Конспект урока физики в 7 классе «Применение закона равновесия рычага к блоку»

Конспект урока физики в 7 классе

«Применение закона равновесия рычага к блоку»

Тип урока: комбинированный.

Вид урока: урок практических работ

Цели урока:

1. Ввести понятие блока, познакомить учащихся с различными видами блоков.

2. Обобщить и углубить основные знания о простых механизмах и их роли в быту, природе и технике;

3. Развивать проектные, коммуникативные умения, творческое отношение к порученному делу.

Задачи:

Образовательные:

• закрепить уже имеющиеся знания по теме "Простые механизмы";

• ввести понятие блока;

• объяснить, почему блок- разновидность рычага;

• рассмотреть различные виды блоков, их применение.

Воспитательные:

• формирование коммуникативных качеств, культуры общения;

• формирование интереса к изучаемому предмету;

• стимулирование любознательности, активности на уроке;

• развитие работоспособности.

Развивающие:

• развитие познавательного интереса;

• развитие интеллектуальных способностей;

• развитие умений оценивать себя;

• развитие умений работы по инструкции.

Планируемые результаты:

Личностные: убежденность в возможности познания природы, уважение к творцам науки и техники, проявление интереса к физике как к элементу общечеловеческой культуры.

Регулятивные: формирование экспериментального метода познания физических явлений: планирование, моделирование, выдвижение гипотез, подбор приборов и построение установок, измерение, представление об ощущении результатов.

Познавательные: формирование умений воспринимать, перерабатывать, предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами; способность и умение учащихся производить простые логические действия (анализ, синтез, обобщение)

Коммуникативные: формирования умения планирования учебного сотрудничества с учителем и сверстниками; умения коррекции, оценки действий партнера; умения с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

Используемая технология развивающего обучения: проблемно-исследовательская технология

Формы учебной работы, используемые на уроке:

1) фронтальная работа со всем классом

2) групповая работа

3) индивидуальная работа

Методы, используемые на уроке:

1. эвристический метод,

2. исследовательский метод (частично),

3. работа с текстом,

4. дискуссия.

Оборудование:

• Раздаточный материал (лист самооценки, инструкции к практическим заданиям, лист планирования работы над проектом).

• Динамометры.

• Набор грузов.

• Штатив с муфтой и лапкой.

• Подвижный и неподвижный блоки.

• Компьютер.

Литература:

• Физика. 7 класс: учебник для общеобразовательных учреждений/ А.В. Перышкин. - М.: Дрофа, 2010.

• Занимательные рассказы о законах физики: Сост. Ю.И. Смирнов. - СПб.: ИКФ «МиМ-Экспресс», 1995.

• Шилов В.Ф. Экспериментальные задания: Ученические мини-проекты. - М.: Издательство «Чистые пруды», 2006.

План урока:

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

3. Изучение нового материала

Создание исследовательского проекта «Легенда об Архимеде: правда или вымысел?»

4. Подведение итогов урока

Ход урока

1. Организационный момент.

Здравствуйте, ребята! Рада приветствовать вас на уроке физики! Сегодня у нас необычный урок. К нам пришли гости: поприветствуем их!

2. Актуализация знаний.

Фронтальный опрос по темам «Простые механизмы. Рычаг. Равновесие сил на рычаге»

Многие из вас задают мне вопрос: зачем мы изучаем физику? Пригодится ли она нам когда-нибудь. И я не устаю повторять, что да, конечно, физика и жизнь неотделимы друг от друга.

Вот уже несколько уроков мы с вами говорим о простых механизмах и их значении в жизни человека.

- Кто мне скажет, что называют простыми механизмами?

- Простыми механизмами называют приспособления, служащие для преобразования силы.

- Какие виды простых механизмов вы уже знаете?

- Рычаг (блок, винт) и наклонная плоскость (клин, винт).

-Что представляет собой рычаг?

-Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

-В каком случае рычаг будет находиться в равновесии? В чем состоит правило равновесия рычага?

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

-Кто установил правило равновесия рычага?

- Архимед.

III. Изучение нового материала в процессе создания проекта.

Постановка проблемы

С именем Архимеда связано множество легенд. С некоторыми мы уже знакомились на уроках физики. Вот еще одна.

