Условие равновесия рычага 7 класс

Урок физики. 7 «Б» класс
Рычаги. Условие равновесия рычага
Место и роль в системе уроков по данной теме: 12 урок в разделе « Работа и
мощность. Энергия. Простые механизмы». 2 урок по теме «Простые механизмы».
Тип урока: урок изучения нового материала
Цель урока: вывести и закрепить правило равновесия рычага
Задачи урока:
1. Образовательная:
- ввести понятие «рычаг», как одного из простых механизмов;
- экспериментально вывести условие равновесия рычага – правило моментов;
- способствовать овладению знаниями по теме «Рычаг»
2. Развивающая:
-
содействовать
развитию
познавательного
интереса
и
мыслительной
деятельности средствами ИКТ;
- способствовать овладению методами научного исследования: анализа и
синтеза.
3. Воспитательная:
- содействовать формированию навыков работы в парах;
- прививать интерес к предмету через различные компоненты воспитательного
процесса;
- создать условия для воспитания трудолюбия, точности и четкости при ответе,
умения наблюдать окружающий мир, задумываться над его внутренней сутью,
причинами изменений, анализировать условия.
Предполагаемые результаты: предполагается, что к концу урока учащиеся
будут уметь решать качественные задачи на условие равновесия рычага.
Методы оценки: словесные
Методы оценивания: устный опрос
1
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, рычаги, грузы, штативы (по
числу пар учащихся в классе).
Ход урока:
1.
Организационный этап.
Задача этапа: создать благоприятную обстановку, организовать внимание
учащихся и «погрузить» учащихся в атмосферу урока.
(слайд 1)
« Я Землю бы мог повернуть рычагом, лишь дайте мне точку опоры» - эти
слова, которые являются эпиграфом нашего урока, Архимед сказал более 2000
лет назад. А люди до сих пор их помнят и передают из уст в уста. Почему? Мы
постараемся ответить на этот вопрос в конце урока.
В монологе Архимеда прозвучало известное слово – рычаг. Архимед собирался
перевернуть Землю рычагом, а что такое рычаг, какова его конструкция и где
применяется, каковы условия равновесия рычага? Объявление темы, целей
урока.
Откройте тетради и запишите тему урока (слайд 2).
2.Ориентировочно - мотивационный этап.
На предыдущем уроке мы познакомились с простыми механизмами. Давайте
вспомним (слайд 3)
 -Какие устройства относятся к простым механизмам?
 -Для чего предназначены простые механизмы?
 -Как понимать выражение «выигрыш» в силе? (слайд 4)
А сейчас отгадайте загадки: (слайд 5)
 Два кольца, два конца, а посредине гвоздик (ножницы).
 Две сестры качались – правды добивались, а когда добились, то остановились
(весы).
 Кланяется, кланяется – придет домой – растянется (топор).
 Зубасты, а не кусаются (грабли).
 Два братца пошли в воду купаться, два купаются, а один на берегу валяется
(ведра и коромысла).
Посмотрите ещё раз внимательно на отгадки и назовите их одним словом - рычаг.
2
3.Освоение новых знаний и способов деятельности
Учитель: Одним из наиболее распространенных простых механизмов является рычаг.
Именно он позволяет малой силой уравновесить большую. Рычаги присутствуют во
многих устройствах.
Сила человека ограничена. Поэтому с незапамятных времён для совершения
механической работы он использует различные приспособления, которые позволяют
преобразовать его силу в силу, существенно большую.
Эти приспособления мы называем – простыми механизмами.
Сегодня рассмотрим самый простой и распространённый механизм – рычаг. У
меня на столе множество простых механизмов, я их разделила на две группы. В
одной группе все механизмы можно назвать рычагами. Что общего у них у всех,
попробуйте найти общий признак?
После разных ответов, предлагаю сравнить свой вывод с определением в
учебнике и записать определение в тетрадь (слайд 6).Работа с учебником §23.
Рычагом является любое твёрдое тело, которое может поворачиваться
относительно неподвижной оси или опоры.
Учитель: - Представьте, что у вас во дворе лежит большой камень и его нужно
куда то переместить. Чем можно воспользоваться?
- Где мы в жизни встречаемся с рычагами? Приведите примеры простейших
механизмов, которые выполняют функцию рычага.
(Слайд 7)
- На картинке изображены два рычага – чем они отличаются друг от друга?
В зависимости от того, где располагается точка опоры, рычаги делятся на:
- рычаг 1-го рода – точка опоры располагается между линиями действия
приложенных сил
3
- рычаг 2-го рода – точка опоры располагается по одну сторону от линий
действия приложенных сил (слайд 8).
