Золотое правило механики - РАБОТА И МОЩНОСТЬ

ЦЕЛЬ

Учащиеся должны усвоить, что:

♦ простые механизмы не дают выигрыша в работе: Fs = F₁s₁.

Учащиеся должны научиться:

♦ находить силу, с которой нужно действовать на блок или систему блоков в конкретной ситуации;

♦ устанавливать «золотое правило» механики;

♦ составлять формулу КПД рычага.

ВИД ДОСКИ

«Золотое правило» механики

ПЗ 11. От чего и как зависит КПД рычага?

ВЫВОД ФОРМУЛЫ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА η_эксп < 100%

ПРИЧИНЫ НЕСОВПАДЕНИЯ Совершаем работу по перемещению самого рычага против трения с опорой и т. п.

ОТВЕТ КПД рычага в конкретной ситуации можно определить формуле

КПД любого механизма не может быть больше 1, или 100%.

Если потери малы, Fs = F₁s₁, т. е. во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. («Золотое правило» механики.)

Д/з. § 24, задание 41 (три ситуации)

СЦЕНАРИЙ

Этап актуализации знаний

П. Какие соотношения вы установили для блоков на прошлом уроке и дома? (Организует ответы учащихся по моделям блоков и формуле выигрыша в силе подвижного блока)

Этап применения нового знания

П. Какие элементы знания мы не отработали?

У. Формулу выигрыша в силе, блока.

П. (Организует выполнение задания 40.)

Этап актуализации знаний

П. Что такое простые механизмы, каковы их характеристики. Какие характеристики мы умеем рассчитывать, какие нет?

У. Мы не умеем рассчитывать КПД механизмов.

Этап «создания» нового знания

П. Теперь нужно выяснить, каков КПД механизмов. Начнем опять с рычага. Запишите познавательную задачу 11¹. Как решают такие задачи?

У. Нужно предположить, от каких факторов может зависеть КПД рычага, проверить экспериментально зависимость от каждого фактора. Затем исследовать вид зависимости.

П. Мы создали определенный запас знаний о рычаге, поэтому попробуем решить задачу о КПД теоретически, т. е. вывести формулу, а затем провести ее экспериментальную проверку. (Записывает метод решения.) Я выведу формулу КПД рычага.

Определительная формула КПД

Полезная работа — это работа силы F по перемещению груза на расстояние s. Формула полезной работы: А_п = Fs.

Затраченная работа — работа силы F₁ по перемещению рычага с грузом на расстояние s₁. Формула затраченной работы: А_з = F₁s₁.

Тогда КПД механизма

Выигрыш в силе рычага

Соотношение между s и s₁ можно выразить через l и l₁ из подобных треугольников. (Заштриховывает треугольники — см. «Вид доски».) или 100%. Как этот вывод согласуется с данными опыта?

У. КПД любого механизма меньше 1, вывод противоречит опыту.

П. Решение задачи нельзя считать законченным, так как нужно объяснить, почему выведенное значение КПД отличается от измеренного. (Записывает следующее действие метода.)

Подумайте, почему реально затраченная работа больше полезной? У вас — 1 мин. (Если ученики затрудняются выявить причины, отсылает их ко второму абзацу § 24 учебника.)

У. Мы не учли, что приходится перемещать сам рычаг, т. е. не учли силу тяжести рычага, а также силу трения между опорой и твердым телом. Нужно действовать на рычаг силой, уравновешивающей не только силу F, но и силу трения. Значит, затраченная работа будет всегда больше полезной.

П. Запишем это объяснение.

Теперь сформулируем ответ. По какой же формуле рассчитывать КПД рычага в реальной ситуации?

У.

П. Мы получили два результата. Во-первых, теоретический вывод о том, что рычаг не может дать выигрыша в работе. Если не учитывать потери, то А_п = А₃ или Fs = F₁s₁. Во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Этот вывод относится ко всем простым механизмам и называется «золотым правилом» механики. Запишем его.

Во-вторых, для реального рычага

---

¹ Можно сразу поставить задачу «Почему КПД механизмов меньше 1?» Тогда материал в квадратных скобках можно опустить. Однако следует помнить, что тогда возникнут трудности с выводом формул КПД на следующем уроке.