Урок на тему: "Механічна робота та потужність"

Предмет: Фізика і астрономія

Тема розділу: Динаміка

Михалейко Любов Олександрівна, викладач фізики і астрономії ДНЗ «Новояворівське ВПУ»

 

Тема уроку: Механічна робота та потужність     С 1

Мета уроку:

•                      Навчальна: ввести поняття «механічна робота» та «потужність»; пояснити їх фізичний зміст; ознайомити з одиницями роботи та потужності, з’ясувати де з цими поняттями ми зустрічаємось у повсякденному житті та у вашій професії.
•                      Розвиваюча: розвивати логічне мислення, вміння аналізувати і пояснювати фізичні процеси, що відбуваються
•                      Виховна: виховувати в учнів уважність, організованість, вміння працювати з додатковими джерелами інформації, стимулювати пізнавальну активність учнів.

Тип уроку: комбінований урок.

Методи навчання: бесіда, повідомлення учнів (випереджуюче домашнє завдання), наочні демонстрації, «не розірви ланцюжок», робота з підручником.

Обладнання уроку: інтерактивна панель ЕdPro, презентація, обладнання для демонстрацій, підручники, малюнки, дидактичний матеріал..

Хід уроку

І. Організаційна частина.

•                 Перевірка присутності учнів.
•                 Перевірка готовності учнів до уроку.
•                 У випадку повітряної тривоги, згідно алгоритму дій, всі організовано переходимо в укриття

 

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Запитання до учнів («не розірви ланцюжок»):

1.               Які ви знаєте сили в механіці?
2.               Скільки є видів механічної енергії?
3.               Енергія взаємодії - це ... енергія.
4.               Енергія руху - це ... енергія.
5.               Формули енергії сили тяжіння.
6.               Формула енергії пружно деформованого тіла.
7.               Формули енергії сили тертя.
8.               Дослід з математичним маятником. Яку енергію матиме відведена кулька на деяку висоту?
9.               Якщо кульку відпустити, які відбуваються перетворення енергії?
10.          У чому полягає закон збереження енергії?
11.          Які ще знаєте закони збереження?

 

III. Мотивація навчальної діяльності учнів.

Із поняттям «механічна енергія» тісно повʼязане поняття «механічна робота». Слово «робота» супроводжує нас протягом всього життя. То ж зʼясуємо, що означає це слово з точки зору фізики. У фізиці вивчають насамперед механічну роботу.

 

IV. Повідомлення теми, мети та завдань уроку.

Оголошення теми і мети уроку.

Епіграф до теми:       С 2

 Де руки й охота,

там спориться робота

Народна мудрість

V. Вивчення нового матеріалу.

План

1.               Поняття механічної роботи.
2.               Робота різних сил.

1.        Робота сили тяжіння.
2.        Робота сили пружності.
3.        Робота сили тертя.

3.               Коли робота дорівнює нулю?
4.               Поняття потужності.

1.               Поняття механічної роботи.       С 3

Французький вчений В.Понселе запропонував вважати мірою дії двигуна добуток модуля сили на модуль переміщення точки прикладання сили. Цю величину вчений назвав механічною роботою. Позначають механічну роботу буквою А і часто називають просто роботою.

Запитання до учнів: («не розірви ланцюжок»)

•                 Які слова-синоніми можна підібрати до слова «робота»?

Варіанти відповідей: праця, заняття, справа, труд, діло, діяльність, дія.

•                 А які ви знаєте прислівʼя та приказки про роботу?

Варіанти відповідей:

Без труда нема плода. (Без праці не буде результату).

Праця чоловіка годує, а лінь марнує..

Добре роби — добре й буде!.

Яка праця, така й плата.

Що робиш, те й маєш..

Щастя і труд поряд живуть.

Чесне діло роби сміло.

Робота сама за себе скаже.

Без діла слабіє сила.

•                 Як говорять про працьовиту людину або із ким її порівнюють?

Варіанти відповідей: бджілка, мураха, кінь.

Механічна робота виконується тоді, коли на тіло діє сила і тіло під дією цієї сили рухається. Наявність прикладеної сили і переміщення - основні ознаки механічної роботи.

Дослід: Переміщення візка під дією сили на деяку відстань.

