Урок физики 7 класс"Простые механизмы. Рычаг. Условия равновесия рычага
Цели: Познакомить учащихся с простейшими механизмами, выяснить их роль в быт и технике, рассмотреть рычаг, дать понятие плеча силы, выяснить условие равновесия рычага, формировать умения применять полученные знания при решении практических задач; развивать внимание, память, логическое мышление.
Тип урока: комбинированный
План урока
1. Организационный момент (1-2 мин)
2. Повторение пройденного материала (7-10 мин)
Формы работы: фронтальный и индивидуальный опрос, решение задач, компьютерное тестирование
3. Изучение нового материала (20 мин)
Формы работы: рассказ, беседа, использование наглядных средств (рычаг, наклонная плоскость) и компьютеров
4. Закрепление материала
Формы работы: фронтальный опрос (3 мин), решение задач (8 мин)
5. Домашнее задание (2 мин)
Метод изучения нового материала: объяснительно-иллюстративный с элементами проблемно-поискового обучения
Содержание урока
1. Организационный момент
Сообщение целей и задач урока
2. Повторение пройденного материала
2.1. Один ученик работает на компьютере (тест)
2.2. Два ученика на доске решают задачи по карточкам
2.3. Два ученика на месте выполняют задания по карточкам
2.3. Фронтальный и индивидуальный опрос:
P Что называют механической работой?
P Как рассчитать величину работы?
P В каких единицах измеряется работа?
P Что называют мощностью?
P В каких единицах измеряется мощность?
P По какой формуле рассчитывается мощность?
P Как, зная мощность и время, рассчитать работу?
P А умеете ли вы применять полученные знания на практике? Решим задачу.
3. Изучение нового материала.
- Сегодня мы приступаем к изучению нового материала. Цель нашего урока – знакомство с простыми механизмами, изучение рычага и условия его равновесия. Каждому из вас приходилось поднимать тяжелый груз или наблюдать, как это делается. С помощью каких приспособлений можно передвинуть или поднять тяжелый предмет.
С помощью крепкой палки, лома, доски.
- Верно. Для чего же используются эти механизмы?
Для облегчения труда человека.
- Верно. Так вот такие приспособления, служащие для преобразования силы, называются механизмами. Это рычаг, наклонная плоскость, блок, винт. Простые механизмы используются в быту и в технике. Демонстрирую модели подвижного и неподвижного блоков, наклонной плоскости, винта, рычага. Рассмотрим подробнее один из механизмов, часто применяемых в технике и быту. Это – рычаг. Рассмотрим модель рычага. Рычаг – это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. Схематически рычаг изображается так:
Показываю вращение рычага вокруг оси, обращая внимание на то, что сама ось остается неподвижной.
- Всегда ли рычаг будет в равновесии?
Нет.
- Установим рычаг в равновесии. А теперь подействуем на него силой. Точка, в которой мы приложили силу, называется точкой приложения силы. Рычаг вышел из равновесия. Почему это произошло?
Мы подействовали на рычаг силой.
- Правильно. Как направлена эта сила?
Вертикально вниз.
- Правильно. На схеме это изобразится следующим образом:
- Кратчайшее расстояние от точки опоры до прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом. Определите, чему равно плечо силы, приложенной к рычагу.
- Как вы определили это?
Взяли кратчайшее расстояние от точки опоры до точки приложения силы.
- Что же является кратчайшим расстоянием от точки до прямой? Вспомните из курса геометрии.
Кратчайшим расстоянием является перпендикуляр, проведенный из точки к прямой.
- Верно. Итак, чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.
Вызываю ученика к доске показать точку опоры, точку приложения силы, плечо силы.
- Подействуем на рычаг с другой стороны такой же силой. Что мы видим?
Рычаг вернулся в положение равновесия.
- Чему равно плечо вновь приложенной силы?
- Мы добились равновесия. Обратим внимание на величины плеч сил и самих сил. Запишем данные на доске и в тетради
l1 =1 l2 = 1 F1 = 1Н F2 = 1Н
- Подействуем на рычаг с одной стороны силой, в 2 раза большей, чем была.
Рычаг вышел из состояния равновесия.
- Как можно добиться равновесия?
Увеличить плечо второй силы.
- Верно. Обратите внимание: во сколько раз мы увеличили плечо второй силы?
В 2 раза.
- Запишем на доске величины приложенных к рычагу сил и плеч этих сил.
l1 =1 l2 = 2 F1 = 2Н F2 = 1Н
- Какую зависимость можно установить для плеч l1 , l2 и сил F1 , F2 ?
Обратно пропорциональную.
- Как это можно записать математически?
