Выигрыш в силе. КПД - РАБОТА И МОЩНОСТЬ

ЦЕЛЬ

Учащиеся должны усвоить, что:

♦ простые механизмы — это устройства, которые облегчают совершение тяжелой работы, поскольку дают выигрыш в силе; к простым механизмам относятся рычаг, наклонная плоскость, блоки;

♦ выигрыш в силе — физическая величина, описывающая увеличение силы простым механизмом и равная отношению силы» с которой действует механизм на тело, к силе, с которой механизм приводится в действие: F/F_/;

♦ работа, совершаемая с помощью простого механизма, больше работы, совершаемой при непосредственном воздействии на тело;

♦ полезная работа — это работа силы, действующей на перемещаемое тело без использования механизма;

♦ полная или затраченная работа — работа силы по перемещению тела с использованием механизма;

♦ коэффициент полезного действия механизма — физическая величина, описывающая эффективность работы механизма и равная отношению полезной работы к затраченной, выраженному в процентах:

♦ КПД любого механизма меньше 1 или 100%.

Учащиеся должны научиться:

♦ «создавать» указанные понятия;

♦ устанавливать указанные факты;

♦ рассчитывать КПД механизма по определительной формуле.

ВИД ДОСКИ

Выигрыш в силе КПД

ПЗ 3в. Сравнить полезную А и затраченную работу А₁

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Рычаг А = ...; А₁ = ...

Наклонная плоскость А = ...; А₁ = ...

Блоки подвижный А = ...; А₁ = ... неподвижный А = ...; А₁ = ...

ОТВЕТ ... приходится совершать большую работу...

Простые механизмы облегчают...

ПЗ 4. Какими величинами описать простые механизмы?

ОТЛИЧИЯ	Для большинства механизмов F1 < F, но разница может быть больше или меньше	Для всех механизмов A1 > A, но отличие может быть больше или меньше
СПОСОБ ОЦЕНК.	F/F1	A/A1
НАЗВАНИЕ, ОБОЗНАЧЕНИЕ	Выигрыш в силе, F/F1	Коэффициент полезного действия (КПД) η Ап — полезная работа, А3 — затраченная работа η = Ап/А3
ЕДИНИЦА	Безразмерная величина	Безразмерная, процент η = (Ап/А3)100%

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Выигрыш в силе — это...

КПД — это...

ПЗ 5. Составить определение термина «простой механизм»

НАЗНАЧЕНИЕ Для облегчения совершения тяжелой работы в житейском понимании

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Дают выигрыш в силе, изменяют направление силы

УСТРОЙСТВО Рычаг представляет собой...

Наклонная плоскость — это...

Блок —...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Простой механизм — это устройство, которое облегчает совершение работы, поскольку преобразует силу по направлению и/или модулю (дает выигрыш в силе)

К простым механизмам относятся .,.

Д/з. § 20, 23 (3, 4, 5), № 75, 76 (с. 143 учебника)

СЦЕНАРИЙ

Этап актуализации знаний

П. Какие устройства изучили и что о них узнали?

У. (Вспоминают назначение простых механизмов, определения рычага, блока, наклонной плоскости, соотношение между силами и путями при непосредственном воздействии и с помощью механизмов.)

Этап «создания» нового знания

П. Вернемся к первоначальному вопросу, как отличается совершенная работа по подъему (опусканию) груза при непосредственном воздействии и с помощью простых механизмов. Запишите познавательную задачу Зв. Сравнить полезную А_п и затраченную А₃ работу. Что нужно сделать для получения ответа на этот вопрос?

У. Можно рассчитать для каждого механизма механическую работу А и А₁ по тем данным, которые есть, сравнить полученные значения и сделать вывод.

П. Приступайте к работе. У вас — 3 мин.

(Организует выполнение учащимися расчетов и выступления с результатами.) Что же мы видим? Используя механизмы, приходится совершать большую работу, чем без них. В чем же выгода от их использования?

У. Простые механизмы облегчают совершение работы, поскольку требуется меньшая сила для приведения их в действие, чем при непосредственном воздействии на тело, хотя работу приходится совершать большую.

П. Запишем этот результат. Итак, простые механизмы обладают привлекательным, выгодным свойством: увеличивают силу (усиливают) воздействия для совершения работы.

Простые механизмы обладают и огорчительным свойством: приходится выполнять большую работу.

Какими величинами целесообразно описывать эти свойства простых механизмов. Запишите познавательную задачу 4. Как решаются задачи такого типа?