Робота з підручником. Прочитаємо визначення роботи в підручнику на стор.92

Механічна робота (робота сили) А – це фізична величина, яка характеризує зміну механічного стану тіла й дорівнює добутку модуля сили F, модуля переміщення s і косинуса кута α між вектором сили і вектором переміщення:                                                                                                                                                          C 4

A = F s cos α

 

Робота сили, що діє на тіло, є величиною скалярною, але вона може бути додатною, від’ємною або дорівнювати нулю – залежно від того, куди напрямлена сила відносно напрямку руху тіла.               С 5

Розглянемо силу, що діє під деяким кутом а до напрямку руху тіла. Знайдемо проекцію цієї сили на напрямок переміщення тіла, для чого вісь ОХ спрямуємо в бік руху тіла (рис. а). Із рисунка бачимо, що F_x = Fcos α, отже, А = F_xs. (рис. б).

Геометричний зміст роботи сили: робота сили чисельно дорівнює площі фігури під графіком залежності проекції сили від модуля переміщення. Це твердження поширюється на випадки коли сила змінюється (рис. в, г).              С 6

Існує такий вислів - «Сізіфова праця». Пригадаємо, що він означає.

Повідомлення учня: «Сізіфова праця».   С 7

Запитання до учнів: Що прийнято за одиницю роботи?

Робота з підручником. Прочитати на стор. 92, що таке 1 Дж.

Запитання до учнів: Чи є великою робота 1 Дж?

Експеримент. Учень піднімає слюсарний ключ вагою 100г на 1м. Виконав роботу 1 Дж.

У сучасній техніці використовують як кратні одиниці роботи:  С 8

1.               1 кДж = 1 ·103 Дж
2.               1 МДж = 1 · 106 Дж
3.               1 ГДж = 1 · 109Дж

Так і частинні одиниці:

1.               1 нДж = 1 · 10-9Дж
2.               1мкДж = 1 · 10^-6Дж
3.               1 мДж =  1 · 10^-3Дж

Повідомлення учня про Джеймса Джоуля.

 

2.               Робота різних сил

1.                 1. Робота сили тяжіння.      С 9

Коли тіло рухається вниз, напрямок сили тяжіння збігається з напрямком переміщення. При цьому робота сили тяжіння додатна й дорівнює нулю:

A = mgh

Коли тіло рухається угору, сила тяжіння спрямована протилежно переміщенню. Тому під рас руху тіла угору робота сили тяжіння від’ємна й дорівнює:

A = - mgh

 

2.                 Робота сили пружності      С 10

Коли стисла пружина розпрямляється, сила пружності, що діє з її боку, спрямована так сало, як переміщення, тому робота сили пружності додатна. При цьому деформація пружити зменшується, тобто при зменшені деформації сила пружності пружини виконує додатну роботу

A=F_пр·x=

Коли ми стискаємо недеформовану пружину, сила, що діє з її боку пружини, спрямована протилежно деформації. Виходить, при збільшені деформації сила пружності пружини виконує від’ємну роботу

A =

3.                 Робота сили тертя       С 11

Сила тертя ковзання або кочення спрямована завжди протилежко швидкості, а, отже, і переміщенню тіла, тому робота сили тертя ковзання або кочення від’ємна

А=-F_T·s

3.               Коли робота дорівнює нулю?     С 12

Робота дорівнює нулю тоді, коли:

1) переміщення дорівнює нулю

2) сила перпендикулярна переміщенню. 

 

4.               Поняття потужності.       С 13

Для характеристики двигуна важлива не тільки робота, але й «швидкість» виконання роботи.

Наприклад: кран піднімає платформу із сотнями цеглин на висоту багатоповерхового будинку за 1-2 хв., а людині щоб виконати цю роботу потрібно набагато більше часу.

Потужність Р – це фізична величина, яка характеризує швидкість виконання роботи й дорівнює відношенню роботи А до інтермалу часу t за який цю роботу виконану.

Робота з підручником. На стор. 95 прочитати що таке 1 Вт. Чому потужність вимірюють у ватах у нашому наступному повідомлені.

Повідомлення учня про Джеймса Ватта.  С 14

Аналогічно як для роботи записуються кратні та частинні одиниці потужності:

 

1 кВт= 1 ·103 Вт 1 МВт = 1 · 106 Вт 1 ГВт= 1 · 109Вт

1 нВт = 1 · 10-9Вт 1мкВт = 1 · 10-6Вт 1 мВт=  1 · 10-3Вт

 

Повертаючись із заслання, місячними ночами Тарас Шевченко спостерігав за рухом пароплава на ріці й захоплювався цим, для його часів, технічним дивом. Це захоплення прорвалося емоційною, натхненною апострофою до винахідників - американця Р. Фултона (С 15) та шотландця Дж. Ватта.                                                                                                                                                           С 16

Запитання до учнів: Де ще в повсякденному житті зустрічаємося з одиницями потужності?

