Урок № 62 Прості механізми. Коефіцієнт корисної дії механізмів

Тема уроку: Прості механізми. Коефіцієнт корисної дії механізмів

Мета уроку: встановити співвідношення між корисною роботою та повною роботою під час використання простих механізмів; встановити фізичний зміст коефіцієнта корисної дії; з‘ясувати, чому ККД завжди менший від 100 %; виховувати пізнавальний інтерес до уроків фізики; розвивати творчі здібності учнів; розвивати логічне мислення, вміння робити висновки, використовувати одержані знання на практиці.

Базові фізичні поняття: прості механізми, блок, важіль, похила площина, клин, гвинт, ККД меха­нізму, корисна робота, загальна механічна робота, «золоте правило механіки».

Демонстрації: 1. Рівність робіт при використанні важеля або блоків. Підйом вантажу по похилій площині

Обладнання: дошка, важок, динамометр

Тип уроку: комбінований урок.

Хід уроку :

      I.      Організаційний момент

Привітання, перевірка присутніх, перевірка домашнього завдання

   II.      Актуалізація опорних знань

Умови гри:

1. Перший учасник відгадує перше слово і, за­писавши його в сітці кросворда, передає картку другому учаснику своєї команди, другий відгадує друге слово і т.д.

2. Починаючи з сьомого слова, учасники повто­рюють свої дії в тому самому порядку.

3. Якщо учасник не може виконати своє завдан­ня, він передає картку наступному учаснику.

4.  Розв'язування кросворда обмежується часом 7 хв.

5. За кожне правильно відгадане слово команда отримає 1 бал.

6. За повністю розв'язаний кросворд команда отримує додаткових 3 бали.

1. Академія наук, яка за постановою якої 1785 р. припиняла розгляд усіх заяв і пропозицій щодо «вічного» двигуна. (Паризька.)

2.   Фізична величина, яка дорівнює добутку сили, що діє на тіло, на шлях, пройдений цим тілом у напрямі дії сили. (Робота.)

3. Назва основної одиниці потужності. (Ват.)

4. Енергія, яку мають тіла внаслідок свого руху. (Кінетична.)

5.  Енергія, що залишається сталою для ізольо­ваного тіла. (Механічна.)

6.  Енергія, яку мають тіла внаслідок взаємодії між собою або частин одного і того самого тіла. (Потенціальна.)

7.  Фізична величина, що характеризує швид­кість виконання роботи. (Потужність.)

8.  Назва одиниці потужності, що в 1000 разів більша від основної. (Кіловат.)

9. Основна одиниця роботи. (Джоуль.)

10. Одиниця сили в СІ. (Ньютон.)

11.  Фізична величина, що характеризує здат­ність тіла виконувати роботу, є її мірою. (Енергія.)

12. Назва  величини, що входить у зна­менник правої частини виразу . (Час.)

Почитайте по вертикалі назву одного з видів енергії.

III.      Мотивація навчальної діяльності

Давно пройшов той час, коли будь-яку роботу людина мала виконувати безпосередньо своїми руками. Зараз піднімати вантажі, переміщати їх по землі, воді й у повітрі, виконувати будівельні роботи й багато чого іншого людині допомагають механізми. На зорі розвитку цивілізації людина для своєї діяльності використовувала прості механізми — важіль, блок, похилу площину, клин, комір.

З їх допомогою були створені унікальні спорудження, деякі з яких збереглися до наших днів.

І сьогодні прості механізми мають широке застосування як самі по собі, так і як частини складних механізмів.

IV.      Вивчення нового матеріалу

При використанні простих механізмів можна одержати виграш у силі, але він неодмінно супроводжується програшем у переміщенні. Можна й, навпаки, одержати виграш у переміщенні, але тоді ми неодмінно програємо в силі.

Архімед установив на досліді, що

·        при використанні простих механізмів ми або виграємо в силі в стільки разів, у скільки разів програємо в переміщенні, або виграємо в переміщенні в стільки разів, у скільки разів програємо в силі.

