7 класс Блоки. Золотое правило механики
план-конспект урока по физике (7 класс) по теме

7 класс

Урок №57

Урок по теме: «Блоки. «Золотое правило механики».

Тип урока:  урок формирования новых знаний.

Цели урока: доказать, что условие равновесия рычага применимо к блоку, сформировать знание «золотого правила механики», проверить, как оно выполняется для простых механизмов, показать практические применения рычага, используя  ИКТ, объяснительно-иллюстративный метод с элементами проблемно-поискового обучения, экспериментальные навыки и проектную деятельность учащихся.

Ход урока

1. Организационный момент. На предыдущем уроке необходимо в тетрадях начертить таблицу для двух видов блоков, в которой нарисованы шаблоны блоков - окружность. Посередине класса необходимо поставить ящик с песком  (с помощью игрового момента ставится проблема). Девочка и мальчик из класса выбирается заранее.

1. Вводное слово учителя.

Здравствуйте ребята. Садитесь. Очень часто вы меня спрашиваете, нужна ли вам будет физика, после окончания школы. А я вам отвечаю, что мы в повседневной жизни живем по законам этой науки, даже и не задумываясь об этом. Вот на последних уроках мы говорили о простых механизмах и их назначении.

Ой, ребята как некрасиво, урок уже начался и к нам сегодня пришли гости, а посередине класса ящик с песком стоит. Дежурные, пожалуйста, уберите.

Выходит девочка. Ученица пытается сдвинуть ящик с песком. 

Девочка. Я не могу его поднять, он такой тяжелый.

Выходит ученик. Что, ты, давай я тебе помогу. Это можно легко сделать.

Ученица. Как это? Легко!

Ученик. А для этого мы воспользуемся нашей палочкой выручалочкой-рычагом. (Мальчик использует длинную деревянную палку, чтобы сдвинуть ящик). Если найти опору, то прикладывая незначительную силу, можно сдвинуть тяжелый груз.

Ученица. Вот ты молодец! А я и не догадалась. Ведь рычаг это простой механизм, который преобразует силу. Так значит, прав был Архимед, когда говорил: «Дайте мне точку опоры, и я переверну землю».

Учениц. Ты знаешь, в природе ни чего не возникает из неоткуда, то есть «даром» ничего не дается и, выиграв в силе, мы в чем-то проиграли, но вот в чем, я не могу пока понять. Может быть, сегодня на уроке мы сможем это выяснить.

Учитель. Спасибо ребята, вы нам наглядно продемонстрировали назначение простых механизмов, которые служат нам для преобразования силы. Но правильно отметил Рома, мы совершили работу по перемещению тяжёлого груза, прилагая при этом незначительные усилия. А исходя из закона сохранения, энергия не берется из ниоткуда и бесследно не исчезает. Значит, используя простые механизмы и получая выигрыш в силе, мы в чем то потеряли. Сегодня на уроке мы попытаемся ответить на этот вопрос.

Откройте ваши тетради и запишите тему урока:

«Блоки. «Золотое правило» механики».

Цели нашего урока:

доказать, что условие равновесия рычага применимо к блоку;

ввести понятие «Золотого правила» механики;

выяснить, как оно выполняется для простых механизмов.

Эпиграфом нашего урока являются слова  Яна Полонского

Царство науки не знает предела –

Всюду следы ее вечных побед,

Разума слово и дело,

Сила и свет.

2. Актуализация знаний.

?Для чего нам нужны простые механизмы.

?Перечислите известные вам простые механизмы.

?Что называют рычагом?

?Что называют плечом силы?

?Как найти плечо силы? (Рисунок на доске)

?В чем заключается правило равновесия рычага? (Формула на доске)

?Что называют моментом силы? (Формула на доске)

Найдите ошибку на рисунке. (На доске рисунок на котором неверно изображена плечи сил)

Плечи разные, значит и линии действия сил должны быть различными.

Качественные задачи

? Почему ручку располагают у края двери как можно дальше от петель?

Чтобы увеличить плечо действующей силы.

Груз несут на палке, перекинутой через плечо. Как влияет положение груза на величину силы, с которой груз действует на плечо?

Чем ближе груз расположен к плечу, тем меньше сила, с которой рука удерживает палку. 

 Расчетные задачи.

С какой силой натянута мышца человека при подъёме гири весом 50 Н, если расстояние от гири до локтя равно 40 см, а от локтя до места закрепления мышцы - 4 см?

это пропорция 50*40=х*4
40х=200
х=5 (Н)

 Экспериментальная задача.

На рычаге уравновешенны две гири одинакового объема, но из различных материалов, причем одна гиря легче другой. Изменится ли равновесие рычага, если гири погрузить в воду.

Равновесие нарушится, та гиря, которая тяжелее перевесит, так как  на гири, которые находятся в жидкости, действуют силы Архимеда и силы тяжести, Архимедовы силы одинаковы, так как одинаковы объемы тел и жидкости в сосудах, а вот силы тяжести не равны.

3. Практическая работа.

А сейчас вы самостоятельно, работая в парах и помогая друг другу, выполните экспериментальное задание.

Инструктаж по технике безопасности и охране труда.

II. Изучение нового материала.

1. Блоки.

Итак, с правилами равновесия рычага вы знакомы, можете применять их на практике. Познакомимся еще с одним видом простого механизма блоком. Вернее с блоками.

Что же такое блок и для чего он нам необходим?

Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускают веревку, трос или цепь.

Являясь разновидностью рычага, блок служит для преобразования силы. Каким же образом? Дело в том, что блоки бывают двух видов подвижные и неподвижные. Чтобы  понять, в чем их разница дадим характеристику каждого вида в отдельности.

