Конспект урока по теме "Простые механизмы. Условие равновесия рычага"

КАРТА САМООЦЕНКИ

Класс __________________________________________________________________________

ФИ ____________________________________________________________________________

Заполнить таблицу:  найдите в перечисленных устройствах простые механизмы

РЕФЛЕКСИЯ:

1.Отметьте галочкой место, где вы сейчас.

2.      Заполните ниже таблицу рефлексии урока.

А. Ценность данной работы для вас:

1) Самое важное – 1 

2) Важное – 2

3) Не очень важное – 3 

4) Совсем не важное – 4

РАБОЧАЯ КАРТА

Изучите предложенный материал простого механизма и ответьте на вопросы:

1. Сформулируйте определение ….

2. Для чего применяют?

3. Найдите на рисунке

4. Выберите из списка, что можно отнести к вашему простому механизму …  колодец, качели, болт, шуруп, неподвижный блок, рога, лом, гора, нож, домкрат, иголка, колодец, подвижный блок, лестница.

5. Соберите установку простейшего механизма из лабораторного набора по теме «Механика, простые механизмы»

ГРУППА 1

Наклонная  плоскость - простейшее механическое устройство, применяемое для подъёма тяжёлых предметов, чтобы получить выигрыш в силе.

Наклонная плоскость применяется для перемещения тяжелых предметов на более высокий уровень без их непосредственного поднятия.

К таким устройствам относятся пандусы, эскалаторы, обычные лестницы и конвейеры.

Если нужно поднять груз на высоту, всегда легче воспользоваться пологим

подъемом, чем крутым. 

Причем, чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу.

Когда время и расстояние не имеют большого значения, а важно поднять груз с наименьшим усилием, наклонная плоскость оказывается незаменима.

Наклонная плоскость — это плоская поверхность, установленная под углом, отличным от прямого и/или нулевого, к горизонтальной поверхности. Наклонная плоскость позволяет преодолевать значительное сопротивление, прилагая сравнительно малую силу на большем расстоянии, чем-то, на которое нужно поднять груз.

Наклонная плоскость — один из широко известных простых механизмов.

История: Пандусы, или наклонные плоскости, широко использовались при строительстве ранних каменных сооружений, дорог и акведуков. Также они применялись при штурме военных укреплений.

Эксперименты с наклонными плоскостями помогли средневековым физикам (таким, как Галилео Галилей) изучить законы природы, связанные с гравитацией, массой,  ускорением и т. д

ГРУППА 4

Ворот – это два колеса, соединенные вместе и вращающиеся вокруг одной оси, например, колодезный ворот с ручкой.

§ Ворот простой — это древнейший механизм, состоящий из станка, в середине которого находится вал, который вертят посредством рычагов (вымбовки) и таким образом навивают на него веревку. С помощью этого ворота передвигают или поднимают разные тяжести.

§ Ворот сложный — это механизм, состоящий из станка с двумя желобоватыми чугунными валами, вращающимися в одно и тоже время, от вращения шестерни, приводимой в движение рычагами или вымбовками.

§ Ворот временный — это механизм, применяемый для вытягивания простых судов на берег и других тяжестей, состоит из круглого обрубка дерева, который ставится вертикально и удерживается в таком положении с помощью веревки или оттяжек, укрепляемых к стойкам, в некотором расстоянии от установленного обрубка, в землю вколоченного; к самому же обрубку или валу, привязывается рычаг, служащий для вращения.

Сложное громоздкое устройство средневекового периода - ворот или ступальные колеса широко использовались в рудничном деле. Их приводили в движение люди, ступая по планкам колеса.

Ворот можно рассматривать как неравноплечий рычаг: выигрыш в силе, даваемый им, зависит от соотношения радиусов R и r.

ГРУППА 5

Клин - одна из разновидностей  наклонной плоскости, это простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета.

Рассмотрим теперь механизм клин, это вторая разновидность наклонной плоскости.

Молот действует на клин сверху вниз. Однако клин раздвигает части полена влево и вправо. То есть клин изменяет направление действия силы. Кроме того, сила, с которой он раздвигает половинки полена, больше силы, с которой молот воздействует на клин (для этого его и применяют). То есть, клин изменяет числовое значение приложенной силы.

