Простые механизмы. Назначение и виды - РАБОТА И МОЩНОСТЬ

ЦЕЛЬ

Учащиеся должны усвоить, что:

♦ рычаг — простой механизм, представляющий собой твердое тело, которое может поворачиваться вокруг некоторой точки;

♦ блок — простой механизм, представляющий собой колесо, укрепленное в обойме с желобом, по которому пропущена веревка, ни один из концов которой не закреплен на колесе или обойме;

♦ блок называют неподвижным, если его ось закреплена и при движении веревки не перемещается; блок называют подвижным, если при движении веревки его ось перемещается.

Учащиеся должны научиться:

♦ «разрабатывать» простые механизмы;

♦ «создавать» указанные понятия;

♦ устанавливать факты отличия сил и проходимых путей при непосредственном воздействии на тело и с помощью простых механизмов.

ВИД ДОСКИ

Простые механизмы

ФАКТ Необходимо поднимать или опускать тяжелые тела

Предложите приспособления, с помощью которых можно поднять тело на разную высоту

РЕШЕНИЕ

Это простые механизмы

Выигрыш в силе. КПД

ФАКТ Простые механизмы облегчают совершение работы по подъему (спуску), перемещению тяжелых те.

ПЗ 3. Сравнить работу силы, с которой нужно действовать без механизма и работу силы при использовании механизма

МОДЕЛЬ СИЛ И ПУТЕЙ

ПЗ 3а. Сравнить силы F и F₁

ИДЕЯ Измерить силы динамометром

Э.

ЭКСПЕРИМЕНТ F = ...H F = ...H F = ...H F = ...H

ОБРАБОТКА ДАННЫХ F₁ = ...H F₁ = ...H F₁ = ...H F₁ = ....

F₁ < F F₁ < F F₁ = F F₁ < .

ОТВЕТ Сила, с которой должен...

ПЗ 3б. Сравнить пути s и s₁

ИДЕЯ Измерить s и s₁ линейкой

ЭУ Те же

ЭКСПЕРИМЕНТ

	Рычаг	Наклонная плоскость	Блок
			неподвижный	подвижный
s, см
s1, см

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ s₁ > s s₁ > s s₁ = s s₁ > s

ОТВЕТ Пути, проходимые ...

Д/з. Задания 38, 39 (по три ситуации)

СЦЕНАРИЙ

Этап актуализации знаний

П. Что такое механическая работа? Что вы знаете об этой физической величине? Какая работа совершается при плавном опускании этого груза? (Показывает груз, масса которого обозначена, например гирю массой 2 кг, и ее начальное и конечное положения.)

У. (Воспроизводят определение механической работы.) Чтобы опустить эту гирю, нужно действовать на нее силой, равной силе тяжести, т. е. 20 Н. Путь составит 0,5 м, а механическая работа 10 Дж.

Мотивационный этап

П. Очень часто человеку приходится поднимать или опускать тяжелые грузы. Еще древние люди строили высокие пирамиды, храмы. Для этого поднимали огромные каменные блоки. Как люди решают эту задачу? Приведите свои примеры подъема или опускания тяжелых предметов. (Выслушивает примеры учащихся.) Запишем это как факт.

У. Собираются вместе, используют машины и приспособления.

Этап «создания» нового знания

П. Какие приспособления можно использовать для подъема или спуска тяжелых грузов? Запишите задание «Предложите приспособления, с помощью которых вы сможете поднять тяжелое тело на разную высоту: 1) много меньшую роста человека; 2) примерно равную росту человека; 3) много больше роста человека». Нам предстоит выполнить большое экспериментальное исследование. Эта работа на оценку.

Работаем по группам. Каждая группа предлагает решение для одного случая. (Раздает листочки с заданиями каждому члену группы.) Через 3 мин вам нужно будет изобразить схему приспособления на доске и пояснить, как его использовать, а также продемонстрировать с помощью имеющихся на столе предметов.

У1. (Изображает на доске модель рычага.) Чтобы приподнять тяжелый предмет, можно использовать палку и опору, вокруг которой она может поворачиваться. Если на один конец подвесить груз, а на другой — давить, то груз поднимется. (Демонстрирует.)

У2. (Изображает на доске модель наклонной плоскости.) Чтобы поднять тяжелое тело на высоту порядка роста человека, можно использовать наклонный помост. По нему легче втащить или вкатить тело. (Демонстрирует.)

У3. (Изображает модель неподвижного блока.) Для подъема тяжестей на большую высоту можно использовать веревку, перекинутую через колесо, которое подвешено так, что может вращаться. К одному концу веревки прикрепить поднимаемое тело, а к другому — противовес. (Демонстрирует.)

