Урок по физике в 7 классе по теме: ' Простые механизмы. Рычаг. '

Урок физики в 7 классе «Простые механизмы. Рычаг».

Цель урока:

• Ввести понятие «простой механизм»; выяснить условие равновесия рычага.

• Придать познавательной деятельности на уроке характеристик интереса, активности, мотивированного выбора вариантов решения задач по применению знаний.

• Работать над воспитанием творческой, ответственной личности, способной к самопознанию, к толерантности.

Задачи:

• Изучить основные понятия и правила, связанные с темой "рычаг";

• Провести промежуточный контроль знаний, коррекцию;

• Научить переносить знания в частично измененную или полностью незнакомую ситуацию в процессе решения задач творческого характера;

• Организовать работу с учебником для самостоятельного пополнения знаний;

• При решении задач развивать надпредметные, а также общеучебные компетенции;

• Провести рефлексию деятельности на уроке и самооценку учащихся.

Оборудование:

• рычаг демонстрационный с набором грузов;

• весы лабораторные с разновесом;

• набор дидактических материалов: карточки с проверочным тестом, карточки для записи результатов измерения при решении практической задачи, карточки для рефлексии;

• компьютер с видеопроектором для презентации урока.

Эпиграф:

«Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю».

Архимед.

Ход урока:

I. Организационный момент

Проверка готовности класса к уроку.
Настрой на работу

Учитель: Здравствуйте! Садитесь. Сегодня у нас обычный урок. Прежде чем мы приступим к изучению новой темы, я хочу, чтобы все настроились на урок. Расслабьтесь, прислушайтесь к своим ощущениям. Готовы? Тогда начнем наш урок.

Актуализация опорных знаний

Проверка знаний по ранее изученному материалу осуществляется работой в группах. Класс делится на 2 - 3 группы, каждая группа получает задания, распределяет их между участниками. Руководители групп консультируют.

Тестовое задание по проверке знаний «Механическая работа и мощность»

Вариант №1

Вариант №2

1.Укажите , в каком из перечисленных случаев совершается механическая работа?

А. на столе стоит гиря.

Б.на пружине висит груз.

В. Трактор тянет прицеп.

1. В каком из перечисленных случаев совершается механическая работа?

А.вода давит на стенку сосуда.

Б.мальчик поднимается вверх по лестнице.

В.кирпич лежит на столе.

2. Определите работу, совершаемую при поднятии груза весом 4Н на высоту 4м.

А.16Дж.

Б.1Дж.

В.8Дж.

2. Вычислите работу, произведенную силой 0,02Н, если расстояние, пройденное телом по направлению действия этой силы, равно 20м.

А.20Дж.

Б.10Дж.

В.400Дж.

3. На какую высоту надо поднять гирю весом 100Н, чтобы совершить работу 200Дж?

А. 1м.

Б.1,5м.

В.2м

3.Какого веса груз можно поднять на высоту 2м, совершив работу 10Дж?

А.2Н.

Б.5Н.

В.10Н.

4.Альпинист поднялся в горах на высоту 2км. Определите механическую работу, совершенную альпинистом при подъеме, если его масса вместе со снаряжением равна 85кг.

А.1,7МДж

Б.100кДж.

В.170кДж

4.При помощи подъемного крана подняли груз массой 3т на высоту 10м. Какая при этом совершается работа?

А.300кДж.

Б.30кДж.

В.3кДж

5. Какая работа совершается при равномерном подъеме железной балки объемом 0,1м3 на высоту 15м?

А.200кДж

Б.117кДж

В.100кДж

5. Экскаватор поднял грунт объемом 0,25м3 и плотностью 1500кг\м3 на высоту 5м. Вычислите работу, совершенную экскаватором.

А.13200Дж.

Б.18750Дж.

В.10кДж.

6.Велосипедист за 10с совершил работу 800Дж. Чему равна мощность велосипедиста?

А.80Вт.

Б.40Вт.

В.8000Вт.

6.Определите мощность электродвигателя, который за 10минут совершает работу 3000кДж.

А.300Вт

Б.200Вт

В.5кВт.

7.Определите работу, совершаемую двигателем мощностью 400Вт за 30с.

А.1200Дж.

Б.15000Дж.

В.12000Вт.

