"ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ. РЫЧАГ"

Урок с элементами игры

Цель. Сформировать понятие о рычаг как простой механизм; выяснить правило равновесия сил на рычаге и раскрыть роль простых механизмов в жизни человека; учить детей самостоятельно работать с текстом учебника; формировать практические умения и навыки в пользовании приборами.

Тип урока. Комбинированный урок.

Оборудование. Линейка-рычаг, ножницы, кусачки, плоскогубцы, грузики, штатив, блок, наклонная плоскость, диапроектор, графопроектор, диафильм «Простые механизмы», переносные доски, горіходавки, орехи, бутылки от кефира, спички, вареное яйцо.

Методические советы. Урок проводится с использованием элементов игры «Счастливый случай». В течение урока оценки должны получить все ученики. Каждый вид работы должен быть оцененным. Учащимся сообщается план урока:

а) повторение основных физических величин, размерностей, формул;

б) решение количественных и качественных задач на повторение;

в) физический диктант (заполнение пропусков в тексте);

г) изучение нового учебного материала.

Ход урока

И. Проверка ранее усвоенных знаний

1. Повторение основных физических величин, размерностей, формул проводится в виде конкурса «Дальше, дальше...» из игры «Счастливый случай». Учащимся по очереди зачитываются вопросы такого типа:

1). Как называется длина траектории? (Путь)

2). Какой буквой обозначается путь? (s )

3). Какова основная единица измерения пути? (м)

4). Какая формула для определения пути при равномерном движении? (s = vt ).

(Такие вопросы задаются по каждой определенной физической величине: путь, скорость, плотность, сила, давление. Ученик, который дал первым правильный ответ, получает фишку. Оценивание проводится по количеству набранных фишек.)

2. Решение количественных и качественных задач методом соревнования между двумя командами.

Класс делят на две команды, выбирают капитанов. Одной команде дается количественная задача. Капитан решает задачу у доски, а члены команды в тетрадях. После того, как капитан решил задачу, он объясняет ее всей команде.

Со второй командой работает учитель. За время, пока первая команда решит количественную задачу, вторая команда должна решить наибольшее количество качественных задач. А потом наоборот. Например:

1). Может ли тело в одной жидкости тонуть, а в другой нет?

2). В сосуд с ртутью поместили железную гайку. Или утонет она?

3). Почему молоко опускается на дно стакана, когда его подливают в чай?

Оценивается та команда, которая решила больше задач за определенный промежуток времени. Если ученик ответил неправильно, ответ команде не засчитывается.

3. Физический диктант «Заполни пропущенный срок».

На экране через графопроектор освещается текст диктанта с пропущенными словами. Ученики за партами (один на переносной доске) заполняют его. Для оценки меняются тетрадями и, сверяясь с доской, оценивают соседа.

Физический диктант

1. Archimedean сила равна_________ жидкости в объеме тела.

2. Давление жидкости зависит от плотности жидкости и ____________ столбика жидкости.

3. Тело находится внутри жидкости, если FA равна_____ .

4. В условиях невесомости Архимеду силы_______ .

5. Тело плавает на поверхности жидкости, если FT _____ FA .

6. Тело тонет в жидкости, если FT _____ Fa .

Выставление оценок проходит методом самопроверки и взаємоперевірки и проверки учителем.

Учитель подводит итог.

II. Восприятие и осознание учащимися нового учебного материала

Объяснение нового учебного материала начинается с постановки проблемного вопроса перед учащимися с помощью фронтального эксперимента.

На каждой парте находится горіходавка и орех. Ставится вопрос к классу: «Почему горіходавкою можно раздавить орех, прикладывая малое усилие, а рукой нет?»

Дети пытаются ответить на вопрос.

Сообщается тема урока.

С давних времен человек для того, чтобы облегчить свою работу, изобретала и использовала всевозможные устройства. Если мы зайдем на современную кухню, то увидим разные «машины» - мясорубку, тестомешалку, нож для открывания консервных банок, чеснокодавку, кухонный комбайн. Если мы посетим любой завод или фабрику, то увидим ряд машин разных размеров, начиная от гигантских прессов до маленьких сложных автоматов.

