Тип уроку: урок формування нових знань із дослідницькими елементами та розв’язуванням задач.
Основна ідея уроку
Нерухомий блок змінює напрямок прикладеної сили, але в ідеальному випадку не дає виграшу в силі. Рухомий блок дає виграш у силі приблизно у два рази, проте для піднімання вантажу потрібно витягнути мотузку на більшу відстань. Використання блоків допомагає зрозуміти загальну закономірність дії простих механізмів: виграш у силі супроводжується програшем у відстані.
Результати навчання у фокусі уроку
| Група | Результат, який формуємо |
|---|---|
| ГР1. Пізнання світу природи засобами наукового дослідження | Досліджує дію нерухомого та рухомого блоків; висуває припущення про те, як змінюється сила, потрібна для піднімання вантажу; порівнює результати вимірювань. |
| ГР2. Опрацювання, систематизація та представлення інформації природничого змісту | Розпізнає рухомий і нерухомий блоки на рисунках та в установках; записує результати дослідження в таблицю; використовує схеми й формули для представлення результатів. |
| ГР3. Усвідомлення закономірностей природи | Пояснює відмінність між рухомим і нерухомим блоками; характеризує зміну напрямку сили та виграш у силі; пояснює зв’язок між силою і відстанню переміщення мотузки. |
| ГР4. Розвиток наукового мислення та розв’язання проблем природничого змісту | Застосовує знання про блоки для пояснення роботи підйомних пристроїв; розв’язує задачі на визначення сили, необхідної для піднімання вантажу за допомогою блока. |
Примітка: формулювання назв груп наведено в робочому варіанті. Для документа, призначеного для офіційного оцінювання, їх варто звірити з формулюваннями в модельній навчальній програмі, за якою працює вчитель.
Обладнання
Нерухомий і рухомий блоки, штатив або інша надійна опора, мотузка, набір вантажів, динамометр, лінійка або вимірювальна стрічка, рисунки підйомного крана, прапорного фала, колодязя чи поліспаста.
Хід уроку
1. Організаційний момент. Актуалізація правил безпеки (2 хв)
Учитель перевіряє готовність учнів до роботи. Нагадує правила безпечного поводження з вантажами, мотузками та обладнанням: не використовувати пошкоджені мотузки, надійно закріплювати блоки, не розташовувати руки під підвішеним вантажем і не перевищувати допустиме навантаження.
2. Мотивація навчальної діяльності (4 хв)
Учитель пропонує ситуацію:
Будівельникам потрібно підняти відро з будівельними матеріалами на висоту другого поверху. Можна тягнути мотузку безпосередньо вгору, а можна пропустити її через блок.
Запитання до учнів:
Чи стане легше піднімати вантаж, якщо використати блок?
Чи обов’язково блок зменшує силу, яку потрібно прикладати?
Чи однаково працюють блок, закріплений на опорі, і блок, що рухається разом із вантажем?
Учні висловлюють припущення. Учитель поки не повідомляє правильних відповідей, а пропонує перевірити їх експериментально.
3. Актуалізація опорних знань (4 хв)
Учитель організовує коротку бесіду.
Запитання:
Що називають простими механізмами?
Який виграш можна отримати за допомогою важеля?
Від чого залежить момент сили?
Чи створює простий механізм додаткову енергію?
Очікувані відповіді: прості механізми допомагають змінювати величину або напрямок сили; умова рівноваги важеля пов’язана з рівністю моментів сил; механізм не створює енергії, а дає змогу змінити умови виконання роботи.
Перехід до нової теми: «Сьогодні з’ясуємо, як блок змінює дію сили і чим відрізняються два його основні види».
4. Вивчення нового матеріалу: нерухомий блок (6 хв)
Учитель демонструє блок, закріплений на опорі, через який перекинуто мотузку з вантажем.
Пояснення.
Нерухомий блок — це блок, вісь якого залишається нерухомою відносно опори під час роботи механізму.
Учитель звертає увагу учнів на те, що під час піднімання вантажу можна тягнути мотузку вниз, а вантаж рухатиметься вгору.
Запитання:
Що змінює нерухомий блок?
Чи рухається його вісь?
Чи обов’язково сила, яку прикладають до мотузки, стає меншою за вагу вантажу?
Висновок: в ідеальному нерухомому блоці сила тяги дорівнює силі, з якою вантаж натягує мотузку. Блок змінює напрямок сили, але не дає виграшу в її величині.
У реальному механізмі сила тяги може бути більшою через тертя.
5. Дослідження дії нерухомого блока (5 хв)
Учитель пропонує учням перевірити, яку силу потрібно прикладати для піднімання вантажу.
Послідовність дослідження:
Визначити вагу підвішеного вантажу за показами динамометра.
Пропустити мотузку через нерухомий блок.
Рівномірно піднімати вантаж, тягнучи мотузку вниз.