7. Какую работу может совершить двигатель мощностью 600Вт за 5 минут?

А.180кДж.

Б.250кДж.

В.18кДж.

8.Какое время должен работать электродвигатель мощностью 200Вт, чтобы совершить работу 2500Дж?

А.30мин.

Б.12,5с.

В.30с.

8.За какое время двигатель мощностью 4кВт совершит работу в 30000Дж?

А.7,5с.

Б.40с.

В.20с.

9.При движении на велосипеде по горизонтальной дороге со скоростью 9км\ч развивается мощность 30Вт. Найдите движущую силу.

А.12Н.

Б.24Н.

В.40Н.

9.Определите мощность машины, которая поднимает молот весом 1кН на высоту 0,5м за 1с.

А.1кВт.

Б.3Квт.

В.0,5кВт.

10. Вычислите мощность насоса, подающего ежеминутно 1200кг воды на высоту 20м.

А.4кВт.

Б.10кВт.

В.20кВт.

10. Какая мощность ракеты в конце разгона, если достигнутая скорость равна 8км\с, а сила тяги двигателей - 300кН?

А.2,4*10 ⁹Вт.

Б.4*10 ⁹Вт.

В.4,2*10 ⁹ Вт

По истечению времени работы идет проверка выполненных заданий. Если не решена какая - то задача, она разбирается всем классом.

Проверка результатов.

№ варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

№1

В

А

В

А

Б

А

В

Б

А

А

№2

Б

В

Б

А

Б

В

А

А

В

А

Учитель:

Мы с вами изучили понятие «механическая работа», «мощность». Работу мы можем совершать, мощность - можем посчитать.
Сегодня мы начнем изучать то, что помогает нам совершать эту работу, делать ее быстрее, а значит с большей мощностью. Все вы знаете, что каждый современный человек в своей повседневной жизни использует различные машины, механизмы и приборы. При строительстве зданий, например, нам помогает подъёмный кран, при взвешивании массы тел - весы, при резке различных материалов - ножницы и т.д. Таким образом, люди используют в своей жизни все достижения науки и делали они это на протяжении всей истории человечества.

Сообщения учащихся.

Сообщение1:

Архимед (около 287 - 212 г. До н.э.)

Величайший математик, физик, инженер древности. Архимед вычислил объем и площадь поверхности шара и его частей, цилиндра и тел, образованных вращением эллипса, гиперболы и параболы.

Он впервые со значительной точностью вычислил отношение длины окружности к ее диаметру. Архимед был не только математиком и физиком, он был и одним из крупнейших инженеров своего времени. В механике им были установлены законы рычага, условия плавания тел, законы сложения параллельных сил. Архимед изобрел машину «улитку» для полива полей и водоподъемный винт (сегодня его можно встретить в современных мясорубках). Архимед предложил использовать системы рычагов и блоков для поднятия больших грузов, изобрел военные метательные машины, успешно действующие во времена осады его родного города Сиракуз.

Рычаг Архимеда.

Может ли человек удержать на весу 100тонн, можно ли рукой расплющить железо, может ли ребенок оказать противодействие силачу? Да, могут.

Автомашину массой несколько тонн шофер легко приподнимет с помощью домкрата. Домкрат - это тот же рычаг, который дает выигрыш в силе примерно в 40 - 50 раз. Ножницы, плоскогубцы, кусачки, клещи и многие другие инструменты - все это рычаги.

Сдвигая колечки ножниц или ручки кусачек, взрослый человек действует обычно с силой в 40 - 50Н. Так как одно плечо может превысить другое раз в 20, то оказывается, что мы способны «вгрызаться в металл» с силой в 1000Н. И это при помощи столь несложного инструмента. Утверждают, что великий ученый Архимед как - то писал сиракузскому царю Гиерону: «Если бы была другая Земля, я перешел бы на нее и сдвинул бы нашу Землю».

Давайте пофантазируем: предположим, что великий Архимед получил заветную точку опоры, и построил крепчайший рычаг. Масса Земли равна 6*10 ²⁴ кг, средний человек поднимет штангу в 60кг, тогда, чтобы сдвинуть Землю всего на 1мм, Архимеду пришлось бы проделать путь в 10 ¹⁷км! Этот анекдотический пример показывает масштабы «проигрыша в пути» при работе рычага.

