"Простые механизмы. Условие равновесия рычага."
Современные механизмы смогут переделать мир так,
чтобы с ним уже можно было не сталкиваться.
М.Фриш (Слайд 1)
Тип урока: по основной дидактической цели – урок изучения нового материала;
по основному способу проведения - беседа в сочетании с самостоятельной, практической и исследовательской деятельностью учащихся;
по основным этапам учебного процесса – комбинированный (первичное ознакомление с материалом, образование понятий, установление правил, применение полученных правил на практике).
Цели урока:
Обучающая: 1. Познакомиться с принципом действия и назначением простых механизмов.
2.Расмотреть разновидности и применение простых механизмов.
Развивающая:
Продолжить развитие мышления учащихся путём применения полученных знаний к решению практических задач.
Продолжить развитие мыслительных операций: анализ, синтез, обобщение.
Воспитательная:
Развитие коммуникативных навыков.
Развитие навыков работы в группе (взаимоуважение, взаимопомощь и поддержка).
Оборудование: Компьютер, проектор, экран, линейка – рычаг, набор грузов, блоки, веревка.
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:
эвристический метод
исследовательский метод (частично)
Изучив материал урока, учащиеся должны знать:
виды простых механизмов
устройство и принцип действия рычага, ворота, блока, наклонной плоскости.
условие равновесия рычага
уметь:
изображать рычаг на чертеже
находить точку опоры рычага
измерять плечи сил
использовать условие равновесия рычага для решения задач
находить нужную информацию, перерабатывать и применять ее.
Оборудование и средства обеспечения учебного процесса:
набор грузов, демонстрационная линейка – рычаг, сантиметровая лента, бутылка минеральной воды, штатив, ножницы, плоскогубцы, кусачки, гвоздодер, открывалка для бутылок, деревянный брусок с гвоздем, палка, тяжелый портфель, лабораторные рычажные весы, плакаты, лабораторная линейка – рычаг, ученическая линейка, блоки, портрет Архимеда.
План урока
1.Подготовка к восприятию нового материала: постановка проблемы – 5 мин.
2.Объявление темы урока и цели урока – 2 мин.
3. Изучение нового материала – 20 мин.
3.1. Простые механизмы
4. Закрепление изученного материала (решение задачи) – 11 мин.
5. Подведение итогов урока. Постановка домашнего задания - 3 мин.
6. Рефлексия – 4 мин.
Подготовка к восприятию нового материала:
Учитель: 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 и скажите себе: "Я нахожусь на уроке и хочу узнать что-то мне неизвестное." Готовы? А сейчас давайте приступим к работе.
На демонстрационном столе учителя: стоит бутылка минеральной воды, лежит деревянный брусок с вбитым в него гвоздем, стоит тяжелый портфель, лежит орех.
Учитель: (Слайд 2)
Ребята, мы с вами сегодня должны решить простые бытовые проблемы, которые часто возникают. Нужно открыть бутылку минеральной воды, вытащить гвоздь из доски, расколоть орех и перенести тяжелый портфель из одного конца класса в другой.
Давайте сначала выясним, чтобы получить нужный результат наших действий, нам нужно совершить ….(механическую работу).
Учитель:
Давайте разберемся, какую силу и к какому телу будем прикладывать, чтобы совершить необходимую работу.
1 ученик выходит к доске и пытается произвести нужные действия с данными приборами.
Учитель:
Как же облегчить ему задачу?
2 ученик:
Нужно использовать какое- то приспособление.
Учитель: Что, например?
Ученик:
Например: открывалку для бутылок, кусачки для сахара, гвоздодер для гвоздя, палку для портфеля.
Учитель:
Прошу продемонстрировать действие этих приспособлений.
Легче, применяя эти приспособления выполнить задачу?
Ученик:
Да.
Учитель:
А, почему?
Ученик:
Надо прикладывать меньшую силу, если использовать приспособления.
Учитель:
Чем эти приспособления похожи?
Ученик:
Они похожи на палки.
Учитель:
Правильно, эти палки не что иное, как рычаги, которые вы использовали для выполнения механической работы.