П. Такие устройства использовали еще в древние века. Они не устарели по сей день и широко' используются в -различных машинах. Их называют простыми механизмами. Запишите тему «Простые механизмы». Мы будем изучать простые механизмы на нескольких уроках. Каждый из простых механизмов имеет свое название (рычаг, наклонная плоскость, блок) и схематическое изображение. (Показывает схематическое изображение простых механизмов. Если учащиеся не предложили подвижный блок, то поясняет использование подвижного блока на демонстрационной установке и на схеме.)

Простые механизмы использовали до того, как была создана их теория, поскольку они облегчали совершение работы. Давайте выясним, что это значит с точки зрения физики, что дают эти приспособления, чем отличается совершаемая ими работа без механизма и с механизмом. Запишите познавательную задачу 3. Как решить эту задачу? (Выслушивает предложения учащихся.) Если поднимать (опускать) груз непосредственно, то нужно совершить определенную работу: действовать силой (F), противоположной силе тяжести, передвигая на некоторое расстояние (s). (Изображает.) Использование приспособлений означает, что между человеком и грузом есть посредник, например подвижный блок. Человек действует на веревку силой F₁, а обойма действует на груз с силой F. При этом груз должен пройти положенное расстояние s, а человек должен вытянуть конец веревки на расстояние s₁. Чтобы выяснить различия в совершении работы, нужно установить, чем различаются силы и проходимые пути. Давайте сначала выясним, в какой точке и в каком направлении нужно действовать человеку при использовании механизмов и какой путь эта точка пройдет.

Предлагаю каждой группе построить схему для своего механизма. Это задание 2. У вас — 5 мин.

(Учащиеся изображают на доске модели сил и путей.)

П. Теперь нужно установить, как различаются силы F и F1, с которыми человек действует непосредственно на груз и с использованием механизма? Как отличаются пути s и s₁, проходимые грузом непосредственно с человеком и с механизмом? Будем решать эти задачи последовательно. Запишите познавательную задачу 3а.

Предлагаю решить эту задачу экспериментально. Что это значит?

У. Нужно предложить идею решения, разработать экспериментальную установку, составить ее программу, провести эксперимент, обработать результаты и сделать вывод.

Ц. (Записывает метод решения на доске.) Сначала вместе решим задачу для подвижного блока. Ваши предложения.

У. Нужно измерить силы, F и F₁, например динамометром. Подвесить груз к динамометру, он покажет силу F, а затем подвесить груз к обойме блока, а динамометр прикрепить к веревке, динамометр покажет силу F₁.

П. (В схемах экспериментальной установки добавляет динамометры.) Я провожу опыт, а вы записывайте результаты. Внимание! (Проводит опыт и организует проверку записанных учащимися результатов..

Дальше работать будем группами (задание 3 — см. «Дидактические средства»). Каждая группа работает со своим механизмом. У вас на столах комплекты приборов, включающие: один из механизмов, грузы, динамометр, линейку. Подумайте и соберите установку для изучения своего механизма, составьте перечень операций по проведению эксперимента. Результат покажете мне. У Вас — 5 мин.

(Проверяет установки и составленные программы проведения эксперимента, предлагает учащимся провести эксперимент и подготовить выступление с показом опыта. Организует выступления с опытами.)

Составьте ответ на задачу.

У. Сила F₁ меньше F для рычага, наклонной плоскости и подвижного блока, а для неподвижного блока они равны. Направления сил F и F₁ различаются.

П. Давайте запишем полный ответ. (Диктует.) Сила, с которой должен действовать человек при подъеме (опускании) с помощью рычага, наклонной плоскости и подвижного блока меньше, чем при непосредственном воздействии на груз. При использовании неподвижного блока изменяется только направление силы.

Следующая задача «Сравнить пути s и s₁», проходимые грузом. Запишите ее. Решим ее вместе для подвижного блока. Что нужно изменить в эксперименте?

У. Установка та же. Нужно задать путь s, который пройдет груз, и измерить линейкой путь, который пройдет рука при подъеме (или опускании) груза.

П. Буду опускать груз с высоты 0,5 м до поверхности стола. (Демонстрирует, что груз закреплен на высоте 0,5 м. Записывает на доске s = 0,5 м.) Буду следить за движением свободного конца веревки по этой точке. (Прикрепляет цветной кружочек.) Я опускаю груз, а вы должны измерить путь s₁. (Опускает и поднимает груз несколько раз.) Что получилось?

У. s₁ = 1 м.

П. Теперь работайте по группам со своими механизмами (задание 4): У вас — 3 мин. (Организует выполнение опытов учащимися и их выступления с полученными результатами.)

Как можно сформулировать ответ?

У. Путь s₁ больше s для подвижного блока, рычага и наклонной плоскости и равен s для неподвижного блока.

