Разработка занятия по теме «Расчёт КПД на примере модели «Судовая лебёдка»» в рамках элективного курса «Методы решения физических задач» на (8 класс).

Корюкова Алла Владимировна,

учитель физики высшей квалификационной категории

муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Лицей № 142 г. Челябинска»

Технологическая карта занятия по элективному курсу «Методы решения физических задач»

Педагогическое обоснование

Тема	Расчёт КПД на примере модели «Судовая лебёдка» (Лего- констуктор - «Lego - educftion»)
Цель темы	Рассчитать КПД подъёмного механизма на примере модели «Судовая лебёдка» , выяснить эффективность модели, выяснить факторы влияющие на эффективность модели,  обобщить знания учащихся по применению подъёмников в технике, быту и природе; применить теоретические знания для решения практических задач; прививать ученикам интерес к физике.
Планируемый результат	Личностные: Самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений. Метапредметные: умение организовать сотрудничество, умение структурировать изучаемый материал, умение представить результат своей работы. Предметные: Умение пользоваться методами научного исследования, проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, обрабатывать результаты измерений, с помощью таблиц и формул, обнаруживать зависимости между физическими величинами, регистрировать показаниями приборов, объяснять полученные результаты и делать выводы, оценивать границы погрешностей результатов измерений
Основные понятия	КПД - коэффициент полезного действия, блоки подвижные и неподвижные, сила, мощность, высота, пройденный путь, работа (полезная и затраченная), масса, трение, динамометр, измерительная лента, накопитель энергии, лебёдка, эффективность механизма, накопление энергии, передача энергии, эффективность использования энергии
Межпредметные связи	применение подъемников в быту и технике, в природе.
Ресурсы: - основные - дополнительные	АРМ учителя, мультимедийный проектор, компьютер, интерактивная доска или экран, колонки, лего – конструкторы «Lego - educftion» которые используются для изготовления модели «Судовая лебёдка, учебник «Физика-8» А. В. Пёрышкин.
Организация пространства (работа фронтальная, индивидуальная, в парах)	Фронтальная, групповая, индивидуальная работа обучающего характера.

