Простые механизмы. КПД простых механизмов

1. Рычаг находится в равновесии под
действием двух сил, если момент
силы, вращающий его по часовой
стрелке, ... моменту силы, вращающей
его против часовой стрелки.
A. прямо пропорционален.
B. обратно пропорционален.
C. равен.

2. Подвижный блок...
A. дает выигрыш в силе в 2 раза.
B. не дает выигрыша в силе.
C. дает выигрыш в силе в 4 раза.

3. С помощью рычага рабочий поднимает
груз массой 200 кг. Какую силу он
прикладывает к большему плечу
рычага длиной 2 м, если меньшее
плечо равно 0,5 м?
A. 200 Н.
B. 400 Н.
C. 500 Н.

A.
B.
C.
4. Груз какого веса можно поднять с
помощью подвижного блока, прилагая
силу 200 Н?
200 Н.
400 Н.
100 Н.

A.
B.
C.
5. Прилагая силу F = 100 Н, груз массой
m подняли с помощью подвижного
блока на высоту h = 3 м. На какое
расстояние протянут конец веревки
(рис.)?
3 м.
6 м.
1,5 м.

A.
B.
C.
6. Определите, чему равна масса m
поднятого груза (рис.3).
40 кг.
20 кг.
80 кг.

A.
B.
C.
7. Груз весом 1000 Н с помощью рычага
поднят на высоту h. Определите работу,
совершенную силой F = 200 Н, h = 20 см
(рис.).
400 Дж.
250 Дж.
200 Дж.

8. Сравните
работу силы тяжести с работой
приложенной силы F (рис.2).
A.
B.
C.
Работа силы тяжести
больше
работы
приложенной
силы:
проигрыш в работе.
Работа силы тяжести
меньше
работы
приложенной
силы:
выигрыш в работе.
Работа силы тяжести
равна
работе
приложенной
силы:
нет ни выигрыша, ни
проигрыша в работе.

A.
B.
9. Коэффициентом полезного
действия называется отношение...
Работы к... работе.
полезной; полной.
полной; полезной.

A.
B.
10. На практике совершенная с
помощью механизма полная работа
всегда... полезной работы.
меньше.
больше.

Слайд 1

Коэффициент полезного действия механизма. Дома: §61

Повторить «золотое правило» механики. Познакомиться с понятием коэффициента полезного действия как основной характеристики рабочего механизма.

Цель урока:

Слайд 2

1.Дает ли выигрыш в работе простой механизм? Ответ обосновать. 2.Содержание «Золотого правила» механики. 3.Какое соотношение существует между путями, пройденными точками приложения сил на рычаге, и этими силами? 4.Для чего применяются простые механизмы? 5.В чем проигрывают, пользуясь рычагом, дающем выигрыш в силе?

Повторение:

Слайд 3

6.Во сколько раз проигрывают в пути, используя для поднятия грузов подвижный блок. 7.Укажите формулы для расчета: Мощности A = F*S Работы V = S / t Скорости P = F / S Плотности p = m / v Давления N = A / t

Слайд 4

План изучения темы: «Коэффициент полезного действия механизмов».

1.Для чего применяются простые механизмы. 2.Понятие полезной работы и полной и их сравнение. 3.Понятие КПД механизма, его сравнение с 100%. 4.Способы повышения КПД.

Слайд 5

Простые механизмы применяются для …

Слайд 6

Понятие полезной работы и полной.

Яблоки для переработки на сок, грузчик высыпает из корзин в кузов машины.

Полная работа - это погрузка яблок.

Она складывается из подъема самих яблок и подъема корзин.

Работа по поднятию самих яблок – полезная, а по поднятию корзин – бесполезная, потому что их нужно опускать или сбрасывать вниз.

Слайд 7

Работа по поднятию груза при помощи наклонной плоскости, высотой h и длиной ℓ.

Полезная работа А п = F *h = m *q *h

Но при этом преодолеваем силу трения, силу тяжести других приспособлений, совершаем дополнительную работу.

Затраченная работа больше полезной Аз > А п.

