Механическая работа - РАБОТА И МОЩНОСТЬ

ЦЕЛЬ

Учащиеся должны усвоить, что:

♦ механическая работа или работа силы F — это физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое на некотором участке траектории;

♦ работа силы (А) равна произведению силы (F) на пройденный путь (s), если направление движения тела совпадает с направлением приложенной силы: А = Fs;

♦ работа силы (А) равна произведению силы (F) на пройденный путь (s), взятому со знаком «минус», если направление движения тела противоположно' направлению силы: A = -Fs;

♦ работа силы равна нулю, если скорость тела перпендикулярна направлению силы;

♦ единица механической работы — 1 Дж (джоуль) — работа силы в 1 Н на пути в 1 м в направлении действия силы: 1 Дж = 1 Н · м;

♦ положительная (отрицательная) работа силы означает, что воздействие, описываемое этой силой, приводит к увеличению (уменьшению) скорости движения тела;

♦ нулевая работа силы означает, что данная сила не влияет на скорость движения тела.

Учащиеся должны научиться:

♦ «создавать» понятие о механической работе;

♦ находить значение работы указанной силы в конкретных ситуациях.

ВИД ДОСКИ

Механическая работа

ФАКТ Изменение скорости тела зависит от модуля силы воздействия и пройденного пути

ПЗ 1. Ввести величину для описания воздействия на некотором участке траектории

СПОСОБ ОЦЕНК.

НАЗВАНИЕ, ОБОЗНАЧЕНИЕ Механическая работ.

ОПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ФОРМУЛА

ЕДИНИЦА F = 1 H, s = 1 м

А = 1 Н · 1 м = 1 Дж (джоуль)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Механическая работа — ...

Д/з. § 18 (вопросы к § письменно), № 59, 62 (с. 140 учебника)

СЦЕНАРИЙ

Этап актуализации знаний

П. Мы изучили действия тел друг на друга. Назовите виды взаимодействий. Какие изменения происходят с телами под действием других тел? Какой величиной характеризуют действие одного тела на другое?

У. Существуют такие взаимодействия: всемирное тяготение, упругое взаимодействие, сухое трение (скольжения, качения и покоя), вязкое трение. В результате этих взаимодействий изменяется скорость движения или форма тела. Действие тел друг на друга характеризуют физической величиной «сила», которую измеряют динамометром. Сила — векторная величина, т. е. воздействие характеризуется числовым значением (модулем) и направлением: единица силы — 1 Н.

Мотивационный этап

П. Опишите ситуацию как физическое явление. (Демонстрирует движение тележки до конца рельса под действием одного груза.)

У. Скорость тележки увеличивается под действием силы упругости нити с грузом.

П. Что изменится, если подвесить еще один груз?

У. Сила упругости нити станет больше, и скорость тележки увеличится больше.

П. (Демонстрирует движение тележки под действием двух грузов не до конца рельса так, чтобы было заметно, что скорость тележки меньше> чем в первом случае.) Сравните изменение скорости в первом и втором случаях и объясните результат.

У. Скорость увеличилась меньше под действием двух грузов, так как тележка не успела набрать скорость.

П. От каких величин зависит изменение скорости тележки?

У. Изменение скорости тележки зависит от модуля силы упругости и от пути, пройденного под действием этой силы.

П. (Делает записи и зарисовки.) Мяч падает с некоторой высоты. Мяч катится и постепенно останавливается. Покажите на этих примерах, что и для других видов сил изменение скорости тела зависит от пройденного пути.

У1. Мяч, упавший с меньшей, высоты, приобретет меньшую скорость, т. е. при одинаковой силе тяжести изменение скорости больше на большем пути.

У2. Мяч останавливается постепенно. Значит, изменение скорости мяча под действием силы трения зависит от пройденного пути.

П. Раньше мы установили, что изменение скорости тел тем больше, чем больше модуль силы воздействия. Из рассмотренных примеров следует, что изменение скорости тела зависит от пути, который тело проходит под действием силы. Зафиксируем этот факт. (Делает зарисовки на доске.)

Этап «создания» нового знания

П. Наша задача — ввести величину для количественной оценки механической работы. Как решаются задачи такого типа (о введении физической величины)?

У. Чтобы ввести физическую величину, нужно разработать метод оценки свойства этой величины через другие величины, подобрать название и дать ее обозначение, установить единицу измерения, составить определение.