Клинья применяют в самых разнообразных случаях, но все они объединены общей целью: получить выигрыш в силе, то есть при помощи меньшей силы создать большую.

Клин предназначен для раскалывания прочных предметов, например, поленьев. Его также вгоняют в щели между деталями, чтобы создать большую силу давления одной детали на другую и тем самым увеличить силу трения покоя между ними, что обеспечит их надежное сцепление. При огромных силах, прилагаемых к клину, он должен быть очень прочным, из самого твердого материала.

«Колющие орудия» многих животных и растений – когти, рога, зубы и колючки – по форме напоминают клин (видоизмененная наклонная плоскость); клину подобна и заостренная форма головы быстроходных рыб. Многие из этих клиньев имеют очень гладкие твердые поверхности, чем и достигается их большая острота.

Происхождение клина неизвестно, это отчасти объясняется тем, что клин известен уже более 9000 лет. В Древнем Египте бронзовые клинья использовались в карьерах для откалывания каменных блоков, необходимых в строительстве. Также применялись деревянные клинья, которые разбухали после обливания водой. Некоторые индейские племена использовали клинья из оленьего рога для раскалывания древесины и изготовления каноэ, жилища и других предметов.

ГРУППА 6

Винт (шнек) — простейший механизм. Резьба винта, в сущности, представляет собой другой простейший механизм — наклонную плоскость, многократно обёрнутую вокруг цилиндра.

Идеальный выигрыш в силе равен отношению расстояния, проходимого точкой приложения усилия за один оборот винта (длины окружности), к расстоянию между двумя соседними витками резьбы (шаг резьбы).

Винт изобрел Архимед. Его винт был предназначен для поднятия воды с некоторого уровня на более высокий. Рассмотрим винт как прибор для получения значительного выигрыша в силе.

Представим себе, что наклонную плоскость высотой h и длиной l свернули в трубку. Поворачивая гайку, надетую на болт, вы поднимаете ее по наклонной плоскости. Выигрываете в силе F1 / F2=h / l, где h –высота наклонной плоскости, или шаг винта, l- длина наклонной плоскости или длина окружности l = π D. При закручивании шурупа в деревянную доску или затягивании болта (скрепление деталей болтом или гайкой) приходится преодолевать силы трения и силы упругости материала настолько большие, что пальцами это сделать трудно и порой даже невозможно. При этом недостаточно выигрыша в силе, получаемого с помощью винта, и приходится применять еще и рычаги: отвертки, гаечные ключи. Винт используется как приспособление для выигрыша в силе. В измерительных приборах используется свойства винта - проигрыш в расстоянии. Винт применяется и по «прямому назначению», как предложил в свое время его изобретатель: для перемещения зерна по трубе или мяса в мясорубке. Более аккуратно подогнанные винты осуществляют движение резца в токарном станке.

«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?
Тянет руку к облакам,
Занимается трудом:
Помогает строить дом. (Подъемный кран)

– 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.
Машина – от латинского слова «machina» – сооружение.

– Оказывается обыкновенная палка – это простейший механизм. Кто знает,  как он  называется?
– Давайте вместе сформулируем тему урока: ….
– Откройте тетради, запишите число и тему урока: «Простые механизмы. Условия равновесия рычага».
– Какую цель мы должны с вами поставить сегодня на уроке …

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.
– Как вы думайте, для чего они нужны?
– Конечно, чтобы легче было работать.
– Первым человеком, применившим рычаг, был наш далёкий доисторический предок, палкой сдвигавший с места тяжёлые камни в поисках съедобных корней или прятавшихся под корнями мелких животных. Да-да, ведь обыкновенная палка, имеющая точку опоры, вокруг которой её можно поворачивать, – это и есть самый настоящий рычаг.
Есть много свидетельств, что в древних странах – Вавилоне, Египте, Греции – строители широко использовали рычаги при подъёме и перевозке статуй, колонн и огромных камней. В то время они не догадывались о законе рычага, но уже хорошо знали, что рычаг в умелых руках превращает тяжелый груз в лёгкий.
Рычаг – является составной частью почти каждой современной машины, станка, механизма. Экскаватор роет канаву – его железная «рука» с ковшом действует как рычаг. Шофёр меняет скорость автомобиля с помощью рычага переключения скоростей. Аптекарь развешивает порошки на аптекарских очень точных весах, главная деталь этих весов – рычаг.
Вскапывая грядки на огороде, лопата в наших руках тоже становится рычагом. Всевозможные коромысла, рукоятки и вороты всё это рычаги.

