогах.
Самым страшным врагом автомобиля является гололёд. Сцепление машины с дорой
ухудшается раз в десять. Для борьбы с гололёдом во многих европейских странах по
автострадам с наступлением холодов разбрасываются в изобилии песок и соль. Это не
только вызывает загрязнение и разрушение асфальтового покрытия, но и значительно
усиливает коррозию автомобилей. Для очистки дорог от снега существуют целые
учреждения, имеющие в своём распоряжении тысячи снегоочистителей и других
технических устройств. И всё для создания ведущим колёсам автомобиля хорошего
сцепления с трассой, которое зависит от состояния дороги.
Материалы опубликованы в научно-методическом журнале «Физика» №13, 2011 г.
9