Це твердження назвали «золотим правилом» механіки. Найбільш чітко його сформулював Галілей, уточнивши, що воно справедливо, коли тертям можна знехтувати.

Довгий час «золоте правило» механіки розглядалося як «самостійний» закон природи. І тільки після відкриття закону збереження енергії з’ясувалося, що «золоте правило» механіки є одним із проявів закону збереження енергії:

·        при використанні будь-якого простого механізму не можна одержати виграш у роботі.

Із закону збереження енергії випливає й набагато більш загальне твердження, що стосується будь-яких механізмів,— не тільки простих, але і як завгодно складних: неможливе існування так званого «вічного двигуна», призначенням якого було б вічно виконувати роботу без витрати енергії.

Коефіцієнт корисної дії

Практично в будь-якому механізмі, у кожній машині діє сила тертя, на подолання якої витрачається частина енергії, що передається механізму. Ця частина енергії перетворюється у внутрішню, тобто вона йде на нагрівання тіла. Отже, механізм передає лише частину енергії, отриманої ним від іншого тіла, тому тілу, яке він пересуває.

Робота, що виконується над механізмом для приведення його в рух, називається виконаною або повною роботою.

Нехай тіло піднімають по похилій площині, прикладаючи силу F, спрямовану уздовж площини. Робота цієї сили є витраченою (або повною).

Робота, що виконується механізмом над переміщуваним тілом, називається корисною роботою.

При рівномірному підйомі тіла по похилій площині сила F, спрямована уздовж площини, переміщаючи брусок на відстань l, виконує роботу .

При підйомі тіла масою m на висоту h виконується корисна робота .

Для визначення ефективності механізму треба знати, яку частину витраченої роботи становить корисна робота. Із цією метою вводять коефіцієнт корисної дії (ККД).

·        Коефіцієнтом корисної дії називають відношення корисної роботи A_к до витраченої A_вит:

.

Коефіцієнт корисної дії часто виражають у відсотках, наприклад, η = 0,7 можна записати також у вигляді η = 70 %.

У більшості випадків корисна й витрачена роботи виконуються протягом однакового часу. Тому ККД можна обчислювати через повну й корисну потужності.

Із «золотого правила» механіки випливає, що корисна робота дорівнює витраченій. Але це виконується тільки за ідеальних умов: важелі й блоки невагомі й у них, а також на похилій площині немає тертя. У разі невиконання цих умов корисна робота завжди буде менше, ніж витрачена (повна). Тому ККД завжди менше 100 %.

Усяку машину прагнуть зробити такою, щоб її ККД наближався до одиниці. Для цього зменшують, наскільки можливо, силу тертя й інші втрати в машині

   V.      Узагальнення знань

Розв‘язування задач

1.     Щоб підняти вантаж масою 75 кг за допомогою важеля з відношенням плечей 2 : 5, до довшого плеча прикладають силу 400 Н. Визначити ККД важеля.

2.     Обчислити роботу, виконану під час підіймання вантажу масою 30 кг на висоту 12 м за допомогою нерухомого блока з ККД = 90%.

3.     За допомогою рухомого блока підіймають вантаж масою 80 кг на висоту 5 м силою 450 Н. Визначити ККД блока.

4.     Підіймаючи вантаж похилою площиною на висоту 4,5 м виконали роботу 15 кДж. Яка маса вантажу, якщо ККД похилої площини 60 %?

VI.      Підсумки уроку

VII.      Домашнє завдання

Розв'язати задачі :

1) За допомогою невагомого важеля під­німають вантаж масою 150 кг. На яку висоту було піднято вантаж, якщо на довге плече важеля діяла вертикальна сила 450 Н, а точка її прикладання перемістилася на 80 см? Тертя відсутнє.

2) За допомогою підйомника, до складу якого вхо­дить рухомий блок масою 5 кг, піднімають вантаж масою 95 кг. Обчисліть ККД підйомника. Тертям можна знехтувати.

  Завантажити конспект Урок № 62 Прості механізми. Коефіцієнт корисної дії механізмів