- Верно. Это и есть условие равновесия рычага. Прочитаем эту формулу: Силы, действующие на рычаг, обратно пропорциональны плечам этих сил.
- Сформулируйте условие равновесия рычага.
Рычаг находится в равновесии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.
- Закрепим пройденный материал.
P С какими механизмами вы познакомились на уроке?
P Что такое рычаг?
P Что называется плечом силы?
P Какое условие необходимо для равновесия рычага?
4. Закрепление.
Задача 1. Какой груз надо применить к точке В, чтобы рычаг находился в равновесии, если l1 =2м, l2 = 4м, F1 = 0,2Н?
Задача 2. Какой должна быть длина плеча l1 , если l2 = 4см, F1 = 5Н,
F2 = 10Н?
5. Задание на дом: §§55,56
Применение закона равновесия рычага к блоку. равенство работ при использовании простых механизмов. "Золотое правило" механики
Цели: Доказать, что условие равновесия рычага применимо к блоку, сформировать знание «золотого правила» механики; показать практическое применение рычага, подвижного и неподвижного блоков, наклонной плоскости; развивать внимание, память, логическое мышление.
План урока
1. Организационный момент (1-2 мин)
2. Повторение пройденного материала (7-10 мин)
Формы работы: фронтальный и индивидуальный опрос, решение задач, компьютерное тестирование
3. Изучение нового материала (20 мин)
Формы работы: рассказ, беседа, использование наглядных средств (рычаг, подвижный и неподвижный блоки, наклонная плоскость) и компьютеров
4. Закрепление материала
Формы работы: фронтальный опрос (3 мин), решение задач (8 мин)
5. Домашнее задание (2 мин)
Метод изучения нового материала: объяснительно-иллюстративный с элементами проблемно-поискового обучения
Содержание урока
1. Организационный момент
Сообщение целей и задач урока
2. Повторение пройденного материала
2.1. Один ученик работает на компьютере (тест)
2.2. Два ученика на доске решают задачи по карточкам (Приложение1)
2.3. Два ученика на месте выполняют задания по карточкам
(Приложение 2)
2.3. Фронтальный и индивидуальный опрос:
P Каково назначение простых механизмов?
P Перечислите известные вам простые механизмы.
P Что называют рычагом?
P Что называют плечом силы?
P Как найти плечо силы?
P Приведите примеры рычагов, применяемых в быту и технике.
P В чем заключается правило равновесия рычага?
P Рассказать о применении рычага в устройстве весов. К доске пойдет…
Дополнительные вопросы ученику задают сами ученики.
2.4. Проверка решений задач учеников, работавших на доске по карточкам. Обращаю внимание на решение тех учеников, которые не справились с аналогичными задачами на самостоятельной работе предыдущего урока.
3. Изучение нового материала.
- Сегодня мы рассмотрим разновидности рычага – блоки, подвижный и неподвижный, - и познакомимся с «золотым правилом» механики. Запишите тему урока:
Блоки. «Золотое правило» механики.
- Что же представляет собой блок?
Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме.
- Для чего служат блоки?
Блоки служат для преобразования силы.
- Рассмотрим неподвижный блок. Демонстрирую модель неподвижного блока и выполненный на доске чертеж.
- Что же представляет собой неподвижный блок?
Неподвижный блок представляет собой такой блок, ось которого не поднимается и не опускается при поднятии груза.
- Действие неподвижного блока аналогично действию равноплечего рычага, у которого плечи сил равны радиусу колеса.
l1 = l2 = r
- Каково же условие равновесия рычага? Как записать его в виде пропорции?
- Когда пропорция истинна?
F1l1 = F2l2
- Если l1 и l2 равны, то что можно сказать о силах?
Силы тоже равны.
- Правильно. Значит, неподвижный блок не дает выигрыша в силе. А что же дает нам неподвижный блок?
Неподвижный блок позволяет менять направление действия силы.
- Верно. Подпишите под чертежом: Не дает выигрыша в силе. Позволяет менять направление силы.
- Рассмотрим теперь подвижный блок. Демонстрирую модель подвижного блока и чертеж, выполненный на доске.
- Что же представляет собой подвижный блок?
Подвижный блок представляет собой такой блок, ось которого поднимается и опускается вместе с грузом.
- Действие подвижного блока тоже аналогично действию рычага. Какая же точка на колесе подвижного блока служит точкой опоры?
Точка О.
- Куда направлена сила тяжести груза, который мы поднимаем?
Вертикально вниз.
- А куда направлена сила, которая прилагается для поднятия груза?
Вертикально вверх.