Варіанти відповіді: живі істоти, двигуни, транспортні засоби.

Люди віддавна використовували коней як джерело тяглової сили. У XVIII столітті на основі спостережень за роботою коней були проведені розрахунки, що показали, яку корисну потужність розвиває кінь за тривалої роботи. С 17

Приблизно у 1789 році Джеймс Ватт увів термін «кінська сила», аби показати, що роботу скількох коней здатні замінити створювані ним парові машини.

Одна механічна кінська сила піднімає 550 фунтів (250 кг) на висоту 1 фут (30,48 см) за 1 секунду

Здорова людина може короткочасно видавати приблизно 1,2 к. с. (0,89 кВт) і підтримувати приблизно 0,1 к. с. (0,075 кВт) необмежено довго; треновані спортсмени можуть короткочасно досягати приблизно 2,5 к. с. (1,9 кВт) і 0,35 к. с. (0,26 кВт) протягом декількох годин. 1 к. с. = 746 Вт.

Якщо напрям сили тяги збігається з напрямом переміщення, то потужність, яку розвиває транспортний засіб, виражають через силу та швидкість.                                                                                                                                                           С 18

Р ==F·υ

Р=F·υ

Ця формула пояснює, чому водій перемикає транспортний засіб на «першу швидкість» коли рухається вгору.

 

VI. Закріплення нового матеріалу

Запитання до учнів у вигляді тесту (вибрати одну правильну відповідь):

1.               Дослід. М’ячик скочується похилим жолобом і пересуває коробку. Чи виконується у цьому випадку робота?

А) так    Б) ні     В) частково

2.  Чи виконується робота, з точки зору фізики, коли працюють розумово?

А) частково    Б) ні     В) так

3.  Яку роботу «позитивну» чи «негативну» виконує сила тяжіння, коли тіло рухається  вгору?

А) позитивну   Б) негативну    В) ніяку

4.  Людина прикладає силу до шафи, але не може зрушити її з місця. Чи виконує людина механічну роботу?

А) ні     Б) частково    В) так

5. Хто виконує більшу частину роботи за однаковий час – людина з лопатою чи трактор?

А) людина    Б) трактор   В) людина, трактор

6. Яка одиниця потужності в СІ?

А) Н     Б) Вт     В) Дж

7. За якою формулою обчислюється потужність в даний момент часу?

А) P=F ·a    Б) P= F · ʋ    B) F= P ·ʋ

 

VII. Підведення підсумків уроку та оцінювання знань учнів

• Відповіді на запитання учнів.
• Оцінювання знань учнів та їх обґрунтування.

VIII. Домашнє завдання.

• Фізика 10 кл.: підручник для закладів загальної середньої освіти:  рівень стандарту. За редакцією В. Г. Бар’яхтара, С. О. Довгого.
• Вивчити параграф 15 стор. 92-96.
• Вміти відповідати на контрольні запитання на стор. 96.
• Підготувати навчальні проєкти з даної теми з урахуванням вашої професії.

 

 

Використані джерела

1. Фізика 10 кл.: підручник для закладів загальної середньої освіти:  рівень стандарту. За редакцією В. Г. Бар’яхтара, С. О. Довгого.
2. https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%96%D0%BD%D1%81%D1%8C%D0%BA%D0%B0_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B0
3. https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D1%82%D1%83%D0%B6%D0%BD%D1%96%D1%81%D1%82%D1%8C
4. http://kameniar.lnu.edu.ua/?p=4400
5. https://goroh.pp.ua/%D0%A1%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%BD%D1%96%D0%BC%D1%96%D1%8F/%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0
6. https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B6%D0%B5%D0%B9%D0%BC%D1%81_%D0%92%D0%B0%D1%82%D1%82
7. https://dovidka.biz.ua/sizifova-pratsya-frazeologizm/
8. https://traditions.in.ua/usna-narodna-tvorchist/pryslivia-ta-prykazky/14-pryslivia-ta-prykazky-pro-pratsiu