План -конспект урока на тему "Простые механизмы"

Тема  урока «Простые механизмы».

Тип урока: Личностно – ориентированный урок по изучению нового     материала.

Форма проведения: групповая работа.

Обучающие цели урока:

·       объяснить назначение простых механизмов; дать понятие выигрыша в силе;

·       дать понятие рычага; установить условие равновесия рычага;

·       дать понятие момента силы; сформулировать правило моментов;

·       сформировать понятие подвижного и неподвижного блоков;

·       сформулировать «золотое правило» механики.

Цели, ориентированные на развитие личности учащегося:

·        актуализировать личностный смысл учащихся к изучению темы;

·        способствовать развитию умения делать выводы по результатам опытов;

·        создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу, показывая применение физических явлений;

·        помочь учащимся осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний;        

·        создать условия для развития умения формулировать собственную точку зрения, высказывать и аргументировать её.

Воспитательные цели:

·        содействовать развитию умения общаться между собой;

·        помочь учащимся осознать ценность совместной деятельности;

·        продолжить формирование положительной «Я-концепции» личности учеников.

План урока.

1.Организационный момент (приветствие учащихся, сообщение темы, цели, формы проведения урока).

2. Изучение нового материала.

Сила человека ограничена. Поэтому он часто применяет устройства (приспособления), позволяющие преобразовать его силу в силу, существенно большую. Такие устройства называют простыми механизмами. 

                                   Простые механизмы

 

                       Рычаг                     Наклонная плоскость

           (блок, ворот, лом)                     (клин, винт)

Одним из примеров простых механизмов является рычаг.

Рычаг – твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

В качестве рычага могут быть использованы: лом, доска, железный прут и т.п.

Рычаг начал применяться людьми ещё в глубокой древности. С его помощью удавалось поднимать тяжёлые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте. Без рычага это было бы невозможно. Ведь, например, для возведения пирамид Хеопса, имеющей высоту 147м, было использовано более двух миллионов каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2.5т.

В наше время рычаги находят широкое применение как на производстве (подъёмный кран), так и в быту (ножницы, кусачки, весы и т.д.)

На рис. 1 изображён рычаг, ось вращения которого О (точка опоры) расположена между точками А и В.

                                            

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.

ℓ - плечо силы, м.  (ОА и ОВ – плечи сил F₁ и F₂ )

Из рисунка видно, что если плечо одной силы (ОА) в два раза превышает плечо другой силы (ОВ), то силой 2Н можно уравновесить силу 4Н (т.е. в 2 раза больше).

Таким образом, можно сформулировать условие равновесия рычага:

Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

F₁  ⁄ F₂ = ℓ₂ / ℓ₁

С тех пор, как Архимед установил правило равновесия рычага, оно просуществовало в первозданном виде почти 1900 лет. И лишь в 1687 году французский учёный П. Вариньон придал ему более общую форму, воспользовавшись понятием момента силы.

Запишем условие равновесия рычага, воспользовавшись свойством пропорции (произведение крайних членов пропорции равно произведению средних членов пропорции).

F₁* ℓ₁= F₂* ℓ₂

Физическая величина, равная произведению силы на её плечо, называется моментом силы.

M=F* ℓ

                                                                            (Н*м)

M₁=M₂

Тогда получим:

Рычаг находится в равновесии, если момент силы, вращающий его по часовой стрелке равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелке.

Момент силы характеризует вращающее действие силы. Это действие зависит как от силы, так и от её 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 её, оказывая давление около петель, значительно труднее.

Рычаги в технике, быту и природе.

Правило рычага (или правило моментов) лежит в основе действия различного рода инструментов и устройств, применяемых в технике и быту там, где требуется выигрыш  в силе или в пути.

Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножницами.

Ножницы – это рычаг. Ножницы, предназначенные для резки бумаги, имеют длинные лезвия и почти такой же длины ручки. Для резки бумаги не требуется большой силы. А длинным лезвием удобнее резать по прямой линии. Ножницы для резки листового металла имеют ручки  гораздо длиннее лезвий, так как сила сопротивления металла велика и для её уравновешивания плечо действующей силы приходится значительно увеличивать. Ещё больше разница между длиной  ручек и расстоянием режущей части от оси вращения в кусачках, предназначенных для перекусывания проколки.

Рычаги различного вида имеются у многих машин Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пианино – всё это примеры рычагов. Используемых в данных машинах и инструментах.

                          

 Примеры применения рычагов – это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного станка и т.д. На принципе рычага основано действие и рычажных весов. Учебные весы  действуют как равноплечий рычаг.

