Урок в 7 классе Простые механизмы. Рычаг. Равновесие сил на рычаге

Урок в 7 классе

Простые механизмы. Рычаг. Равновесие сил на рычаге

Тип урока: изучение нового материала

Цель урока:

Обеспечить усвоение учащимися понятия простого механизма, принципа действия рычага и условия равновесия рычага, используя проблемно-исследовательскую технологию.

Задачи урока:

Образовательная:

• Познакомить учащихся с различными видами простых механизмов;

• рассмотреть простые механизмы как устройства, служащие для преобразования силы;

• рассмотреть устройство и принцип действия рычага;

• выяснить условие равновесия рычага.

Развивающая:

• способствовать развитию умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать и экспериментировать;

• способствовать развитию логического мышления;

• развитие умения выражать речью результаты собственной мыслительной деятельности.

Воспитательная:

• пробуждение познавательного интереса к физике;

• воспитание положительного отношения к получению знаний и окружающим явлениям;

• формирование умений критически, но объективно оценивать предметы, явления, поступки и действия (свои и чужие).

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)

Изучив материал урока, учащиеся должны знать:

виды простых механизмов

устройство и принцип действия рычага

условие равновесия рычага

Оборудование и средства обеспечения учебного процесса:

набор грузов, демонстрационная линейка – рычаг, сантиметровая лента, бутылка минеральной воды, штатив, ножницы, плоскогубцы, кусачки, открывалка для бутылок, лабораторные рычажные весы.

План урока

1. Фронтальный опрос.

2. Подготовка к восприятию нового материала: постановка проблемы.

3. Объявление темы урока и цели урока.

4. Изучение нового материала.

5. Подведение итогов урока.

6. Домашнее задание.

7. Рефлексия.

1. Фронтальный опрос.

1. Величина равная произведению силы на … называется работой.(путь)

2. Работа обозначается буквой…

3. Единица измерения механической работы в СИ называется…(джоуль)

4. Работа может быть … и … (положительной, отрицательной)

5. Когда тело движется горизонтально, то работа сила тяжести …(равна нулю)

6. Гиря неподвижно висит на проволоке, механическая работа при этом… (не совершается)

7. Мощность – это величина, равная отношению… (работы ко времени)

8. Мощность обозначается буквой …

9. Ватт – единица измерения мощности в СИ равна отношению…( джоуля к секунде)

10. Чем большая работа совершается за единицу времени, тем … мощность.(больше)

2. Подготовка к восприятию нового материала:

У меня на столе стоит бутылка минеральной воды. Ее нужно открыть.

Чтобы получить нужный результат наших действий, нам нужно совершить ….(механическую работу). А какие же условия должны выполняться, чтобы работа совершалась?

К телу должна быть приложена сила и оно должно двигаться.

(вызывается ученик, пробует открыть руками, потом открывалкой)

3. Объявление темы урока и постановка цели урока.

Открывалка не что иное, как рычаг, который вы использовали для выполнения механической работы. Она относится к простым механизмам, которые человек использует в повседневной жизни.

Вот мы с вами и подошли к теме сегодняшнего урока: «Простые механизмы. Рычаг. Условие равновесия рычага». В ходе этого урока наша цель усвоить понятие простого механизма, принцип действия рычага и выяснить условия, при которых рычаг находится в равновесии.

4. Изучение нового материала.

Однажды по берегу моря вдвоем 
гулял Архимед с сиракузским царем. 
А рядом триеру тащили на мель
И тут Архимед Гиерона спросил:
– Ты помнишь мой винт для подъема воды?
В Египте рабам я облегчил труды.
А знаешь, как людям помог бы рычаг
в труде непосильном. К примеру,
один бы сумел на песчаный причал
втащить я… вот эту триеру.
Стоит Гиерон, потирает висок:
– Ты втащишь триеру? Один? На песок?!
– Триеру на берег втащу я один.
Триеру с гребцами и грузом.
Вот ты через месяц сюда приходи…
И я удивлю Сиракузы.
В назначенный срок собирается люд
на пристани, солнцем согретой.
Глядят на машину, но чуда не ждут:
– Не втащит! Да слыхано ль это!

Гиерон. Я вижу веревки и много колес,
и я поражаюсь размеру,
но даже Геракл, ухватившись за трос,
не втащит на берег триеру…

И тут Архимед повернул колесо – 
триера послушно ползет на песок.
На палубе с ног повалились купцы.
На берег заехать – не шутка!
По воздуху веслами машут гребцы,
как будто лишились рассудка.

Гиерон. Не верю глазам! Столько силы в плечах?!
Архимед. Нет, царь! Эту силу умножил рычаг! 
Взглянул Архимед: небо, море кругом.
Синее море и горы.
– Я землю бы мог повернуть рычагом,
Лишь дайте мне точку опоры.

"С этого времени я требую, – велел Гиерон, – чтобы Архимеду верили во всем, что он только не скажет".

ПРОКЛ.
V ВЕК НАШЕЙ ЭРЫ.

Физические возможности человека ограничены, поэтому с древних времён человек часто использовал устройства, которые способны преобразовать силу человека в значительно большую силу, т.е. дают выигрыш в силе. Такие механизмы называют - простыми механизмами.