Вот мы с вами и подошли к теме сегодняшнего урока: «Простые механизмы.» (Слайд3)
2. Объявление темы урока и постановка цели урока.
Учитель: (Слайд4)
“Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю”. По преданию, эти гордые слова принадлежат греческому математику и механику Архимеду, жившему больше двух тысяч лет назад и сделавшему немало выдающихся изобретений и открытий. Неужели Архимед считал себя таким силачом? Нет, он не отличался от других людей здоровьем и силой. Но он открыл закон рычага...
В монологе Архимеда прозвучало известное всем слово “Рычаг». Архимед собирался перевернуть Землю рычагом, а что такое рычаг, какова его конструкция и где он применяется, каково условие равновесия рычага, какие ещё бывают простые механизмы? Такова сегодня цель нашего урока. (Слайд 5)
3. Изучение нового материала.
3.1. Виды простых механизмов и их применение.
Учитель:
Физические возможности человека ограничены, поэтому с древних времён люди часто использовал устройства, которые способны преобразовать силу человека в значительно большую силу, т.е. дают выигрыш в силе. 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.
Вскапывая грядки на огороде, лопата в наших руках тоже становится рычагом. Всевозможные коромысла, рукоятки и вороты всё это рычаги.
А 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. (Слайд 6)
3.2. Изучение теории( проходит по группам)
Работать ученики будут по группам, каждая выполнит свое задание, которое сформулировано на карточках, на основе ваших наблюдений, анализов и выводов будут получены общие знания.
ЗАДАНИЕ группам:
Рабочий лист к уроку физики группа №1
(Слайд 7-12)
Прочтите пункт «Условие равновесия рычага» . Соберите установку по рисунку 104. Прикрепляя к рычагу разные грузы в разных точках , добейтесь равновесия рычага. Измерьте силы и плечи и результаты запишите в таблицу. Вычислите выигрыш в силе для рычага результаты запишите в таблицу. По полученным данным рассчитать моменты сил и установить их соотношение. Расскажите о применении рычага
Сила, дейст-вующая на грузы слева, F1
Плечо силы
L1
Сила, дейст-вующая на грузы справа,
F2
Плечо силы
L2
Соотношение
между силами и плечами
Итак, мы вывели «условие равновесия рычага».
Отношение сил обратно пропорционально отношению их плеч.
F1 ∕ F2 = L2 ∕ L1
Именно это правило равновесия рычага и вывел Архимед.
Учитель:
Какой же выигрыш в силе дает рычаг? Чему он равен? Посмотрите еще раз на условие равновесия рычага.
Ученик:
Выигрыш в силе равен обратному отношению плеч рычага.
Рабочий лист к уроку физики группа №2
(Слайд 13-15)
Прочитайте пункт «Неподвижный блок». Соберите установку по рисунку 109 и равномерно поднимите при помощи динамометра груз, записывая показания динамометра. ( F) Сравните показания динамометра и вес груза, сделайте вывод.
Измерьте плечи действующих сил и ответьте на вопрос «Что изменило использование неподвижного блока?» (направление действия силы). Проведите сравнение блока и рычага и укажите их сходство и различие (ось вращения, точка приложения силы) С помощью правила моментов докажите, что неподвижный блок не дает выигрыша в силе результаты запишите в таблицу. Расскажите о применении неподвижного блока.
Сила, дейст-вующая слева, Р
Плечо силы
АО
Сила, дейст-вующая справа,
F
Плечо силы
ОВ
Соотношение
между силами и плечами
Учитель:
Какой же выигрыш в силе дает неподвижный блок? Чему он равен?
Ученик:
Выигрыша в силе неподвижный блок не дает, он изменяет направление действия силы.
Рабочий лист к уроку физики группа №3
(Слайд 16-18)
Прочитайте пункт «Подвижный блок». Соберите установку по рисунку 110 и равномерно поднимите при помощи динамометра груз, записывая показания динамометра. ( F) Сравните показания динамометра и вес груза, сделайте вывод.
Измерьте плечи действующих сил. Проведите сравнение блока и рычага и укажите их сходство и различие (ось вращения, точка приложения силы). С помощью правила моментов докажите, что подвижный блок дает выигрыш в силе результаты запишите в таблицу. Расскажите о применении подвижного блока.