Архимед как-то раз написал царю Гиерону, с которым был в родстве и дружбе, что маленькая сила, при соблюдении определенных условий, может сдвинуть любой груз. Гиерон, конечно, изумился и попросил претворить эту мысль в действие и показать какую-либо тяжесть, перемещаемую малым усилием. Тогда Архимед велел наполнить обычной кладью царскую триеру (трехпарусное судно), недавно с огромным трудом вытащенную на берег целою толпою людей, посадил на него большую команду матросов, а сам сел поодаль и, безо всякого напряжения вытягивая конец каната, пропущенного через неизвестное собравшимся людям устройство, придвинул к себе корабль так медленно и ровно, точно тот плыл по морю, а не по земле.

Что это за устройство могло быть?

Учащиеся выдвигают свои предположения:

- Блок - один из видов простых механизмов.

- Что вы знаете о блоке?

- Блок - разновидность рычага.

- Сегодня на уроке мы продолжим изучение простых механизмов, познакомимся с разновидностью рычага - блоком. Запишите тему урока «Применение закона равновесия рычага к блоку».

Учитель демонстрирует блок. Просит учащихся сформулировать его определение.

- Что же представляет собой блок?

- Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме.

Запись в тетради: "Блоком называют устройство, имеющее форму диска с желобом, по которому пропускают веревку, трос или цепь"

Учитель демонстрирует установки с подвижным и неподвижным блоками.

- Посмотрите на установки. Чем отличаются эти блоки?

- У одного ось не движется вместе с грузом, а другого - движется.

- Блок может быть двух видов: подвижный и неподвижный.

Запись в тетради: Виды блоков:

• неподвижный (ось закреплена и не движется при подъёме груза)

• подвижный (ось движется вместе с грузом).

- В легенде, с которой мы начали сегодня урок говорится о том, что Архимед использовал не один, а несколько блоков, соединенных веревкой.

Как вы думаете, возможно ли, что один человек с помощью такого устройства, может сдвинуть тело, вес которого превышает его собственный в 1000 раз? Или это всего лишь легенда?

Учащиеся выдвигают свои предположения.

- Чтобы ответить на эти вопросы я предлагаю вам выполнить проект.

Основополагающий (проблемный) вопрос: Может ли один человек с помощью блока сдвинуть тело, вес которого превышает его собственный во много раз?

Выявление предмета (цели) исследования:

Согласно правилу равновесия рычага с помощью этого механизма можно меньшей силой уравновесить большую силу, т.е. получить выигрыш в силе. Поскольку блок является разновидностью рычага, то применяя к нему правило равновесия, мы можем вычислить получаемый выигрыш в силе. Существует два вида блоков: подвижный и неподвижный. Значит, мы должны рассмотреть два разных случая.

Но условие, при котором блок находится в равновесии, можно установить и на опыте.

Уточнение цели, постановка учебных вопросов.

Учебные вопросы

1. Как к блоку применяется закон равновесия рычага?

2. Какой выигрыш в силе дает неподвижный блок?

3. Какой выигрыш в силе дает подвижный блок?

4. Какой выигрыш в силе дает система из трех блоков?

5. Создать макет устройства Архимеда.

«Мозговой штурм», выбор оптимальных методов решения поставленных задач, уточнение планов деятельности.

Поставленные задачи, как мы уже отметили, можно решить разными способами: теоретически и экспериментально.

Создание мини-групп для решения проблемных вопросов

«Теоретики» раскрыть теоретическую основу вопроса - применить к разным видам блока закон равновесия рычага, обнаружить наличие или отсутствие выигрыша в силе.

«Экспериментаторы» - исследовать возможности получения выигрыша в силе при использовании неподвижного блока.

«Исследователи» - экспериментально исследовать возможности получения выигрыша в силе подвижного блока.

«Лаборанты» - исследовать возможности получения выигрыша в силе при использовании комбинации блоков.

«Инженеры» - из подручных средств, которые могут найтись в любом доме, создать макет устройства, с помощью которого согласно легенде Архимед смог вытащить корабль на сушу.

ФИЗКУЛЬТМИНУТКА

Выполнение исследования.

Каждой мини-группе раздается бланк для заполнения листа планирования проекта, указания к выполнению работы, и лист самооценки. Учащиеся выполняют исследование и работают над проектом, оформляют проект. Учитель наблюдает, советует (по просьбе)

Защита проекта. Группы по очереди выходят к доске, защищают проект. Участники других групп задают вопросы.

4. Подведение итогов урока.

Неподвижный блок - это обыкновенный равноплечий рычаг с опорой в центре. Он не дает никакого облегчения в работе. Он только изменяет направление движения, что во многих случаях тоже имеет большое значение.

Подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза. Если сложить действие нескольких блоков, то получают многократный выигрыш в силе. Устройство, которое, согласно легенде, было впервые применено Архимедом, называется полиспастом.

Ответим теперь на основополагающий вопрос проекта: правдива ли легенда?

Предположим, что совокупное усилие команды, вытаскивавшей триеру на берег, составляло 10 тонн. (Эта оценка сильно занижена. По оценкам историков вес обычной триеры составляет 200 тонн, а требуемое для её вытягивания усилие - в 20 тонн.) Усилие АРХИМЕДА оценим в 10 кг. В таком случае использование механизма позволило АРХИМЕДУ получить 1000-кратный выигрыш в силе. Но согласно золотому правилу механики, выигрыш в силе оборачивается равным проигрышем в расстоянии. Получается, что АРХИМЕД должен был выбрать 1000 метров каната, чтобы подвинуть корабль на 1 метр.

Результаты этого расчета недвусмысленно говорят о том, что история с кораблем - чистейшей воды выдумка.

Оценка результатов. Анализ выполнения проекта, достигнутых результатов (успехов и неудач) и причин этого, анализ достижения поставленной цели.

Рефлексия

1. Насколько интересной и полезной оказалась для вашей команды работа на уроке?

2. Какая часть работы вызвала наибольший интерес? Какие новые знания вы получили?

3. Что было для вашей команды самым трудным? Как вы справлялись с этими трудностями?

Домашнее задание: п. 59, ответить на вопросы в конце параграфа устно, № 761, 765 письменно (сборник).

Указания к работе

Изучение действия неподвижного блока

Оборудование: штатив, блок, груз 100г (3 шт.), нить, динамометр

Ход работы:

1. Удерживая динамометр в руке вертикально, подвесьте к нему один груз. Определите величину силы F1, которая приложена к динамометру со стороны груза.

2. Повторите опыт с двумя и тремя грузами. Запишите данные во второй столбик таблицы.

3. Соберите установку, изображённую на рисунке:

1. В лапке штатива зажмите крючок блока.

2. Через блок перекиньте нить, на один ее конец повесьте один груз, к другому прикрепите динамометр. Динамометр удерживают в руке вертикально.

4. Измерьте величину силы F2 , которая приложена к динамометру в этом случае.

5. Повторите опыт с двумя и тремя грузами. Запишите данные в третий столбик таблицы.

6. Cравните для каждого опыта (в каждой строчке таблицы) величины сил F1 и F2, запишите результаты в четвертый столбик таблицы.

№ опыта

F1, Н

F2, Н

Сравните

силы F1 и F2

1

2

3

4

1) (один груз)

2) (два груза)

3) (три груза)

7. Сделайте вывод: так как сила F2, приложенная к динамометру, (выберите нужное слово: равна, больше) веса груза F1, то неподвижный блок (выберите нужное словосочетание: не даёт, даёт) выигрыш в силе.

Указания к работе

Изучение действия подвижного блока

Оборудование: штатив, блок, груз 100г (3 шт.), нить, динамометр

Ход работы:

1. Удерживая динамометр в руке вертикально, подвесьте к нему один груз. Определите величину силы F1, которая приложена к динамометру со стороны груза.

2. Повторите опыт с двумя и тремя грузами. Запишите данные во второй столбик таблицы.

3. Соберите установку, изображённую на рисунке:

1. Один конец нити зажмите в лапке, другой проденьте под скобой блока и прикрепите к динамометру.

2. Подвесьте к блоку один груз.

4. Измерьте величину силы F2 , которая приложена к динамометру в этом случае.

5. Повторите опыт с двумя и тремя грузами. Запишите данные в третий столбик таблицы.

6. Cравните для каждого опыта (в каждой строчке таблицы) величины сил F1 и F2, запишите результаты в четвертый столбик таблицы.

№ опыта

F1, Н

F2, Н

Сравните

силы F1 и F2

1

2

3

4

1) (один груз)

2) (два груза)

3) (три груза)

7. Сделайте вывод: так как сила F2, приложенная к динамометру, (выберите нужное слово: равна, больше) веса груза F1, то подвижный блок (выберите нужное словосочетание: не даёт, даёт) выигрыш в силе.

Указания к работе

Применение правила равновесия рычага к блоку

Неподвижный блок

Подвижный блок

1. Какая точка на колесе неподвижного блока служит точкой опоры? ___________________

2. Покажите на чертеже плечи сил, действующих на неподвижный блок, обозначьте их буквами l_1, l₂.

3. Чему равны эти плечи?