Изучая строение всех этих машин, мы увидим, что многие из них состоят из простых механизмов: рычагов, наклонных плоскостей, коловоротів, клиньев, винтов и блоков.

Что же такое простые механизмы? Это устройства для преобразования силы. Входная сила мала, а выходное - большое.

К простым механизмам относятся рычаг и его разновидности: блок и коловорот; наклонная плоскость и ее разновидности: клин и винт.

(Демонстрация простых механизмов.)

Еще в Древнем Египте для строительства пирамид использовали рычаг. Строители хорошо знали, что при помощи рычага можно маленькой силой двигать и поднимать большие глыбы.

(Демонстрация кадра №4 диафильма «Простые механизмы».)

Итак, рычаг использовали, чтобы получить выигрыш в силе.

Сегодня мы подробнее рассмотрим один из простых механизмов - рычаг.

Что же такое рычаг? Это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси. Единственная точка, которая не возвращается, называется точкой опоры рычага.

Рассмотрим рычаг - линейку. (Демонстрация.)

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы. Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы. Длина этого перпендикуляра и будет плечом данной силы. Силы могут поворачивать рычаг по часовой стрелке и против. (Демонстрационный опыт.)

Но рычаг может находиться в равновесии.

Давайте с помощью фронтального эксперимента установим, когда рычаг находится в равновесии, то есть выведем правило равновесия сил на рычаге.

Но сначала вспомним, от чего зависит действие силы? (Точки приложения, направления и абсолютной величины.)

Пример - дверные ручки. Подействуем с силой 2 Н на правое плечо рычага. Рычаг начнет поворачиваться по часовой стрелке. Зрівноважимо рычаг при помощи действия силы на левое плечо. Измерим плечо силы (F 1 ) - l 1 и плечо силы (F 2 ) - l 2. Найдем F 2/F 1 i l 2/l 1. Сравним эти отношения. Какие они? (Примерно одинаковые.)

Вывод делают ученики. Рычаг находится в равновесии, когда F 2 / F 1 = l 2 / l 1 . Это правило впервые вывел Архимед. С биографией этого ученого вы уже познакомились, когда изучали силу Архимеда. (Демонстрация кадра № 9 из диафильма «Простые механизмы»). Из этого правила следует, что меньшей силой с помощью рычага можно уравновесить большую силу.

Правило равновесия мы можем сформулировать иначе, воспользовавшись основным свойством пропорции.

Рычаг будет в равновесии под действием двух сил, если момент силы, который поворачивает рычаг за движением стрелки часов, равен моменту силы, возвращает против. Момент силы - одна из основных физических величин. Он характеризует действие силы и показывает, что она зависит и от модуля силы, и от ее плеча. (Пример с дверной ручкой.)

Правило рычага или моментов сил лежит в основе действия различных инструментов и устройств, применяемых в технике и быту там, где требуется выигрыш в силе или выигрыш в пути.

Выигрыш в силе имеем, работая с ножницами. Ножницы - это рычаг, ось вращения проходит через винт, соединяющий две половинки ножниц. (Демонстрация ножницы, часникодавки, плоскогубцев, клещей.)

Движущая сила (входная) - мышечная сила рук, противодействующая (исходная) - сила сопротивления того материала, который режут.

Разные рычаги есть во многих машинах. (Демонстрация кадров № 13 - 17 диафильма «Простые механизмы».)

Рычагами являются также различные части тела человека и животных. Организм человека содержит более 200 рычагов. Они построены таким образом, чтобы выполнять большие перемещения в обмен на большую входную силу.

Какой еще прибор мы не назвали, где использовалась бы равновесие рычага? (Весы.)

IV. Осмысление знаний, их обобщение и систематизация Работа с опорным конспектом:

1. Простой механизм применяется в Египте при сооружении пирамид?

2. Какие есть простые механизмы?

3. Что такое рычаг?

4. В чем состоит правило равновесия рычага?

5. Какая формула момента силы?

6. Где используются рычаги?

