Урок фізики, 7 клас. Тема: Прості механізми. Умови рівноваги важеля.

Мета уроку: Розглянути важіль як пристрій, що використовується для перетворення сили. Встановити правило рівноваги важеля.

Задачі уроку:

Дидактичні:

а) перевірити уміння застосовувати знання в даній конкретній ситуації;

б) дати основні поняття теми;

в) учити користуватися експериментальним методам дослідження. Виховні:

а) сприяти підвищенню відчуття особистої упевненості у кожного учня;

б) виховати відчуття відповідальності.

Розвиваючі: розвивати вміння логічно висловлювати матеріал, виділяти головне, робити висновки.

Тип уроку: комбінований (повторення і узагальнення теми, дослідження, вивчення нового матеріалу).

Організаційні форми роботи: фронтальна, індивідуальна, робота в групі, в парах.

Методи навчання: словесні, наочні, практичні, проблемно-пошукові, стимулювання навчально-пізнавальної діяльності, контроль і самоконтроль.

Педагогічна технологія: діяльнісний підхід, проектно-дослідницький метод, ігровий підхід.

Обладнання: штатив, важіль, набори тягарців (100 г), лінійка, інтерактивна дошка, проектор, комп'ютер.

Хід уроку.

I.                             Організаційний етап,1 хв.

Мета: підготовка класу до роботи.

Діяльність учителя: забезпечує готовність класу до уроку; створює позитивне психологічне налаштування.

Діяльність учнів:

Пізнавальна (П): «входять» у навчальну діяльність, готуються до сприйняття нового матеріалу. 

Комунікативна (К): демонструють готовність і здатність до спілкування, досягати взаєморозуміння .

Регулятивна (Р): здійснюють самоконтроль.

II.                         Мотиваційний етап, 2 хв.

Мета: створення проблемної ситуації.

Діяльність вчителя: визначити мету і завдання уроку.

Діяльність учнів:

П: Фіксують      проблему.     Ставлять       перед собою            мету: з'ясувати       сутність запропонованого явища, відповісти на питання що таке сила тертя, які види тертя існують, які існують способи зменшення та збільшення тертя.

К: Висловлюють свої думки. Співпрацюють з учителем і з однолітками.

Р: Самостійно формулюють пізнавальну мету уроку.

III.                      Етап актуалізації опорних знань учнів, 4 хв.

-   Чому ручку дверей розташовують ближче до краю?

-   Чому маленькі діти їздять на триколісному велосипеді?

-   Що означає вислів Архімеда «Дайте мені точку опори  і я переверну Землю».

-   Як можна підняти важкий камінь затративши менше сил?

IV. Етап засвоєння нових знань і способів дій, 17 хв.

Тисячоліття тому назад люди виконували всі види роботи за допомогою сили своїх м'язів. З часом вони винайшли різні прості механізми, щоб полегшити свою працю. Прості механізми  це трудівники зі «стажем роботи» понад 30 століть, проте вони анітрохи не «постаріли», адже зустрічаються на заводах і будівельних майданчиках, у транспортних засобах і побутових приладах. 

Прості механізми  пристрої, призначені для зміни сили. До простих механізмів належать: важіль (різновид важеля  коловорот); блоки (нерухомий та рухомий); шестерні, похила площина (різновид похилої площини - гвинтова драбина, гвинт, клин).

Важіль  це тверде тіло, яке може обертатися навколо нерухомої осі  осі обертання.

Важіль має такі характеристики: - плече сили  найкоротша відстань від осі обертання тіла до лінії дії сили; вісь обертання  пряма, що проходить через нерухому точку опори важеля, навколо якої він може вільно обертатися; лінія дії сили  пряма, вздовж якої напрямлена сила.

Умова рівноваги важеля: щоб важіль перебував у рівновазі до довшого плеча прикладається менша сила, а до коротшого  більша.