Плечо l₁ равно отрезку _____________________

Плечо l₁ равно отрезку _____________________

4. Сравните плечи l₁ и l₂______________________

5. Запишите условие равновесия рычага в виде пропорции______________________________

6. Сравните силы F₁ и F_{2_____________________________}

7. Сделайте вывод: так как сила F2, приложенная к динамометру (выберите нужное слово: равна, больше) веса груза F1, то неподвижный блок (выберите нужное словосочетание: не даёт, даёт) выигрыш в силе.

8. Сравните направления сил F1 и F2, сделайте вывод: так как F1 и F2 направлены (выберите нужное словосочетание в одну сторону, в разные), то неподвижный блок (выберите нужное словосочетание: меняет, не меняет) направление силы.

1. Какая точка на колесе подвижного блока служит точкой опоры? ___________________

2. Покажите на чертеже плечи сил, действующих на подвижный блок, обозначьте их буквами l_1, l₂.

3. Чему равны эти плечи?

Плечо l₁ равно отрезку ____________________

Плечо l₁ равно отрезку ____________________

4. Сравните плечи l₁ и l₂_____________________

5. Запишите условие равновесия рычага в виде пропорции______________________________

6. Сравните силы F₁ и F_{2_____________________________}

7. Сделайте вывод: так как сила F2, приложенная к динамометру (выберите нужное слово: равна, больше) веса груза F1, то подвижный блок (выберите нужное словосочетание: не даёт, даёт) выигрыш в силе.

8. Сравните направления сил F1 и F2, сделайте вывод: так как F1 и F2 направлены (выберите нужное словосочетание в одну сторону, в разные), то подвижный блок (выберите нужное словосочетание: меняет, не меняет) направление силы.

Указания к работе

Изучение «устройства Архимеда»

1. Возьмите толстую проволоку в виде прута, наденьте на нее четыре катушки из-под ниток и укрепите концы прута между неподвижными опорами. Между катушками надо проложить небольшие шайбочки, сделанные или из толстой проволоки, или из кусочков картона. Это нужно для того, чтобы уменьшить трение катушек между собой.

2. Из другого куска толстой проволоки, четырех катушек и шайбочек соберите подвижную часть устройства. Концы проволоки с нанизанными на нее катушками загните по два раза под прямым углом, затем концы скрутите и сделайте из них крючок для груза. Получится проволочная рамка с катушками и с крючком.

3. Накиньте на одну из висящих катушек кусок шпагата и, привязав один конец к какому-нибудь грузу, потяните за другой. Чтобы как-то замерить усилие, которое вы прикладываете для подъема груза, к свободному концу веревки привяжите тугую резинку. Когда вы за нее потянете, она удлинится. Замерьте линейкой ее новую длину и сравните с прежней. Выигрыша в силе не будет, потому что у тебя получился обыкновенный блок.

4. Теперь возьмите конец шпагата и привяжите к верхнему пруту, пропустите шпагат под первую катушку нижней, подвижной части устройства, перекиньте через первую катушку наверху, потом через вторую катушку подвижной части, и так далее, пока другой конец шпагата с привязанной к нему резинкой не будет перекинут через последнюю верхнюю катушку.

5. На крючок подвижной части устройства подвесьте тот же самый груз. Потяните за резинку и измерьте ее растяжение теперь. Она растянулась значительно меньше, чем раньше. Теоретически выигрыш в силе должен быть восьмикратным. Но в нашем опыте он будет немного меньше из-за трения веревки и из-за несовершенства блоков.

Указания к работе

Изучение действия системы блоков

Оборудование: штатив, блок (3 шт), груз 100г (3 шт.), нить, динамометр, перемычка.

Ход работы:

1. Удерживая динамометр в руке вертикально, подвесьте к нему три груза. Определите величину силы F1, которая приложена к динамометру со стороны грузов.

2. Соберите установку, изображённую на рисунке:

1. В лапке штатива зажмите крючок блока.

2. Один конец нити закрепите на лапке, другой проденьте под скобой первого блока.

3. Перекиньте нить через второй блок, закрепленный в лапке штатива.

4. Проденьте нить под скобой третьего блока и прикрепите к динамометру. Динамометр удерживают в руке вертикально.

5. Соедините нижние блоки перемычкой. Подвесьте к ней три груза.

3. Измерьте величину силы F2 , которая приложена к динамометру в этом случае.

4. Найдите отношение сил F1 и F2, сделайте вывод о наличии выигрыша в силе при использовании системы из двух подвижный и одного неподвижного блоков.