В тетрадях у вас уже начерчена таблица, в которой наклеены шаблоны блоков - окружность.

Вначале рассмотрим неподвижный блок.

Неподвижным называется блок, ось которого закреплена, то есть она не поднимается и не опускается при поднятии груза.

? Какое же преобразование силы дает нам этот блок?

Блок это рычаг, определим его плечи, (возьмите карандаши и линейки) обозначим центр – ось вращения буквой О. Проведем диаметр через центр и обозначим его АВ. Укажем силы, приложенные к блоку. Сила тяжести, действующая на груз, направлена вниз, и сила удерживающая груз тоже направлена вниз.

? Скажите, пожалуйста, чему равно плечо силы тяжести груза F1? 

Плечо силы F1 равно ОА, а плечо приложенной силы F2? ОВ, верно. АВ это диаметр, а что такое ОА и ОВ? Верно радиусы. Итак? у неподвижного блока плечи сил равны радиусу колеса. ОА = ОВ = r. А по условию равновесия рычага, если равны плечи сил, то и сами силы будут также равны F1 = F2..

Значит, неподвижный блок не дает выигрыша в силе, но позволяет менять направление действия силы. Подпишите этот вывод под чертежом неподвижного блока

Рассмотрим теперь подвижный блок.

Подвижный это блок, ось которого поднимается и опускается вместе с грузом. Обозначим точку опоры О. На рисунке видно, что у подвижного блока она переместилась на обод блока.  Р –э то вес тела, поднимаемого блоком, F – приложенная к нему сила.

ОА — плечо силы Р и ОВ — плечо силы F. Так как плечо ОВ в 2 раза больше плеча ОА, ОА это радиус, а ОВ диаметр значит, ОВ = 2 ОА то сила F в 2 раза меньше силы Р, Р = 2 F

Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза. Подпишите этот вывод под чертежом подвижного блока.

Действие неподвижного  и подвижного блоков аналогично действию рычага, так же есть точка опоры, отношение сил характеризуется отношением плеч.

Неподвижный блок  не дает выигрыша в силе, но позволяет менять направление ее действия.

Подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза.

2. Демонстрация действия неподвижного и подвижного блоков.

Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным. Неподвижный блок применяется только для удобства. Он не дает выигрыша в силе, но изменяет направление действия силы, например, позволяет поднимать груз, стоя на земле, а используя вместе с ним и подвижный блок, мы получаем еще и выигрыш в силе в 2 раза.

Итак, мы с вами выясняли, что правило равновесия рычага справедливо и для блока.  

3.  «Золотое правило механики»

Когда люди начали использовать рычаги, блоки они обнаружили одну интересную  особенность …перемещения, совершаемые при работе простых механизмом оказались связанными с силами, развиваемыми  этими механизмами.

         То, что мы выигрываем в силе, то же мы и проигрываем в пути.

Данное положение столь общее и одновременно столь важное, что получило название «золотое правило» механики.

Рисунок на доске. Уравновесим рычаг с помощью двух разных по модулю сил, и приведем рычаг в движение, за одно и тоже время точка приложения силы F1  пройдет путь s1, а точка приложения силы F2 путь s2,  если измерить модули этих сил и пути пройденные точками приложения, то у нас получится равенство отношения  F2  к F1 окажется точно таким же как отношение s1 к s2, мы получим во сколько раз отличаются силы приложенные к рычагу, во столько же раз обратно пропорциональны пути, пройденные точками приложение. Воспользуемся свойствами пропорции и приведем это выражение к иному виду. У нас получается произведение силы F1 на путь s1 равно произведению силы F2  на путь s2, напомним, что произведение силы на путь называется работой.  Сделаем вывод: работы, совершаемые силами, приложенными к рычагу равны, рычаг не дает выигрыша в работе, точно такой же вывод можно сделать и для других простых механизмов

Итак, сделаем вывод: ни один механизм не дает выигрыша в работе,  во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.  

4. Великий физик – Архимед  Сегодня мы познакомились с  «золотым правилом» механики. Это положение, общее для всех разновидностей простых механизмов.

Оно было установлено еще в древности – великим ученым древнегреческим ученым, математиком и физиком - Архимедом. 

Это был человеком, страстно увлеченный механикой.

Он проверил и создал теорию пяти механизмов, известных в его время и именуемых «простые механизмы». Это — рычаг, клин, блок, бесконечный винт и лебедка. Эти механизмы широко применяются в разных странах Мира.

Более 2000 лет назад прошло с тех пор, как погиб Архимед, но и сегодня память людей хранит его слова: "Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю".  Архимед знал, что нет такого груза, который нельзя было бы поднять самой слабой силой, используя рычаг.  Главное - нужно приложить слабую силу к очень длинному плечу рычага, а короткое заставить действовать на груз. Но Архимед не знал, насколько велика масса Земли. Расчеты показывают - рычаг, которым человек может поднять Землю такой огромный, что если человек со скоростью света (а это максимально возможная скорость 30 000 км в секунду) будет перемещать усилием своей руки длинное плечо, то он поднял бы Землю на 1 сантиметр, только после 10 миллионов лет работы! 

5. Рефлексия.

Достигли целей поставленных в начале урока?

Что нового, интересного и важного вы узнали на уроке?

III. Итог урока.

Физика наука, подарившая нам много открытий, но непознанного вокруг еще много. Какое поле деятельности для пытливого ума, умелых рук и любознательных натур. Пусть сегодняшний урок разбудит у вас жажду новых познаний, ведь великий океан истины, по-прежнему,  простилается перед вами, не исследованный до конца.

Домашнее задание. Задание 12. Рис 132.

Оценки.