Чорноморський навчально-виховний комплекс «загальноосвітня школа І-ІІ ступенів-дошкільний навчальний заклад компенсуючого типу »

Бінарний урок з фізики та біології.

Тема програми з фізики: Статика.

Тема програми з біології: Будова людини.

Тема уроку з фізики:« Прості механізми. Важіль.   

                                        Блок. Умова рівноваги  

                                        важеля. Момент сили.»

Тема уроку з біології: «Важільний устрій

                                            рухомого апарату 

                                           людини.»

                                                         Розробив:

                           викладач фізики

І категорії

Пулова О.П.,

Чорноморськ  2021 р.

Зміст

  сторінки

1.              Анотація……………………………………………………3
2.              План уроку  …………………………………….....................4
3.              Хід уроку…………………………………………………...5-14
4.              Висновки……………………………………………………15-16
5.              Список літератури……………………………………….....16
6.              Додатки……………………………………………………..17-19
7.              Фото уроку………………………………………………….20-23

Анотація

           Даний урок охоплює теми  програм з фізики « статика», з біології « будова людини.»

Під час уроку « Прості механізми. Важіль. Блок. Умова рівноваги важеля. Момент сили. »,

        «Важільний устрій рухомого апарату людини.» ведуться короткочасні демонстраційні досліди, які вводяться на різних етапах уроку з метою розв’язання різних учбових задач та систематизації знань: введення в тему уроку, ілюстрація до пояснення вчителя, відпрацювання практичних навиків. Досліди демонструються на простих саморобних та доступних приладах. Проведено демонстрації: про рівновагу важеля, блоків, важільний устрій рухового апарату людини.

        Рівень складності відповідає діючій програмі з фізики та біології до знань і умінь учнів в 10-х класах. Створено презентацію до уроку , яка дає більш глибоке засвоєння пройденого матеріалу, професійну спрямованість.

        Урок спрямований на підвищення якості сучасного навчання: володіти сучасними інформаційними технологіями, вміти використовувати їх на практиці, вирішувати певні задачі та виховання учнів.

План уроку.

І Організаційний момент.

ІІ Актуалізація розумової діяльності  учнів.

ІІІ. Повідомлення тем, мети й завдань уроку.

IV. Мотивація навчальної діяльності.

V. Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу.

VI. Закріплення нового матеріалу.

VII. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання.

VIII. Список використаної літератури.

ТЕМА:  Прості механізми. Важіль. Блок. Умова рівноваги важеля.

              Момент сили.

                Важільний устрій рухомого апарату людини.

Мета: сформувати поняття про важіль, блок  як прості механізми, про плече дії сили, момент сили; про важільний устрій рухомого апарату людини, з’ясувати умову рівноваги важеля; розвивати логічне мислення та пізнавальний інтерес учнів.

Основні поняття: прості механізми, важіль, нерухомий блок, рухомий блок, плече сили, момент сили, рівновага важеля, рухомій апарат людини.

Обладнання: важіль, тягарці, штатив, лінійка, важіль із сантиметровими поділками й отвором посередині, динамометр, пластилін для зрівноважування важеля, нитка, гантеля.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Слайд 1                                                                          Слайд 2

Розминка:

Похилою площиною

Донизу не котись,

А розумом і силою

Здіймайся весь у вись.

Хоч ми душею лірики

І про казкове мріємо,

Та користь всім від фізики

Прекрасно розуміємо.

Механіку шануємо

І силу поважаємо,

Бо саме їм завдячуємо

Тим, що в житті ми маємо

Епіграф : Слайд 3                                       

Слайд 4       

Хід уроку:

II. Актуалізація опорних знань

III. Мотивація навчальної діяльності

Як ви розумієте цей вислів? Чи зміг би Архімед, маючи точку опори, підняти Землю?  

Тисячі років люди працювали, використовуючи переважно силу власних м'язів. Але можливості м'язів людини обмежені.

Найсильніші люди планети можуть підняти вантажі масою 200-250 кг, прикладаючи відповідно при цьому силу 2000-2500 Н.

Сприйняття навчального матеріалу

І. Поняття простих механізмів.

