Урок "Физика в игрушках"

  МБОУ»Средняя общеобразовательная школа №2» городского округа Судак

Учитель Зенцова Г.С.

   7 кл.   Урок на тему:

 «Физика в игрушках».

Цели:

-Подвести учащихся к формированию системы знаний, необходимых для объяснения принципа работы игрушек, действие которых основано на существовании Архимедовой силы; заводных игрушек; инерционных игрушек; звуковых игрушек; игрушек, действие которых основано на различном положении центра тяжести; электрических и магнитных игрушек.

- Побуждать учащихся к выполнению мыслительных операций: анализа, синтеза, сравнения, обобщения.

- Способствовать воспитанию аккуратности, эстетических чувств, навыков коммуникативного общения.

Оборудование:

1.     Физические газеты по темам:

-Звуковые игрушки;

-Электрические игрушки;

-Магнитные игрушки;

-Инерционные игрушки;

-Игрушки, действие которых основано на существовании Архимедовой силы;

-Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести;

2. Различные игрушки:

-заводная кукла;

-музыкальные игрушки;

-машина с программным управлением;

-резиновые игрушки;

-инерционные игрушки;

-ванька-встанька;

-гармошка;

-гитара;

-погремушки;

-микроволновая печь;

-стиральная машинка;

-дудочка;

-игрушки на батарейках;

3. Записи песен:

-ванька-встанька;

-автомобили;

-кукла;

4. Презентация по теме: «Физика и детская игрушка».

5. Железная коробка.

6. Определения, записанные на плакате:

-осадка;

-ватерлиния;

-водоизмещение;

-грузоподъёмность;

7. Подъёмный столик;

8. Пружина;

9. Спички, нитки;

10. Наклонная плоскость;

11. Цилиндр, шарик;

12. Заводные машины, робот, цыплёнок;

13. Столбик монет, линейка железная;

14. Автомобиль с куклой;

15. Птичка Хоттабыча;

16. Штатив с грузами и ниткой;

17. Камертон с молоточком.

18. Штатив, на котором подвешена нить с шариком.

Первый ведущий:

С самого раннего детства нас окружают различные любимые игрушки. У каждого они свои.

И редко кто из нас не задумывался над тем, как устроены игрушки, не пытался заглянуть во внутрь игрушки.

Сегодня мы познакомимся со многими игрушками, узнаем о их устройстве, принципе действия и попытаемся ответить на вопрос: С какой наукой связано устройство многих игрушек?

Игрушки, действие которых основано на существовании Архимедовой силы.

1.     Наша Таня громко плачет

     Уронила в речку мячик

     Тише, Танечка, не плачь

     Не утонет в речке мяч.

2.Кристина прочитала стихотворение Маршака. Почему не утонет мяч и вот эти игрушки? (называет и показывает их).

1. Эти игрушки обладают большой подъёмной силой, потому что их вес намного меньше, действующей на них со стороны воды выталкивающей силы

2. В существовании выталкивающей силы легко убедиться на опыте. Закрепим в лапке штатива динамометр, подвесим к нему тело на нити и заметим показания динамометра. Возьмём стакан с водой и поднесём под груз, будем поднимать стакан до тех пор, пока тело на нити не погрузится целиком в воду. Заметим показания динамометра, видим, что они уменьшились. Это произошло потому, что со стороны воды на тело действует Архимедова сила. От чего зависит выталкивающая сила?

1. Величина выталкивающей силы зависит от плотности жидкости.

Опустим в банку с водой яйцо – оно тонет. Будем подсыпать в воду соль. По мере увеличения солёности воды яйцо всплывает.

2.     Законы плавания тел использованы в устройстве детской игрушки «водолаз». Вес «водолаза» подобран таким образом, что при заполнении полости игрушки водой её вес становится больше выталкивающей силы, и, «водолаз» погружается на дно, а при заполнении полости воздухом выталкивающая сила становится больше веса игрушки, и «водолаз» всплывает.

