Механическая работа. Единицы работы. 7-й класс

ЦЕЛИ УРОКА:

1. Сформировать у учащихся неформальные знания о понятии механическая работа

2. На основе эксперимента рассчитать работу сил трения и тяжести.

3. Развивать умения анализировать учебный материал.

4. Содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира.

ДЕМОНСТРАЦИИ

Демонстрации по определению величины работы при равномерном движении тела по горизонтальной плоскости и при поднятии его вверх.

Великая радость, - работа,
В полях, за станком, за столом!
Работай до жаркого пота,
Работай без лишнего счета, -
Все счастье земли – за трудом!
В.Я. Брюсов

ПЛАН УРОКА

1. Вступительная беседа на тему “Работа”.
   1. Понятие механической работы.
   2. Признаки работы.
   3. Величина работы.
   4. Единицы работы.
2. Коллективная работа учащихся. Тестовые задания для отработки (закрепления) понятия механической работы.
3. Демонстрации опытов и расчет механической работы по экспериментальным данным.
   1. Демонстрация по определению величины работы при равномерном движении тела по горизонтальной поверхности.
   2. Демонстрация по определению величины работы при равномерном поднятии тела вверх.
4. Решение задач под руководством учителя. Анализ ситуаций.
5. Домашняя работа. Параграф 53. Вопросы. Упр. 36 (1,2) устно, (3-4) письменно. Задание 22 стр. 112 (2).

О чем – о чем, а о работе вы наслышаны от всех, кто вас воспитывает. Работа – ключ к знанию, обязанность перед близкими и обществом. Работа – способ существования, занятие любимым делом – самое большое удовольствие.

В обыденной жизни словом “работа” мы выражаем всякое полезное действие человека или устройства. Мы используем его:

а) для обозначения профессии (Иван Иванович работает учителем);

б) для обозначения характера деятельности (работа спасателя опасная);

в) для характеристики состояния (телевизор работает);

г) для оценки результатов труда (они выполнили большую работу);

д) для характеристики сложности труда (нам поручили несложную работу) и т.п.

Все это, наверное, так и есть, если в понятие “работа” вкладывать очень широкий смысл, такой широкий, что оно теряет всякую определенность. И нужно немало пожить на свете, претерпеть много неудач, испытать радость от успехов, чтобы убедиться в справедливости (или несправедливости) определений, приведенных в первом абзаце.

Понятие работы в физике несколько иное, - это определенная физическая величина, для измерения которой служат специальные единицы. В физике изучают, прежде всего, механическую работу.

Это понятие употребляется только тогда, когда наблюдается движение тела под действием силы. Например, кран на стройке поднимает груз, трактор тянет по полю сеялку, пороховые газы заставляют двигаться по стволу винтовки пулю, человек руками поднимает камень, поезд движется под действием тяги электровоза.

Примеров много: всякий раз, когда мы что-нибудь поднимаем, передвигаем, мы совершаем работу. Заметьте – не держим, подпираем, а именно перемещаем. Только в этом случае совершается механическая работа.

Приведите примеры механической работы. Забивание молотком гвоздя, снятие стружки рубанком, поднятие портфеля рукой, перемещение бруска динамометром.

При совершении работы движение всегда передается от одного тела к другому механическая работа есть процесс перемещения тела под действием приложенной к нему силы.

Установим основные признаки работы. Таких признаков три:

во-первых, наличие силы, действующей на тело или части тела (F 0);

во-вторых, вызванные этой силой перемещение тела или частей тела (s 0);

в-третьих, направление движения не должно быть перпендикулярным по отношению к направлению действия силы (направление F и направление движения не перпендикулярны).

Механическая работа – физическая величина, равная произведению силы и пройденного пути по направлению действия силы.

или ,

А – работа, F – сила, s – пройденный путь.

Чтобы измерить работу, надо установить ее единицу. В Международной системе единиц (СИ) за единицу работы принята работа, которая совершается силой 1 Н, перемещающей тело на расстояние 1 м по направлению действия силы. Эта единица работы называется джоулем в честь английского ученого Дж. Джоуля и пишется с большой буквы.

[A] = 1 Дж = 1 Н * м

1 Дж – это небольшая работа. Чтобы совершить такую работу, нужно поднять тело, которое притягивается к Земле силой 1 Н, на высоту 1 м.

Поднимите гирьки массой 100 г () на высоту 1 м и убедитесь, что вы не очень устали. Вы совершили работу в 1 Дж.

1кДж=10³ Дж, 1МДж=10⁶ Дж.

Механическая работа – скалярная величина.

Рассмотрим самые простые случаи.

Пусть тело, к которому приложена какая-то постоянная сила F, перемещается вдоль прямой линии на расстояние s. Тогда:

1)

Рисунок 1

если направление движения тела совпадает с направлением приложенной силы, то данная сила совершает положительную работу, равную произведению силы на пройденный путь (угол между направлением F и направлением движения равен 0°)

2)

Рисунок 2

если направление движения тела противоположно направлению силы, то данная сила совершает отрицательную работу, равную произведению силы на путь, взятую со знаком “ – “ (угол между направлением F и направлением движения равен 180°).