Виміряти силу тяги динамометром.
Порівняти отримані значення.
Учні записують результати в таблицю.
| Величина | Результат |
|---|---|
| Вага вантажу (P), Н | Вимірюють |
| Сила тяги (F), Н | Вимірюють |
| Чи відрізняються значення? | Порівнюють |
| Висновок | Формулюють |
Очікуваний висновок: за відсутності тертя сила тяги приблизно дорівнює вазі вантажу. Нерухомий блок зручний тим, що дає змогу змінити напрямок прикладеної сили.
Якщо обладнання недостатньо, дослідження можна провести фронтально, а результати спільно записати на дошці.
6. Рухомий блок. Порівняння з нерухомим блоком (7 хв)
Учитель демонструє рухомий блок: один кінець мотузки закріплено на опорі, мотузка огинає блок, до осі якого прикріплено вантаж.
Пояснення.
Рухомий блок — це блок, вісь якого переміщується разом із вантажем.
У спрощеній ідеальній моделі вантаж утримують дві ділянки мотузки з однаковим натягом. Тому вага вантажу розподіляється між ними:
[
2F=P,\qquad F=\frac{P}{2}.
]
Отже, рухомий блок дає виграш у силі приблизно у два рази. Це справедливо для ідеального блока, коли не враховують масу блока та тертя.
Запитання для осмислення:
Чому вантаж підтримують дві ділянки мотузки?
Якщо вага вантажу дорівнює 40 Н, якою має бути сила тяги в ідеальному випадку?
Чи означає це, що вантаж можна підняти на ту саму висоту, витягнувши мотузку на таку саму відстань?
Очікувана відповідь на друге запитання: (F=20) Н.
7. Дослідження рухомого блока. Виграш у силі та відстані (6 хв)
Учитель організовує демонстраційний дослід або роботу в малих групах.
Хід дослідження:
Підвісити вантаж до рухомого блока.
Виміряти вагу вантажу.
Рівномірно піднімати вантаж за допомогою мотузки та виміряти силу тяги.
Позначити початкове й кінцеве положення вантажу.
Порівняти відстань, на яку піднявся вантаж, із довжиною витягнутої мотузки.
Таблиця спостережень
| Параметр | Результат |
|---|---|
| Вага вантажу (P), Н | Вимірюють |
| Сила тяги (F), Н | Вимірюють |
| Висота піднімання вантажу (h), м | Вимірюють |
| Довжина витягнутої мотузки (s), м | Вимірюють |
| Співвідношення між (P) і (F) | Аналізують |
| Співвідношення між (h) і (s) | Аналізують |
Очікуваний висновок: у наближеній ідеальній моделі рухомий блок дає виграш у силі вдвічі, але для піднімання вантажу на висоту (h) потрібно витягнути приблизно (2h) мотузки.
Важливо наголосити: реальні вимірювання можуть відрізнятися від теоретичних через тертя, масу блока та похибки вимірювань.
8. Застосування знань. Розв’язування задач (5 хв)
Задача 1. Нерухомий блок
Вантаж має вагу 60 Н. Яку силу потрібно прикласти до мотузки для рівномірного піднімання вантажу за допомогою ідеального нерухомого блока?
Розв’язання: нерухомий блок не дає виграшу в силі, тому
[
F=P=60\ \text{Н}.
]
Задача 2. Рухомий блок
Вага вантажу становить 100 Н. Визначте силу тяги, необхідну для рівномірного піднімання вантажу за допомогою ідеального рухомого блока.
Розв’язання:
[
F=\frac{P}{2}=\frac{100}{2}=50\ \text{Н}.
]
Задача 3. На пояснення
Чому, використовуючи рухомий блок, людина витягує більше мотузки, ніж становить висота піднімання вантажу?
Очікувана відповідь: коли вантаж піднімається на певну висоту, обидві ділянки мотузки, що його підтримують, коротшають. Тому в ідеальній системі потрібно витягнути мотузку приблизно вдвічі довшу за висоту піднімання.
9. Узагальнення та рефлексія (3 хв)
Учитель пропонує завершити речення:
Нерухомий блок потрібний для того, щоб…
Рухомий блок дає виграш у…
Виграш у силі супроводжується…
Щоб вибрати потрібний блок, необхідно врахувати…
Підсумковий висновок уроку: нерухомий блок змінює напрямок сили, а рухомий блок дає виграш у силі. Проте жоден із них не створює додаткової енергії: виграш у силі супроводжується програшем у відстані.
10. Домашнє завдання
Опрацювати відповідний параграф підручника.
Розв’язати задачу: вантаж вагою 80 Н рівномірно піднімають за допомогою ідеального рухомого блока. Визначити силу тяги.
Навести два приклади використання блоків у техніці або побуті. Для кожного визначити, чи змінюється напрямок сили та чи отримують виграш у силі.
Немає коментарів:
Дописати коментар