7. Выиграем ли мы в силе пользуясь:

Ножницами,

Лопатой,

Велосипедом?

V. Итог урока

Итак, мы выяснили, что такое простые механизмы, установили условие равновесия сил на рычаге. А сейчас попробуем ответить на вопрос, поставленный в начале урока.

Кто скажет, почему горіходавкою легче раздавить орех? (Выигрыш в силе.)

Приложения

Это интересно...

В России в 1654 г. мастера литейщики отлили знаменитый «Цардзвін» массой 8000 пудов (128 т), который на колокольню с помощью рычагов поднимали 9 месяцев.

В скелетах животных и человека все кости являются рычагами. Например, у человека кости конечностей, нижняя челюсть, череп (точка опоры-первый позвонок позвоночника), фаланги пальцев. У кошек рычагами являются подвижные когти, у многих рыб шипы спинного плавника. Много рычагов можно найти в теле насекомых, птиц, они есть и у растений. Типичный рычаг ствол дерева и его продолжение корень. Рычаги в живых организмах дают выигрыш в силе. Например, длинные ноги оленя дают ему возможность быстро бегать, короткие лапы крота рассчитаны на затрату больших сил при малой скорости, длинные челюсти охотничьих собак позволяют им быстро схватить добычу на бегу.

Механизмы – это специальные системы деталей, которые находятся в динамической работе и передают силы с одной стороны на другую, трансформируют энергию с одной в формы в другую или выполняют тому подобные действия. Любое техническое изобретение является работающим механизмом, оно потребляет какую-то внешнюю энергию, а именно электрическую, тепловую, механическую, световую и так далее, как-то перерабатывает ее или направляет в процесс работы механизма, который в свою очередь выполняет полезную для нас работу.

Механизмы бывают самые разные и заложены в любой работающей машине или другой технике. Это может быть система охлаждения у автомобиля, также под этим названием может быть система наливания кофе у кофеварки. Все, что двигается вокруг нас и имеет не живое происхождениями является механическим предметом в котором работают законы физики.

Физической основой механизмов является прикладная механика, у них даже одинаковые корни слов. И это не с проста, ведь в механизмах всегда есть какое-то движение деталей, они выполняют какие-то функции. И все эти движения может описать только механика, один из разделов физики. Благодаря развитию физики и тем знаниям, которые мы из нее получаем и могут быть созданы те механизмы, которые сейчас очень широко насытили нашу жизнь. И не просто насытили, сделали ее более легкой и комфортной, ведь теперь половина, та даже больше половины разных работ, которые требуют физических сил человека, выполняют разные механизированные машины. Одежду стирают, посуду моют, нас перевозят, нас охлаждают или нагревают, в общем создают для всевозможный комфорт, все это делают именно механизмы. Сейчас трудно представить нашу жизнь без все тех вещей, которые были созданы благодаря успешным применениям знаний механики и других разделов физики, которые были реализованы в механизмах разной сложности.

Большинство игр, которые собраны в этом разделе логические по своей основе, но включают работу с какими-то движущимися механизмами. Вам нужно будет заниматься ремонтом каких-то деталей, что-то передвигать из одного места в другое, чтобы вся система заработала, создавать все условия для нормального функционирования того или иного процесса. Поверьте, что думать здесь нужно будет очень много. Кроме логического мышления потребуется еще и хорошая координация рук, ведь иногда нужно будет что-то ловко разместить в нужном месте, а для этого нужны цепкие и точные руки. В любом случае эти аркады будут интересны как мальчикам, так и девочкам и все смогут зачерпнуть из них что-то полезное и познакомиться ближе со всякими физическими процессами, что здесь представлены.

Острова Физики. Механика

Присоединяемся к учителю физики и его ученикам в их увлекательном путешествии по Островам Физики.
На Острове «Механика» изучим простые механизмы, узнаем, что такое механическая работа и различные типы энергии, найдем источники энергии, а также поиграем для закрепления полученных знаний.",

Приложение "Острова Физики. Механика" содержит уникальный интерактивный контент. Изучать физику вместе с ним не только легко, но очень увлекательно и интересно!