З давніх-давен людина використовує певні знаряддя для виконання роботи: молоток, лопата, коса, сокира, гострозубці  тощо.

Слайд 5

Пристрій, який використовують для виконання роботи, і який перетворює значення сили або її напрямок, називають простим механізмом.

1. Класифікація простих механізмів.

2. Важіль

Важіль – це тверде тіло, що може обертатися навколо нерухомої опори. Кожному відомо, що важкий предмет (камінь, шафу, верстат), який не можна перемістити безпосередньо руками, легко зсунути з місця за допомогою довгої і міцної жердини – важеля. За допомогою важелів три тисячі років тому під час спорудження пірамід у Стародавньому Єгипті пересували й піднімали на велику висоту важкі кам’яні брили. (Демонструємо дію важеля за допомогою таблиці.)

Характеристики важеля.

Для встановлення правила важеля вводимо такі характеристики.

Плече важеля – частина важеля, до якого прикладена сила відносно осі обертання. Важіль має два плеча.

Точка прикладання сили – це точка, в якій на важіль діє сила.

Вісь обертання – лінія, перпендикулярна до поздовжньої осі важеля. Важіль може вільно обертатися навколо цієї осі.

Лінія дії сили – це лінія, яка показує напрям дії сили.

Плече сили – найменша відстань від осі обертання до напрямку дії сили. Плечі важеля не завжди дорівнюють плечам сил. (Рівність спостерігається за умови прикладання сил перпендикулярно до важеля.)

Плечі сил позначають l₁, і l₂, відповідно сили, прикладені до важеля, позначають F₁, і F₂, переміщення під дією сил відповідно s₁ i s₂, швидкості точок прикладання сил – υ₁ і υ₂

  Слайд 6

Правило рівноваги важеля.

Демонструючи піднімання вантажу за допомогою важеля та вимірявши прикладені сили та плечі важеля, доводимо правильність наступних співвідношень:

Правила рівноваги важеля: важіль перебуває в рівновазі тоді, коли сили, які діють на нього, обернено пропорційні плечам цих сил.

Це правило встановив Архімед. З тих пір як Архімед встановив правило важеля, воно проіснувало в первинному варіанті майже 2000 років. І лише в 1687 році французький вчений Пьэр Вариньон надав йому більш загальної форми, скориставшись поняттям моменту сил.

Важелі можна використовувати двояко. У важелях першого типу сили прикладені по різні боки від осі обертання (продемонструвати). У важелях другого типу – сили прикладені з одного боку від осі обертання (продемонструвати). Умова рівноваги важеля справджується для обох випадків.

3. Момент сили.

Розглянемо формулу . Використовуючи основну властивість пропорції, можна записати: 

F_1d1 = F₂d₂

У лівій частині рівності стоїть добуток сили на її плече, у правій — також.

Добуток модуля сили, яка обертає тіло, на її плече називають моментом сили і позначають літерою М. Отже,  М=Fd.

Момент сили вимірюється в ньютон-метрах (Нм) . Правило рівноваги важеля можна сформулювати так: важіль перебуває в рівновазі під дією двох сил, якщо момент сили, яка обертає важіль за рухом стрілки годинника, дорівнює моменту сили, яка обертає його проти руху стрілки годинника. Правило називають правилом моментів.

Значення моменту сили.

Момент сили – одна з основних величин, які вивчають у фізиці. Ця величина характеризує дію сили, показує, що вона залежить і від модуля сили, і від її плеча. Справді, ми вже знаємо, наприклад, що дія сили на двері залежить і від модуля сили, і від точки прикладання сили: двері тим легше повернути, чим далі від осі обертання прикладено силу, яка на них діє; гайку легше викрутити довгим гайковим ключем, ніж коротким і т. д.

