Тема занятия «Простые механизмы. Зубчатые колеса. Карусели»
план-конспект

Тема занятия «Простые механизмы. Зубчатые колеса. Карусели»

Цель: изучение зубчатой передачи и установление взаимосвязи между параметрами зубчатого колеса (диаметром и количеством зубьев) и скоростью вращения.

Задачи:

– обеспечивать комфортное самочувствие ребенка;

– развивать творческие способности и логическое мышление детей;

– развивать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;

– развивать умения анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на проблемные вопросы.

Планируемые результаты:

– развить познавательные умения и навыки учащихся;

– освоить понятия: простые механизмы, зубчатое колесо, зубчатая передача;

– сборка и испытание модели.

Умения, характеризующие достижения этого результата

– общение в устной или в письменной форме с использованием специальных терминов;

– формирование практических навыков конструирования и программирования моделей с применением зубчатой передачи;

– подготовка и проведение демонстрации модели;

– модификация конструкции модели с целью изменения скорости движения.

Ход занятия

1.Организационный момент 

- Я рада приветствовать вас дорогие гости и ребята на занятиях кружка по лего - конструированию. Всем хорошего вам настроения, а ребятам -  успехов!

(Ребята хором произносят  стихотворение)

1. В Лего дружно все играем

Солнце дружбы собираем.

2. Лучик желтый, голубой –

Не хотим идти домой.

3. Мельтешат в руках детали-

Словно в сказку мы попали.

4. Руки ловкие у нас,

Мы покажем

Лего – класс! (Слайд 2)

2. Установление взаимосвязей

 - А начинаем мы наше занятие с игры «Волшебный мешочек».

- Ребята, вы должны, опустив руку в наш волшебный мешочек, определить и назвать предмет, который там находится (деталь - зубчатое колесо) 

- Скажите, пожалуйста, а у нас с вами есть в наборах такая деталь? Найдите ее и покажите мне. Какой формы эта деталь? (круглой). Но это колесо не простое, чем оно отличается от обычного колеса? (зубчиками).

Поэтому это колесо мы называем «зубчатое колесо» или второе название шестерёнка. (Слайд 3)

(Подготовленная девочка  читает)

Я не просто колесо.

Я – колесо особое.

И вращаться без других

Просто не способно я.

Если ты меня возьмёшь,

Я не выскользну из рук,

Потому что у меня

Много зубчиков вокруг.

Меня выточили так,

Что я стало шестеренкой,

И могу крутиться лишь

Вместе с братом и сестренкой.

Вместе мы – одна семья,

И всё у нас получится.

А в одиночку шестеренки

Будут только мучиться.

Вместе сможем мы решить

Важную задачу:

Работать дружно, как один,

С любовью – на отдачу.

Но если хоть один из нас

Крутиться перестанет –

Всё движение замрет,

И машина встанет.

Зубчики сплелись, как руки,

Все мы вместе как один.

Ни уныния, ни скуки –

Только радость впереди.

Шестеренки, точно люди,

К цели катятся своей.

Каждый день счастливым будет,

Если мы среди друзей.

- Да, ребята, у этого зубчатого колеса есть друзья, которые очень похожи на него. Посмотрите в коробочку и найдите там другие зубчатые колеса.

- Покажите их мне.

- Вот такие зубчатые колеса у нас есть. А чем они отличаются?

- Они имеют разное количество зубчиков (слайд 4)

(Есть прямые зубчики и в форме короны, они так и называются: прямозубые зубчатые колеса и коронное зубчатое колесо)

- Ребята, а вы знаете, как зубчатые колеса приветствуют друг друга? Нет?

- А как здороваются люди при встрече? (перечисляют варианты)

- Жмут друг другу руку

- А у зубчатых колес нет рук, у них есть зубчики. И если шестеренки стоят рядышком, так что их зубчики соприкасаются – это значит, что они здороваются. Зубья колеса препятствуют скольжению.  

- Такое приветствие зубчатых колес по-научному называется зубчатая передача движения.

   - Все зубчатые колеса должны входить в надежное зацепление друг с другом, чтобы передача (зубчатая пара) могла эффективно работать.

  - Если одну из шестеренок начать двигать в зубчатой передаче, то и вторая тоже начнет двигаться, и чем быстрее двигается одна, тем быстрее двигается и вторая шестеренка (слайд 5).

Таким образом,  и получатся передача силы и движения. Вот такие дружные детали живут в нашем конструкторе. (слайд 6)

- А вы знаете, как называются шестеренки, которые мы используем в зубчатой передаче?