1.     Можно самим сделать интересную игрушку – «плавающий подсвечник». Воткнём снизу посредине свечи кнопку или небольшой гвоздик, для того чтобы свеча, плавая у поверхности воды, сохраняла вертикальное положение и не опрокидывалась. Если плавающую свечу зажечь, её вес будет постепенно уменьшаться, но и объём погружённой в воду части свечи также будет становиться всё меньше и меньше. Равенство между весом свечи и выталкивающей силой не будет нарушаться.

2.     Обратите внимание на наш бассейн. Вы видите здесь кораблик. Представьте себе, что вот этот катер – большой корабль. Его только что построили и должны узнать предельный вес груза, который может принять этот корабль. Но не могут же нагружать корабль до тех пор, пока он не утонет, и таким образом узнать предельный вес груза.

Наибольший допустимый вес груза узнают заранее.

1.     ( Опускают в воду железную коробку, она плавает).

Опустим в воду железную коробку, она плавает, это показывает, что коробка вытесняет своей подводной частью количество воды, равное её весу. В этом отношении все суда похожи на нашу коробку.

Запомним.

-Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой.

-Наибольшую допускаемую осадку судна отмечают на корпусе красной линией, называемой ватерлинией. ( показывает на игрушках).

-Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести судна с грузом, называется водоизмещением судна.

2.     Итак, законы плавания тел всегда учитываются при изготовлении

игрушек, поэтому они и сами плавают на воде, и нам помогают плавать.

                 Заводные игрушки.

     1.Очень давно, ещё маленькими мы полюбили эти игрушки: жёлтого

        цыплёнка, зайку, робота.

        А как лихо мчится машина уазик или этот паровозик. ( демонстрирует).

     2. Почему движутся игрушки? Разберёмся в этом, ознакомившись с

         устройством игрушки «курочка-ряба».

         Механизм, при помощи которого происходит движение курочки

         состоит из основного вала и двух ведомых, пружины и зубчатого колеса

        (показывает). Сжатая пружина обладает потенциальной энергией. За

        Счёт потенциальной энергии тело может совершать работу.

     1. Поместим пружину на металлический стержень от подъёмного столика.

         Сожмём пружину и свяжем её ниткой. Подожжём нитку, пружина

         взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как её

        потенциальная энергия перешла в кинетическую.

2.С наклонной плоскости пустили цилиндр, на пути которого находится

    шарик. Шарик тоже приходит в движение, так как цилиндр ударяется о

    шарик и передаёт часть энергии, шарик движется, так как обладает

    кинетической энергией.

      1.Вернёмся к нашей игрушке. Потенциальная энергия пружины 

         превращается в кинетическую энергию механизма, и ножки курочки

         приходят в движение.

2.У нас на выставке есть и другие игрушки, которые после завода могут

   двигаться. Устроены они примерно так же как и курочка-ряба.

 Это цыплёнок, уточка, петушок, зайчик, заводные автомобили,  робот, паровозик.

                    Инерционные игрушки.

1.Вы, ребята, смотрели сейчас заводные игрушки. А мои игрушки не требуют завода, но тоже движутся. (показывает движущийся автомобиль).

      2. Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на

        задней или передней оси находится ряд шестерёнок, которые в свою

        очередь соединяются с маховиком. Мы толкаем автомобиль, шестерёнки

        придают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, а

       следовательно, будет долго сохранять состояние движения,  которое ему

       сообщили.

     1.Явление инерции можно наблюдать на опытах:

     - установим наклонно на столе доску. Внизу у доски положили брусок.

       Поместим на наклонную доску грузовик с находящейся в нём куклой

       и предоставим ему возможность скатываться вниз. В конце доски

       грузовик остановится, а кукла, продолжая двигаться, упадёт.

       Следовательно, движение тел сохраняется до тех пор, пока не встретят на

       своём пути препятствие.

      2. - подвесим массивный груз на такой нитке, которая может выдержать

        Нагрузку, намного большую силы тяжести груза. Такую же нитку

        прикрепим снизу груза. Если за нижнюю нитку дёрнуть рывком, то

        она оборвётся; если же медленно тянуть за неё, постепенно увеличивая

        усилие, оборвётся верхняя нитка.

       1.Это объясняется тем, что когда нижнюю нить резко дёргают, то

         время взаимодействия руки и нити настолько мало, что груз не

         успевает изменить свою скорость и верхняя нитка не обрывается:

        у груза велика инертность. В то же время у нижней нити, много

        менее инертной, скорость изменяется на большее значение, и она

        обрывается.