Умова рівноваги тіла, яке має вісь обертання: важіль перебуває в рівновазі, коли діючі на нього сили обернено пропорційні плечам цих сил: 𝐹₂/𝐹₁=𝑙₁𝑙₂.

Таким чином, важіль змінює напрям дії сили і дає виграш у силі в 𝑘= 𝐹₂/𝐹₁=𝑙₁/𝑙₂ разів.

З того часу як Архімед установив умову рівноваги важеля, воно проіснувало в незмінним майже 1900 років. І лише в 1687 р. французький вчений П. Варіньйон надав йому більш загальної форми, скориставшись поняттям моменту сили.

Момент сили фізична величина, що дорівнює добутку сили, яка діє на тіло, на плече цієї сили: M = Fl.

В СІ момент сили вимірюють в [M] = Н·м, що збігається з розмірністю енергії.

Для важеля, який перебуває у рівновазі під дією двох сил справедливо, що 𝐹₂/𝐹₁= 𝑙₁/𝑙₂ => 𝐹₁𝑙₁=𝐹₂𝑙₂ =>𝑀₁=𝑀₂ =>𝑀₁−𝑀₂=0.

Домовились: момент сили, що обертає важіль за годинниковою стрілкою вважати додатнім, а проти годинникової стрілки  від’ємним.

Умова рівноваги тіла, що має нерухому вісь обертання: тіло з нерухомою віссю обертання перебуває у рівновазі, якщо алгебраїчна сума моментів прикладених до нього сил відносно цієї осі, дорівнює нулю: 𝑀₁+𝑀₂+⋯+𝑀_𝑛=0.

Блок  це простий механізм, що має форму колеса із жолобом по ободу, через який перекинуто мотузку.

Нерухомим блок  це блок, вісь якого закріплена і під час піднімання вантажів не піднімається й не опускається. Рухомий блок  це блок, вісь якого піднімається або опускається разом з вантажем.

Рухомий блок не змінює напрямку дії сили, дає виграш у силі у 2 рази.

V. Етап закріплення отриманих знань і способів дій, 11 хв.

Учні виконують досліди за зразком (відео) рис. 1.

Завдання №1. Виготовлення моделі гвинта.

Мета завдання: Виготовити модель гвинта, ознайомитися з різноманітними простими механізмами.

Обладнання: папір, фломастер, олівець, різноманітні клини, гвинти, свердла, шуруп, саморіз.

1.                Виріжте з паперу вузький прямокутний трикутник і накресліть вздовж його гіпотенузи яскраву кольорову лінію.

2.                Візьміть олівець, намотайте на нього цей трикутник,

Рис. 1. Відео

        _{«Модель гвинта»}      починаючи з малого катета (кольоровою лінією назовні).

3.                Порівняйте гвинт, клин, похилу площину.

4.                Вкажіть схожі риси і відмінності.

5.                Сформулюйте висновки [7].

Завдання №2. Вивчення важеля.

Мета завдання: Довести справедливість умови рівноваги важеля.

Обладна ння: тригранний брусок (або виготовлена призма з картонки, наприклад від ліків), лінійка, монетки.

1.                   Візьміть плоску лінійку і покладіть її на брусок, щоб вона була в рівновазі. Ви отримаєте рівноплечий важіль. Відмітьте  на важелі-лінійці лінію опори важеля.

2.                   Покладіть монету в 5 коп на один кінець важеля, а на другий кінець – 1 коп (2 коп). Рівновага важеля порушиться.

3.                   Залишаючи важіль рівноважним, переміщайте монету в 5 коп важелем до тих пір, поки важіль не буде в рівновазі.

4.                   Виміряйте відстань від центра монети в 5 коп до лінії опори і від центра монети в 1 коп до тої ж лінії Рис. 2. Вивчення важеля опори (рис. 2).

5.                   Сформулюйте висновки.

