Коэффициент полезного действия механизма 7 класс

На этом уроке узнаем, куда пропадает часть затраченной энергии при работе каких-либо механизмов, научимся решать задачи с использованием КПД и познакомимся с мерами по увеличению КПД разных механизмов.

Полезная и затраченная работа

На предыдущих занятиях при рассмотрении устройства и работы простейших механизмов мы не учитывали трение между деталями механизмов, вес механизмов – это идеализированные условия. На практике работа, совершаемая приложенной к телу силой, называется затраченной, она всегда больше работы, которая совершается по перемещению груза, поднятию груза или преодолению сопротивления, эта работа называется полезной (Рис. 1). Полезная работа меньше затраченной .

Рис. 1. Поднимая груз, мы поднимаем крепление, веревки, преодолеваем трение

Коэффициент полезного действия

Отношение полезной работы к затраченной работе, выраженной в процентах, называется коэффициентом полезного действия (КПД): .

КПД выражается в процентах, чтобы его рассчитать, необходимо знать работу полезную и работу затраченную. При этом золотое правило механики не нарушается, потому что часть работы необходимо затратить, например, на трение, и, если сложить эти расходы, получается затраченная работа.

Эксперимент

На наклонной плоскости перемещаем каретку с грузом, с помощью динамометра узнаем вес каретки с грузом, в нашем случае вес 3 Н (Рис. 2).

Рис. 2. Вес каретки с грузом

Далее будем стараться перемещать каретку по наклонной плоскости, заметим при этом показания динамометра, который покажет силу тяги, прикладываемую к каретке. При равномерном перемещении сила тяги равна 1,8 Н. Узнаем путь каретки, он составляет 0,38 м, высота на которую каретку подняли 0,18 м (Рис. 3).

Рис. 3. Поднятие каретки с грузом по наклонной плоскости

Рассчитываем полезную и затраченную работу. Мы подняли груз весом P на высоту h – это полезная работа: .

Сила тяги и путь пройденный кареткой – это затраченная работа: .

Определим КПД: .

Задача

Условие: с помощью неподвижного блока груз массой m = 100 кг, подняли на высоту h = 5 м. Необходимо посчитать затраченную работу , если КПД этой установки = 70% (Рис. 4).

Рис. 4. Работа силы тяжести при поднятии груза

Решение

В формулу расчета КПД запишем известные нам данные и преобразуем, разделив левую и правую часть на 100%.

Из этого выражения получим .

Чтобы рассчитать полезную работу, необходимо выяснить, что полезного совершалось в данной задаче. Груз массой 100 кг поднимали на высоту 5 м.

– ускорение свободного падения

Объединяем все полученные формулы вместе: .

Проверка единиц измерения: .

Ответ: приблизительное значение работы составляет 7143 Дж.

Заключение

Когда конструкторы создают различные механизмы, они стремятся увеличить КПД путём уменьшения трения между частями механизма (смазочные материалы, подбор материалов) или уменьшения веса механизма.

Список рекомендованной литературы

Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.
Перышкин А.В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
Перышкин А.В. Сборник задач по физике, 7–9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.

Рекомендованные ссылки ресурсы сети Интернет

Интернет-портал «» (Источник)

Домашнее задание

На коротком плече рычага подвешен груз массой 100 кг. Для его подъема к длинному плечу приложили силу 250 Н, груз подняли на высоту 0,08 м, при этом точка приложения движущей силы опустилась на высоту 0,4 м. Найти КПД рычага.
Ящик массой 54 кг с помощью подвижного блока подняли на некоторую высоту. К тросу блока была приложена сила, равная 360 Н. Определите коэффициент полезного действия подвижного блока.
По наклонному настилу длиной 3 м рабочий вкатил в кузов бочку массой 55 кг. Определите КПД погрузки, если рабочий прилагал силу 330 Н, а высота кузова машины 1,5 м.

Источник

Тип урока: урок комплексного применения знаний, умений учащихся по теме.

1.2 Формировать умение находить КПД различных механизмов;
1.3 Повторить основные формулы темы с помощью теста и решения задач ;
1.4 Обеспечить усвоение формулы для расчёта КПД

1.5 Формировать у обучающихся умение осуществлять само- и взаимоконтроль с помощью использования дидактического материала.

2.1 развитие чувства взаимопонимания и взаимопомощи в процессе совместного решения задач, развитие навыка работы в паре.

