Узагальнюючий урок з теми «Робота і енергія». Розв’язування задач

___________

План-конспект

уроку фізики  у 8 класі

Тема уроку:  Узагальнюючий урок з теми «Робота і енергія». Розв’язування задач

      Мета уроку:

навчальна – навчити учнів застосовувати отримані знання для розв’язання конкретних задач; показати, яка користь була від проекту «вічних двигунів»..

розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною літературою  та виявлення творчих здібностей при розв’язуванні вправ;

виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і розв’язуванні  завдань та навчити дітей  «бачити» фізику навколо себе.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Демонстрації:

1. Рівність робіт при використанні важеля або блоків.

2. Підйом вантажу по похилій площині

План уроку

 1.. Від великої омани до великого відкриття.

 2. Загадки й розгадки «вічних двигунів».

3. Користь від пошуку вічних двигунів всетаки була!

4. Навчаємось розв’язувати задачі.

І. Організаційна частина (привітання, перевірка д/з)

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності учнів

Оголошення теми і мети уроку

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Від великої омани до великого відкриття

По небу вічно рухається Сонце, Місяць і планети, вічно обертається навколо своєї осі Земля... Вічно течуть ріки, і вічно біжать гнані вітром хмари... Люди навчилися навіть використовувати вічний рух води й вітру, побудувавши водяні й вітряні млини.

Тому не дивно, що розумами вчених й інженерів заволоділа зухвала думка: якщо вічний рух існує в природі, виходить, і людина може створити вічний двигун і змусити його служити собі.

Міркування про створення вічного двигуна не давали спокою багатьом, навіть видатному італійському художникові й винахідникові Леонардо да Вінчі.

Чи слід всякого, хто в минулі століття намагався побудувати вічний двигун, уважати неуком чи божевільним?

З розвитком виробництва потреба у двигунах дедалі збільшувалася, а теплових двигунів ще не було. А після того, як їх винайшли, вони тривалий час залишалися занадто дорогими. Знаменита картина художника Іллі Рєпіна показує, як важко було обходитися без двигунів.

Однак всі спроби створити вічний двигун завжди закінчувалися невдачею. Учені й інженери довго не помічали принципового розходження між вічним рухом і вічним двигуном.

Вічний рух можливий, якщо повністю усунути тертя — таким, наприклад, є рух за інерцією, коли на тіло не діють інші тіла.

Однак вічний двигун, тобто пристрій, що виконував би роботу без споживання енергії, неможливий навіть за повної відсутності тертя.

Сьогодні ми знаємо, що це — наслідок закону збереження енергії. Але, як ми незабаром побачимо, цей великий закон зобов’язаний своїм відкриттям... саме вічним двигунам, що не відбулися.

Але чи були даремними всі спроби побудувати вічний двигун? Ні! Невдачі спонукали вчених по-новому глянути на проблему, що й призвело, зрештою, до відкриття закону збереження енергії.

2. Загадки й розгадки «вічних двигунів»

Найдавніший з відомих на сьогодні проектів вічного двигуна належить індійському поетові, математикові й астрономові Бхаскаре, що жив в ХІІ столітті. Він пропонував на колесі закріплювати довгі закриті посудини, наполовину наповнені ртуттю.

Посудини розташовувалися під кутом до радіуса колеса, тому при будь-якому положенні колеса в його лівій частині перебуває більше ртуті, ніж у правій. Отже, за задумом «винахідника», колесо має обертатися проти годинникової стрілки.

У чому полягає помилка проекту?

У правій частині колеса ртуті, дійсно, менше, ніж у лівій, але ж ця ртуть перебуває далі від осі.

Розрахунок показує, що моменти сил, з якими діє на колесо ртуть у лівій і правій частині колеса, у точності врівноважують один одного. І тому внаслідок правила моментів колесо буде перебувати в рівновазі.

Приваблива ідея побудувати колесо, що не може перебувати в рівновазі й тому обертатиметься вічно, прямує крізь століття, підкоряючи одну країну за іншою.

Таким, наприклад, був один із проектів Леонардо да Вінчі. Як і всі інші, цей «вічний двигун» не працював, але виглядав гарніше за інші — адже його творцем був не тільки великий винахідник, але й великий художник.

У чому полягає помилка проекту?

Якщо підрахувати, скільки кульок знаходиться з кожної сторони колеса, то виявиться, що ліворуч кульок більше. Розрахунок показує, що моменти сил, що обертають колесо в протилежні сторони, у точності рівні.

Як ми бачимо, більш пізні винахідники «вічних коліс» наводили докази, протилежні аргументам перших винахідників — тепер вони віддавали перевагу не силі, а плечу сили, але ще не вміли правильно знаходити моменти сил.

3. Користь від пошуку вічних двигунів все-таки була!

Великий італієць Леонардо да Вінчі, що присвятив винаходу вічного двигуна багато років, з кожним новим проектом дедалі глибше осягав проблему, що стояла перед ним. Зазнавши невдачі з будовою «вічного колеса» (про цей його проект ми розповіли вище), він уперше робить точний розрахунок моментів сил для «вічного колеса».

