Знаете ли вы, что такое блок? Это такая круглая штуковина с крюком, при помощи которой на стройках поднимают грузы на высоту.
Похоже на рычаг? Едва ли. Однако, блок тоже является простым механизмом. Более того, можно говорить о применимости закона равновесия рычага к блоку. Как это возможно? Давайте разберемся.
Приложение закона равновесия
Блок представляет собой устройство, которое состоит из колеса с желобом, по которому пропускают, трос, веревку или цепь, а также прикрепленной к оси колеса обоймы с крюком. Блок может быть неподвижным и подвижным. У неподвижного блока ось закреплена, и она не двигается при подъеме или опускании груза. Неподвижный блок помогает изменить направление действия силы. Перекинув через такой блок, подвешенный вверху, веревку, мы можем, поднимать груз вверх, сами при этом находясь внизу. Однако выигрыша в силе применение неподвижного блока нам не дает. Мы можем представить блок в виде рычага, вращающегося вокруг неподвижной опоры - оси блока. Тогда радиус блока будет равен плечам, приложенных с двух сторон сил, - силы тяги нашей веревки с грузом с одной стороны и силы тяжести груза с другой. Плечи будут равны, соответственно, выигрыша в силе нет.
Иначе обстоит дело с подвижным блоком. Подвижный блок перемещается вместе с грузом, он как бы лежит на веревке. В таком случае точка опоры в каждый момент времени будет находиться в месте соприкосновения блока с веревкой с одной стороны, воздействие груза будет приложено к центру блока, где он и крепится на оси, а сила тяги будет приложена в месте соприкосновения с веревкой с другой стороны блока. То есть плечом веса тела будет радиус блока, а плечом силы нашей тяги - диаметр. Диаметр, как известно, в два раза больше радиуса, соответственно, плечи различаются по длине в два раза, и выигрыш в силе, получаемый с помощью подвижного блока, равен двум. На практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным. Закрепленный вверху неподвижный блок не дает выигрыша в силе, однако помогает поднимать груз, стоя внизу. А подвижный блок, перемещаясь вместе с грузом, увеличивает прикладываемую силу вдвое, помогая поднимать большие грузы на высоту.
Золотое правило механики
Возникает вопрос: а дают ли применяемые устройства выигрыш в работе? Работа есть произведение пройденного пути на приложенную силу. Рассмотрим рычаг с плечами, различающимися в два раза по длине плеча. Этот рычаг даст нам выигрыш в силе в два раза, однако, в два раза большее плечо при этом пройдет в два раза больший путь. То есть, несмотря на выигрыш в силе, совершенная работа будет одинакова. В этом и заключается равенство работ при использовании простых механизмов: во сколько раз мы имеем выигрыш в силе, во столько раз, мы проигрываем в расстоянии. Это правило называется золотым правилом механики , и оно применимо абсолютно ко всем простым механизмам. Поэтому простые механизмы облегчают труд человека, но не уменьшают совершаемую им работу. Они просто помогают переводить одни виды усилий в другие, более удобные в конкретной ситуации.
Сегодня на уроке мы заглянем в мир механики, будем учиться сравнивать, анализировать. Но прежде выполним ряд заданий, которые помогут раскрыть таинственную дверь шире и показать всю красоту такой науки, как механика.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
Михейковская средняя школа
Ярцевского района Смоленской области
Урок по теме
Применение закона равновесия
рычага к блоку»
7 класс
Составил и провел
учитель физики высшей категории
Лавнюженков Сергей Павлович
2017г.
Цели урока (планируемые результаты обучения):
Личностные:
- формирование умений управлять своей учебной деятельностью;
Формирование интереса к физике при анализе физических явлений;
Формирование мотивации постановкой познавательных задач;
Формирование умения вести диалог на основе равноправных отношений и взаимного уважения;
Развитие самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений;
Развитие внимания, памяти, логического и творческого мышления;
Осознание учащимися своих знаний;
Метапредметные:
Развитие умения генерировать идеи;
Развивать умение определять цели и задачи деятельности;
Проводить экспериментальное исследование по предложенному плану;
На основании результатов эксперимента формулировать вывод;
Развивать коммуникативные навыки при организации работы;
Самостоятельно оценивать и анализировать собственную деятельность с позиции полученных результатов;
Использовать различные источники для получения информации.
Предметные:
Формирование представления о простых механизмах;
Формирование умения распознавать рычаги, блоки, наклонные плоскости, вороты, клины;
Дают ли простые механизмы выигрыш в силе;
Формирование умения планировать и проводить эксперимент, на основании результатов эксперимента формулировать вывод.