Учитель:
Подробнее
рассмотрим
принцип
действия рычага 1-го рода.
Человеку нужно преодолеть вес груза Р –
силу,
направленную
поворачивает
для
вертикально
этого
рычаг
вниз.
вокруг
Он
оси,
проходящей через его единственную неподвижную
точку – точку его опоры О. Сила F, с которой человек действует на рычаг, меньше
силы Р, таким образом, человек получает выигрыш в силе.
При помощи рычага можно поднять такой тяжёлый
груз, который без рычага поднять нельзя.
Учитель:
Для
изображения
рычага
принято
использовать схему. На схеме необходимо указывать силы,
приложенные к рычагу, точку опоры вокруг которой рычаг
вращается и расстояние от точки опоры до линии действия
силы. На нем остановимся подробнее.
Работа с учебником.
Определение
Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой
действует на рычаг сила, называют плечом силы.
Обозначают плечо буквой l и вычисляют в метрах.
Акцентируем внимание на определении плеча силы.
Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на
линию действия силы. Длина этого перпендикуляра и будет плечом силы.
(Слайд 9)
4
Проиллюстрируем это определение примером.
На рисунке рычагом является педаль.
- Где ось вращения?
Ось ее вращения проходит через точку О. К
педали приложены две силы: F1 - сила, с которой нога
давит на педаль и F2 - сила упругости натянутого троса,
прикрепленного к педали.
- Назовите плечи сил, как их найти?
Проведя через вектор F1 линию действия силы (изображена голубым цветом),
и, опустив на нее перпендикуляр из т. О, мы получим отрезок ОА - плечо силы F1.
С силой F2 дело обстоит еще проще: линию ее действия можно не проводить,
так как вектор этой силы расположен более удачно. Опустив из точки О
перпендикуляр на линию действия силы F2, получим отрезок ОВ - плечо этой силы.
(слайд 10)
Учитель: - Силы, приложенные к рычагу стремятся повернуть его, каждая в
свою сторону. Если не одной из сил этого сделать не удается, то рычаг будет
находиться в равновесии.
Условие, при котором рычаг находится в равновесии выведем с помощью
модели.
Демонстрационный эксперимент.
Для этого к рычагу по обе стороны будем привешивать различные грузы так,
чтобы рычаг каждый раз оставался в равновесии. Большой грузик будем считать в два
раза тяжелее маленького. Подвесим большой грузик на расстоянии двух единичных
отрезков от точки опоры. Куда нужно повесить маленький груз, чтобы рычаг
находился в равновесии? (сделать 3-4 опыта).
(слайд 11)
Записать в тетрадь определение условия равновесия рычага.
5
На основании этих опытов приходим к выводу: Рычаг находится в равновесии
тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.
Запишем это соотношение на доске и в тетрадь. Это правило можно
записать в виде формулы.
F1 l2

F 2 l1
Из математики вам известно основное свойство пропорции. Применим его для
нашего соотношения, получим следующее
F1l1  F2l2
Для этого произведения существует название
(слайд 12)
Произведение модуля силы, вращающей тело, на её плечо называется
моментом силы.
М Fl
Специальных единиц измерения нет, поэтому ...какие?
Тогда правило равновесия рычага можно записать в виде правила моментов
(момент силы измеряется в Н*м)
М1  М 2
(слайд 13)
Правило равновесия рычага было установлено Архимедом. Представьте себя
на берегу моря. Давайте заглянем сквозь 1000 лет, в тот город у моря, где жил
6
Архимед (музыкальное сопровождение – шум моря), на остров Сицилия в город
Сиракузы
Сиракузы.
Рассказ об Архимеде.
Архимед родился ещё в 3 веке до н.э. в Греции на острове Сицилия. Архимед –
великий учёный – математик и физик. Первые его труды были посвящены механике.
Закон равновесия рычага, закон выталкивающей силы, учение о центре тяжести тел важнейшие достижения Архимеда в области физики. Архимед был одним из
крупнейших инженеров своего времени. Он изобрёл машину для поливки полей,
водоподъёмный винт, успешно разрабатывал военные машины, успешно
действовавшие во времена осады его родного города Сиракузы.
Архимед
–
вершина
научной
мысли
древнего
мира.
Архимед
Великий математик ,
механик
и
инженер
древности
Архимед
родился в 287 г. до н. э.
(предположительно) в
Сиракузах
–
богатом
торговом
городе
Сицилии. Отцом его был
астроном
Фидий,
который привил сыну с
детства
любовь
к
математике, механике и
астрономии.
7
Физкультминутка
4. Первичная проверка понимания изученного
Практическая работа (выполнятся в парах).