2.Составим столбик монет. Линейкой будем выбивать монеты из

         столбика. Столбик не разваливается, так как монеты по инерции

         сохраняют состояние покоя.

      1.Все эти опыты помогают объяснить действие инерционных игрушек.

      2. А теперь мы расскажем вам об очень интересной игрушке. Она

          Называется «Птичка Хоттабыча».

      1.«Птичка Хоттабыча» представляет собой стеклянную наглухо

         запаянную фигурную ампулу (показать рисунок). Ампула наполнена

        легко испаряющейся жидкостью. После смачивания водой ватного

        чехла на голове «птички» начинается испарение, которое охлаждает

        верхний шарик ампулы (голову «птички»).

2.Итак, вследствие охлаждения верхнего шарика (головы «птички»)

   жидкость вытесняет из нижнего шарика превосходящим давлением

    паров в нижней части игрушки. Голова «птички» становится тяжёлой,

   «птичка»  начинает наклоняться и занимает горизонтальное положение.

      1.В этом положении происходит два независимых друг от друга  

          процесса:

        - «птичка» макает свой клюв в воду.

        - происходит смещение паров нижнего и верхнего шариков, давление

         уравнивается, и жидкость под действием собственного веса течёт в

          нижний шарик. «Птичка» поднимается и снова располагается

          вертикально.

                                  Звуковые игрушки.

       1.Мы живём в мире звуков. Где бы мы не находились, нас сопровождают

          разные звуки. Вот, например, ещё совсем маленький ребёнок, а уже

          гремит погремушкой. Это его первая игрушка, и она звуковая.

2.Посмотрите эту птичку (показывает игрушку). Если закрыть канал с

Одной стороны пальцем, а с другой стороны в него подуть. То звука не будет слышно.  Если открыть отверстие и подуть в игрушку, то раздаются весёлые трели. Вы хотите узнать, почему поёт птичка?

     1.Если по камертону ударить молоточком, то камертон зазвучит. 

         Поднесём  к звучащему камертону маленький шарик, подвешенный

        на нити. Ветви камертона будут периодически отталкивать шарик. Это

        показывает, что ветви звучащего камертона колеблются. Как только

        прекращаются колебания камертона – исчезает и звук. Следовательно,

       источниками звука являются колеблющиеся тела.

2.В канале птички колебался воздух, а в этой игрушке, которая называется «водяной» соловей, будет колебаться вода. Её колебания

Тоже станут источниками звука.

1.Звуки бывают разной высоты (показывает свирель, свистит в неё).

        Высота тона зависит от частоты колебаний.

      2. Теперь посмотрим другие игрушки. (показывает игрушки, которые

        при нажатии на неё, издают мелодию). Когда мы нажимаем на эти

        игрушки, воздух выходит из игрушки, находящейся внутри игрушки,

       а когда мы её отпускаем – устремляется внутрь игрушки, она постепенно

       распрямляется, воздух внутри неё колеблется, издавая звук.

      1.«Говорящие» куклы умеют произносить: «Мама» (показывает), медведи 

        могут рычать. Причина этого – колебания воздуха внутри кожаной

        коробочки с отверстиями, которую помещают внутрь игрушки.

       При наклоне куклы груз,  находящийся в коробочке, падает, заставляя

       воздух в ней сжиматься и выходить в отверстие. Колебания воздуха

       сопровождаются звуком.

      2.Причиной музыкальных звуков, издаваемых шарманкой (показывает),

        тоже являются колебания воздуха внутри неё. Чтобы звук был громче,

       ящик шарманки делают большим и полым.

     1. Вот посмотрите, как тихо звучит камертон, снятый с резонаторного

         ящика. Если же поставить камертон на ящик, то его колебания через

        стенки ящика передаются воздуху в нём. Вследствие этого воздух тоже

        начинает колебаться и издавать звук. Если частоты колебаний камертона

        и воздушного столба одинаковы, то происходит усиление звука –

        резонанс.

2.Надеюсь теперь вам понятно, для чего у шарманки, гитары, пианино

  делают резонаторные ящики. (показывают их).