2.2 Развивать мотивацию изучения физики, используя разнообразные приёмы деятельности.

3.1 Продолжать формирование умения анализировать условия задач;
3.2 Совершенствовать навыки самостоятельной работы

3.3 Активизировать мышление школьников, умение самостоятельно формулировать выводы

3.4 Развивать умение правильно оформлять и решать задачи
3.5 Продолжать развивать монологическую речь к использованию физических терминов.

4. Учащиеся должны знать:

5. Учащиеся должны уметь:

5.1 использовать определение работы полезной и затраченной;
5.2 использовать определение плеча силы

5.4 работы;
5.5 КПД Учитель: давайте решим задачу.

Морякам необходимо доставить на борт корабля бочки с пресной водой. Чтобы просто поднять их, надо приложить очень большую силу — силу, равную силе тяжести (весу) бочки. Такую силу моряки приложить не могут.

…. тогда они кладут доски на край борта и землю и вкатывают бочки по образовавшейся наклонной плоскости, прикладывая силу, значительно меньшую, чем вес бочки!

«Наклонная плоскость».

Учитель: цели — выяснить, что такое наклонная плоскость, вывести параметры и характеристики наклонной плоскости, найти примеры из жизни наклонных плоскостей.

№

Этап урока

Время

Содержание учебного процесса

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Формируемые УУД

Самоопределение к деятельности (Оргмомент)

Цель:

Мотивировать учащихся к учебной деятельности посредством создания эмоциональной обстановки

(5 мин)

Приветствие: дорогие ребята, я рада вас видеть. Давайте поприветствуем наших гостей.

Подарим друг другу улыбки и начнём работать.

Прослушайте: у нас немного необычный урок, необычный тем, что мы с вами к теме нашего урока подойдем через исследования, загадки и поэтому вы немного попозже узнаете тему нашего урока. У нас сегодня с вами урок полный загадок, давайте попробуем решить первую загадку.

Что им необходимо сделать, чтобы решить проблему?

Значит мы сегодня на уроке поговорим о наклонной плоскости.

Без простых механизмов не возможна сегодняшняя жизнь и на заре человечества.

Ребята какими простыми механизмами мы пользуемся?

Я вам давала задание подготовить материал об использовании простых механизмов в прошлом.

С незапамятных времен люди используют для совершения механической работы различные приспособления. С помощью рычагов 3тыс. лет назад при строительстве пирамиды Хеопса в Древнем Египте передвигали и поднимали плиты массой 2.5 тонн на высоту до 147 метров.
Простыми механизмами называют приспособления, служащие для преобразования силы.
К простым механизмам относятся: рычаг и его разновидности- блок, ворот; наклонная плоскость и ее разновидности-клин, винт.
В большинстве случаев простые механизмы применяют для того чтобы получить выигрыш в силе, т. е. увеличить силу действующую на тело, в несколько раз.
— Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на нег, обратно пропорциональны плечам этих сил. Правило рычага было установлено Архимедом около 287-212 г. г. до н. э. Из этого правила следует, что меньшей силой можно уравновешивать при помощи рычага большую силу. При этом плечо меньшей силы должно быть длиннее плеча большей силы.

Очень остроумно использована наклонная плоскость на Красноярской ГЭС, где вместо шлюзов действует судовозная камера, движущаяся по наклонной эстакаде.

Для ее передвижения необходимо тяговое усилие в 4000 кН.

Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, создаёт эмоциональный настрой и мотивирует учащихся на работу через вопросы

Взаимное приветствие, настраиваются на работу, отвечают на поставленные вопросы

Личностные выражать положительное отношение к процессу познания, желание узнать новое, проявлять внимание

Регулятивные осознание учеником того, что уже освоено и что ещё подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения

Коммуникативные вступление в диалог, отслеживание действий учителя, умеет слушать и слышать

Актуализация опорных знаний

Цель: актуализировать учебные знания и умения, мыслительные операции, необходимые для восприятия нового материала

(5мин)

Давайте продемонстрируем свой багаж знаний, отвечая на следующие вопросы теста:

Вопросы — Слайд 3:

«Золотое правило» механики, применимое ко всем механизмам: Во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в …

А)мощности

Б)времени

В)работе

Г)силе

Д)расстоянии

Какой из простых механизмов – неподвижный или подвижный блок дает выигрыш в силе

А)только неподвижный блок

Б)ни один не дает

В)все простые механизмы

Г)и подвижный блок, и рычаг

Д)и подвижный, и неподвижный

Какой из простых механизмов может дать больший выигрыш в работе

А)подвижный блок

Б)наклонная плоскость

В)ни один не дает

Г)подвижный блок

Д)рычаг

Какой из представленных рычагов будет находиться в равновесии
Подвижный блок дает выигрыш в силе в ….