У. Надо подобрать способ оценки свойства через известные величины, подобрать название и обозначить новую величину, составить формулу, установить ее единицу, составить определение

П. (Записывает на доске метод решения — см. «Вид доски».) Проанализируем еще раз результаты измерения сил. Для всех механизмов, кроме неподвижного блока, сила, приводящая его в действие, меньше силы тяжести груза. Но разница сил может быть больше или меньше. (Записывает.) Подумайте, как оценить эти различия. У вас — 1 мин.

У. Можно взять либо отношение сил F и F₁, либо их разность. Для выбора надо установить, какая из этих величин одинакова для разных значений сил F.

П. (Проводит опыт с подвижным блоком, подвесив больший груз.) Отношение остается таким же, как в первом опыте, а разность — другая. Значит, оценить изменение силы простым механизмом можно отношением сил F/F₁. Как бы вы назвали эту величину и как ее обозначили? (Выслушивает предложения учащихся.) Принято называть ее выигрышем в силе, говорят, что простой механизм дает выигрыш в силе в F/F₁ раз. Специального обозначения эта величина не имеет. Какова ее единица?

У. Это безразмерная величина.

П. Составьте определение выигрыша в силе. У вас — 1 мин на обдумывание.

У. Выигрыш в силе — это физическая величина, описывающая увеличение силы простым механизмом и равная отношению силы, с которой действует механизм на тело, к силе, с которой механизм приводится в действие: F/F₁.

П. Теперь обратимся к огорчительному свойству. У всех механизмов А₁ > А. Величины А и А₁ имеют специальные названия и обозначения. Откройте с. 60 учебника и выясните эти названия и обозначения. (Выслушивает ответы учащихся.) Запишем определения полезной и полной (затраченной) работы.

Затраченная работа при использовании любого механизма больше полезной. Однако у разных механизмов значения А и А₁ отличаются на разную величину. Чем меньше эти различия, тем лучше, эффективнее механизм. Как оценить эффективность механизма? Найдите соответствующую информацию в учебнике (с. 60, начиная с третьего абзаца). У вас — 5 мин.

У. Эффективность простого механизма характеризуют отношением Название этой величины — коэффициент полезного действия, или КПД. Обозначение η (греч. «эта»). Эта безразмерная величина, выражающаяся в процентах. Коэффициент полезного действия механизма — физическая величина, описывающая эффективность работы механизма и равная отношению полезной работы к полной, выраженному в процентах; 1, или 100% — это КПД такого механизма, у которого полезная и затраченная работы равны. КПД реальных механизмов меньше 1 или 100%.

Подведем итог. Почему выгодно использовать простые механизмы?

У. Простые механизмы позволяют с помощью малой силы человека получить большое по силе воздействие на тяжелые предметы для и перемещения или удержания в каком-то положении. И хотя пройденный путь оказывается больше, это выгодно, так как без механизма человек вообще не смог бы выполнить тяжелую работу.

П. Как мы это узнали?

У. Мы провели измерения и сравнили силы, действующие на тело, и проходимые пути без механизмов и с использованием механизмов, рассчитали и сравнили совершенную работу.

П. Давайте составим определение простого механизма. Запишите познавательную задачу 5. В определении технического устройства должно быть указано его назначение, принцип действия и основные части. (Записывает.) Подумайте и определите каждый из этих элементов. У вас — 2 мин.

У. (Дают определения простых механизмов.) Простой механизм — это устройство, которое служит для облегчения тяжелой работы, давая выигрыш в силе и/или изменяя направление воздействия.

Рычаг — простой механизм, представляющий собой твердое тело, которое может поворачиваться вокруг некоторой точки (оси).

Блок — простой механизм, представляющий собой укрепленное в обойме колесо с желобом, по которому пропущена веревка с незакрепленными на колесе или обойме концами. Блок называют неподвижным, если его ось закреплена и при движении веревки с грузом не перемещается. Блок называют подвижным, если при движении конца веревки колесо и обойма с грузом перемещаются.

Наклонная плоскость — простой механизм, представляющий собой твердое тело с плоской поверхностью, расположенной под углом к горизонту.

П. Как назвать сегодняшний урок? (Выслушивает учащихся.) Запишите тему перед познавательной задачей 3.

ДИДАКТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

Демонстрация постоянства выигрыша в силе подвижного блока для разных значений веса поднимаемого груза.