       1.На нашей выставке представлены и другие звуковые игрушки. Это

           гармошка, поющие зверушки. (показывает и перечисляет их).

3.     Мы познакомились только с некоторыми звуковыми игрушками.

Думаем, что теперь вы сумеете объяснить принцип действия любых

звуковых игрушек.

Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести.

      1.Представим себе, что мы с вами в цирке. Идёт обычное цирковое

         представление. Выступают акробаты, дрессировщики животных, ловко

         подбрасывают мячи жонглёры. (показывает рисунки).

2.Очень интересное искусство – жонглирование. Правда, оно связано с

   очень большим трудом. Но есть и особые секреты, не овладев 

   которыми трудно жонглировать. Эти секреты заключаются в законах

   физики, без которых жонглёр не может быть находчивым и ловким.

   Например, он должен знать, при каких условиях тело может

   опрокинуться или изменить направление полёта.

1. Всё это знали и на фабрике детской игрушки. Посмотрите, какие

красивые неваляшки там сделали.

 У Ваньки, у Встаньки – несчастные няньки:
Начнут они Ваньку укладывать спать,
А Ванька не хочет, приляжет и вскочит,
Уляжется снова и вскочит опять…
Лечил его доктор из детской больницы Больному сказал он такие слова:
Тебе, дорогой, потому не лежится,
Что слишком легка у тебя голова.

Неваляшку на подушку
Я никак не уложу.
Непослушная игрушка –
Это точно я скажу.

2.А чтобы понять, почему она никогда не падает, обратимся к физике.

         Возьмём линейку и подвесим её на нитке так, чтобы нитка свободно

         передвигалась. Будем менять положение петли, чтобы линейка пришла

        в равновесие.  В этом случае говорят, что линейка подвешена в центре

        тяжести.

      1. Центр тяжести есть у любого тела: у круга, треугольника,

          Пятиугольника и т д (показывает фигуры на нитях).

2.А теперь рассмотрим, при каких условиях тела находятся в равновесии.

   Для этого возьмём «этажерку» и проделаем опыт.

1. Будем положение этажерки менять и заметим, что если вертикаль,

    проведённая из центра тяжести, пересекает площадь опоры, то 

    этажерка остаётся в равновесии. Устойчивое равновесие наблюдается

    при самом низком положении центра тяжести.

2.Большой устойчивостью обладает тело, имеющее форму шарового 

   сегмента, лежащего на своей выпуклой поверхности. Такое тело

   используется в устройстве распространённой игрушки – неваляшки.

   При всяком наклоне игрушки её центр тяжести поднимается. (рисунок).

   Это вызывает самостоятельное движение игрушки к исходному

   положению устойчивого равновесия, при котором центр тяжести

   расположен ниже.

1. Пожалуй, самыми «ловкими» являются балансирующие игрушки.

    Эта курица стоит на любой опоре. За стержень с шарами она

    закрепилась точно посередине, чтобы моменты сил, действующих

    на стержень справа и слева были равны. Наклон курицы происходит

    в том случае, когда мы опускаем балансир (показывает), понижающий

    положение центра тяжести.

2.А вот какой умный ослик! Его движение связано с изменением центра

   тяжести.

1. Вот эта кукла закрывает глаза,  когда находится в горизонтальном

          положении.

  Центр тяжести – это только точка тела, но какое исключительно

  Большое значение имеет она даже при изготовлении игрушек.

Электрические и магнитные игрушки.

      1. Знакома ли вам кукла Наташа?  (показывает куклу). Вот Наташа пошла

          в школу, а вот она играет. Мы любим  Наташу за то, что её можно так

          быстро переодевать. А как устроена эта игрушка?

2.(На модели показывает). На груди у куклы закреплён магнит, а на все

     её платья прикреплены металлические пластинки. Мы знаем свойства

    магнита притягивать металлические тела. Вот у меня в руках

    полосовой магнит. Когда я подношу его к металлическим предметам

    гвоздику, например, то они притягиваются магнитом.

1. Это свойство используется в различных играх. (перечисляет их).

2. Теперь познакомимся с другим интересным явлением. Пропустим    через проводник, помещённый в магнитном поле, электрический ток.