Сила, дейст-вующая слева, F1
Плечо силы
ОВ
Сила, дейст-вующая справа,
Р
Плечо силы
ОА
Соотношение
между силами и плечами
Учитель:
Какой же выигрыш в силе дает подвижный блок? Чему он равен
Ученик:
Выигрыш в силе равен 2. В расстоянии проигрываем в 2 раза.
Рабочий лист к уроку физики группа №4
(Слайд 19-21)
Прочитайте пункт «Наклонная плоскость». Соберите установку по рисунку 111и равномерно поднимите при помощи динамометра груз, записывая показания динамометра. ( F) Сравните показания динамометра и вес груза, сделайте вывод.
Измерьте длину и высоту наклонной плоскости и запишите в таблицу .Выясните чему равен выигрыш в силе?
Сила F1 длина наклонной плоскости L
Сила тяжести
F
высота наклонной плоскости H
Соотношение
между силами и расстояниями
Учитель:
Какой же выигрыш в силе дает наклонная плоскость? Чему он равен?
Ученик:
Выигрыш в силе во столько раз, во сколько длина наклонной плоскости больше ее высоты
Физкультминутка. Ребята, вы уже знаете о том, что воздействие на нервные окончания в наших ладонях, мы воздействуем почти на весь наш организм. Поэтому я предлагаю вам похлопать и похлопать не просто так, а со смыслом. Представим, что наши ладони молекулы, а от чего зависит движение молекул?
Поэтому, слушаем меня и думаем, как должны двигаться наши ладони. Быстро или медленно? Итак, очень холодно. Чуть теплее-теплее. Очень жарко. И снова стало холодно.
А теперь нам не помешает подвигаться. Представим, что мы жидкость в столбике термометра. Температура – 300, -100, 00, + 300, +500.
Учитель: (Слайд 22)
Естественно возникает вопрос: давая выигрыш в силе или в пути, не дают ли простые механизмы выигрыша и в работе?
Многовековая практика показала, что ни один из простых механизмов не дает выигрыша в работе. Уже древним ученым было известно правило, применимое ко всем механизмам: во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии. Это правило назвали «золотым правилом» механики.
Учитель: А прав ли был Архимед? (Слайд 23)
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 1см руке Архимеда пришлось бы проделать путь в 1018 км. Оказывается, чтобы сдвинуть Землю на миллиметр длинное плечо рычага должно быть больше короткого в 1023 раз! Конец этого плеча проделал бы путь в 1018 километров (примерно). А на такую дорогу человеку понадобилось бы много миллионов лет!..
Но все равно рычаги нашли свое достойное применение в технике, быту, встречаются они и в природе.
Демонстрация простых механизмов, которые встречаются в повседневной жизни:
аптекарские весы, ножницы, кусачки, плоскогубцы, пинцет, ключ для закручивания болтов, наклонная плоскость, штопор, винт, открывалка для бутылок, игрушечный самосвал, игрушечный экскаватор, палка.
Рычаги в живой природе.
В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами. Например, у человека – кости рук и ног, нижняя челюсть, череп, пальцы. У кошек рычагами являются подвижные когти; у многих рыб – шипы спинного плавника; у членистоногих – большинство сегментов их наружного скелета; у двустворчатых моллюсков – створки раковины. Рычажные механизмы скелета в основном рассчитаны на выигрыш в скорости при потере в силе. Особенно большие выигрыши в скорости получаются у насекомых.
Рассмотрим условия равновесия рычага на примере черепа (см.рис). Здесь ось вращения рычага О проходит через сочленение черепа и первого позвонка. Спереди от точки опоры на относительно коротком плече действует сила тяжести головы R, позади – сила F тяги мышц и связок, прикрепленных к затылочной кости.
Интересные рычажные механизмы можно найти в некоторых цветах (например, тычинки шалфея), а также в некоторых раскрывающихся плодах.