Ход урока
№ п. п | Деятельность учителя | Деятельность учащегося | Примечания |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Организационный этап | Подготовка к уроку | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Этап повторения и проверки усвоения пройденного материала | Работа с картинками, работа в парах – устный рассказ | По плану, взаимопроверка знаний |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Этап актуализации знаний, целеполагания | Введение понятия «простые механизмы», по | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Организационно-деятельностный этап: помощь и контроль над работой учащихся | Работа с учебником, составление схемы | Самооценка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физминутка | Физические упражнения | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Организационно-деятельностный этап: практическая работа, актуализация и целеполагание | Сбор установки Введение понятия «рычаг», постановка целей Введение понятия «плечо силы» Экспериментальное подтверждение правила равновесия рычага | Самооценка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Этап практического закрепления полученных знаний: решение задач | Решают задачи | Взаимопроверка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Этап закрепления пройденного материала | Отвечают на вопросы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Учитель: Сегодня на уроке мы заглянем в мир механики, будем учиться сравнивать, анализировать. Но прежде выполним ряд заданий, которые помогут раскрыть таинственную дверь шире и показать всю красоту такой науки, как механика. На экране несколько картинок: Египтяне строят пирамиду (рычаг); Человек поднимает (с помощью ворота) из колодца воду; Люди катят бочку на корабль (наклонная плоскость); Человек поднимает груз (блок). Учитель: Что выполняют эти люди? (механическую работу) Составьте по плану рассказ: 1. Какие условия необходимы для совершения механической работы? 2. Механическая работа – это ……………. 3. Условное обозначение механической работы 4. Формула работы … 5. Что принято за единицу измерения работы? 6. Как и в честь какого ученого она названа? 7. В каких случаях работа положительная, отрицательная или равна нулю? Учитель: А теперь посмотрим на эти картинки ещё раз и обратим внимание, как эти люди выполняют работу? (люди используют длинную палку, ворот, устройство наклонной плоскости, блок) Учитель: Как можно назвать одним словом данные приспособления? Учащиеся: Простые механизмы Учитель: Правильно! Простые механизмы. Как вы думаете по какой теме на уроке мы будем с Вами сегодня говорить? Учащиеся: О простых механизмах. Учитель: Правильно. Темой нашего урока будут простые механизмы (запись темы урока в тетради, слайд с темой урока) Поставим перед собой цели урока: Вместе с детьми: Изучить, что такое простые механизмы; Рассмотреть, виды простых механизмов; Условие равновесия рычага. Учитель: Ребята, а как вы думаете для чего применяют простые механизмы? Учащиеся: Их используют для уменьшения силы, которую мы прикладываем, т.е. для её преобразования. Учитель: Простые механизмы имеются и в быту, и во всех сложных заводских машинах и т.д. Ребята, в каких бытовых приборах и устройствах имеются простые механизмы. Учащиеся: В есы рычажные, ножницы, мясорубка, нож, топор, пила, и т.д. Учитель: Какой простой механизм есть у подъемного крана. Учащиеся: Рычаг (стрела), блоки. Учитель: Сегодня мы более подробнее остановимся на одном из видов простых механизмов. Он находится на столе. Что это за механизм? Учащиеся: Это рычаг. Подвесим грузики на одно из плеч рычага и, используя другие грузики, уравновесим рычаг. Посмотрим, что получилось. Мы видим, что плечи у грузиков отличаются друг от друга. Давайте качнем одно из плеч рычага. Что мы видим? Учащиеся: Покачавшись, рычаг возвращается в положение равновесия. Учитель: Что называется рычагом? Учащиеся: Рычаг – это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси. Учитель: Когда рычаг находится в равновесии? Учащиеся: 1 вариант: одинаковое количество грузов на одинаковом расстоянии от оси вращения; 2 вариант: больше груз – меньше расстояние от оси вращения. Учитель: Как называется такая зависимость в математике? Учащиеся: Обратно пропорциональная. Учитель: С какой силой грузы действуют на рычаг? Учащиеся: Весом тела вследствие притяжения Земли. P = F тяж = F Учитель: Это правило установил Архимед в III веке до нашей эры. Задача: При помощи лома рабочий поднимает ящик массой 120кг. Какую силу он прикладывает к большему плечу рычага, если длина этого плеча 1,2 м, а меньшего плеса 0,3 м. Какой будет выигрыш в силе? (Ответ: Выигрыш в силе равен 4) Решение задач (самостоятельно с последующей взаимопроверкой). 1. Первая сила равна 10 Н, а плечо этой силы 100 см. Чему равна вторая сила, если ее плечо равно 10 см? (Ответ: 100 Н) 2. Рабочий с помощью рычага поднимает груз весом 1000 Н, при этом он прилагает силу 500 Н. Каково плечо большей силы, если плечо меньшей силы 100 см? (Ответ: 50 см) Подведение итогов. Какие механизмы называются простыми? Какие виды простых механизмов вы знаете? Что такое рычаг? Что такое плечо силы? Каково правило равновесия рычага? Какое значение имеют простые механизмы в жизни человека? 2. Перечислите простые механизмы, которые обнаружите дома и те, которые человек использует в повседневной жизни, записав их в таблицу:
3. Дополнительно. Подготовить сообщение об одном простом механизме, применяемом в быту, технике. Рефлексия. Закончи предложения: теперь я знаю, ………………………………………………………….. я понял, что……………………………………………………………… я умею……………………………………………………………………. я могу найти (сравнить, проанализировать и т.п.) ……………………. я самостоятельно правильно выполнил ………………………………... я применил изученный материал в конкретной жизненной ситуации …………. мне понравился (не понравился) урок ………………………………… Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки. Неподвижную точку называют точкой опоры . Расстояние от точки опоры до линии действия силы называют плечом этой силы. Условие равновесия рычага : рычаг находится в равновесии, если приложенные к рычагу силы F 1 и F 2 стремятся вращать его в противоположных направлениях, причем модули сил обратно пропорциональны плечам этих сил: F 1 /F 2 = l 2 /l 1 Это правило было установлено Архимедом. По легенде он воскликнул: Дайте мне точку опоры и я подниму Землю .
Для рычага выполняется «золотое правило» механики (если можно пренебречь трением и массой рычага). Прикладывая к длинному рычагу некоторую силу, можно другим концом рычага поднимать груз, вес которого намного превышает эту силу. Это означает, что, используя рычаг, можно получить выигрыш в силе. При использовании рычага выигрыш в силе обязательно сопровождается таким же проигрышем в пути. Все типы рычагов: Момент силы. Правило моментовПроизведение модуля силы на ее плечо называют моментом силы . M = Fl , где М - момент силы, F - сила, l - плечо силы. Правило моментов : рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, стремящихся вращать рычаг в одном направлении, равна сумме моментов сил, стремящихся вращать его в противоположном направлении. Это правило справедливо для любого твердого тела, способного вращаться вокруг закрепленной оси. Момент силы характеризует вращающее действие силы . Это действие зависит как от силы, так и от ее плеча. Именно поэтому, например, желая открыть дверь, стараются приложить силу как можно дальше от оси вращения. С помощью небольшой силы при этом создают значительный момент, и дверь открывается. Открыть ее, оказывая давление около петель, значительно труднее. По той же причине гайку легче отворачивать более длинным гаечным ключом, шуруп легче вывернуть с помощью отвертки с более широкой ручкой и т. д. Единицей момента силы в СИ является ньютон-метр (1 Н*м). Это момент силы 1 Н, имеющей плечо 1 м. Разделы: Физика Тип урока: урок усвоения нового материала Цели урока:
Основные понятия:
Оборудование: компьютер, презентация, раздаточный материал (рабочие карты), рычаг на штативе, набор грузов, лабораторный набор по теме «Механика, простые механизмы». ХОД УРОКА I. Организационный этап 1. Приветствие. II. Этап проверки домашнего задания 1. Выявление факта выполнения домашнего задания
всем классом. III. Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала «Я Землю бы мог повернуть рычагом, лишь дайте мне точку опоры» Архимед Отгадайте загадки: 1. Два кольца, два конца, а посредине гвоздик. (Ножницы ) 2. Две сестры качались – правды добивались, а когда добились, то остановились. (Весы ) 3. Кланяется, кланяется – придет домой – растянется. (Топор ) 4. Что за чудо-великан? – Посмотрите ещё раз внимательно на отгадки и назовите их одним словом. «Орудие, машина» в переводе с греческого означает «механизмы». Механизм
– от греческого слова «????v?» –
орудие
, сооружение
. – Оказывается обыкновенная палка – это
простейший механизм. Кто знает, как он
называется? IV. Этап усвоения новых знаний «Я Землю бы мог повернуть рычагом, лишь дайте мне точку опоры» – эти слова, которые являются эпиграфом нашего урока, Архимед сказал более 2000 лет назад. А люди до сих пор их помнят и передают из уст в уста. Почему? Прав ли был Архимед? – Рычаги начали применяться людьми в глубокой
древности. – Давайте познакомимся с простыми механизмами. Класс разделен на шесть экспериментальных групп:
Работа проводится по описанию, предложенному каждой группе в рабочей карте. (Приложение 1 ) По ответам учащихся составляем схему. (Приложение 2 ) – С какими механизмами вы познакомились … Рычаг
– твёрдое тело, способное
вращаться вокруг неподвижной опоры. На практике
роль рычага могут играть палка, доска, лом и т.п. Ребята, предлагаю вам в ходе мини-эксперимента вывести условие равновесия рычага. Эксперимент На столах стоят лабораторные рычаги. Давайте
вместе с вами выясним, когда рычаг будет
находиться в равновесии.