(на готовых бланках)
Необходимо экспериментально подтвердить выполнение условия равновесия
рычага. У вас на столах есть все необходимое для этого оборудование.
Ход работы.
1. Вращением гаек на концах рычага приведите его в положение равновесия.
2. Подвесьте два груза к левому плечу рычага на расстоянии l1 = 18 см от оси
вращения.
3. Расположите на правом плече рычага три груза так, чтобы рычаг находился
в положении равновесия. Измерьте плечо l2.
4. Считая вес грузика равным 1 Н, заполните таблицу:
l1, м
F1, Н
F2, Н
l2, м
M1, Н*м
M2, Н*м
Сделайте вывод:
если рычаг находится в положении равновесия, то момент силы, вращающей
его по часовой стрелке равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки.
(слайд 15)
Применение рычага
Рычаги начали применяться людьми в глубокой древности.
 С помощью рычагов удавалось поднимать тяжелые каменные плиты при
постройке пирамид в Древнем Египте. Ведь для возведения пирамиды Хеопса,
имеющей высоту 147 метров, было использовано более двух миллионов
8
каменных
глыб,
самая
меньшая
из
которых
имела
массу
2,5
т.
Пирамида Хеопса
Высота 147метров
Длина стороны
основания
232метра
Для её сооружения
потребовалось
2млн.
300тыс.каменных
блоков.
Средний вес
каждого
2,5тонны
 На Руси для постройки домов и возведения храмов так же использовали простые
механизмы, такие как топоры, пилы, сверла, долота.
(слайд 17)
 Наша земля богата богатырями и мы узнаем о них из былин, сказаний.
Посмотрите на картину В.М.Васнецова «Богатыри» .

Ученик : рассказывает о героях картины и русском оружии: это колющее
оружие - сулица, джид тройной, копья, рогатина, искепище.
(слайды 18-21)
9
 Ударное
оружие:
кистень,
булава,
шестопёр.
Шестопёр, булава
 Мечи и сабли, рубящее оружие, а так же лук.
 Только ли для военных целей использовали простые механизмы?
 «Колющие орудия»
многих животных - когти, рога, зубы по форме
напоминают клин. У некоторых растений – колючки, шипы.
 Деревообрабатывающие инструменты представляли клин – это струг, тесла,
скобели, лопата, мотыга.
 Землю обрабатывали сохой, бороной -суковаткой. Убирали урожай с помощью
граблей, кос, серпов.
 в растениях рычажные элементы встречаются реже, что объясняется малой
подвижностью растительного организма. Типичный рычаг – ствол дерева и
корни. Глубоко уходящий в землю корень сосны или дуба оказывают огромное
сопротивление, поэтому сосны и дубы почти никогда не выворачиваются с
корнем. Наоборот, ели, имеющие часто поверхностную корневую систему,
опрокидываются очень легко.
 в скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу
движения, являются рычагами, например, у человека – кости конечностей,
нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев (слайд 22).
 Рассмотрим условия равновесия рычага на примере черепа, Здесь ось вращения
рычага О проходит через сочленение черепа с первым позвонком. Спереди от
точки опоры на коротком плече действует сила тяжести головы R, позади —
сила F тяги мышц и связок, прикрепленных к затылочной кости.
 Другим примером работы рычага является действие стопы при подъеме на полу
пальцы.
10
Рычажные элементы человека

(слайд 23)
 Интересные рычажные механизмы можно найти в некоторых цветках.
Рассмотрим строение лугового шалфея.
Опыление шалфея насекомым. Тычинка цветка — рычаг.
Вытянутая тычинка служит длинным плечом рычага А. На ее конце
расположена пыльца. Короткое плечо £ рычага как бы стережет вход в цветок.
Когда насекомое (шмель, пчела) заползает в цветок, оно нажимает на короткое
плечо рычага. Длинное плечо при этом ударяет пыльником по спинке
насекомого и оставляет на ней пыльцу. Перелетая на другой цветок, насекомое
этой
пыльцой
опыляет
его.
Рычажные механизмы
цветка
(слайд 24)
5.Коррекционный этап
11
Задача этапа: выявить качество усвоения материала, скорректировать знания
учащихся.
Ожидаемый результат: анализ усвоения знаний по новой теме.
 Если на доске, перекинутой через бревно, качаются двое ребят различного веса,
то следует ли им садиться на одинаковом расстоянии от опоры?
 Как легче резать ножницами картон: помещая его ближе к концам ножниц или
располагая ближе к их середине?
 В школьной мастерской мальчик, сильно зажав в тиски обрабатываемую деталь,
берётся не за середину, а за конец ручки тисков. Почему?