П. (Фиксирует на доске действия по решению познавательной задачи.) Поскольку результат зависит от модуля силы F и пройденного пути s, нужно искать комбинацию двух величин (F иs). Запишите «Способ оценки свойства». Подумайте и предложите способ оценки воздействия на некотором участке траектории, учитывающий и модуль силы, и пройденный путь. У вас — 2 мин.

У. Чем больше произведение модуля силы и пути, тем больше изменяется скорость движения тела.

П. Если сравнить произведение Fs, то можно сказать, в каком случае скорость одного и того же тела изменится больше. Проверим это на примере. Один груз действует на тележку на всем пути. Три груза действуют на тележку на половине пути. (Изображает модель ситуации. Показывает грузы.) Каково значение сил и путей в условных единицах?

У. Сила упругости нити в первом случае равна силе тяжести одного груза, или 1 у.е. Во втором случае сила равна 3 у.е. Путь во втором случае 1 у.е., в первом — 2 у.е.

П. (Записывает значения сил и путей.) В условных единицах произведение силы на путь в первом случае равно двум, а во втором — трем. Значит, во втором случае скорость тележки должна измениться больше. Внимание, эксперимент! (Устанавливает шарик, подвешенный на нити у конца рельса так, чтобы при движении тележка толкнула его. Пускает тележку. Возвращает тележку. Добавляет два груза. Устанавливает шарик в середине рельса. Пускает тележку.) Сравните скорости тележек.

У. Как мы и предполагали, во втором случае скорость тележки оказалась больше, и шарик отскочил на большую высоту.

П. Можно предвидеть результат разных воздействий на разных участках траектории, если известно произведение силы на путь. Скорость тела может как увеличиваться, так и уменьшаться. Например, сила тяги и сила трения, действующие на брусок, одинаковы по модулю. (Приводит в равномерное движение брусок по поверхности стола) Произведение модуля каждой силы на пройденный путь будет одинаковым, но результат воздействия разный: сила тяги увеличивает скорость, а сила трения — уменьшает. От чего это зависит и как учесть этот факт при оценке воздействия?

У. Скорость увеличивается, если сила действует в направлении движения, и уменьшается, если сила противоположна скорости. Нужно взять произведение модуля силы и пути со знаком «плюс», если воздействие приводит к увеличению скорости, и со знаком «минус», если сила уменьшает скорость.

П. (Изображает модели ситуаций.) Эту величину принято называть механической работой или работой силы и обозначать буквой А. Запишите. Что еще нужно сделать для введения новой величины?

У. Нужно записать формулу и установить единицу механической работы.

П. (Записывает определительную формулу.) Запишите «Единица» и предложите единицу механической работы. У вас — 2 мин.

У. Если модуль силы равен 1 Н, а путь — 1 м, то механическая работа А = 1 Н · м.

1 Н · м — это механическая работа силы в 1 Н на пути, в 1 м, если направления силы и скорости совпадают.

П. Откройте учебник на с. 48. Найдите название единицы работы.

У. В честь английского ученого Дж. Джоуля, жившего в XIX в., эту единицу назвали джоулей и обозначили сокращенно «Дж».

П. Запишите 1 Дж = 1 Н · м. Составьте определение физической величины «механическая работа», запишите его в тетради. (Организует обсуждение и запись определения.)

Мы рассмотрели ситуации, когда тело движется по линии, вдоль которой действует сила. В реальных ситуациях на тело действует несколько сил одновременно; направления сил и их равнодействующая могут составлять некоторый угол с направлением движения. Например, на брусок действует Земля. Влияет ли ее действие на скорость движения бруска в этом случае?

У. Нет, так как она перпендикулярна скорости движения.

П. (Изображает модель для силы, перпендикулярной скорости движения и направленной под углом к ней, и для переменной силы.) Составленная формула справедлива только для случая постоянной по модулю силы и совпадения направления скорости й линии действия силы. Формулу механической работы, учитывающую угол между силой и скоростью вы узнаете в старших классах. Если угол между ними составляет 90°, механическая работа равна нулю. Запишите это. (Диктует добавления к определению механической работы.)

Этап применения нового знания

П. Как можно использовать определение механической работы?

У. Можно рассчитать значение работы той или иной силы в реальных ситуациях.

П. (Организует выполнение задания 32 и контроль.)

ДИДАКТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

Демонстрации: 1) изменение скорости тела, например тележки по монорельсу под действием нити, перекинутой через блок с грузами разной массы; 2) остановка мяча при движении по столу; 3) равномерное движение бруска по столу.

---

¹ Нумерация уроков дана с учетом проведения контрольной работы.