1.     Содержание урока и деятельности участников образовательного процесса

Этап урока	Содержание урока	Деятельность ученика	Деятельность учителя	УУД
1.Организационный момент	Приветствие, подготовка к уроку	Ученики слушают учителя и настраиваются на изучение и восприятие нового материала	Приветствие! Ребята, давайте с помощью оборудования решим несколько экспериментальных задач	Личностные: Позитивное отношение к получению знаний, к познавательной деятельности Коммуникативные: сотрудничество с учителем и одноклассниками.
2.Введение в тему. Формулировка темы	Интеллектуальная разминка. Судовая лебедка предназначена для выполнения разгрузочно-погрузочных работ на судне. Принцип действия лебедки основан на использовании в ее конструкции системы блоков и канатов. Ее мощность можно менять путем замены системы блоков.	Отвечая на вопросы учителя, приводят примеры. Высказывают свои предположения. Определяют тему урока и записывают тему урока в тетрадь.	-Какое оборудование у вас на столах?  -Для чего предназначена судовая лебёдка, где используется? - Какие физические величины мы можем измерить с помощью этого оборудования? - В каких единицах измеряем (в системе СИ)? -Какова же тема нашего урока? -Познакомимся со словариком терминов	Регулятивные: умение определять цель работы, планировать ее выполнение. Познавательные: уметь слушать в соответствии с целевой установкой, осознать познавательную задачу, принимать и сохранять учебную цель. Коммуникативные: вступать в учебный диалог
3.Изучение новой темы (первый блок)	Проведи исследование 1	Учащиеся выполняют групповое экспериментальное задание и заполняют индивидуальную таблицу 1 в своём рабочем листе При выполнении этих исследований очень важно, чтобы учащиеся как можно точнее измеряли величину мощности. Чтобы определить, какая мощность лебедки требуется для подъема груза, надо из результатов измерений её работы с грузом вычесть результаты, полученные при работе без груза.	Учитель предлагает учащимся, разделенным на группы,  выполнить  первую часть эксперимента, заполнив таблицу 1 в своём индивидуальном листе	Предметные: определение изученных понятий «мощность», «блок» «Познавательные:  Умение пользоваться методами научного исследования, проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты
4. Вывод эффективности механизма	Проведи анализ результатов исследования	Анализируют. Формулируют вывод, собирают эффективную установку для последующих измерений. Данные будут отличаться друг от друга. Учащиеся обнаружат, что система с двумя неподвижными и одним подвижным блоками требует существенно меньшей мощности для подъема груза по сравнению с одноблочной системой	Контроль и консультации учащихся Оценивается не только команда, но и каждый ее участник.
5.Изучение новой темы (второй блок)	Проведи исследование 2	Учащиеся выполняют групповое экспериментальное задание 2  и заполняют таблицу 2 в своём рабочем листе Производят необходимые вычисления: А = F×s Полученные данные будут различаться, но большинство учащихся обнаружат, что для подъема груза требуется примерно 2 Дж. Следовательно, КПД лебедки составляет около 20%. КПД = (0,402 Дж/2 Дж) × 100 % = 20,1%. Это означает, что примерно 80% всей затраченной работы расходуется на преодоление сил трения и других сил сопротивления	Беседа с учащимися. Консультация учащихся по заполнению таблицы 2 в рабочем листе. Помощь и проверка	Предметные: определение изученных понятий «работа», «КПД» Познавательные: умение представлять результаты измерений с помощью таблиц,  формул Коммуникативные: умение работать в группах, обмениваться информацией с одноклассниками.
6.Самостоятельная работа по группам	Определение не менее трех параметров, влияющих на эффективность работы лебедки, и объяснение, в чем и как это выражается	Анализируют Формулируют вывод Учащимся предлагается определить и выписать не менее трех параметров, влияющих на эффективность работы лебедки, и объяснить, в чем и как это выражается. Факторами, влияющими на эффективность лебедки, могут быть схема системы блоков, размеры блоков и трение в них	Контроль и консультации учащихся Оценивается не только команда, но и каждый ее участник.	Регулятивные: умение представлять результаты работы, владение основами самоконтроля и самооценки Познавательные:  устанавливать причинно-следственные связи
7. Домашнее задание	Домашнее задание: 1. перечислите устройства подобные изученной нами модели судовой лебёдки; 2. придумайте новое полезное устройство, основанное на том же принципе, что судовая лебёдка, но выполняющее другую работу; 3. нарисуйте эскиз этого придуманного нового полезного устройство устройства и назовите его три самые важные его характеристики.	Запись домашнего задания	Формулирование домашнего задания. (Мотивацией к следующему уроку являются задания по учебным модулям)	Регулятивные: принимать и сохранять учебную задачу
8. Подведение итога урока	Обмен мнениями, подведение основных итогов урока	Ответы на вопросы учителя, фиксируют свое настроение и отношение к проведенному уроку Применение подъёмников в быту, природе, технике	Сегодня на уроке: Ранее мы знали ... Сегодня мы узнали ... В дальнейшем мы сможем узнать ... Спасибо за работу на уроке. Всем удачного дня!	Коммуникативные: использование речевых средств в соответствии с задачей коммуникации для выражения своих чувств, мыслей и потребностей. Формирование умения рефлексивности, оценки и самооценки

 

Таблица 1

Определение мощности лебедки требуемой для подъема груза

Измеренное значение	(Вт)	(Вт)	(Вт)

Таблица 2

Определение коэффициента полезного действия (КПД) лебёдки

Величины	1	2	3
Полезная работа	(Дж)	(Дж)	(Дж)
Затраченная работа	(Дж)	(Дж)	(Дж)
КПД лебёдки	(%)	(%)	(%)

Расчёт КПД на примере модели «Судовая лебёдка» (Лего-констуктор - «Lego - educftion»)

Фамилия, имя:                                                                       Дата и задание

________________________________________                     __________________________________________

Подъем груза

Прежде всего, измерьте мощность которая требуется для работы судовой лебедки без груза и запишите полученные результаты.

После этого проделайте то же самое для определения среднего значения мощности, необходимой для подъема груза с помощью лебедки с одним неподвижным блоком и лебедки с двумя неподвижными и одним подвижным блоками.

Чтобы определить, какая мощность лебедки требуется для подъема груза в каждом из этих двух случаев, надо из результатов измерений её работы с грузом вычесть результаты, полученные при работе без груза.