– Какие выводы можно сделать:
– Давайте сформулируем правило равновесия рычага: Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил. – А сейчас попробуйте записать это правило математически, т. е. формулу:
Правило равновесия рычага было установлено
Архимедом. Релаксация: Закройте глаза и прикройте их ладонями. Представьте лист белой бумаги и попытайтесь мысленно написать на нем свое имя, фамилию. В конце записи поставьте точку. Теперь забудьте о буквах и вспоминайте только точку. Она должна казаться вам двигающейся из стороны в сторону медленными и легкими покачиваниями. Вы расслабились… уберите ладони, откройте глаза, мы с вами возвращаемся в реальный мир полные сил и энергии. V. Этап закрепления новых знаний 1. Продолжите фразу …
2. Заполнить таблицу (самостоятельно): Найдите в устройствах простые механизмы
ВЗАИМОКОНТРОЛЬ Перенесите оценку после взаимоконтроля в карту самооценки. Прав ли был Архимед? Архимед был уверен, что не существует такого
тяжёлого груза, который бы не поднять человеку –
надо только воспользоваться рычагом. VI. Этап информации учащимся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению 1. Подведение итогов: что нового узнали на уроке, как работал класс, кто из учащихся работал особенно старательно (оценки). 2. Домашнее задание Всем: § 55-56 – Занятие закончено! До свидания, всего Вам доброго! Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки. Неподвижную точку называют точкой опоры. Хорошо знакомый вам пример рычага - качели (рис. 25.1). Когда двое на качелях уравновешивают друг друга? Начнем с наблюдений. Вы, конечно, замечали, что двое людей на качелях уравновешивают друг друга, если у них примерно одинаковый вес и они находятся примерно на одинаковом расстоянии от точки опоры (рис. 25.1, а). Рис. 25.1. Условие равновесия качелей: а - люди равного веса уравновешивают друг друга, когда сидят на равных расстояниях от точки опоры; б - люди разного веса уравновешивают друг друга, когда более тяжелый сидит ближе к точке опоры Если же эти двое сильно отличаются по весу, они уравновешивают друг друга только при условии, что более тяжелый сидит намного ближе к точке опоры (рис. 25.1, б). Перейдем теперь от наблюдений к опытам: найдем на опыте условия равновесия рычага. Поставим опытОпыт показывает, что грузы равного веса уравновешивают рычаг, если они подвешены на одинаковых расстояниях от точки опоры (рис. 25.2, а). Если же грузы имеют различный вес, то рычаг находится в равновесии, когда более тяжелый груз находится во столько раз ближе к точке опоры, во сколько раз его вес больше, чем вес легкого груза (рис. 25.2, б, в). Рис. 25.2. Опыты по нахождению условия равновесия рычага Условие равновесия рычага. Расстояние от точки опоры до прямой, вдоль которой действует сила, называют плечом этой силы. Обозначим F 1 и F 2 силы, действующие на рычаг со стороны грузов (см. схемы в правой части рис. 25.2). Плечи этих сил обозначим соответственно l 1 и l 2 . Наши опыты показали, что рычаг находится в равновесии, если приложенные к рычагу силы F 1 и F 2 стремятся вращать его в противоположных направлениях, причем модули сил обратно пропорциональны плечам этих сил: F 1 /F 2 = l 2 /l 1 . Это условие равновесия рычага было установлено на опыте Архимедом в 3-м веке до н. э. Условие равновесия рычага вы сможете изучить на опыте в лабораторной работе № 11. |