- Ведущее зубчатое колесо – это колесо, поворачиваемое внешней силой, в данном случае вашей рукой. Любое зубчатое колесо, поворачиваемое другим зубчатым колесом, называется ведомым колесом. (слайд 7)

- Вот такие дружные детальки живут в нашем конструкторе.

Зубчатые колеса используются для:    

• изменения направления вращения;

• изменения плоскости вращательного движения;

• увеличения или уменьшения скорости вращения; 

  увеличения вращающей силы, которая также называется крутящим моментом. (слайд 8)

- Можно увеличить или уменьшить скорость вращения колеса за счёт изменения размера шестерёнки.

- А где могут использоваться зубчатые колеса? 

- Зубчатые колеса используются во многих устройствах, требующих управления вращательным движением и вращающей силой. Например, автомобили, велосипеды, взбивалки, консервные ножи и маятниковые часы…..  (слайд 9,10)

   - А еще оказывается, первую механическую передачу вращательного движения придумал вовсе не человек.  А живая природа!

    Совсем недавно британским зоологам удалось обнаружить в суставах кузнечиков настоящие шестеренки. Зубчатые выступы этих естественных механизмов дают возможность насекомым синхронизировать (согласовывать) движения своих конечностей, что обеспечивает им отрыв от земли на высоту до четырех метров, и они могут совершать очень длинные прыжки.  (слайд 11)

- А  еще,  где мы сможем встретиться с этими  удивительными с зубчатыми колесами,  вы узнаете, если правильно отгадаете загадку:

Будто в цирке, круг за кругом 
Мчатся кони друг за другом, 
А на них детишки мчатся, 
Очень трудно удержаться! 
Только страх свой дети прячут 
И смеются, а не плачут...(Карусель)

- Наши герои Дима и Катя любят ходить на ярмарку. Больше всего им нравится кататься на карусели. Так весело кружиться, махая рукой друзьям и родным. А вам нравятся карусели? Что в них вам нравится больше всего?

- Как вы думаете, какой простой механизм необходим карусели для того, чтобы она могла вращаться? (слайд 12)

- Давайте и мы с вами построим карусель!

3. Конструирование

- Соберите модель, следуя пошаговым инструкциям  

- Сначала постройте модель карусели А 6 и заставьте ее крутиться  

(слайд 13) (музыка)

- Построили модель карусели А6, тогда   убедитесь в том, что минифигурка надежно закреплена.  

- Поверните желтую рукоятку и убедитесь, что карусель крутится.

 - Где у нас ведомое колесо и где ведущее?

Подсказка (Ученикам нужно напомнить, что ведущее зубчатое  колесо - это колесо, поворачиваемое внешним усилием, в данном случае вашей рукой, поворачивающей желтую рукоятку) (выключить экран)

4. Рефлексия

   - Шестерёнки удивительные колёса. Сегодня они нас тоже удивят. С ними проведём необычное исследование, а вы сегодня – исследователи.

2. (Работа с Рабочим листом)

 - Возьмите рабочие листки и посчитайте количество зубьев на колесах. Отсчет начинайте от точки.

- Какие зубчатые колеса вы использовали в модели А6?

( В модели А6 используются два зубчатых колеса: прямозубое зубчатое

колесо (8 зубьев) и коронное зубчатое колесо (24 зуба)).

     3. - Внимательно посмотрите на картинки моделей и сравните модель карусели А6 с моделью карусели А7, которую нам еще предстоит сделать. Обведите отличие кружком.

     - Что вы заметили? Объясните, чем отличаются модели.

(При сравнении модели А6 с моделью А7 ученики должны заметить

разницу в размере и количестве зубчатых колес).

  4.   -  Теперь внимательно посмотрите на картинки моделей и сделайте прогноз.

 (Пусть ученики обсудят, как влияют различные  зубчатые  колеса   на

движение карусели. Правильный прогноз — модель А7. Но на данном этапе не так важно, дадут ли ученики правильный ответ, важно, чтобы

они сделали прогноз, который можно было бы впоследствии проверить).

5.   Испытание карусели модели А6.

      - Ну что ж давайте испытаем модель А6 и посмотрим правильным ли был ваш прогноз.

-   Если вы хотите, чтобы Дима или Катя сделали один полный круг, сколько раз вам нужно повернуть рукоятку?

- Выполните задание несколько раз, чтобы убедиться, что ваши наблюдения верны.

- Запишите ответы в Рабочие листы. (Подсказка – совет)

       (Показать   ученикам исходное положение рукоятки и минифигурки, объяснить, что легче сосчитать, сколько раз карусель сделает полный оборот, когда на карусели закреплена только одна минифигурка)  

    - Для того чтобы модель карусели А6 сделала один оборот, ребятам придется повернуть рукоятку три раза. Передаточное отношение составляет

3:1 (так как 24/8 = 3/1) - это понижающая передача, поэтому карусель вращается медленно.