Розрізняють різновидності важелів -  важіль І роду

Важіль першого роду якщо прикладені сили розташовані по різні сторони від точки опори та спрямовані в один бік

Слайд 7                                                                        Слайд 8

              Слайд 9                                                                                         Слайд 10         

Важіль ІІ роду.  Важіль другого роду якщо прикладені сили розташовані по один бік від точки опори та спрямовані в різні сторони

                                      Слайд 11                                                                                     Слайд 12

Слайд 13                                                                 Слайд 14

Слайд 15                                                                   Слайд 16

Слайд 17                                                                  Слайд 18                                                                      

       Ні важіль, ні блоки, ні будь-які інші прості механізми не дають виграшу в роботі: у скільки разів ми виграємо в силі, у стільки ж разів програємо у відстані. Це правило і назвали «золотим правилом» механіки ще в античні часи.

Слайд 19                                                                                    Слайд 20                                                                                 

4. Блок.

Блок – це колесо з жолобом, закріплене в обоймі, яке обертається навколо своєї осі.

Через жолоб блока пропускають мотузку, трос або ланцюг.

Слайд 21

Блоки бувають рухомі та нерухомі.

Нерухомий блок – блок, вісь якого закріплена і під час піднімання вантажів він не піднімається й не опускається (продемонструвати модель).

Нерухомий блок можна розглядати як рівноплечий важіль, плечі якого дорівнюють радіусу колеса. Тому нерухомий блок виграшу в силі не дає – він лише змінює напрям сили. (Накреслити на дошці малюнок, на якому вказати сили та плечі цих сил.)

Рухомий блок – блок, вісь якого опускається і піднімається разом з вантажем. (Продемонструвати модель. Накреслити малюнок, на якому вказати прикладені сили та плечі.) Плече сили натягу троса вдвічі більше, ніж плече сили тяжіння вантажу. Тому рухомий блок дає виграш сили в два рази, хоча при цьому вільний край мотузки переміщується на вдвічі більшу відстань, ніж вантаж.

P = 2F, де F – сила прикладання, P – вага, яку підіймають.

h = 2l, де h – висота на яку підіймають вагу, l – довжина мотузки блоку

Досить часто використовують систему з рухомих та нерухомих блоків.

Така система блоків дає можливість змінювати напрям прикладної сили з одночасним виграшем у 2 рази. 

         Слайд 22                                                                    Слайд 23                                                                                          

5. Коловорот.

Одним із різновидів важеля є коловорот. Коловорот – це нерухомий блок, який обертається разом із закріпленою в ньому віссю (демонстрація коловорота). Коловорот використовується в колодязях. Він дає виграш у силі у стільки разів, у скільки разів довжина ручки коловорота більша, ніж його радіус.

6. Похила площина.

У багатьох випадках замість того, щоб піднімати вантаж на деяку висоту, його вкочують або пересовують на ту саму висоту за допомогою похилої площини. Похила площина — це площина, розміщена під кутом до горизонту.

Піднімаючи вантаж уздовж похилої площини, виграємо в силі у стільки разів, у скільки довжина схилу площини більша за її висоту.

7. Клин.

Клин – тверде тіло, поздовжнім перерізом якого є прямокутний трикутник. Найчастіше використовують клин у формі двох прямокутних клинів, складених своїми основами. Клин – основна частина колючих, ріжучих, стругальних інструментів: ножиць, ножа, сокири, рубанка, лемеша плуга тощо. «Колюча зброя» багатьох тварин і рослин – кігті, роги, зуби і колючки – за формою нагадують клин. На клин схожа і загострена форма голови швидкісних риб. Багато із цих клинів мають дуже гладенькі тверді поверхні, що забезпечує їхню гостроту.

8. Гвинт.

Гвинт – прямий циліндр, який має на поверхні гвинтову лінію (нарізку). Гвинтовою лінією називається лінія, описана на поверхні циліндра гіпотенузою прямокутного трикутника, накрученого на циліндр, при цьому основа трикутника має дорівнювати довжині кола циліндра. Гвинт використовується в домкраті, гвинтовому пресі, свердлику (продемонструвати).

         Багато простих механізмів використовуються самостійно або як складові частини більш складних механізмів і машин.

         Для всіх простих механізмів справедливе «золоте правило механіки»: у скільки разів виграємо у силі, у стільки ж разів програємо у відстані.

Слайд 24                                                                            Слайд 25                                                                                                                                                                                                                                         

Слайд 26                                                                                                        Слайд 27

Слайд 28

V. Осмислення об’єктивних зв’язків

Розв’язування задач усно.

