Простые механизмы. Блоки

Тема урока: Блоки. Условие равновесия

Цели урока:

1. Образовательные – ввести понятие блока, познакомить учащихся с различными видами блоков, доказать, что условие равновесия рычага применимо к блоку, обобщить и углубить основные знания о простых механизмах и их роли в быту, природе и технике; показать связь изученного материала с жизнью проверить умение применять полученные знания для решения практических задач.

2. Развивающие –  развитие таких мыслительных операций как анализ, сопоставление, сравнение, умение выделять главное, существенное в изучаемом материале. Развивать логически излагать свои мысли; развивать эмоции учащихся, создавая на уроке ситуации занимательности; формировать потребность в дополнительном, после учебном познавательном труде; способствовать обогащению словарного запаса, прививать культуру умственного труда;

3. Воспитательные – приучать детей к аккуратному ведению записей в тетради, к доброжелательному общению, взаимопомощи, к самоконтролю; воспитывать чувство сопереживания за товарищей, формировать познавательный интерес к физике.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Общие методы обучения: эвристический.

Оборудование: Динамометры, набор грузов, штатив с муфтой и лапкой, подвижный и неподвижный блоки, компьютер.

План урока

1. Организационный момент

2. Актуализация опорных знаний.

3. Освоение нового материала.

4. Закрепление и первичная проверка материала

5. Домашнее задание

Ход урока

1. Этап начальной организации урока.

Задача: подготовить учащихся к работе на уроке.

Содержание: взаимное приветствие учителя и учащихся, определить отсутствующих, проверить готовность учащихся к уроку, организовать внимание учащихся, проверить готовность оборудования.

2. Актуализация опорных знаний.

Задача: повторение изученного ранее материала.

Фронтальный опрос (окончить фразу по цепочке ):

1. Что называют простыми механизмами?

2. Какие виды простых механизмов вы уже знаете?

3. Что представляет собой рычаг?

4. В каком случае рычаг будет находиться в равновесии? В чем состоит правило равновесия рычага?

5. К то установил правило равновесия рычага?

С егодня на уроке мы продолжим изучение простых механизмов, познакомимся с разновидностью рычага – блоком. Запишите тему урока «Блоки. Условие равновесия».

3. Этап изучения нового материала.

Задача: обеспечить усвоение учащимися понятия блок, принципа действия блоков, условия равновесия Пб и НПБ, используя проблемно-исследовательскую технологию, показать связь изученного материала с жизнью.

Содержание.

Блок – это разновидность рычага, имеющего форму диска с желобом, по которому пропускают веревку, трос или цепь.

Учитель демонстрирует установки с подвижным и неподвижным блоками.

Посмотрите на установки. Чем отличаются эти блоки? (У одного ось не движется вместе с грузом, а другого – движется).

Виды блоков:

неподвижный (ось закреплена и не движется при подъёме груза).

подвижный (ось движется вместе с грузом).

Неподвижный блок

Н епо­движ­ным называют такой блок, ось которого за­креп­ле­на и при подъ­еме грузов не под­ни­ма­ет­ся и не опус­ка­ет­ся.

_{Неподвижный блок как равноплечий рычаг}

Вес груза, ко­то­рый под­ни­ма­ем, обо­зна­чим P, при­кла­ды­ва­е­мую силу обо­зна­чим F, точку опоры – O.

Пле­чом силы P будет от­ре­зок OA (плечо силы l₁), пле­чом силы F от­ре­зок OB (плечо силы l₂) (рис.3). Эти от­рез­ки яв­ля­ют­ся ра­ди­у­са­ми ко­ле­са, тогда плечи равны ра­ди­у­су _. Т.е. неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг. Если плечи равны, то по условию равновесия рычага и силы, действующие на рычаг, будут равны, иными словами вес груза и сила, ко­то­рую мы при­кла­ды­ва­ем для подъ­ёма, чис­лен­но равны .

Неподвижный блок не дает вы­иг­ры­ша в силе. Тогда зачем он нам нужен? Исключительно для удобства подъема: представьте, что вам надо поднять за веревку тяжелый груз вверх. Вам придется тянуть его вверх. Но если использовать неподвижный блок, то тянуть надо будет вниз, в то время как груз будет подниматься вверх. В этом случае вам будет проще, так как необходимая сила будет складываться из силы мышц и вашего веса. Без использования неподвижного блока надо было бы прикладывать такую же силу, но она достигалась бы исключительно за счет силы мышц, поэтому всегда легче под­ни­мать груз вверх, прикладывая силу вниз, а не вытягивать веревку или канат вверх.