Проводник отклонится (опыт). Это свойство проводников с током двигаться в магнитном поле используется в электродвигателях. (показывает его).

1. в технических электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Эти витки укладывают в пазы (прорези), сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра. Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля. На рисунке изображена схема такого устройства, оно называется якорем двигателя. На схеме витки проволоки показаны кружочками.

2. Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создаётся сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника тока, что и обмотка якоря. Вал двигателя, проходящий по центральной оси железного цилиндра, соединяют с прибором, который проводится двигателем во вращение.

1. Электрический двигатель является главной частью электрических игрушек. На выставке представлены такие игрушки – стиральная машина, микроволновая печь, пылесос. В них электродвигатели питаются от батареи.

2. В игрушке «микроволновая печь» начинает вращаться утка на тарелке после нажатия кнопки включения источника тока. В качестве источника используют батарейки. В результате поворота ручки цепь замыкают  и тарелка начинает вращение.

1. Посмотрите на эту куклу. Она движется и поёт.  ( демонстрирует игрушку). Это всё возможно осуществить с помощью маленького электрического двигателя.

2. На нашей выставке представлены и другие игрушки, действие которых объясняется существованием электрического тока. (показывает и называет их).

Игрушки, действие которых основано на использовании радиоволн.

1. В 1905 году было впервые продемонстрировано явление радиосвязи в городе  Петербурге на курсах обучения курсантов нашим соотечественником Александром  Степановичем Поповым. И вряд ли кто-нибудь из присутствующих там специалистов мог подумать, что не пройдёт и столетия, как любой ребёнок сможет управлять игрушкой, которая работает на принципе радиосвязи.

2. Я покажу вам сейчас несколько игрушек, которыми управляют радиоволнами. (демонстрирует и показывает их).

1. Практически каждый человек в нашей стране является пользователем сотового телефона или дома имеет радиотелефон. В устройстве и принципе работы этих аппаратов применяют радиоволны.

 Ребята! Вы увидели и услышали много интересного об игрушках .Сейчас расскажите о своих игрушках, применив знания , полученные на уроках физики . ( учащиеся рассказывают).

Слайд №8 «Гироскопические игрушки»   

Хоть названье и мудрёное,
Все игрушку эту знают.
И не только дети, взрослые,
С удовольствием играют.
Может петь, как сверчок,
Как зовут её? Волчок.
Разноцветна, мила,
Можно звать её Юла.

Под действием толчка волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси. В чем причина такой устойчивости вращения? Она тоже связана с одним из физических законов – законом сохранения момента количества движения. Попробуем установить волчок вертикально. Это нам не удаётся. Заставим волчок быстро вращаться, и он сразу становится устойчивым. Заметим, что волчок при этом описывает своей осью коническую поверхность. В этом и состоит секрет устойчивости волчка, а само это свойство сохранения устойчивости при вращении называют гироскопическим свойством.

Такие свойства широко используют в цирке. Бросая в воздух ножи или шары, жонглёр придаёт им вращение вокруг продольной оси. Благодаря этому предметы приобретают устойчивость, и это «помогает» артисту показывать эффектные номера.

Это же свойство широко используют и спортсмены. Чтобы волейбольный мяч двигался строго в желаемом направлении, ему сообщают вращение. Дискоболы, метая диск, тоже придают ему вращение вокруг его оси симметрии. Поэтому диск в течение всего полёта сохраняет плоскость своего вращения неизменно под одним и тем же углом к горизонту, уменьшая вредное воздействие сил сопротивления и увеличивая дальность полёта.

(Следует показ летающей тарелки, жонглирование, вращение различных волчков).

Сейчас вы нам расскажите о своих любимых игрушках. Какие физические явления лежат в основе устройства .

( учащиеся рассказывают)

Второй ведущий:

Вы посмотрели выставку «Физика и детская игрушка». Мы очень надеемся, что она поможет соединить вам замечательный мир детства с миром науки, в который вы вступаете.

 Загадки на резерв времени.

1.Ростом мал, да удал,

От меня ускакал.

Хоть надут он всегда –

С ним не скучно никогда.  (мяч)

2.