Урок "Коефіцієнт корисної дії механізмів"

Тема :  Коефіцієнт корисної дії механізмів.

Мета:

• Навчальна: дати учням знання про коефіцієнт корисної дії, повторити і закріпити основні уміння і навички роботи на комп’ютері;
• Розвивальна : розвивати уміння розв’язувати задачі, користуючись теоретичними положеннями; розвивати самостійність, творчий потенціал, інтелект учнів, логічне мислення; розвивати навички роботи з комп’ютером;
• Виховна : виховувати в учнів інтерес до вивчення фізики на основі її зв’язку з життям та технікою, прагнення до самовдосконалення і самореалізації; формувати почуття взаємної відповідальності в процесі групової роботи.

Тип уроку : урок засвоєння нових знань з елементами інтерактивного навчання та комп’ютерної грамоти.

                                        План-схема уроку

І.Організація навчальної діяльності.

Розминка.

Інтерактивна вправа «Абетка добра».

ІІ.Актуалізація попередніх знань.

Виконання тестових завдань на комп’ютері .

Вправа «Відтвори біографічні дані»

ІІІ.Мотивація уроку.

ІV.Вивчення нового матеріалу.

Мультимедійна презентація на тему «Вічні двигуни».

V.Узагальнення знань.

Гра «Фізичне доміно».

Інтерактивна вправа «Снігова лавина».

VІ.Підсумок уроку.

Вправа «Незакінчені речення».

VІІ.Домашнє завдання.

Перебіг уроку

І. Організація навчальної діяльності

Підготовка класу до уроку.

Клас ділиться на дві групи.

Урок розпочинається розминкою. Учні виконують вправу «Абетка добра».До кожної літери з розділу,що вивчається, дібрати добре слово.

Наприклад: ЕНЕРГІЯ                                                    МЕХАНІКА

Е – елегантність                                                         М – милосердя

Н – натхнення                                                             Е – ентузіазм

Е – енергетика                                                            Х – харизма

Р – радість                                                                   А – активність

Г – грація                                                                     Н – надія

І – інтелігентність                                                       І – інтелект

Я – якість.                                                                    К – кмітливість

                                                                                      А – акуратність

ІІ. Актуалізація попередніх знань.

Вчитель.На нашому уроці, окрім учителя, оцінювати вас буде комп’ютер, бо наскільки я знаю, ви дуже любите грати в комп’ютерні ігри, захоплюєтесь основами програмування , багато хто з вас має комп’ютер вдома , тому наш урок буде не звичайним уроком фізики, а з елементами комп’ютерної грамоти.

І група виконує тестові завдання, працюючи з комп’ютером, з розділу «Робота і енергія».

ІІ група виконує завдання «Відтвори біографічні дані».

Перед вами інформаційні листи зеленого і червоного кольору. На них записані прізвища вчених-фізиків, з якими ми познайомились протягом 7 класу. Кожна мала група, а в нас їх дві, вибирає листок певного кольору, зачитує прізвище вченого і готує про нього розповідь.

Наприклад: Ісаак Ньютон.

Народився у 1643 році.Англійський фізик і математик, який сформулював основні закони класичної механіки, відкрив закон всесвітнього тяжіння,  вперше сконструював  дзеркальний телескоп.

З 1661 року Ньютон навчався в коледжі Кембриджського університету.

У 1689 році обраний почесним членом академії наук, у 1703 році – президентом Лондонського королівського товариства.

Для Ісаака смертельними гріхами були неправда, егоїзм, насильство і втрата контролю над своїми почуттями і діями.Ще з ранніх років він був «занурений у себе», самітність супроводжувала його все життя.

                      Архімед.

Народився в Сіракузах - грецькій колонії на острові Сицилія. Він був математиком, механіком, астрономом та інженером.

Архімед установив на досліді, що при використанні простих механізмів ми або виграємо в силі в стільки разів, у скільки разів програєм в переміщенні, або виграєм в переміщенні в стільки разів, у скільки разів програємо в силі. А ще Архімед встановив твердження, що називають законом Архімеда: на тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила, що дорівнює вазі рідини в об’ємі, зайнятому тілом.

Через давність років історія життя Архімеда тісно переплелася з легендами про нього. Вони почали виникати ще за життя науковця ,приводом для цього служили його вражаючі винаходи, які здійснювали приголомшливу дію на сучасників.

Після виконання завдань учні міняються місцями.

І група вирішує проблемну ситуацію. 