- Понаблюдайте, как вращается ведущее и ведомое колесо?

Ведущая и ведомая шестерни вращаются в противоположных направлениях.

- Зацепление под углом позволяет передавать вращательное движение под углом 90 градусов и изменять плоскость вращательного движения.   

Коронное зубчатое колесо может изменять плоскость вращательного движения, поскольку у него есть специальные криволинейные зубья, позволяющие ему входить в зацепление под углом к ведущему колесу.

   -  Постройте модель карусели А7 и заставьте ее крутиться. (слайд 14)

- Назовите тип зубчатых колес и посчитайте количество зубьев на них.

- В модели  используются  четыре  зубчатых  колеса:  два маленьких прямозубых  зубчатых колеса (8 зубьев), коронное колесо (24 зуба)

и большое прямозубое зубчатое колесо (40 зубьев).

6.    Испытание карусели А7.

    - Внимательно посмотрите на модель карусели А7.

- Если вы повернете рукоятку три раза, сколько полных кругов на карусели сделает Дима или Катя? Чтобы  данные  были точными  - проверьте наблюдение 3 раза.

       (Если повернуть зубчатое колесо с 40 зубьями три раза, карусель повернется пять раз). Передаточное отношение равно 3:5 (так как 24/40

=3/5), карусель вращается быстрее.

  -   Сделайте вывод и проверьте свой прогноз.

(Карусель А7 вращается намного быстрее, потому что используется

повышающая передача: ведущее зубчатое колесо с 40 зубьями и

ведомое зубчатое колесо с 24 зубьями, потому что используется (конфигурация, повышающая скорость, передаточное отношение 3:5) 

- При увеличении передаточного отношения увеличивается скорость вращения ведомого колеса, но уменьшается производимая им сила, то есть возможность поворачивать что-либо.

5.Физкульминутка

Глазки видят всё вокруг,
Обведу я ими круг.
Глазкам видеть всё дано -
Где окно, а где кино.
Обведу я ими круг,
Погляжу на мир вокруг.

Посмотрим на наших друзей роботов.

Двигаем глазами вверх – вниз, влево – вправо. Зажмурившись, снять напряжение, считая до десяти.

6. Развитие

Ученикам предлагается испытать зубчатые колеса, представленные в Рабочих  листах, и записать свои наблюдения (слайд 15)

- Как замена зубчатых колес изменит движение карусели?

- Расскажите, что случится,  когда вы повернете  рукоятку?

 - Сколько раз вы повернете  рукоятку, для того чтобы карусель сделала один

оборот? Как вы думаете, чем это можно объяснить?

- Расскажите, как работает модель 1 модель. 

(При одном обороте рукоятки маркер положения поворачивается на 1 оборот. Скорость вращения ведомого и ведущего колеса одинакова, т.к. одинаково количество зубьев, передаточное отношение 1:1 (40 зубьев)).

- Расскажите, как работает модель 2 модель. 

- Если повернуть рукоятку (маленькое ведущее колесо) пять раз, большое ведомое колесо поворачивается один раз. Значит передаточное отношение этого механизма: 5:1 (или5/1). Это понижающая передача 40/8 = 5/1. При уменьшении передаточного отношения уменьшается скорость вращения ведомого колеса, но увеличивается производимая им сила, т. о. есть возможность поворачивать что-либо)

- Итак, используя систему зубчатых колес (шестерней), можно добиться изменения скорости, направления или силы. Но здесь есть как преимущества, так и недостатки. Например, вы не можете одновременно получать на выходе и увеличение силы, и увеличение скорости.

 - Мы построили модель маленькой карусели, которая работает за счет зубчатой передачи.

7.Творчество

Включить компьютеры

-  Передается от компьютера на мотор, вращающий маленькое зубчатое колесо. Это зубчатое колесо приводит в движение коронное зубчатое колесо, установленное на одной оси, где расположена пластина для вращения с лего-человечком.

-Создадим программу  для карусели.

Программа включает мотор и воспроизводит звук 15 (звук работающего мотора). После этого программа выключает мотор.

8. Логические задачки

9. Итог занятия

- С какой деталью мы сегодня познакомились?

- Трудно ли было создавать модель карусели?
-  Что вам помогало в работе? 

- Все ли у вас получилось сегодня на занятии? Что не получилось? Какие были трудности?

Окончено занятие, и выполнен план.

Спасибо, ребята, огромное вам.        

За то, что упорно и дружно трудились,

И знания точно уж вам пригодились