1. Чи підніме людина, яка стоїть на підлозі і має вагу 600 Н, за допомогою нерухомого блока вантаж, маса якого 82 кг? (Не підніме.)

2. А за допомогою рухомого блока? (Так.)

3. На яку довжину потрібно протягнути вільний кінець мотузки рухомого блока, щоб вантаж, який висить на гачку блока, підняти на 120 см? (2,4 м.)

4. Довжина схилу похилої площини утричі більша за її висоту. Яку слід прикласти силу, щоб підняти вантаж вагою 1,2 кН? (400 Н.)

Розв’язування задач біля дошки:

1. Яка довжина важеля, до  кінців якого прикладені сили 5 Н і 10 Н, якщо він перебуває в рівновазі, а менше плече дорівнює 40 см? (1,2 м)

2. Який максимальний вантаж може підняти хлопчик вагою 420 Н, користуючись одним рухомим і одним нерухомим блоком, якщо вага блока 20 Н? (820 Н)

3. В якому місці треба розмістити опору, щоб важіль знаходився в рівновазі?

VI. Узагальнення знань

Повернемося до поставленого запитання: «Чи міг Архімед, маючи точку опори, підняти Землю?».

Відповідь. Звичайно, Архімед не зміг би здійснити свій намір, якби йому і дали точку опори (яка б лежала поза Землею) та важіль потрібної довжини. Якщо б великий механік древності знав, яка величезна маса Землі, він, напевно, не висловив би свого гордого виклику. Піднімаючи Землю всього на 1 см, довге плече важеля описало б дугу величезної довжини. Переміщення довгого кінця важеля цим шляхом, наприклад, зі швидкістю 1 м/с, тривало б мільйони років.

VII. Домашнє завдання   Слайд 28                                                                                      

Висновок  уроку

Учитель. Отже, підіб'ємо підсумок уроку. Сьогодні ми з вами згадали прості механізми і важільний устрій людини, спробували більш докладно розглянути важіль, блок і похилу площину. Можемо зробити висновок, що всі розглянуті механізми необхідні людині. Залежно від умов задачі люди користуються ними для полегшення фізичної праці й одержання виграшу в силі. Важко віддати першість якомусь одному з названих механізмів.

Слайд 29                                                                                   

Слайд 30                                                                                     

Висновки

     Тема розробленого уроку «Прості механізми. Важіль. Блок. Умова рівноваги важеля. Момент сили. », «ВАЖІЛЬНИЙ УСТРІЙ РУХОВОГО АПАРАТУ ЛЮДИНИ» - надзвичайно важлива  і цікава. Учні вже оволоділи  певними фізичними навичками та вміннями, знають цілий ряд фізичних термінів та термінів з біології, правила та формули.

  При підготовці до цього уроку ми  ставили перед собою цілу низку питань, намагаючись їх вирішити по завершенню уроку. Для нас було дуже важливим, щоб учні могли  пояснити та на досліді переконатися в дійсності умов рівноваги важеля і УСТРІ РУХОВОГО АПАРАТУ ЛЮДИНИ, та використання важелів в техніці, промисловості і житті. Для зацікавленості та кращого сприйняття матеріалу були показані анімаційні картинки рухів важелів та рухів голови, ступні і руки, проведено ряд дослідів, які наочно демонстрували дію важелів .  Все це сприяло кращому засвоєнню теми. Набуті знання важливі для подальших професійних навичок. Урок пройшов цікаво, і ми вважаємо, досяг поставленої мети.

Використана література:

Додаток 1

Архімед народився в 287 р. до н. е. у портовому місті Сіракузи на острові Сицилії. Цей острів був одним з центрів грецької культури. Тут ще в роки дитинства Архімеда епір-ський цар Пірр вів війну з римлянами і карфагенянами, намагаючись створити нову грецьку державу. У цій війні відзначився один з родичів Архімеда — Гієрон, що став у 270 р. правителем Сіракуз. Батько Архімеда — астроном Філій — був одним з наближених Гієрона, що дозволило йому дати синові гарну освіту. Так, Архімед вирушив до Олександрії, де в нього склалися дружні стосунки з астрономом Кононом і математиком та географом Ератосфеном, з яким він надалі підтримував наукову переписку.