- Чему же равны плечи сил рычага, соответствующего подвижному блоку?
l1 = r; l2 =2 r
- Как записать условие равновесия рычага в виде пропорции?
- Когда истинна наша пропорция?
F1l1 = F2l2
- Если l2 в 2 раза больше чем l1, то что можно сказать о силах?
F1 = 2F2
- Значит, во сколько же раз дает выигрыш в силе подвижный блок?
Подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза.
- Правильно. Подпишите под чертежом подвижного блока: Выигрыш в силе в 2 раза.
- Итак, что же нам дают простые механизмы?
Простые механизмы дают нам выигрыш в силе.
- Правильно. А не дают ли они выигрыша и в работе? Демонстрирую модель рычага и выполненный на доске чертеж
- Что мы можем сказать о пути, который проходят точки приложения сил?
Точка приложения большей силы проходит меньший путь, чем точка приложения меньшей силы.
- Какую же зависимость можно установить между силами F1 и F2 и длинами путей, которые проходят точки приложения сил? Как это можно записать в виде пропорции?
- А когда истинна эта пропорция?
F1 S2 = F2 S1
- Что такое первое произведение?
А1
- А второе?
А2
- Что же вы можете сказать о работах?
Они равны.
- Правильно. Значит, при использовании рычага выигрыша в работе не получают. А почему же не получают выигрыша в работе?
Потому что выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии и наоборот.
- Посмотрим, дает ли выигрыш в работе неподвижный блок. Демонстрирую неподвижный блок. Пути, проходимые точками приложения сил F1 и F2 , равны, равны и силы F1 и F2 , а значит, одинаковы и работы. Демонстрирую модель неподвижного блока. Чтобы при помощи подвижного блока поднять груз на высоту h, необходимо конец веревки, к которому прикреплен динамометр, поднять на высоту 2h. Таким образом, получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в расстоянии. Следовательно, что мы можем сказать о работе?
Подвижный блок не дает выигрыша в работе.
- Демонстрирую модель наклонной плоскости. Выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии, и наоборот, выигрывая в расстоянии, мы проигрываем в силе. Что же вы можете сказать о наклонной плоскости?
Наклонная плоскость не дает выигрыша в работе.
- Таким образом, ни один из простых механизмов не дает выигрыша в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или в расстоянии. 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. Итак, мы познакомились сегодня с «золотым правилом» механики. Лает ли выигрыш в силе неподвижный блок?
Неподвижный блок не дает выигрыша в силе, он позволяет только менять направление действия силы.
- А дает ли выигрыш в силе подвижный блок?
Подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза.
- Какой из механизмов дает выигрыш в работе?
Ни один из механизмов не дает выигрыша в работе.
- Сформулировать «золотое правило» механики.
Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.
- Проверим, как вы усвоили новый материал. Решим задачу.
Задача 1. В стогометателе сноп сена массой 200кг поднимают с помощью подвижного блока. Какая сила прилагается к концу подъемного троса? Сколько метров троса наматывается на барабан при подъеме сена на высоту 7,5м? Какую работу совершает при этом подъемный трос?
Задача 2. С помощью подвижного блока подняли груз на высоту 7м. Какую работу совершил рабочий при подъеме груза, если он прилагал к концу веревки силу 160Н? Какую работу совершит рабочий, если поднимет этот груз на высоту 5м?
5. Задание на дом: §§59,60
Литература:
1. А.В.Перышкин, Н.А.Родина «Физика, 7 класс»
2. М.С.Кузей «Уроки физики в 6-7 классах», Москва, «Просвещение», 1980 г
3. «Методика преподавания физики 6-7» под редакцией Орехова и Усовой, Москва, «Просвещение», 1979 г
4. Журналы «Физика в школе», 1981-2007 гг
5. В.И.Лукашик «Сборник вопросов и задач по физике»
6. В.А.Золотов «Вопросы и задачи по физике», Москва, «Просвещение», 1983 г
Приложение 1
Карточка 1. Найти плечи сил, действующих на рычаг. Обозначить их буквами.
Карточка 2. При помощи кусачек перекусывают гвоздь. Расстояние от оси вращения кусачек до гвоздя 2см, а до точки приложения силы руки 16см. Рука сжимает кусачки с силой 20Н. Определите силу, действующую на гвоздь.
Приложение 2
Карточка 1. Найти плечи сил, действующих на рычаг. Обозначить их буквами.
Карточка 2. На ручки кровельных ножниц действует сила 6Н. Расстояние от оси ножниц до точки приложения силы 40см. Для резания кровельного железа необходимо усилие 120Н. на каком расстоянии от оси ножниц надо поместить лист кровельного железа, чтобы разрезать его?