 Почему для резки бумаги применяются ножницы с короткими ручками и
длинными лезвиями, а для резки металла – с длинными ручками и короткими
лезвиями?
 Попробуйте открыть дверь нажимая на неё близко от оси вращения. Затем
попробуйте открыть дверь, нажимая на неё около ручки, т.е. далеко от оси
вращения. В этом случае вам достаточно слегка нажать на дверь. Почему?
(Как выясняется, на дверь действовали разные по величине силы. Плечи этих сил тоже
различны. Если бы мы провели измерение силы, то убедились бы в том, что во
сколько раз меньше плечо, во столько же раз больше сила, которая требуется, чтобы
открыть дверь).
Правило моментов
Выполняется ли здесь правило моментов?
l
(слады 25-31)
O
l
F2
F1
12
Задача 2
Кот весом в 20Н сидит справа на конце
качелей, расстояние между котом и центром
опоры равно 3 метра.
Чему равен момент силы, действующей на
качели?
_____________________________________
__________
l = 3м
O
F1 = 20H
Решение:
В этом случае кот вызывает момент по
часовой стрелке.
M=Fl
M = 20  3 = 60 Н м
Задача 3
Утка стоит в одном конце качелей, на
расстоянии 5м от центра опоры. Найдите
момент силы, если вес утки равен 10Н.
______________________________________
l = 5м
F = 10Н
Решение:
Вес утки вызывает момент против часовой стрелки.
M=Fl
M = 10  5 = 50 Н  м
Вопрос
Сравните действующие силы.
Плечо какой силы больше и почему?
_
F1
_
F2
13
Вернемся к эпиграфу и сделаем вывод (слайд 32).
Архимеду, который первым установил условия равновесия рычага, приписывают
фразу: "Дайте мне точку опоры, и я подниму Зе млю." Архимед знал, что нет такого
груза, который нельзя было бы понять самой слабой силой, используя рычаг. Главное нужно приложить слабую силу к очень длинному плечу рычага, а короткое заставить
действовать на груз. Но Архимед не знал насколько велика масса Земли. Расчеты
показывают - рычаг, которым человек может поднять Землю такой огромный, что если
человек со скоростью света (а это максимально возможная скорость 30 000 км в
секунду) будет перемещать усилием своей руки длинное плечо, то он поднял бы
Землю на 1 сантиметр, только после 10 миллионов лет работы!
Я Землю бы мог повернуть рычагом,
лишь дайте мне точку опоры.
Релаксация. (слайд 33)
.
Вопросы:
1. С каким простым механизмом мы познакомились на уроке?
2. Что представляет собой рычаг?
3. Для какой цели применяют рычаги?
4. Что называют плечом силы?
5. Какое действие оказывают на рычаг силы?
6. В чем состоит правило равновесия рычага?
Загадка напоследок: одной ручкой встречает, а другой провожает.
Итак, давайте подведем итог.
Мы сегодня с вами познакомились:
14
 с рычагом ;
 рассмотрели устройство и принцип действия рычага;
 выяснили условие равновесия рычага.
А так же, что немало важно:
 развивали умение анализировать, выдвигать гипотезы, наблюдать и
экспериментировать;
 развивали умение выражать результаты собственной мыслительной
деятельности, используя разные способы.
А для следующего урока:
я надеюсь, что разбудили интерес и желание хорошо подготовиться к выполнению
лабораторной работы, в которой главным объектом исследования снова будет – рычаг.
(слайд 34)
Домашнее задание
§23, с. 163-164 (Лаб. Раб.4 )
Творческое задание.
Найти пословицы о простых механизмах. Сообщение о применении рычагов в
технике.
Интересные сведения о простых механизмах. Заполнить таблицу. Применение
простых механизмов
В животном мире.
В растительном мире.
В быту.
В технике.
Индивидуальные задания:
Изготовить модель простого механизма.
6.Рефлексивно - оценочный этап.
Дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся.
Рефлексия. (слайд 35)
Учитель: Ребята, мне очень хотелось бы узнать ваше мнение об уроке.
 Я узнал(а) много нового.
 Мне это пригодится в жизни.
 На уроке было над чем подумать.
 На все возникшие у меня в ходе урока вопросы, я получил(а) ответы.
(слайд 36)
15
Учитель:
Решать загадки можно вечно.
Вселенная ведь бесконечна.
Спасибо всем нам за урок,
А главное, чтоб был он впрок!
Учитель:
Мне очень понравилось с вами работать.
На этом урок закончен. Всем спасибо!
31. 01.2014
Красулина Н.Г.
16