Архімед повернувся на Сицилію зрілим математиком, однак перші його праці були присвячені механіці. Закон рівноваги важеля, закон виникнення виштовхувальної (архіме-дової) сили і вчення про центр ваги тіл — найважливіші досягнення Архімеда в галузі фізики (механіки). Крім того, Архімед був першим, хто застосував математику для опису фізичних явищ.

Архімед був не тільки математиком і фізиком. Він був і одним з найбільших інженерів свого часу. Він винайшов машину-«равлика» для поливання полів і водопідйомний гвинт, що «дожив» і до сьогоднішнього часу — його можна побачити в сучасних м'ясорубках. Особливо успішно Архімед розробляв військові машини. Він був першим ученим, що приділяв багато часу розробці військових задумів.

До цього його спонукало геополітич-не положення Сіракуз. Архімеду було 23 роки, коли почалася перша Пунічна війна між Римом і Карфагеном, і 69 років, коли почалася друга Пунічна війна, під час якої він і загинув у 212р. дон.

Додаток 2

У кістяку тварин і людини всі кістки, що відзначаються певною свободою руху, є важелями. Наприклад, у людини це — кісти кінцівок, нижня щелепа, череп, фаланги пальців. У кішок важелями є рухливі пазурі; у багатьох риб — шипи спинного плавця; у членистоногих — більшість сегментів їх зовнішнього кістяка; у двостулкових молюсків — стулки раковин.

Важільні механізми кістяка звичайно розраховані на виграш у швидкості при втраті в силі. Особливо великий виграш у швидкості спостерігається у комах. Співвідношення довжини пліч важільного елемента кістяка перебуває в тісній залежності від виконуваних даним органом життєвих функцій. Наприклад: 1) довгі ноги хорта й оленя визначають їхню здатність до швидкого бігу; 2) короткі лапи крота розраховані на розвиток великої сили при незначній швидкості; 3) довгі щелепи хорта дозволяють швидко схоплювати здобич на бігу; 4) короткі щелепи бульдога стуляються повільно, але тримають дуже міцно.

... У рослинах важільні елементи зустрічаються рідше, що зумовлено малою рухливістю рослинного організму. Типовий важіль — стовбур дерева і головний корінь, що є його продовженням. Цікаві важільні елементи можна знайти в деяких квітках (наприклад, у тичинки шавлії й інших губоцвітних), у плодах, що розкриваються (наприклад, у бальзаміну).

... «Колюча зброя» багатьох тварин і рослин - пазурі. Роги, зуби, колючки за формою нагадують клин. Подібна до клина й загострена форма голови швидкохідних риб. Багато таких клинів мають дуже гладкі й тверді поверхні, завдяки чому досягається висока міцність, а отже, можливість здійснювати великий тиск

Додаток 3

Тести

1.  Виграючи в силі, програємо в ...

А) відстані;

Б) довжині;

В) масі;

Г) роботі.

2. Блок, вісь якого закріплена і при підйомі вантажу не

    піднімається і не опускається, називається …

А) рухомий;

Б) нерухомий;

В) важіль;

Г) жолоб.

3. Тверде тіло, яке можна обертати навколо нерухомої

    опори, називається …

А) рухомий блок;

Б) нерухомий блок;

В) важіль

Г) похила площина.

4. Різновидом похилої площини є …

А) воріт;

Б) клин;

В) рухомий блок;

Г) нерухомий блок.

5. Хто з учених сказав: ,,Дайте мені точку опори, і я

     підніму Землю".

А) Арістотель;

Б) Архімед;

В) Евклід;

Г) Торрічеллі.

6. Простим механізмом, називають ...

А) відстань від точки прикладання сили до точки опори;

Б) блок, вісь якого закріплена і при підйомі вантажу не

    піднімається і не опускається;

В) пристосування, що служать для перетворення сили і

    для зміни її напрямки;

 Важелі якого роду зображені на рисунках

 А) першого;

 Б) другого;

 С) рівноваги.

1. 2.   3.