Cообщение 2: Строительство пирамид в Древнем Египте.

С незапамятных времен люди используют для совершения механической работы различные приспособления. С помощью рычагов 3тыс. лет назад при строительстве пирамиды Хеопса в Древнем Египте передвигали и поднимали плиты массой 2.5 тонн на высоту до 147 метров. Уже в глубокой древности для подъема тяжестей человек стал применять простые механизмы: рычаг, ворот и наклонную плоскость. Позже к ним прибавились еще блок и винт. Эти несложные приспособления позволяли многократно увеличить мускульные усилия человека и справиться с такими тяжестями, которые при других обстоятельствах были бы совершенно неподъемными. Принцип действия простых механизмов хорошо известен. Например, если нужно втащить груз на определенную высоту, всегда легче воспользоваться пологим подъемом, чем крутым.

Причем, чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу. Эта связь имеет четкое математическое выражение. Если наклонная плоскость имеет угол d, то втащить груз по ней будет в 1/sin d раз легче, чем поднять его вертикально. Если угол составляет угол 45 градусов, наше усилие будет в 1,5 раза меньше, если 30 градусов -- в 2 раза меньше, при угле в 5 градусов мы потратим в 11 раз меньше усилий, а при угле в 1 градус - в 57 раз! Правда, все, что выигрывается в силе, теряется в расстоянии, ибо во сколько раз уменьшается наше усилие, во столько же раз возрастает расстояние, на которое придется тащить груз. Однако в тех случаях, когда время и расстояние не играют большой роли, а важна сама цель - поднять груз с наименьшим усилием, наклонная плоскость оказывается незаменимым помощником.

Другим простым механизмом - рычагом - наши далекие предки постоянно пользовались для того, чтобы приподнимать и сдвигать с места тяжелые камни и бревна. Рычаг позволяет достигнуть многократного выигрыша в силе самыми простыми и доступными средствами. Положив длинный и крепкий шест на обрубок полена (опору) и подсунув второй конец его под камень, человек превращал шест в простейший рычаг. В этой ситуации на камень начинали действовать два вращающих момента: один от веса камня, а другой - от руки человека.

Учитель: Цель, которую мы сегодня ставим перед собой - познакомиться с простыми механизмами, изучить простейший механизм - рычаг, его характеристики, научиться изображать его на схеме.

Приспособления, служащие для преобразования силы, называют простыми механизмами.
Простые механизмы: рычаг, блок, ворот, клин, винт, наклонная плоскость.
Все эти механизмы облегчают работу, потому что дают выигрыш в силе или расстоянии. Так, приложив небольшое усилие на одном конце механизма, мы можем поднять тяжелый груз, подвешенный на его конце, или слегка сместив одну деталь механизма, получить большое смещение другой детали.

Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг своей неподвижной оси.

Изобразим рычаг на схеме.

Точка О - точка опоры рычага (ось вращения, которая расположена между точками приложения сил);

точка А и точка В - точки приложения сил;

F₁ и F₂ - силы, действующие на рычаг (Н)
Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует сила, называется плечом силы.
Обозначается малой латинской буквой L - плечо силы (м)

Учитель: Посмотрите внимательно на схему и ответьте мне на вопрос:

"Как найти плечо силы?

Назовите плечи сил F₁ и F₂ ."
Выслушиваются варианты ответов и пояснения к ним.
Ответ: ОА - L₁ - плечо силы F₁
ОВ - L₂ - плечо силы F₂

Работа в группах

Оборудование: штатив, рычаг, грузы из набора, линейка, динамометр, инструкции к выполнению работ.

Практическая работа № 1

1.Подвесить рычаг на штатив.
2. Вращая гайки на концах рычага, расположите рычаг горизонтально.
3. Подвесьте два груза на левой части рычага, на расстоянии примерно 12см от оси вращения. Опытным путем установите, на каком расстоянии вправо от оси вращения надо подвесить:

А) один груз;

Б) два груза;

В) три груза,

Чтобы рычаг пришел в равновесие.

4.Считая, что каждый груз весит 1Н, запишите данные и измеренные величины в таблицу.