Арабська мудрість гласить : Над  усім, що здійснюється в безмежному просторі, в потоці часу, володарює Енергія, як Цариця чи Богиня, освітлюючи своїм сяйвом і билинку в полі  і геніальну людину, тут даруючи, а тут – забираючи, але залишаючись в цілому кількісно незмінною.

Як ви можете пояснити ці слова?

Що криється в них?

ІІ група виконує тестові завдання на комп’ютері з вивченої теми.

Під час повторення попередніх знань я відкрила закон збереження успіху: повний запас успіху команд класу сталий. Він тільки може переходити від однієї команди до іншої.

А ми тим часом переходимо до вивчення нового матеріалу.

ІІІ.Мотивація уроку.

Вчитель. Сьогодні на уроці ми організуємо роботу, використовуючи, так званий, системний підхід. У чому він полягає? У застосуванні тієї схеми, за якою будується будь-яка діяльність людини: вхід  - процес – вихід. На «вході» задамо мету заняття, у «процесі» уроку її реалізуємо, на «виході» - підіб’ємо підсумок і перевіримо отримані знання.

Діти, як ви пам’ятаєте, курс фізики 7 класу ми розпочинали з розділу «Механічний рух». І говорили, що механіка – одна з найдавніших наук, механіка – це фундамент фізики. Хтось хоче продовжити?

Учень.Механіка – одна з найдавніших наук про механічний рух тіл, тому механіка має стосунок до багатьох явищ природи і техніки. З механікою маємо справу в сільському господарстві під час обробітку грунту, внесенні добрив , зрошенні угідь, збиранні врожаю.

Механіку слід знати для розрахунку технічних процесів у машинобудуванні і харчовій промисловості; для будівництва веж телебачення і запуску супутників Землі. Механіка значно збагатила сучасну медицину великою кількістю фізичних приладів для діагностики та лікування людей. Ці приклади свідчать про те, що механіка була і залишається однією з головних наукових основ техніки.

Вчитель. То що означає слово «механіка»? 

Учень . Слово механіка в перекладі з грецької означає «машина».

Вчитель. Минуло вже більше двох століть відтоді, як людина почала широко використовувати різноманітні машини. На попередніх уроках ми вже говорили про перетворення механічної енергії, про машини та механізми, а сьогодні

запишіть тему уроку   « Коефіцієнт корисної дії механізмів.»

ІV.Вивчення нового матеріалу.

Вчитель.Із закону збереження енергії випливає, що під час будь-яких перетворень не можна дістати енергії одного виду більше, ніж затрачено енергії іншого виду. Так само в жодному двигуні неможливо дістати більше механічної роботи, ніж затрачено енергії. Навпаки, у реальних двигунах частина енергії неминуче втрачається через сили тертя. Втрачається в тому розумінні, що частина енергії внаслідок від’ємної роботи сил тертя перетворюється у внутрішню енергію, що призводить до нагрівання двигуна. Тертя існує також і в машині, так що в ній деяка частина енергії втрачається.   

Сьогоднішній урок безпосередньо зв’язаний із законом збереження і перетворення енергії. І ви пам’ятаєте, що першим кроком науки до відкриття закону збереження і перетворення енергії була ідея збереження руху. Вона була вперше висловлена ще в античну епоху. Далі Демокріт, Лукрецій Кар, Галілей, Декарт, Гюйгенс підготували відкриття закону збереження і перетворення енергії.

Другий крок  був пов'язаний не з теоретичною, а з практичною прикладною механікою і полягав у постійному утвердженні думки про неможливість створення вічного двигуна і в формуванні поняття вічного двигуна (не можна купити товару на 110 грн., затративши лише 100 грн).

Два учні класу підготували презентації на тему “Вічні двигуни» (презентації можуть включати декілька слайдів в яких зазначено текст та схеми «вічних двигунів» ).

Вчитель.

Подібні помилки легко знайти в будь-якому проекті «вічного двигуна». Спроби створити такий пристрій приречені на невдачу. Згідно із законом збереження енергії неможливо дістати роботи більше, ніж затрачено енергії.

Зауважу, що у всіх випадках робота не може бути більшою ніж величина затраченої енергії. Пристрої іноді були настільки оригінальними,  що не завжди можна було легко пояснити, чому даний двигун не працює. Бажаючих створити «perpetuum mobile» було так багато, що 1775 році Французька Академія наук прийняла рішення не брати до розгляду проектів «вічних» двигунів.