                                   

Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, конечности, челюсти. Много рычагов можно указать в теле насекомых, птиц, в строении растений.

Ещё одним примером простых механизмов является блок.

Блок – это колесо с желобом, по которому пропускают верёвку, трос или цепь.

Блок

 

Обычно на практике применяют комбинацию подвижного блока с неподвижным.

Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе. А применяется для удобства. Он изменяет направление действия силы, например, позволяет поднимать груз, стоя на земле.

Для получения большего выигрыша в силе применяют грузоподъёмный механизм – полиспаст.

Греческое слово «полиспаст» образовано от  двух корней: «поли» - много и «спао» - тяну. Так что в целом получается «многотяг».

Полиспаст представляет собой комбинацию из двух обойм, одна из которых состоит из трёх неподвижных блоков, а другая из трёх подвижных блоков.

Поскольку каждый из подвижных блоков удваивает силу тяги, то в целом полиспаст даёт шестикратный выигрыш в силе.

К простым механизмам относятся не только рассмотренные нами рычаг и блоки, но и ряд других приспособлений (например, наклонная плоскость, клин, винт, ворот)

Во многих случаях, вместо того чтобы поднимать тяжёлый груз на некоторую высоту, его втаскивают на ту же высоту по наклонной плоскости  ( клин и винт)

Наклонная плоскость — простой механизм в виде плоской поверхности, установленной под углом, отличным от прямого, к горизонтальной поверхности.

    

Клин — простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета.

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

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

Лебедка - конструкция , состоящая из двух воротов с промежуточными передачами в механизме привода.

В древние времена многие простые механизмы использовались в военных целях. Это баллисты, катапульты и другие устройства. Особенно большим количеством изобретений в этой области прославился Архимед.

Когда римские войска осадили Сиракузы, 75-летний Архимед возглавил оборону родного города. Сконструированный им механизмы поразили воображение современников. Огромный урон, наносимый римским войскам «железными лапами» и метательными машинами Архимеда, привел по словам Плутарха, к тому, что «римляне стали так  трусливы, что если замечали, что над стеной движется кусок каната или бревно, то кричали: «Вот, вот оно!» - и, думая, что Архимед хочет направить на них какую-нибудь машину, удалялись в бегство».

    

Несколько месяцев длилась осада Сиракуз, и лишь благодаря предателям, открывшим ворота, римляне наконец смогли ворваться в город. «Немало примеров гнусной злобы и гнусной алчности можно было бы припомнить, - пишет Тит Ливий (1 в до н.э.) о разграблении Сиракуз, - но самый знаменитый между ними – убийство Архимеда. Среди дикого смятения, под крики и топот озверевших солдат, Архимед спокойно размышлял, рассматривая начерченные  на песке фигуры, и какой-то грабитель заколол его мечом, даже не подозревая, кто это».

Многовековая практика показала, что ни один из механизмов не даёт выигрыша в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или пути.

Уже древним учёным было известно правило:

Во сколько раз выигрываем в силе,

во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Это правило назвали «золотым правилом» механики.

Его автором является древнегреческий учёный Герон Александрийский, живший в 1 в н.э.

3.Закрепление материала.

Заполните лист приложения 1 и 2.

4. Домашнее задание. А.В.Пёрышкин  Физика-7 §55-60.

5. Подведение итогов (самоанализ).

Рефлексия.

Ребята, наш урок заканчивается. Я хочу попросить вас оценить вашу работу  и работу ваших товарищей.  Заполните лист приложения 3.

Приложение 1

Для мыслящих!

Ответьте на следующие вопросы:

1.     Для какой цели применяют простые механизмы?-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.     Назовите несколько простых механизмов.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3.     Что представляет собой рычаг?------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4.     Когда рычаг находится в равновесии?--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5.     Приведите примеры применения рычагов в быту и технике?-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

6.     Разломите спичку пополам, получившиеся части снова разломите пополам и так продолжайте ломать спичку на всё более маленькие кусочки. Почему маленькие кусочки труднее разламывать, чем большие?----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7.     Почему дверную ручку прикрепляют не к середине двери, а к краю, притом наиболее удалённому от  оси вращения двери?------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8.     Что такое блок? Какие они бывают?------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9.     Как легче подниматься вверх: лезть по верёвке или поднимать себя при помощи блока?--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10. Какой наибольший груз может приподнять мальчик масса которого равна 42 кг, пользуясь одним подвижным и одним неподвижным блоком? (84 кг)--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

11. С помощью подвижного блока груз подняли на высоту 2м. На какую длину при  этом был вытянут свободный конец верёвки? (4м)---------------------------------------------------------------------------------------------------------