Полезная работа лишь часть полной работы.

Слайд 8

Характеристика механизма, определяющая какую долю полезная работа составляет от полной, называется КПД.

Может ли КПД равным 100%, > 100%? Ответ обосновать.

Как повысить КПД?

Уменьшить массу движущихся частей, уменьшить трение в деталях.

Слайд 9

Решение задач на расчет КПД.

Определить КПД приспособлений и механизмов в следующих ситуациях: 1.Бочку вкатывают по наклонному помосту, прилагая усилие 240Н. Масса бочки 100кг, длина помоста 5м, высота помоста 1м. 2.Ведро с песком весом 200Н поднимают при помощи неподвижного блока на высоту 10м, действуя на веревку с силой 250Н.

Простые механизмы Механизм – от греческого слова – орудие, сооружение. Машина – от латинского слова machina – сооружение. Блок – от английского слова block – часть подъёмного механизма в виде колеса с жёлобом по окружности. Приспособления, служащие для преобразования силы, называются простыми механизмами

Простые механизмы Наклонная плоскость применяется для перемещения тяжелых предметов на более высокий уровень без их непосредственного поднятия. пандусы, эскалаторы, обычные лестницы, конвейеры. Если нужно поднять груз на высоту, всегда легче воспользоваться пологим подъемом, чем крутым: чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу.

Плечо силы Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы Плечо силы F 2 Плечо силы F 1 Плечо силы F 2 Чтобы найти плечо силы надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы Точка опоры Линия действия силы Перпендикуляр

Условия равновесия рычага Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил l 2 = 2 F 2 = 3 l 1 = 3 F 1 = 2 Это правило было установлено Архимедом. По легенде, он воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю»

Условия равновесия рычага Равновесие твердого тела под действием трех сил. Чтобы невращающееся тело находилось в равновесии, необходимо, чтобы равнодействующая всех сил, приложенных к телу, была равна нулю. При вычислении равнодействующей все силы приводятся к одной точке C

Применение равновесия рычага к блоку Неподвижный блок M = F2r = P2r не дает выигрыша в работе служит только для изменения направления действия силы Подвижный блок M = F · r = Pr/2 F = P/2 дает выигрыш в силе в 2 раза Неподвижный блок при работе не изменяет положения оси вращения Подвижный блок при работе перемещается Плечо силы l = 2r Плечо силы l = r

Комбинируя определенным числом подвижных и неподвижных блоков, можно получить значительный выигрыш в силе Неподвижный блок Подвижный блок Выигрыш силе в 2 раза Неподвижные блоки Подвижные блоки Выигрыш силе в 4 раза Если есть простейший полиспаст сочетание группы подвижных и неподвижных блоков, то выигрыш в силе тяги четный, а в более сложных конструкциях произвольный

Коэффициент полезного действия механизма Тот или иной механизм нужен, в конечном итоге, для совершения работы. Полезная работа А п - необходимая нам работа. Затраченная на подъем работа оказывается всегда больше полезной Работа по преодолению силы тяжести: A = mgh При подъеме груза мы преодолеваем силу тяжести веревки, силу трения, силу тяжести других приспособлений Характеристика механизма, определяющая какую долю полезная работа составляет от полной, называется коэффициентом полезного действия КПД

Подборка заданий по кинематике (из заданий ГИА гг.) Рассмотрим задачи:

ГИА Какой из простых механизмов может дать больший выигрыш в работе рычаг, наклонная плоскость или подвижный блок? 1) рычаг 2) наклонная плоскость 3) подвижный блок 4) ни один простой механизм ни дает выигрыша в работе

ГИА Рычаг дает выигрыш в силе в 5 раз. Каков при этом выигрыш или проигрыш в расстоянии? 1. выигрыш в 5 раз 2. нет ни выигрыша, ни проигрыша 3. проигрыш в 5 раз 4. выигрыш или проигрыш в зависимости от скорости движения