П. Запишем ответ. Пути, проходимые при использовании механизмов, больше путей, проходимых при непосредственном воздействии на тело, для рычага, наклонной плоскости и подвижного блока. Для неподвижного блока эти пути равны.

Если рассмотреть результаты решения обеих задач (для сил и для путей), то можно заметить следующее. Выигрывая в силе при использовании простых механизмов, мы проигрываем в пути. Продолжим изучение механизмов на следующем уроке.

ДИДАКТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

1. Демонстрации: 1) подъем и опускание груза с помощью рычага, наклонной плоскости, подвижного и неподвижного блоков; 2) сравнение сил, действующих на груз при его подъеме с помощью подвижного блока и при непосредственном воздействии; 3) сравнение путей, проходимых грузом при его подъеме с помощью подвижного блока и при непосредственном воздействии.

2. Лабораторные опыты¹: 1) сравнение сил, действующих на груз при его подъеме с помощью рычага, наклонной плоскости, неподвижного блока и при непосредственном воздействии; 2) сравнение путей, проходимых грузом при его подъеме с помощью рычага, наклонной плоскости, неподвижного блока и при непосредственном воздействии.

3. Листочки с заданиями группам.

1-я группа

Задание 1. Предложите приспособление, с помощью которого вы приподнимете на небольшую высоту тяжелый груз, который непосредственно поднять не можете (рис. 1).

Задание 2. Изобразите силу F₁ (точку приложения и направление), с которой нужно действовать на рычаг для того, чтобы поднять груз весом Р на заданную высоту (путь s), и путь s₁, который при этом пройдет точка приложения силы F₁ (рис. 2).

Задание 3. Продумайте, как подвесить к рычагу груз, как присоединить динамометр для измерения сил F и F₁. Изобразите и соберите экспериментальную установку. Проведите измерения и занесите результаты в таблицу. Сравните силы и поставьте соответствующий знак между обозначениями сил.

ЭУ		Порядок действий 1. ________________­___________________________ 2. ________________­___________________________ 3. ________________­___________________________ 4. ________________­___________________________
Результат		F, Н			F F1
		F1, H
		s, м			s s1
		s1, м

Задание 4. Измерьте пути s и s₁, проходимые поднимаемым телом и рукой при подъеме с помощью рычага. Данные занесите в таблицу. Сравните пути и поставьте соответствующий знак между обозначениями путей.

2-я группа

Задание 1. Предложите приспособление, с помощью которого вы переместите на высоту порядка вашего роста тяжелый предмет, который поднять руками не можете (рис. 3).

Задание 2. Изобразите силу F₁, с которой нужно действовать на груз при его подъеме по наклонной плоскости на заданную высоту, и путь s₁, который он при этом пройдет (рис. 4).

Задание 3. Продумайте, как присоединить динамометр для измерения сил F и F₁, действующих на брусок при подъеме по наклонной плоскости. Изобразите и соберите экспериментальную установку. Проведите измерения и занесите результаты в таблицу. Сравните силы и поставьте соответствующий знак между обозначениями сил.

ЭУ		Порядок действий 1. ________________­___________________________ 2. ________________­___________________________ 3. ________________­___________________________ 4. ________________­___________________________
Результат		F, Н			F F1
		F1, H
		s, м			s s1
		s1, м

Задание 4. Измерьте пути s и s₁, проходимые поднимаемым телом, при подъеме по наклонной плоскости и вертикальном подъеме. Данные занесите в таблицу. Сравните пути и поставьте соответствующий знак между обозначениями путей.

3-я группа

Задание 1. Предложите приспособление, с помощью которого можно поднять на большую высоту (в несколько раз больше вашего роста) тяжелый предмет (рис. 5).

Задание 2. Изобразите силу F₁ (точку приложения и направление), с которой нужно действовать на неподвижный блок, чтобы поднять груз весом Р на заданную высоту s, и путь s₁, который при этом пройдет рука.

Схема устройства

Задание 3. Продумайте, как подвесить к блоку груз, как присоединить динамометр для измерения силы F₁. Изобразите и соберите экспериментальную установку. Проведите измерения и занесите результаты в таблицу. Сравните силы и поставьте соответствующий знак между обозначениями сил.

ЭУ		Порядок действий 1. ________________­___________________________ 2. ________________­___________________________ 3. ________________­___________________________ 4. ________________­___________________________
Результат		F, Н			F F1
		F1, H
		s, м			s s1
		s1, м

Задание 4. Измерьте пути s и s₁, проходимые поднимаемым телом и рукой, при подъеме с помощью неподвижного блока. Данные занесите в таблицу. Сравните пути и поставьте соответствующий знак между обозначениями путей.

---

¹ Число комплектов готовится в зависимости от числа учащихся в классе.