-  Порівняйте отриману рівновагу з рівновагою двох людей різної ваги, що сидять на дошці (гойдалці). Зробіть висновок.

-  Сформулюйте правило рівноваги важеля [1].

VI. Етап узагальнення та систематизації знань, 4 хв.

Мета: Продовжити формування вмінь розв'язування якісних задач. Розвиток творчих здібностей у учнів. Виявлення прогалин та їх корекція.

Діяльність вчителя: пропонує розв’язати якісні задачі.

Діяльність учнів: Застосування отриманих знань під час розв’язування завдань, розвиток інтересу до предмета.

Гра «Розшифруй слово»

На рисунках (рис. 3) зображені фізичні явища. Кожному з них відповідає розрахункова формула. Укажіть для кожного явища на рисунку з відповідною літерою формулу у прямокутнику з числом. У разі   правильної відповіді       у запропонованому завданні отримаєте на перетині       рядків            і стовпчиків центральної фігури слово, що означає назву фізичної величини, яка є однією із        величин,        що характеризують коливальний рух.

Кросворд «Механічна робота і енергія» (рис. 4).

1. Скалярна фізична величина, яка характеризує            швидкість     виконання роботи. 2. Основна   одиниця вимірювання       сили. 3. Одиниця

Рис. 3. Гра «Розшифруй слово» вимірювання         потужності. 4. Фізична

величина, яка чисельно дорівнює добутку сили на пройдений шлях. 5. Напрямлений відрізок, що зєднує початкове і кінцеве положення рухомого тіла. 6. Енергія рухомого тіла. 7. Енергія взаємодіючих тіл, або частин одного й того ж тіла. 8. Одиниця вимірювання роботи. 9. Тверде тіло, яке може обертаться навколо нерухомої осі. 10. Простий механізм, який представляє собою колесо з жолобом, закріплене в обоймі. 11. Найкоротша відстань між точкою опори та прямою, вздовж якої діє на важіль сила. 12. Фізична величина, що показує, яку роботу може виконати тіло.

Відповіді: 1. Потужність. 2. Ньютон. 3. Ватт.

                                                                                                     4. Робота.           5. Переміщення.           6. Кінетична.

7. Потенціальна. 8. Джоуль. 9. Важіль. 10. Блок.

11. Плече. 12. Енергія. Дайте відповіді на запитання:

1.                Які механізми називають простими? З якою метою використовують прості механізми? 

2.                Що таке важіль? Який виграш у силі дає важіль? 

3.                Назвіть основні складові будови важеля. 

4.                Що таке момент сили? Як його позначають, за якою формулою визначають, в яких одиницях Рис. 4. Венворд «Механічна робота і вимірюють? 

                                        ^{енергія»}                                      5.     Хто     зрозумів     і    зумів    сформулювати

принцип дії важеля? Сформулюйте умову рівноваги важеля. Сформулюйте правило моментів сил. 

6.    Що таке блок? Які блоки використовують на практиці? Чи дають блоки виграш у силі, якщо так, то який? 

7.    Чому нерухомий блок не дає виграшу в силі? 

8.    Чому рухомий блок дає виграш у силі в 2 рази?

                                                          VII.        Етап інформації про домашнє завдання, 4 хв.

Задача. До кінців тонкого однорідного стрижня завдовжки 2 м підвішені вантажі масами 14 і 26 кг. На якій відстані від середини стрижня слід розмістити опору, щоб стрижень перебував у рівновазі? ^{Рис. 5. Відео} Завдання: виготовити катапульту рис. 5.

«Катапульта»

ЛІТЕРАТУРА

1. Бузько В. Л. Дидактичний матеріал з фізики. 7 клас. IІ семестр : [посібник для загальноосвітніх навчальних закладів] / В. Л. Бузько, С. П. Величко. — Х. : Вид. група «Основа», 2015. —  93, [3] с. — (Серія «Б-ка журн. ―Фізика в школах України""; Вип. 9 (141)).