Итак, неподвижный блок только изменяет направление движения, а выигрыша в силе он не дает, а, значит, нет и проигрыша в расстоянии. На какое расстояние поднимется груз, на такое же расстояние надо опустить веревку.

Подвижный блок

Подвижный блок – это блок, в ко­то­ром ось может под­ни­мать­ся и опус­кать­ся вме­сте с гру­зом.

Использование подвижного блока дает выигрыш в силе в два раза (в идеале). Это значит, что если вес груза равен F, то чтобы его поднять, надо приложить силу F/2. Подвижный блок состоит всё из того же колеса с желобом для троса. Однако здесь закреплен один конец троса, а колесо подвижно. Колесо движется вместе с грузом.

Д ей­ствие ана­ло­гич­но дей­ствию ры­ча­га. Рассмотрим, действительно ли выигрыш в силе составляет 2 раза.

Демонстрация опыта, подтверждающего, что выигрыш, в силе, получаемый с помощью подвижного блока, равен 2.

Для ра­бо­ты этого блока один конец ве­рев­ки за­креп­ля­ет­ся, ко вто­ро­му концу при­ло­жим силу F, чтобы под­нять груз весом P, груз при­креп­лен к точке A. Какая же точка будет служить точкой опоры? Точ­кой опоры при вра­ще­нии будет точка О, по­то­му что в каж­дый мо­мент дви­же­ния блок по­во­ра­чи­ва­ет­ся и точка O слу­жит точ­кой опоры.

З на­че­ния плеча силы F со­став­ля­ет два ра­ди­у­са .

Зна­че­ние плеча силы P со­став­ля­ет один ра­ди­ус .

Плечи сил от­ли­ча­ют­ся в два раза, по пра­ви­лу рав­но­ве­сия ры­ча­га, силы от­ли­ча­ют­ся в два раза. Сила, ко­то­рая необ­хо­ди­ма, чтобы под­нять груз весом P, будет в два раза мень­ше, чем вес груза . По­движ­ный блок дает пре­иму­ще­ство в силе в два раза.

Вес груза — это сила, направленная вниз. Таким образом, вес груза уравновешивают две силы, направленные вверх. Одну создает опора, к которой прикреплен трос, а другую тянущий за трос. Сила натяжения троса одинакова с обеих сторон, значит, между ними поровну распределяется вес груза. Поэтому каждая из сил в 2 раза меньше веса груза.

В реальных ситуациях выигрыш в силе меньше, чем в 2 раза, так как поднимающая сила частично «тратится» на вес веревки и блока, а также трение.

Подвижный блок, давая почти двойной выигрыш в силе, дает двойной проигрыш в расстоянии. Чтобы поднять груз на определенную высоту h, надо чтобы веревки с каждой стороны блока уменьшились на эту высоту, то есть в сумме получается 2h.

На прак­ти­ке при­ме­ня­ют ком­би­на­ции из неподвижных и подвижных блоков — полиспасты. Греческое слово "полиспаст" образовано из двух корней: "поли" - много и "спао" - тяну, так что в целом получается "многотяг". Они позволяют получить выигрыш в силе и направлении. Чем больше в полиспасте подвижных блоков, тем больше будет выигрыш в силе.

4. Первичное закрепление нового материала и домашнее задание.

Задача 1.

Вопросы для обсуждения:

До­маш­нее за­да­ние

1. Узнай­те са­мо­сто­я­тель­но, что собой пред­став­ля­ет пол­ис­паст и какой вы­иг­рыш в силе он дает.

2. Где при­ме­ня­ют в быту непо­движ­ные и по­движ­ные блоки?

3. Как легче под­ни­мать­ся вверх: лезть по ве­рев­ке или под­ни­мать­ся при по­мо­щи непо­движ­но­го блока?

4. Какие два вида блоков вы знаете?

5. Чем отличается подвижный блок от неподвижного?

6. Для какой цели применяют неподвижный блок?

7. Для чего используют подвижный блок?

8. Что представляет собой полиспаст? Какой выигрыш в силе он дает?

Соображалки.
1. Через неподвижный блок перекинута веревка. Один конец ее прикреплен к поясу монтажника, а второй он тянет вниз с некоторой силой. Какова эта сила, если вес рабочего 700 Н? Трением в блоке и массой веревки пренебречь.

2. При проверке динамометром оказывается, что сила, удерживающая груз на неподвижном блоке, немного меньше силы тяжести груза, а при равномерном подъеме больше ее. Чем это объясняется?

3.Почему у подъемных строительных кранов крюк, который переносит груз, закреплен не на конце троса, а на обойме подвижного блока?

1. Этап подведения итогов урока и домашнее задание.

Творческое задание:

7