Дружелюбные персонажи помогут тебе в этом. Учитель физики и его ученики продолжают свое увлекательное путешествие по стране знаний. На этот раз их цель – открыть законы механики. На каждого персонажа можно нажать, и он повторит основные выводы по изучаемому явлению. Ты узнаешь о работе, силе, энергии и механизмах – окружающий нас мир такой разнообразный и удивительный!

Составь маршрут для путешествия самостоятельно, используя карту. В конце учебных тем тебя ждут увлекательные игры. Изучение механики превратится в веселый и интересный процесс! Скачай игру "Острова Физики. Механика" прямо сейчас!

Приложение включает 4 учебно-игровых раздела, по которым ты можешь путешествовать:

Механизмы
Механическая работа
Энергия
Источники энергии

Особенности:
4 учебно-игровых раздела в одном приложении.
Веселые и доброжелательные персонажи, помогающие изучать материал.
На каждого персонажа можно нажать для получения дополнительной информации.
Вся информация представлена в виде красочных картинок, видео, моделей и динамичных анимации.
Включены увлекательные обучающие игры.
Раздел «Помощь» представлен в виде интерактивной сцены.

Учителям остаётся только выбирать, если они, конечно, готовы к этому выбору. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию 13 различных приложений и игр, которые могут пригодиться при изучении физики. Впрочем, они настолько интересны, что вполне подойдут не только ученикам и студентам, но и всем, кому интересно устройство нашего мира.

Snapshots of the Universe – удивительное приложение для iOS, не так давно выпущенное самим Стивеном Хокингом совместно с компанией Random House . Приложение состоит из восьми экспериментов, которые дают пользователям возможность не только получить базовые знания по физике, но и познакомиться с принципами, управляющими нашей Вселенной. В рамках предложенных экспериментов игроки могут отправлять ракеты в открытый космос, собирать собственные звёздные системы, искать и изучать чёрные дыры. Каждый эксперимент можно проводить бесчисленное количество раз, изменяя физические параметры и наблюдая за появляющимися эффектами. Чтобы лучше понять эксперименты, можно зайти в раздел объяснения результатов и посмотреть видео. Приложение доступно на iTunes . Cтоимость игры от великого физика составляет всего лишь $4,99.

Это игра с уникальным сочетанием особенностей аркады и головоломки, место действия которых – мир субатомных частиц. Взяв под контроль одного из кварков, вы должны вести переговоры с фундаментальными силами Вселенной. Другие частицы будут притягиваться и отталкиваться, соединяться и изменять полярность, задача несчастного кварка - не терять контроль и избегать разрушения. Через всю игру красной нитью проходит история Элисон – молодого физика с нелёгким прошлым. Её путешествие через субатомный мир протекает в воспоминаниях и в конечном счёте приводит к удивительным открытиям. На сайте представлена бесплатная демо-версия, за полную придётся заплатить от 5-ти до 50-ти долларов – в зависимости от особенностей вашей системы.

Игра от первого лица, разработанная лабораторией игр (MIT), даёт возможность игрокам познакомиться с восприятием пространства на околосветовых скоростях и понять теорию относительности. Задача игрока – перемещаться по 3D-пространству, собирать сферические объекты, которые замедляют скорость света на фиксированные значения, что даёт возможность наблюдать за различными визуальными эффектами эйнштейновской теории.

Чем медленнее движется излучение - тем яснее проступают некоторые физические эффекты. К 90-му собранному камню свет будет распространяться со скоростью пешехода, что заставит вас почувствовать себя героями сюрреалистического мира. Среди явлений, с которыми может познакомиться герой во время игры, эффект Допплера (изменение при движении игрока длина волны регистрируемого им света, что приводит к изменению окраски видимых предметов, которая смещается в ультрафиолет и инфракрасную область), абберация света (увеличение яркости света в направлении движения), релятивистское замедление времени (различия между субъективным ощущением времени игрока и протекании времени во внешнем мире), преобразование Лоренца (искажение пространства на околосветовых скоростях) и т.д.