ЕГЭ-2002 г. А3. На рычаг действуют две силы, плечи которых равны 0,1 м и 0,3 м. Сила, действующая на короткое плечо, равна 3 Н. Чему должна быть равна сила, действующая на длинное плечо, чтобы рычаг был в равновесии? 1.1 Н 2.6 Н 3.9 Н 4.12 Н F 1 · d 1 = F 2 · d 2 3 Н · 0,1 м = F 2 · 0,3 м

ЕГЭ-2003 г. А4. На рисунке изображен тонкий невесомый стержень, к которому в точках 1 и 3 приложены силы F 1 = 100 Н и F 2 = 300 Н. В какой точке надо расположить ось вращения, чтобы стержень находился в равновесии? Ось вращения закреплена

2005 г. А4 (ДЕМО). Груз А колодезного журавля (см. рисунок) уравновешивает вес ведра, равный 100 Н. (Рычаг считайте невесомым.) Вес груза равен 1.20 Н 2.25 Н Н Н

2008 г. А5 (ДЕМО). При выполнении лабораторной работы ученик установил наклонную плоскость под углом 60 к поверхности стола. Длина плоскости равна 0,6 м. Момент силы тяжести бруска массой 0,1 кг относительно точки О при прохождении им середины наклонной плоскости равен 1.0,15 Н м 2.0,30 Н м 3.0,45 Н м 4.0,60 Н м

Литература 1.Гутник, Е. М., Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных школ / Е. М. Гутник, А. В. Перышкин. - М.: Дрофа, – 302 с. 2.Зорин, Н.И. ГИА Физика. Тренировочные задания: 9 класс / Н.И. Зорин. – М.: Эксмо, – 112 с. – (Государственная (итоговая) аттестация (в новой форме). 3.Кабардин, О.Ф. Физика. 9 кл.: сборник тестовых заданий для подготовки к итоговой аттестации за курс основной школы / О.Ф. Кабардин. – М.: Дрофа, – 219 с; 4. Наклонная плоскость. Класс!ная физика для любознательных. /[Электронный ресурс]// 5. Простые механизмы. Класс!ная физика для любознательных. /[Электронный ресурс]// Работа силы. Мощность. Механика. Физика. /[Электронный ресурс]// html html 7.Работа. Единицы работы. / Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов / [Электронный ресурс] / 95ff c9a66/5_1. sw 8. Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика ГИА г. / /[Электронный ресурс]// г Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика ЕГЭ //[Электронный ресурс]//

Ответь на вопрос 7. Почему ручку двери располагают не к середине двери, а ближе к её краю? 6. Если на доске, перекинутой через бревно, качаются двое ребят различного веса, то следует ли им садиться на одинаковом расстоянии от опоры? 8. Для чего гайка-барашек имеет лопасти?

9. Почему для резки бумаги и ткани применяют ножницы с короткими ручками и длинными лезвиями, а для резки листового металла – с длинными ручками и короткими лезвиями? 10. В школьной мастерской мальчик, чтобы сильно зажать в тиски обрабатываемую деталь, берётся не за середину, а за край ручки? Почему?

Какую работу называют полезной, какую полной? Задание: Бочку массой 200 кг надо поднять на борт корабля на высоту 10 м. Вопросы: 1. Какую работу нужно совершить, чтобы выполнить задание? A = Fs = m g s = 200 кг 10 Н/кг 10 м = Дж Работу, которую необходимо совершить непосредственно для выполнения конкретного задания, называют ПОЛЕЗНОЙ. 2. Для чего грузчики используют наклонную плоскость? 3. В чём выигрывают грузчики, применяя наклонную плоскость, а в чём проигрывают? 4. Получают ли грузчики выигрыш в работе, применяя наклонную плоскость? 5. Учитывали ли мы при расчёте работы действие сил трения и сопротивления? 6. Необходимо ли на практике совершить дополнительную работу для преодоления сил трения и сопротивления? Какую работу необходимо совершить на практике? На практике совершённая с помощью механизма п пп полная работа А АА Аз всегда несколько больше полезной работы. Ап

Коэффициент полезного действия (КПД) Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма КПД = Ап Аз η= Ап Аз 100 % «эта» Коэффициент полезного действия не может быть больше 1 (или 100 %), т.к. на практике всегда действуют силы сопротивления.