3)

Рисунок 3

если направление движения тела перпендикулярно направлению силы, то сила никакой работы не совершает (угол между направлением F и направлением движения равен 90°)

А = 0

При отсутствии этих признаков отсутствует и работа. Например, брусок, лежащий на столе, действует на него с силой равной своему весу, но эта сила не производит работы, так как не вызывает движения стола. При движении по инерции также не совершается работа. Стол не сдвигается с места, хотя к нему приложена сила со стороны человека.

Выполним тестовые задания и проверим себя в определении признаков, необходимых для совершения механической работы. Задания предполагают ответы двух типов: да или нет.

Приложение 1.

Перейдем к расчету величины работы.

Задание первому ученику: передвинуть равномерно по столу брусок при помощи динамометра на расстояние 1 м и измерить приложенную силу. Данные записать на доске.

Задание второму ученику: поднять этот же груз с пола на высоту 1 м и измерить приложенную силу. Данные записать на доске.

В каком случае совершается большая работа? Как судить о величине работы?

ЗАДАНИЕ РЕБЯТАМ

На месте ребята выполняют те же экспериментальные задания, но записывают в тетрадь свои данные измерений.

На основании опытов делаем вывод: величина работы зависит от величины силы и от пути, на котором действует сила.

Анализируем следующие ситуации и выясняем усвоение понятия механическая работа. (Выдаются задания и примеры их решения.) Ситуации предполагают ответы трех типов: положительный, отрицательный и неопределенный. Например: вычислите работу, совершаемую силами, действующими со стороны тела (выделенное жирным шрифтом).

Приложение 2

Мы установили, что механическая работа – это физическая величина, описывающая

действие одного тела на другое на некотором участке траектории и равное произведению силы на пройденный путь при условии, что угол между направлениями движения и силы составляет 0° или 180°. Механическая работа равна нулю, если угол между направлением движения и направлением действующей силы равен 90°. Что нужно сделать для определения работы, совершаемой в конкретных случаях?

ОТВЕТ УЧАЩИХСЯ.

Поскольку механическая работа характеризует действие одного тела на другое, в процессе которого это тело перемещается, то нужно сначала определить какое тело действует и на какое тело оно действует. Так как в определении указан участок траектории, то нужно выделить участок траектории на котором оказывается это воздействие. Ввиду того, что работа равна произведению силы на путь, нужно определить силу воздействия (направление и величину в Н) и пройденный путь (в м). Так как формула верна, когда угол между направлением силы и направлением движения составляет 0° или 180°, нужно убедиться в этом. Если угол действительно равен 0° или 180°, то можно рассчитать работу. Если угол имеет другое значение, то возможны два решения:

1) работа равна 0, если угол равен 90°;

2) работу по указанной формуле определить нельзя.

РЕШЕНИЕ СИТУАЦИИ № 1

Я буду называть номер действия, вы его выполняете в тетради, результат проверяем. Запишите ситуацию № 2 и № 3.

Теперь работаем парами. Сидящие слева анализируют ситуацию № 4, объясняя соседу как учитель ученику. Затем меняетесь ролями. Таким образом разбираете ситуации № 4, 5, 6, 7. В тетради фиксируете только общий ответ.

Восьмая ситуация. Каждый делает сам, записывать не обязательно.

ОТВЕТ УЧЕНИКА

Сила упругости, действующая на кувшин, направлена под углом 90° к направлению движения. Значит, А = 0.

РЕШЕНИЯ СИТУАЦИЙ № 2-7

2. Шайба —> начало, конец удара —> 100 Н —> 0° > ? ... —> ?

3. Автомобиль —> начало, конец торможения —> F_тяж = 20 000 Н —> 90° —> … —> A = 0; F_тр = 4 000 Н —> 180° —> 20 м —> A = 40 кДж

4. А = 0, так как штанга не движется.

5. А = 3 000 Н * 16 м = 48 кДж.

6. А = 20 Н * 4 м = 80 Дж.

7. А = ?, так как угол не равен 0, 90 или 180°.

ДЕЛАЕМ ВЫВОД

Сегодня на уроке мы познакомились с новой физической величиной, описывающей действие одного тела на другое на некотором участке траектории и равной произведению силы на пройденный путь, называемой механической работой. Вы запомнили простую научную информацию, но не выполнили никакой механической работы – этот процесс связан с жизнедеятельностью клеток мозга, поэтому изучается в курсе биологии.

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ И ВЫСТАВЛЕНИЕ ОЦЕНОК

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

• Параграф 53. Вопросы.
• Упр. 36 (1,2) стр.112 (устно). Упр. 36 (3-4) письменно.
• Задание 22 стр. 112 (2).