№

Сила на левой части рычага, Н

F₁

Плечо, см

L₁

Сила на правой части рычага, Н

F₂

Плечо, см

L₂

Отношение сил и плеч

F₁/F₂

L₂/L₁

5.Вычислите отношения сил и отношение плеч для каждого из опытов.

После обсуждения результатов опытов учащиеся делают вывод о соотношении сил и плеч при равновесии рычага.

Вывод учащихся: рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него обратно пропорциональны плечам этих сил.

На доске, а учащиеся в тетрадях записывают формулу: F₁/F_{2 =} L₂/L₁

Учитель:
Произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо называют моментом силы.
Обозначают М. формула М = F · L (Н м)

М - векторная величина.
Момент действия силы характеризует действие силы и зависит одновременно и от модуля силы и от ее направления.

Практическая работа №2

1.Используя данные лабораторной работы №1, рассчитать момент сил, вращающий рычаг по часовой стрелке и против часовой стрелки.

№

Сила на левой части рычага, Н

F₁

Плечо, см

L₁

Сила на правой части рычага, Н

F₂

Плечо, см

L₂

Соотношения моментов сил

Момент силы, вращающий рычаг по часовой стрелке, Н м

Момент силы, вращающий рычаг против часовой стрелки, Н м

После обсуждения результатов, учащиеся приходят к выводу.

Вывод: Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающий его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки.

На доске и в тетрадях учащихся записывается формула:

М₁ = М₂.

F₁L₁- F₂L₂

Учитель: Чем важен для человека, изучаемый материал? Где практически он находит применение?

Ответ учащихся: Правило рычага лежит в основе действия различного рода инструментов и устройств, применяемых в технике и в быту, когда требуется выигрыш в силе: весы, кусачки, ножницы и т.д

Закрепление:

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

• Почему дверную ручку прикрепляют не к середине двери, а к краю, притом наиболее удаленному от оси вращения двери?

• Длина меньшего плеча рычага 5 см, большего 30 см. На меньшее плечо действует сила 12 Н. Какую силу надо приложить к большему плечу, чтобы уравновесить рычаг? (Сделайте рисунок. Весом рычага пренебречь.)

• При помощи кусачек перекусывают гвоздь. Расстояние от оси вращения кусачек до гвоздя 2 см, а до точки приложения силы руки 16 см. Рука сжимает кусачки с силой 200 Н. Определите силу, действующую на гвоздь.

• Плечи рычага, находящегося в равновесии, соответственно равны 12 см и 60 см. Какой выигрыш в силе можно получить с помощью этого рычага?

• С помощью рычага рабочий поднимает плиту массой 240 кг. Какую силу прикладывает рабочий к большему плечу рычага, равному 2,4 м, если меньшее плечо равно 0,6 м

• В каком случае мальчику легче нести груз? Почему? В каком случае момент силы больше?

Определить соотношения плеч данного рычага, если силы, приложенные к концам рычага равны: 200Н и 40Н.

Рассказать о применении простых механизмов

Рефлексия

Учитель: Наш урок подходит к концу. Каждый из вас на уроке чувствовал себя по-разному. Сейчас я попрошу вас оценить, насколько комфортно вы чувствовали себя на уроке, понравилось ли вам наше занятие.
Перед вами находится листок с изображением различных эмоций. Выберите и отметьте то изображение, которое наиболее соответствовало бы вашему настроению.

Заключительный этап

Учитель: Оценивая Вашу работу на уроке, я увидела, что практически каждый из вас внес вклад в наш урок. А теперь пусть каждый оценит себя.

Счастлив в наш век, кому победа
Далась не кровью, а умом.
Счастлив, кто точку Архимеда
Сумел сыскать в себе самом.

Ф.И.Тютчев

Спасибо за внимание. До свиданья.

Домашнее задание: § 55 - 58
Подготовить сообщение по теме "Рычаги в технике и в быту", "Простые механизмы в работе".
Индивидуальная работа по желанию (карточки: на рисунках изображены рычаги. Указать их плечи.).

Литература:

1. А.В. Перышкин Физика 7 класс. Дрофа. 2014.

2. С.Е. Полянский Поурочные разработки по физике 7 класс. Москва. 2010

3. А.Е. Марон, Е.А. Марон. Физика. Дидактические материалы. 7 класс.

4. Интернет - ресурсы.