Измеренное значение	(Вт)	(Вт)	(Вт)

Определение коэффициента полезного действия (КПД) лебёдки

Рассчитайте КПД (%) судовой лебедки, для этого найдите количество полезной и затраченной работы при подъеме груза на высоту 60 см.

Полезная работа рассчитывается по формуле:

Работа (Дж) = Сила (Н) × Расстояние (м).

А = F×s

Теперь определите количество затраченной работы по показаниям ЛЕГО-мультиметра, соединенного с лебедкой, и рассчитайте КПД по формуле:

КПД = (Полезная работа/ Затраченная работа) × 100 (%).

Параметры, влияющие на результат

Определите и выпишите не менее трех параметров, влияющих на эффективность работы лебедки, и объясните, в чем и как это выражается 

• 1 слайд

  Расчёт КПД на примере модели «Судовая лебёдка»
  занятие по элективному курсу 8 класса
  «Методы решения физических задач»
  Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Лицей № 142 г. Челябинска»
  г. Челябинск 2016 год
  Корюкова Алла Владимировна,
  учитель физики высшей квалификационной категории
  

• 2 слайд

• 3 слайд

• 4 слайд

  МАШИНЫ ОПАСНЕЕ, ЧЕМ ЗАВОДЫ
  Автомобили дают до 60% всех вредных выбросов
  За один год автотранспорт выбрасывает на челябинцев 180 т вредных веществ
  В пробке авто выбрасывают до 200 компонентов загрязняющих веществ
  Ежегодно перегруженные дороги Челябинска провоцируют 4 случая рака на каждые 100 тысяч человек
  

• 5 слайд

  Повышение экономичности двигателей
  Создание современных электродвигателей
  Создание двигателей, работающих на солнечной энергии
  
  Пути решения проблемы
  

• 6 слайд

  Расчёт КПД
  на примере модели
  «Судовая лебёдка»
  

• 7 слайд

• 8 слайд

  Лего-мультиметр
  показания дисплея
  

• 9 слайд

  Таблица 1
  Схема соединения блоков
  Мощность
  Чтобы определить, какая мощность лебедки требуется для подъема груза, надо:
  из результатов измерений её работы с грузом вычесть результаты, полученные при работе без груза.
  Какую схему соединения блоков вы считаете наиболее эффективной?
  

• 10 слайд

  Таблица 2
  Работа (Дж) = Сила (Н) × Расстояние (м).
  А = F × s
  КПД = (Полезная работа/ Затраченная работа) × 100 (%).
  
  

• 11 слайд

  для подъема груза требуется примерно 2 Дж энергии
  Результаты исследования
  КПД лебёдки составляет около 20%.
  КПД = (0,402 Дж/2 Дж) × 100 % = 20,1 %
  Это означает что, примерно, 80% всей затраченной работы расходуется на преодоление сил трения и других сил сопротивления
  

• 12 слайд

  Характеристики тепловых двигателей
  КПД лебёдки составляет  20%.
  

• 13 слайд

  Параметры, влияющие на результат
  
  схема системы блоков
  
  размеры блоков
  
  трение в блоках
  
  

• 14 слайд

  Домашнее задание
  1 . Перечислите подъёмные устройства основанные на том же принципе, что и судовая лебёдка,
  2 . Придумайте и опишите новое полезное устройство, основанное на том же принципе, что и судовая лебёдка, но выполняющее другую работу.
  3 . Нарисуйте эскиз нового полезного устройства, основанного на том же принципе, что и судовая лебёдка и назовите его три самые важные характеристики
  Выберите для себя и выполните одно из заданий:
  

• 15 слайд

  Ранее мы знали …
  Сегодня мы узнали …
  Мы можем узнать …
  

Подъём груза

Учащиеся должны исследовать влияние системы блоков на мощность лебедки, необходимую для подъема груза заданной массы. Сначала предложите учащимся подумать, какая мощность необходима для работы судовой лебедки без груза (см. рисунок), а затем измерить её и записать полученный результат. Попросите их после этого подумать, какая мощность судовой лебедки нужна, чтобы поднять груз с помощью одного неподвижного блока, и тоже измерить её и записать полученный результат. И, наконец, пусть ребята соберут лебедку с двумя неподвижными и одним подвижным блоком и проделают с ней всё, то же самое. (Технологические карты 6А и 6В, с. 64, шаг 1)

Чтобы определить, какая мощность лебедки требуется для подъема груза, надо из результатов измерений её работы с грузом вычесть результаты, полученные при работе без груза. Данные будут отличаться друг от друга. Учащиеся обнаружат, что система с двумя неподвижными и одним подвижным блоками требует существенно меньшей мощности для подъема груза по сравнению с одноблочной системой.