А) в 2 раза

Б) в 5 раз

В) в 4 раза

Г) в 3 раза

Д) в 6 раз

А что у нас за картинка получилась?

Организует диалог с учащимися на поиск необходимых знаний для изучения новой темы. Показывает слайд

Выстраивает ответы на вопросы

Познавательные: развивает операции мышления, ставит задачу (ответить на вопрос) на основе соотнесения того, что известно

Коммуникативные умение выражать свои мысли, строить высказывания

Новые знания

Цель:

обеспечить восприятия, осмысление я первичного запоминания знаний и способов действий, связей и отношений в объекте изучения

(20 мин)

Работа в парах:

Ребята у вас у каждого на парте есть оборудование, давайте мы с вами назовем их.

1.А как вы думаете зачем нам нужна наклонная плоскость?

2.Что мы можем измерить динамометром?

(силу тяжести или вес)

Измерьте, пожалуйста, вес вашего бруска и запишите его значение в тетрадь.

3.А можем мы измерить силу, которую необходимо приложить для того, чтобы протащить груз вдоль наклонной плоскости?

Измерьте эту силу и запишите ее значение в тетрадь.

4.Как можно рассчитать работу силы тяжести при поднятии вашего бруска на вершину наклонной плоскости?

Измерьте высоту наклонной плоскости и запишите в тетрадь. Рассчитайте значение работы силы тяжести.

5.Как можно рассчитать работу силы тяги?

Измерьте длину наклонной плоскости и запишите в тетрадь. Рассчитайте значение работы силы тяги.

6.Сравните значения работ. Как вы думаете, почему у вас получились разные значения.

Физминутка.

Величина показывающая какая часть от всей совершенной работы перейдет в полезную, выраженная в процентах, называется коэффициентом полезного действия.

КПД обозначается буквой η.

η=Ап/Аз*100%

Апз

Работа в группах: ребята получают карточки с экспериментальным заданием

Цель работы в группах: определить факторы от которых зависит КПД наклонной плоскости

1 группа: зависимость КПД наклонной плоскости от угла наклона

2 группа: зависимость КПД наклонной плоскости от веса тела

3 группа: зависимость КПД наклонной плоскости от поверхности

Экспериментальное задание 1

Оборудование: штатив, наклонная плоскость, грузы, динамометр, линейка, рабочий лист.

Ход работы: с помощью динамометра определить вес тела, на наклонную плоскость положить тела и определить силу тяги. Рассчитать полезную, затраченную работу и КПД плоскости.

Сделать вывод о зависимости КПД от угла наклона.

Экспериментальное задание 2

Оборудование: штатив, наклонная плоскость, грузы, динамометр, линейка, рабочий лист.

Сделать вывод о зависимости КПД от веса тела.

Экспериментальное задание 3

Оборудование: штатив, наклонная плоскость, грузы, динамометр, линейка, рабочий лист.

Сделать вывод о зависимости КПД от поверхности.

Запишем выводы в тетрадь.

Подводит обучающихся к формулировке определения зависимости КПД наклонной плоскости от различных факторов.

Организует обсуждение и поисковую работу учащихся, предлагает экспериментальные задания, организует работу учащихся в группах, формулирует экспериментальные задания, подводит к выводу.

Выдвигает проблему. Организует беседу . Следит за вовлечённостью учащихся в работу на уроке. Уточняет понимание учащимися данного явления

На основании схемы участвуют в создании определения зависимости КПД наклонной плоскости от различных факторов, производят мысленный эксперимент, выполняют записи в тетради, озвучивают определение, отвечают на вопросы выполняют экспериментальные задания по карточкам, высказывают своё мнение и предположение в группах, выявляют закономерности, формулируют выводы наблюдений, записывают выводы в тетрадь.

Высказывают своё мнение. Озвучивают понятие. Отвечают на вопросы учителя. Сравнивают обратные процессы.