Ось його висновок: «сумарний момент сил, що обертають колесо в одну сторону, у точності дорівнює сумарному моменту сил, що обертають колесо в іншу сторону. Тому існування «вічного колеса» неможливо». Це — перший науково обґрунтований висновок про неможливість вічного двигуна.

Однак головний висновок стосовно неможливості створення вічного двигуна зробив Роберт Майєр. Він писав, що роздуми й нові спостереження й призвели його до відкриття закону збереження енергії.

Герман Гельмгольц, інший із учених, що відкрили закон збереження енергії, також говорив, що на думку про збереження енергії його навели багатовікові невдалі спроби створити вічний двигун.

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Навчаємося розв’язувати задачі

1. Може видатися, що права, довша, частина ланцюга, повинна постійно переважувати ліву, коротшу частину, внаслідок чого ланцюг має вічно обертати колеса, призводячи до руху певний механізм. У чому помилка проекту?

2. За задумом автора проекту, зображеного на рисунку, колесо буде обертатися вічно, оскільки чотири молоточки завжди будуть переважувати три таких самих молоточки. У чому помилка проекту?

3. Наприкінці XVI століття нідерландський математик й інженер Симон Стевін пропонує розглянути ланцюжок з однакових кульок на двох похилих площинах. У чому помилка проекту?

Розв’язок. Може видатися, що дві кульки на правій площині не можуть урівноважувати чотири кульки на лівій площині, і тому ланцюжок має вічно обертатися (проти годинникової стрілки). Але дослід свідчить, що ланцюжок перебуває в рівновазі. І тоді, виходячи з неможливості вічного двигуна, Стевін знаходить умови рівноваги тіл на похилій площині.

4. Обертовий на осі дерев’яний барабан частково занурений у воду. За задумом авторів «винаходу», на занурену у воду частину барабана діє, відповідно до закону Архімеда, виштовхувальна сила, спрямована угору. Тому барабан повинен вічно обертатися. У чому помилка проекту?

Розв’язок. Сили тиску води спрямовані перпендикулярно до поверхні барабана, тобто спрямовані до осі барабана. Тому ці сили не обертають барабан, а тільки намагаються викривити вісь, на яку він посаджений.

Експериментальні завдання:

1. Спробуйте підібрати експериментально такий нахил дошки, щоб при рівномірному підйомі бруска по цій дошці можна було одержати виграш у силі в три рази (є масштабна лінійка й динамометр).

2. Спробуйте зрівноважити метрову лінійку вантажем масою 100 г.

3. Візьміть гострозубці й ножиці різних видів і спробуйте визначити виграш у силі при користуванні даними інструментами.

4. Покладіть на підлогу швабру. Яку роботу треба виконати, щоб поставити її вертикально? Для розв’язання завдання скористайтеся динамометром і лінійкою.

5. Напишіть ручкою на папері кілька слів. У цьому випадку ручка відіграє роль важеля. Чи програєте ви в силі? Чи виграєте?Придивіться до руху пальців і кінчика ручки під час написання. Знайдіть точку опори, оцініть плечі. У чому ж програєте, у чому виграєте? У скільки разів?

Якісні завдання:

1. Спробуйте розрізати ножицями металевий дріт. Чому вам доводиться дріт поміщати ближче до гвинта ножиців?

2. Коли ціпок тримають у руках за кінці, то його важко переломити. Якщо ж середину ціпка покласти на підставку, то переломити ціпок легко. Поясніть чому.

3. Чи мають змінюватися величини сил, прикладених до напилка

правою й лівою рукою під час обпилювання горизонтальної деталі?

4. Як за допомогою рухомого й нерухомого блоків одержати виграш у шляху й програш у силі?

Розрахункові завдання:

1. Зобразіть похилу площину, що при довжині 8 м дає виграш у силі в 2 рази.

2. Тіло масою 20 кг піднімають по похилій площині. Яку силу необхідно прикласти в напрямку руху тіла, якщо довжина похилої площі 4 м, а висота 1 м? ККД похилої площини 80 %.

Розв’язок. Відповідно до визначення ККД: .

Визначимо корисну роботу:

.

Визначимо витрачену роботу:

.

Тоді

.

Із цієї формули можна знайти силу:

.

Перевіряємо одиниці величин:

.

Обчислюємо силу:

.

3. Вантаж масою 120 кг підняли на висоту 0,2 м за допомогою важеля. Відношення короткого плеча важеля до довгого дорівнює 1:6. Яку силу приклали до довгого плеча важеля й на яку відстань опустився його кінець, якщо ККД дорівнює 80 %? (Відповідь: 245Н)

4. Чому дорівнює ККД гідравлічної машини, якщо для підйому вантажу масою 1,2 т необхідно прикладати до меншого поршня силу 160 Н? Площі поршнів рівні 5 см² й 500 см². (Відповідь: 75 %)

5. Вантаж масою 270 кг піднімають за допомогою нерухомого блока. Яку силу необхідно прикласти до вільного кінця мотузки, якщо ККД блока 90 %? (Відповідь: 3 кН)

V. Домашнє завдання

Опрацювати теоретичний матеріал за підручником  §  ,підготуватись до контролю знань