Таким образом, лучше исполь зовать трехблочную конструкцию. Влияние других факторов на эффективность работы лебедки, таких как, например, трение, менее существенно.

Чтобы проверить, как учащиеся усвоили мате- риал, задайте им следующие вопросы:

• Какие факторы вы учитывали, выдвигая свои предположения?

• Как вы можете объяснить полученные результаты?

• Можете ли вы определить закономерность полученных результатов?

Время подъема груза при использовании большего числа блоков заметно увеличивается.

• Чем обеспечивается достоверность полученных вами результатов? Необходимо провести измерения несколько раз при одинаковых условиях, то есть не менять условия, которые влияют на эффективность работы лебедки, например, не ослаблять втулку

Развитие

Учащихся должны определить коэффициент полезного действия (КПД) лебедки (в процентах) путем расчета теоретически не- обходимой (полезной) работы и измерения работы, реально затраченной на подъем груза на высоту 60 см.

Полезная работа рассчитывается по фор- муле:

Работа (Дж) = Сила (Н) × Расстояние (м)

Затем предложите ученикам измерить величину фактической работы, фиксируя показания (в Дж) ЛЕГО-мультиметра, и записать полученные результаты.

КПД лебедки (%) рассчитывается по фор- муле:

КПД = (Полезная работа/ Затраченная работа) × 100

Груз массой 0,068 кг весит 0,67 Н,

поэтому полезная работа, необходимая для подъема этого груза будет равна:

Работа = 0,67 Н × 0,6 м Работа = 0,402 Дж

Силу можно также измерять в ньютонах (Н)

При выполнении этих исследований очень важно, чтобы учащиеся как можно точнее измеряли величину мощности. Полученные данные будут различаться, но большинство учащихся обнаружат, что для подъема груза требуется примерно 2 Дж.

Следовательно, КПД лебедки составляет около 20%. КПД = (0,402 Дж/2 Дж) × 100 % = 20,1 % Это означает, что примерно 80% всей затраченной работы расходуется на преодоление сил трения и других сил сопротивления

Параметры, влияющие на результат

Предложите учащимся определить и выписать не менее трех параметров, влияющих на эффективность работы лебедки, и объяснить, в чем и как это выражается.

Факторами, влияющими на эффективность лебедки, могут быть схема системы блоков, размеры блоков и трение в них

Показания дисплея

Значения выходного напря- жения будут зависеть от приложенной нагрузки.

Удержание кнопки On/Off в нажатом состоянии в течение двух секунд приведет к установке на 0 значения энергии на дисплее ЛЕГО-муль- тиметра. Обратите внимание, что это не является индикацией уровня заряда аккумулятора энергии

Правила безопасной эксплуатации ЛЕГО-мультиметра

• Не подвергайте ЛЕГО-мультиметр и подсоединенные к нему элементы механическому воз- действию. • Не ставьте на ЛЕГО-мультиметр тяжелые предметы.

• Не роняйте ЛЕГО-мультиметр.

• Не закорачивайте разъемы ЛЕГО-мультиметра.

• Не прикладывайте к ЛЕГО-мультиметру электрическое напряжение, превышающее 10 В.

• Избегайте перегрузки ЛЕГО-мультиметра, так как это приводит к его разрядке.

• Не допускайте попадания на ЛЕГО-мультиметр влаги, поскольку он не является влагозащи- щенным устройством.

• Храните ЛЕГО-мультиметр при комнатной температуре в сухом и чистом помещении вдали от источников тепла и холода.

• Выполняйте зарядку ЛЕГО-мультиметра перед каждым занятием.

развивается представление о научно обоснованном исследовании, проведении измерений и регистрации полученных данных.

Краткое описание документа:

Предложенная вашему вниманию разработка занятия содержит технологическую карту, презентацию, теоретический материал и рабочий бланк для обучающихся.

Модель "Судовая лебёдка" собрана на базе Лего-констуктора «Lego - educftion». Для измерения величины фактической работы, обучающиеся используют ЛЕГО-мультиметр и фиксируют его показания.