классификация рычагов в биомеханике (на примере действий суставов человеческого скелета):
4 Закрепление:
Учитель: различные простые механизмы, которые нас окружают, позволяют получить выигрыш в силе или расстоянии, делают нашу жизнь удобнее. Поэтому нам необходимо знать и учитывать особенности их действия. Давайте попробуем применить наши имеющиеся знания для решения задач.
Задачи для 1 группы...
1. У них тяжелый труд,
Все время что-то жмут.
(тиски)
2. Вопрос. Почему при зажатии в тисках детали вы беретесь не за середину, а за край ручки тисков?
Ответ. Чтобы увеличить плечо, и уменьшить силу.
Задачи для 2 группы.
1.Две сестры качались,
Правды добивались,
А когда добились - остановились.
( весы)
2.Вопрос. Можно ли этот прибор назвать рычагом?
Ответ. Да.
Задачи для 3 группы.
1.Два конца,
Два кольца,
А посередине гвоздик.
(ножницы)
2.Вопрос. При помощи ножниц отрезают кусок картона, при этом рука сжимает ножницы с силой 50 Н. Длина ручек ножниц 5 см, а от кольца до точки приложения силы 10 см. Определите силу, действующую на бумагу.
Ответ.100 Н.
Задачи для 4 группы.
1.Смотрит, мы раскрыли пасть,
В нее бумагу можно класть:
Бумага в нашей пасти
Разделится на части.
2.Вопрос. А можно ли ножницы назвать рычагом?
Ответ. Да.
Ответьте на вопросы:
Почему дверную ручку прикрепляют не в середине двери, а у ее края.
Если на доске перекинутой через бревно качаются 2 мальчика различной массы, то следует ли им садиться на одинаковом расстоянии от опоры.
Почему труднее переломить 1/4 часть спички, чем целую?
5. Постановка домашнего задания.
Поэтому домашнее задание к следующему уроку будет:
Обязательное: §32, творческое задание.
2. Практическое:
А) Найти дома инструменты или приспособления, в которых применяется рычаг, рассмотреть их устройство.
Б) Нарисовать или обвести в натуральную величину на формате А4.
В) Указать ось вращения и точки приложения сил.
Г) Измерить плечи прилагаемых сил.
Д) Рассчитать отношение сил и сделать вывод.
* Ответить на вопросы:
1. Как надо располагать разрезаемый материал в ножницах, чтобы получить наибольший выигрыш в силе?
2. Как нужно держать кусачки в руке, чтобы получить наибольший выигрыш в силе?
Выводы:
Итак, давайте подведем итог.
Мы сегодня с вами познакомились:
с различными видами простых механизмов, как устройств, служащих для преобразования силы;
рассмотрели устройство и принцип действия рычага; блока, ворота, наклонной плоскости.
выяснили условие равновесия рычага.
А так же, что немало важно:
развивали умение анализировать, выдвигать гипотезы, наблюдать и экспериментировать;
развивали умение выражать результаты собственной мыслительной деятельности, используя разные способы.
Заключительное слово учителя.
По словам русского поэта второй половины девятнадцатого века Я.Полонского:
Царство науки не знает предела –
Всюду следы ее вечных побед,
Разума слово и дело,
Сила и свет.
Эти слова по праву можно отнести к физике, подарившей нам столько открытий, освятившей нашу жизнь в прямом и переносном смысле. А сколько еще непознанного вокруг? Какое поле деятельности для пытливого ума, умелых рук и любознательных натур.
6 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, как каждый из вас, так и как класс в целом, и понравилось ли вам наше занятие.
Перед вами находится листок с изображением различных эмоций. Выберите и отметьте то изображение, которое наиболее соответствовало бы вашему настроению.
Лист рефлексии:
Фамилия, имя_____________________________________
_______________________
1. Моё настроение:
[pic]
2. Ценности для вас данной работы:
Самое важное – 1
Важное – 2
Не очень важное – 3
Совсем не важное – 4
Получение для вас новой информации
Процесс личной деятельности
Полученный результат
Деловое общение во время работы
Заключительный этап
Учитель: Оценивая Вашу работу на уроке, я увидела, что практически каждый из вас внес вклад в наш урок. Мне очень понравилось с вами работать, спасибо за внимание. До свиданья.