Crayon Physics Deluxe - это 2D-пазл/игра «в песочнице», которая даёт возможность испытать игрокам, что было бы, если бы их рисунки могли превращаться в реальные физические объекты. Задача игрока – помогать шарику собирать звёздочки, рисуя подходящие для его движения поверхности – мосты, переправы, рычаги и т.д. Всё происходит в волшебном мире детского рисунка, где инструментами игрока являются восковые карандашики. Как минимум игра развивает художественное видение и творческие способности, как максимум – позволяет познакомиться с основами механики - гравитацией, ускорением и трением. Для теста на сайте представлена демо-версия , полную версию для PC, Mac и Linux можно приобрести за $19,95, приложения на Android и iOS обойдутся в $2,99.

Впрочем, для тех, кто только приступил к изучению движения тел и различных физических сил, будет также интересно ознакомиться с образовательной видеоигрой Physics Playground. Игра представляет собой площадку, на которой игроку нужно выполнять достаточно простые действия – с помощью зелёного шара сбивать красный воздушный шарик. Вот тут-то и начинается классическая механика: без правильного применения законов Ньютона игрокам вряд ли удастся сконструировать в интерактивной среде механизмы, которые помогут привести в движение шарик. Впрочем, можно пользоваться и интуицией – главное, что на протяжении 80-ти уровней интуитивные знания, позволяющие достигать цели, постепенно приводят к пониманию закономерностей, которые лежат в основе классической механики. Игра разработана компанией Empirical Game , которая занимается созданием развивающих образовательных игр. В открытом доступе её, к сожалению, нет, однако разработчики предлагают связаться с ними, если вас заинтересовал этот продукт. В полной версии можно отслеживать успехи игроков с помощью анализа журналов лог-файла.

«Наука, индустрия развлечений и игра слились в красивом уникальном творческом опыте Newton’s Playground. Манипулируйте Вселенной, создавайте невероятные сочетания планет и запускайте гравитацию», - говорят создатели приложения. Newton’s Playground – интерактивное приложение, которое базируется на моделях, отражающих гравитационную взаимосвязь различных тел. Имитируя гравитационные отношения планет, небольшое приложение Newton’s Playground даёт своим игрокам возможность понаблюдать за взаимодействием сфер, плавающих в открытом пространстве, или же самому поэкспериментировать с массой и плотностью различных тел и создать собственную Солнечную систему. Все расчёты основаны на исследованиях института астрономии Sverre Aarseth"s. Стоимость приложения в App Store – $1,99.

«Algodoo создает новую синергию между наукой и искусством», - гласит надпись на одной из страниц игры. Algodoo – это уникальная платформа 2D-моделирования физических экспериментов от Algoryx Simulation AB . С помощью мультяшных образов и интерактивных инструментов Algodoo позволяет создавать удивительные изобретения, разрабатывать игры для использования в классе или специальные эксперименты для лабораторных занятий по физике. В процессе своих естествоиспытаний и создания различных механизмов участники игры могут использовать жидкости, пружины, шарниры, двигатели, световые лучи, различные индикаторы, оптику и линзы. Моделируя различные конструкции и меняя параметры, игроки изучают трение, преломление, силу тяжести и т.д. Для новичков на сайте представлено подробное руководство , а также создан канал Youtube , на котором можно посмотреть десятки видео по теме. Для Windows и Mac доступны бесплатные версии игры, приложение для iPad стоит $4,99.

Autodesk ForceEffect – приложение для инженеров, которые занимаются различного рода проектированием. С помощью Autodesk ForceEffect можно делать инженерные расчёты прямо на мобильном устройстве. Это существенно облегчает работу по дизайну на стадии создания концепции, так как мгновенно определяет жизнеспособность конструкции. Впрочем, приложение будет интересно и тем, кто хотел бы узнать, как различные силы влияют на объекты. Таким энтузиастам вместо схемы дома для эксперимента можно взять обычный велосипед и на основе его фото провести ряд экспериментов, которые покажут, какую нагрузку он способен выдержать и что влияет на равновесие велосипеда. Особенно приятно, что приложение находится в открытом доступе и бесплатно доступно для Android , iOS .