Простые механизмы

Рычаг Наклонная плоскость

(блок, ворот, лом) (клин, винт)

Блок – это колесо с желобом, по которому пропускают верёвку, трос или цепь.

Для получения большего выигрыша в силе применяют грузоподъёмный механизм – полиспаст.

Греческое слово «полиспаст» образовано от двух корней: «поли» - много и «спао» - тяну. Так что в целом получается «многотяг».

Наклонная плоскость — простой механизм в виде плоской поверхности, установленной под углом, отличным от прямого, к горизонтальной поверхности.

Клин — простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета.

Винт — простой механизм. Резьба винта, в сущности, представляет собой другой простейший механизм — наклонную плоскость, многократно обёрнутую вокруг цилиндра.

Ворот - это два колеса, соединенные вместе и вращающиеся вокруг одной оси, например, колодезный ворот с ручкой.

Лебедка - конструкция , состоящая из двух воротов с промежуточными передачами в механизме привода.

Рычаг – твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

В качестве рычага могут быть использованы: лом, доска, железный прут и т.п.

Рычаг начал применяться людьми ещё в глубокой древности. С его помощью удавалось поднимать тяжёлые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте. Без рычага это было бы невозможно. Ведь, например, для возведения пирамид Хеопса, имеющей высоту 147м, было использовано более двух миллионов каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2.5т.

В наше время рычаги находят широкое применение как на производстве (подъёмный кран), так и в быту (ножницы, кусачки, весы и т.д.)

На рис. 1 изображён рычаг, ось вращения которого О (точка опоры) расположена между точками А и В.

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.

ℓ - плечо силы, м. (ОА и ОВ – плечи сил F₁ и F₂ )

Из рисунка видно, что если плечо одной силы (ОА) в два раза превышает плечо другой силы (ОВ), то силой 2Н можно уравновесить силу 4Н (т.е. в 2 раза больше).

Практическая работа.

1. Подвесить рычаг на штатив.
2. Вращая гайки на концах рычага, расположите рычаг горизонтально.
3. Подвесьте один грузу на левой и два груза на правой части рычага. Вес груза равен 0,5 Н. Уравновесьте рычаг. 
4. Найти произведение сил и плеч с правой и левой сторон.
5. Правило равновесия рычага: F₁l₁ = F₂l₂; F₁/F₂ = l₂/l₁
6. Повторите опыт:

а) подвесьте 2 груза на левой части рычага на расстоянии 12 см от оси вращения.
б) опытным путем установите, на каком расстоянии необходимо вправо от оси вращения подвесить: три груза.

7. Найти произведение сил и плеч с правой и левой сторон, используя правило равновесия рычага.
8. Подтверждают ли результаты опытов правило равновесия рычага? Почему?

Учитель выслушивает ответы учеников и пояснения к ним.

Учитель: Запишите вывод.

Определение: рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него обратно пропорциональны плечам этих сил.

Таким образом, можно сформулировать условие равновесия рычага:

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

F₁ ⁄ F₂ = ℓ₂ / ℓ₁

С тех пор, как Архимед установил правило равновесия рычага, оно просуществовало в первозданном виде почти 1900 лет. И лишь в 1687 году французский учёный П. Вариньон придал ему более общую форму, воспользовавшись понятием момента силы.

Запишем условие равновесия рычага, воспользовавшись свойством пропорции (произведение крайних членов пропорции равно произведению средних членов пропорции).

F₁* ℓ₁= F₂* ℓ₂

В древние времена многие простые механизмы использовались в военных целях. Это баллисты, катапульты и другие устройства. Особенно большим количеством изобретений в этой области прославился Архимед.

Когда римские войска осадили Сиракузы, 75-летний Архимед возглавил оборону родного города. Сконструированные им механизмы поразили воображение современников. Огромный урон, наносимый римским войскам «железными лапами» и метательными машинами Архимеда, привел по словам Плутарха, к тому, что «римляне стали так трусливы, что если замечали, что над стеной движется кусок каната или бревно, то кричали: «Вот, вот оно!» - и, думая, что Архимед хочет направить на них какую-нибудь машину, удалялись в бегство».

Несколько месяцев длилась осада Сиракуз, и лишь благодаря предателям, открывшим ворота, римляне наконец смогли ворваться в город. «Немало примеров гнусной злобы и гнусной алчности можно было бы припомнить, - пишет Тит Ливий (1 в до н.э.) о разграблении Сиракуз, - но самый знаменитый между ними – убийство Архимеда. Среди дикого смятения, под крики и топот озверевших солдат, Архимед спокойно размышлял, рассматривая начерченные на песке фигуры, и какой-то грабитель заколол его мечом, даже не подозревая, кто это».

5. Подведение итогов.

Итак, подведем итоги

1. Для чего же служат простые механизмы? (для преобразования силы)

2. Какие существую виды простых механизмов? (рычаг – блок, ворот, наклонная плоскость – клин, винт)

3. Каково устройство рычага? (точка опоры, силы, плечи сил)

4. Когда рычаг находится в равновесии?

6. Домашнее задание. §55,56; задание №18; стр.187§11