Как увеличить КПД? РычагНаклонная плоскость Блок Учитывали ли мы при расчёте работы: Вес рычага? Вес крючков? Трение? Трение между телом и плоскостью? Вес блока? Вес верёвок? Трение? Для увеличения КПД необходимо уменьшить трение и использовать лёгкие, но прочные материалы

Реши задачу На коротком плече рычага подвешен груз массой 100 кг. Для его подъёма к длинному плечу приложили силу 250 Н. Груз подняли на 0,08 м, при этом точка приложения движущей силы опустилась на 0,4 м. Найти КПД рычага. m = 100 кг g = 9,8 Н/кг F = 250 Н h 1 = 0,08 м h 2 = 0,4 м η = ? F h1h1 h2h2 η = Ап Аз 100 % Aп = P h 1 Aз = F h 2 η = m g h 1 F h % [ η ] = [ кг Н м % P = m g Н кг м = % ] η = ,4 = 80 % Ответ: η = 80 %

Слайд 2

Девиз урока: «От чувств к пониманию»ЦЕЛЬ УРОКА: продолжение формирования понимания учащимися сущности метода научного познания окружающего мира.ЗАДАЧИ УРОКА: образовательные расширить представления учащихся о принципах работы тепловых двигателей; структурно-логическими схемами, таблицами.воспитательные содействовать формированию основных мировоззренческих идей (материалистичностимира, обусловленности развития науки потребностями производства);воспитание у учащихся чувства патриотизма, экологической культуры.задачи развития учить выделять главное в материале, логически излагать мысли, анализироватьиллюстративный материал;для развития познавательных интересов и способностей использовать историческиефакты.

Слайд 3

ТИП УРОКА: урок совершенствования и систематизации знаний, умений, навыков.ОСНАЩЕНИЕ УРОКА: слайды

Слайд 4

История ДВС

«Прадед» - Героновый шароколо 200 г. до н. э. Пароход 1878 г. Паровая турбина 1887 г. «Дед» - паровая машина Ивана Ползунова- Самолёт 1903 г. Первый ДВС 1878 г. «Отец» - паровая машина Джеймса Уатта 1784 г. Паровоз 1814 г. Дизель 1897 г.

Слайд 5

Работа двигателя внутреннего сгорания

А) впуск Б) сжатие В) рабочий ход Г) выпуск

Слайд 6

2. Какие устройства называются тепловыми двигателями? Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями. 3.Можно ли огнестрельное оружие отнести к тепловым двигателям? Да. Энергия сгоревшего пороха переходит в механическую энергию снаряда. 4. Можно ли человеческий организм отнести к тепловым двигателям? Да 5. Почему ДВС не используются в подводных лодках при подводном плавании? Под водой для работы двигателя внутреннего сгорания необходим воздух, а его там нет, либо необходимо брать сжиженный воздух, но это нерентабельно и усложняет процесс. 6. Изменяется ли температура пара в турбине? Да, она уменьшается. 7. Все ли тепловые двигатели одинаково рентабельны? Нет, не все, есть более экономичные, например дизельный двигатель.

Слайд 7

Для характеристики эффективности тепловой машины по превращению внутренней энергии в механическую вводится коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины. Он обозначается буквойη

Слайд 8

Физический словарик.

Коэффициент (от лат. coefficientis)обычно постоянная или известная величина – множитель при переменной или известной величине.

Слайд 9

Коэффициентполезного действия теплового двигателя

Коэффициент полезного действия теплового двигателя - отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты полученному от нагревания: КПД теплового двигателя всегда меньше единицы (меньше 100%).

Слайд 10

Максимальный КПД

Максимальное значение КПД для идеальной тепловой машины впервые вычислил французский инженер и учёный Сади Карно.