Познавательные умение строить логическую цепь размышлений, умение устанавливать причинно-следственные связи, вести поиск, умение выделять необходимую информацию

Коммуникативные: умение интегрироваться в группах, осуществлять продуктивное взаимодействие с детьми и взрослыми, слушать, слышать, отслеживать действия партнёра, сотрудничать с партнёрами

Регулятивные: умение решать учебные проблемы, возникающие в ходе групповой работы, умение владеть навыками процессуального и прогностического самоконтроля, умение определять последовательность действий, способен к волевому усилию

Личностные: осознаёт личную ответственность за будущий результат, понимание своих сильных и слабых сторон

Познавательные: умение строить логическую цепь размышления, умение формировать анализ и синтез.

Личностные:умение внести необходимые дополнения и коррективы

Коммуникативные: умение вступать в диалог, умение создавать устные высказывания

Первичная проверка знаний

Цель: фиксация полученных знаний при решении качественных задач

( 8 мин)

Решение задачи (про моряков).

Задача:

Для подъема бочки массой 200 кг на борт корабля высотой 5 м, необходимо приложить вдоль доски длиной 10 м силу равную 1400Н. Определите КПД.

Контролирует выполнение качественных задач, обеспечивает мотивацию выполнения, осуществляет индивидуальный контроль.

Выполняют по очереди задания, высказывают своё мнение, слушают ответы, анализируют.

Личностные: умение понимать личную ответственность за результат, формирование учебной мотивации

Регулятивные: умение осознавать что усвоено, что подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения, умение адекватно реагировать на трудности и не боится сделать ошибку.

Познавательные: умение применять знания в новой ситуации

Рефлексия учебной деятельности. Итог урока. Домашнее задание

Цель: зафиксировать новое содержание урока, оценить результаты учебной деятельности, согласовать домашнее задание.

(2мин)

Всю жизнь идет спор между физиками и лириками, говорят, что физика наука сухая. А давайте мы на минуточку из физиков превратимся в лириков.

Сочинить стихотворение, используя слова:

Наклонная, и, без, рычаг, не, вашей, никак, плоскость, можем, блок, и, помощи.

А у меня получилось так:

Наклонная плоскость, блок и рычаг-

Без них обойтись мы не можем никак.

И в делах, и в жизни вы очень нужны,

В общем, для всех вы очень важны.

Ваш КПД сегодня на уроке

100%
больше 100%
меньше 100%
0%

Подводим итоги урока. Вопрос: Что нового вы узнали сегодня на уроке?

Домашнее задание будет следующим:

1)§ 61,Л.786

2)Подготовить доклады:

Простые механизмы у меня дома и на даче
Устройство мясорубки
Простые механизмы в школе
Простые механизмы в строительстве
Простые механизмы и тело человека

Даёт задание, организует проверку и самопроверку, акцентирует внимание на конечных результатах, организует рефлексию, даёт комментарии к домашнему заданию

Отвечают на вопросы, формируют конечный результат, рассказывают что узнали, чему научились, какие трудности испытали, записывают домашнее задание, получают консультацию

Личностные: умение оценивать свои достижения, степень самостоятельности, причины неудачи , умение выражать доброжелательную и эмоционально- нравственную отзывчивость

Регулятивные: умение осуществлять итоговый контроль

Познавательные: умение познавать цель и результат

Коммуникативные: умение проявлять активность в деятельности

Источник

Теория

1.	Коэффициент полезного действия механизма

Задания

1.	КПД рычага Сложность: лёгкое	1
2.	КПД неподвижных блоков Сложность: лёгкое	1
3.	Работа, производимая для поднятия груза Сложность: среднее	2
4.	КПД экскаватора Сложность: среднее	2
5.	КПД подъёмника Сложность: среднее	2
6.	КПД механизма для забивания свай Сложность: среднее	2
7.	Работа по преодолению силы трения и КПД Сложность: среднее	3
8.	Полезная работа Сложность: среднее	3
9.	КПД, наклонная плоскость Сложность: среднее	3
10.	Сила тяги моторов Сложность: сложное	4
11.	КПД установки Сложность: сложное	3
12.	Масса воды Сложность: сложное	4
13.	Скорость поезда Сложность: сложное	4
14.	Подвижный блок Сложность: сложное	4

Тесты

Тренировка по теме «Коэффициент полезного действия»

Сложность: среднее

Методические материалы

1.	Технологическая карта

Источник