Цікаво зауважити, що і нині не припинились марні спроби створити вічний двигун. Такі винахідники забувають, що завдання науки й техніки полягають не в тому, щоб  спробувати в якийсь спосіб обминути закон збереження енергії, а в тому, щоб зменшити втрати енергії в машинах, двигунах, генераторах. Але, очевидно, у самій ідеї вічного двигуна криється якась таємниця, щось, що змушує людей шукати і шукати його секрет. Але, мабуть, так влаштована людина…

Як я вже сказала, в будь-якому механізмі, у кожній машині діє сила тертя, на подолання якої витрачається частина енергії,що передається механізму. Ця частина енергії перетворюється у внутрішню, тобто вона йде на нагрівання тіла. Отже, механізм передає лише частину енергії, отриманої ним від іншого тіла, тому тілу, яке він пересуває.

Робота, що виконується над механізмом для приведення його в рух, називається виконаною або повною роботою.

Нехай тіло піднімають по похилій площині, прикладаючи силу F, спрямовану уздовж площини. Робота цієї сили є витраченою(або повною).

Робота, що виконується механізмом над переміщуваним тілом, називається корисною роботою.

При рівномірному підйомі тіла по похилій площині сила F, спрямована уздовж площини, переміщаючи брусок на відстань l, виконує роботу A_вик=Fl.

При пійомі тіла масою m на висоту h виконується корисна робота А_к=mgh.

Для визначення ефективності механізму треба знати, яку частину витраченої роботи становить корисна робота .Із цією метою вводять коефіцієнт корисної дії (ККД).

Коефіцієнтом корисної дії називають відношення корисної роботи А_к до витраченої А_вит:

                                     η = А_к /А_вит

Коефіцієнт корисної дії часто виражають у відсотках, наприклад,  η = 0,7 можна записити також у вигляді   η =70%

У більшості випадків корисна і витрачена робота виконується протягом однакового часу. Тому ККД можна обчислювати через повну і корисну потужності.

η = А_к /А_{вит *}100% = N_к t/ N_повн t _*100%

Із «золотого правила» механіки випливає ,що корисна робота дорівнює витраченій. Але це виконується тільки за ідеальних умов: важелі й блоки невагомі й уних, а також на похилій площині немає тертя. У разі невиконання цих умов корисна робота завжди буде менша, ніж витрачена(повна). Тому ККД завжди менше 100%.

Усяку машину прагнуть зробити такою, щоб її ККД наближався до одиниці. Для цього зменшують, наскільки можливо, силу тертя й інші втрати в машині.

  V. Узагальнення знань.

Отже, як ви зрозуміли, людина не може змінити закони природи: ці спроби завжди є невдалими. Проте людина може пізнати закони природи і використати їх. У цьому нас ще раз переконує сьогоднішній урок.

     1.Розв’язати задачу на визначення ККД, працюючи з комп’ютером (з перевіркою).

2.Гра «Фізичне доміно».

Картки у вигляді доміно з написаними формулами хаотично розташовані на парті. Кожна група складає «доміно» як ланцюжок з правильно підібраних формул (додаток 1).

   3.Інтерактивна вправа «Снігова лавина».

Перший учень говорить слово, другий складає речення, що включає його, третій ставить запитання, а четвертий дає відповідь на нього.

Наприклад: слово : робота;

                     речення:робота – це величина, що дорівнює добутку сили на переміщення;

                     запитання: в яких випадках механічна робота дорівнює нулю?

                     Відповідь: якщо сила ,що діє на тіло, дорівнює нулю.  

     VI. Підсумок уроку.

      1.Виставлення оцінок.

      2.Враження учнів про урок. Вправа «Незакінчені речення».

На сьогоднішньому уроці мені сподобалось…

На сьогоднішньому уроці для мене найважливішим відкриттям було…

Почута інформація дозволяє мені зробити висновок, що …

Я дізнався нове про…

На сьогоднішньому уроці я познайомився…

VІ. Домашнє завдання.

& 47 (В.Сиротюк, фізика 7 ); вправа 405, с. 198

Література:

1. Басок А., Кулініч О. Конструктор уроків: фізика, біологія. К.: Шкільний світ, 2012.
2. В.Д.Сиротюк, фізика 7 клас: Київ, Генеза, 2015.
3. Кирик Л.А. Усі уроки фізики. 8 клас: Харків, Основа, 2008.
4. Газета «Фізика в школах України», № 22 (122), 2008.

Додаток 1.        

Гра  «Доміно»

Додаток 1. «Гра  «Доміно»