Слайд 11

КПД тепловых двигателей

Слайд 12

Блок - схема теплового двигателя

Нагреватель Рабочее тело (газ) Холодильник Q1 (теплота) Q2 (теплота) A’=Q1-Q2 (работа)

Слайд 13

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действиятеплового двигателя  = (А / Q) 100%

Слайд 14

КПД теплового двигателя

 = А п/ Аз  = Qп/ Qз  = Nп/ Nз ВСЕГДА! 00% Почему?  = (А / Q) 100%

Слайд 15

Характеристики тепловых двигателей

Слайд 16

Применение тепловых машин и проблемы охраны окружающей среды

При сжигании топлива в тепловых машинах требуется большое количество кислорода. На сгорание разнообразного топлива расходуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелёными растениями. Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу эквивалентные количества двуокиси углерода (углекислого газа). Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Сейчас во всём мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно 200 – 250 млн. т золы и около 60 млн. т диоксида серы. Кроме промышленности воздух загрязняет и транспорт, прежде всего автомобильный (жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей).

Слайд 17

Как вы думаете, на что тратится большая часть внутренней энергии тепловых двигателей???? Безопасны ли тепловые двигатели с точки зрения экологии?Вы правы и это хорошо видно из следующих данных:

Слайд 18

– 1 тонна бензина, сгорая, выделяет 500 – 800 килограммов вредных веществ; – в атмосферу ежегодно выбрасывается 5 миллиардов тонн СО2 ; – один реактивный лайнер за 5 ч полета потребляет 45 т кислорода – за последние 25 лет количество углекислого газа в атмосфере увеличилось на 345 млрд т. – в состав выхлопных газов входит 1200 компонентов, в том числе оксид углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов (наиболее вредный – оксид свинца), сажа и прочее.

Экологические проблемы

Слайд 19

1.Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли решил ученик задачу? Качественные задачи: 2. КПД теплового двигателя 45%. Что означает это число? 3. Может ли КПД теплового двигателя быть равен 1,8; 50; 4; 90; 100%?

Слайд 20

Задача для любителей биологии

В организме человека насчитывается около 600 мышц. Если бы все мышцы человека напряглись, они вызвали бы усилие, равное приблизительно 25 т. считается, что при нормальных условиях работы человек может развивать мощность 70 – 80 Вт, однако возможна моментальная отдача энергии в таких видах спорта, как толкание ядра или прыжки в высоту. Наблюдения показали, что при прыжках в высоту с одновременным отталкиванием обеими ногами некоторые мужчины развивают в течение 0,1 с среднюю мощность около 3700 Вт, а женщины – 2600 Вт. КПД мышц человека равен 20%. Что это значит? Какую часть энергии мышцы тратят впустую?

Слайд 21

1.Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдаёт холодильнику энергию 800 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя? 2.Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдаёт холодильнику энергию 700 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя?

Слайд 22

Углекислый газ, выделяющейся при работе тепловых двигателей, поглощает инфракрасное излучение поверхности Земли, что приводит к повышению температуры атмосферы ежегодно на 0,05 градус Цельсия. Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Сейчас в атмосферу выбрасывается ежегодно около 5 млрд. тонн CO2. Проблемы охраны окружающей среды

Слайд 23

При работе тепловых двигателей в атмосферу непрерывно выбрасываются вредные для растений, животных и человека вещества: оксиды азота, углеводорода, оксид углерода. Потребление кислорода при горении топлива уменьшает его содержание в атмосфере. На атомных электростанциях встаёт проблема захоронения опасных радиоактивных отходов. Применение паровых турбин на электростанциях требует больших площадей под пруды для охлаждения отработанного пара. В нашей стране для этой цели требуется 200 км3 воды.

Слайд 24

Мероприятия по охране природы 1. Повышение эффективности очистных сооружений. 2. Эксплуатация автомобилей с полным сгоранием топлива в ДВС и минимальным выбросом CO2в атмосферу. 3. Применение горючего из смеси кислорода и водорода. 4. Сооружение комплексов электростанций, в первую очередь атомных, с замкнутым циклом водоснабжения.

Слайд 25

Жак Ива Кусто: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу».

Слайд 26

Посмотреть все слайды