– Давайте познакомимся с простыми механизмами.

Класс разделен на шесть экспериментальных групп:

1-я изучает наклонную плоскость.
2-я изучает рычаг.
3-я изучает блок.
4-я изучает ворот.
5-я изучает клин.
6-я изучает винт.

Работа проводится по описанию, предложенному каждой группе в рабочей карте.

По ответам учащихся составляем схему.

– С какими механизмами  вы познакомились …
– Для чего же служат простые механизмы? …

В карте самооценки оцените свою работу в группе по изучению простого механизма и составлению схемы.

Рычаг – твёрдое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. На практике роль рычага могут играть палка, доска, лом и т.п.
Рычаг имеет точку опоры и плечо. Плечо – это кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы (т.е. перпендикуляр, опущенный из точки опоры на линию действия силы).
Обычно силами, приложенными к рычагу можно считать вес тел. Одну из сил мы будем называть силой сопротивления, другую – движущей силой.
На рисунке вы видите равноплечий рычаг, который  используется для уравновешивания сил. Примером такого применения рычага могут служить весы. Как вы думаете, что произойдёт, если одна из сил увеличится в 2 раза?
Правильно, весы  выйдут из равновесия (показываю на обычных весах).
Как вы считаете, есть ли способ уравновесить большую силу меньшей?

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.
Для этого повесьте на крючок с правой стороны на расстоянии  15 см от оси один груз.

• Уравновесьте рычаг одним грузом. Измерьте левое плечо.
• Уравновесьте рычаг, но уже двумя грузами. Измерьте левое плечо.
• Уравновесьте рычаг, но уже тремя грузами. Измерьте левое плечо.
• Уравновесьте рычаг, но уже четырьмя  грузами. Измерьте левое плечо.

– Какие выводы можно сделать:

• Где сила больше, там плечо меньше.
• Во сколько раз сила увеличилась, во столько раз плечо уменьшилось,

– 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:

F₁l₁  = F₂l₂ => F₁/ F₂ =   l₂ /l₁

Правило равновесия рычага было  установлено Архимедом.
Из этого правила следует, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага большую силу.

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

ЗАДАНИЯ:

1. Продолжите фразу …

• Рычаг – это… твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры
• Рычаг находится  в равновесии, если… силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.
• Плечо силы – это… кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы (т.е. перпендикуляр, опущенный из точки опоры на линию действия силы).
• Сила измеряется в …
• Плечо силы измеряется в …
• К простым механизмам относятся… рычаг и его разновидности: – клин, винт; наклонная плоскость и ее разновидности: клин, винт.
• Простые механизмы нужны для…того, чтобы получить выигрыш в силе

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.
И всё же Архимед преувеличил возможности человека. Если бы Архимед знал, как огромна масса Земного шара, то он, вероятно, воздержался бы от приписываемого ему легендой восклицания: «Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю!». Ведь для перемещения земли всего на 1 см руке Архимеда пришлось бы проделать путь в 10¹⁸ км. Оказывается, чтобы сдвинуть Землю на миллиметр длинное плечо рычага должно быть больше короткого в 100 000 000 000 трл. раз! Конец этого плеча проделал бы путь в 1 000 000 трл. километров (примерно). А на такую дорогу человеку понадобилось бы много миллионов лет!.. Но это тема другого урока.

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
Желающим: составить кроссворд по теме «Простые механизмы у меня дома»
Индивидуально: подготовить сообщения или презентацию «Рычаги в живой природе», «Сила наших рук».

3. Рефлексия

– Занятие закончено! До свидания, всего Вам доброго!