Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

МЕХАНІКА

3. ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ В МЕХАНІЦІ

3.4. ПРОСТІ МЕХАНІЗМИ

Прості механізми змінюють силу, швидкість або напрямок руху при здійсненні роботи. Види простих механізмів:

• важіль і його різновиди — блок, коловорот;

♦ похила площина та її різновиди — клин, гвинт.

«Золоте правило» механіки: жоден із простих механізмів не дає виграшу в роботі. У скільки разів виграємо в силі, у стільки ж разів програємо у відстані.

♦ На практиці здійснена за допомогою механізму повна робота завжди дещо більша за корисну. Частина роботи витрачається на подолання сили тертя.

3.4.1. ВАЖІЛЬ

Важіль — це однорідний стрижень, який має точку опори або підвіс.

Правило рівноваги важеля (установлене Архімедом). При відсутності тертя в осі важеля важіль перебуває в рівновазі, коли діючі на

нього сили () обернено пропорційні плечам сил (l1, l2) (рис. 3.7):

= .

Рис. 3.7

♦ Якщо за допомогою важеля піднімають вантаж вагою , прикладаючи силу , а в осі важеля є тертя, то

= = = (рис. 3.8).

Рис. 3.8

Тут h — висота, на яку піднімають вантаж, a s — висота, на яку опускається точка важеля, до якої прикладена сила .

3.4.2. БЛОК

Блок — це колесо з жолобом, закріплене в обоймі. По жолобу блока пропускають мотузку, трос або ланцюг.

Нерухомим блоком називають такий блок, вісь якого закріплена і при підйомі вантажів не змінює свого положення.

♦ Нерухомий блок не дає виграшу в силі, але дає можливість змінювати напрямок дії сили (рис. 3.9, а).

♦ Якщо за допомогою нерухомого блока піднімають вантаж вагою , прикладаючи силу , а в осі блока є тертя, то ККД нерухомого блока розраховується за формулою:

= = = .

Рухомий блок піднімається й опускається разом із вантажем.

♦ За відсутності тертя й нехтовно малій масі блока рухомий блок дає виграш у силі у 2 рази (рис. 3.9, б).

Рис. 3.9

♦ Якщо за допомогою рухомого блока піднімають вантаж вагою , прикладаючи силу , а в осі блока є тертя та масою блока знехтувати не можна, то ККД рухомого блока розраховується за формулою:

= = = .

3.4.3. ПОХИЛА ПЛОЩИНА

Окрім важеля та блока людина з античних часів використовує ще один простий механізм — похилу площину (рис. 3.10). За допомогою похилої площини можна піднімати важкі предмети, прикладаючи до них відносно невелику силу.

Рис. 3.10

♦ За відсутності тертя модуль сили , яку необхідно прикласти до тіла, щоб рівномірно підняти його похилою площиною, в стільки ж разів менша від модуля сили тяжіння = m, в скільки разів висота h похилої площини менша від її довжини l:

= .

♦ Якщо між тілом та похилою площиною є тертя, то ККД похилої площини розраховується за формулою:

= .

ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ

1. Установіть відповідність між деякими умовами та їх поясненням.

1 Умова, за якої імпульс тіла не змінюється

2 Умова виконання закону збереження імпульсу

3 Умова, за якої робота певної сили дорівнює нулю

4 Умова використання теореми про потенціальну енергію

А Система тіл, які взаємодіють, мас бути замкненою, тобто тіла цієї системи взаємодіють одне з одним, але не взаємодіють з іншими тілами

Б Крім сил тяжіння та пружності, між тілами системи діє сила тертя

В Робота сил, які діють на тіло, на замкненій траєкторії дорівнює нулю

Г Сили, які діють на тіло, скомпенсовані

Д Переміщення тіла дорівнює нулю

Обґрунтування вибору відповіді

1. Другий закон Ньютона можна записати в імпульсному вигляді:

= t.

Отже, зміна імпульсу дорівнює нулю тільки у випадку, якщо рівнодійна усіх сил, які діють на тіло, дорівнює нулю. (Г)

2. Закон збереження імпульсу виконується за умови, що система тіл, які взаємодіють, має бути замкненою, тобто тіла мають взаємодіяти тільки одне з одним і не взаємодіяти з іншими тілами. (А)

3. Якщо на тіло діє стала сила , напрямлена вздовж переміщення s тіла, то робота цієї сили A = F ∙ s. Слід звернути увагу: якщо переміщення тіла дорівнює нулю, робота сили дорівнює нулю, хоч би якою великою не була ця сила. (Д)

4. Зміна потенціальної енергії дорівнює роботі, яку може виконати система тіл у разі зміни взаємного розташування цих тіл. Якщо всі тіла системи повернуться до свого початкового положення, потенціальна енергія системи не зміниться. Отже, теорему про потенціальну енергію можна використовувати тільки для сил, робота яких по замкненій траєкторії дорівнює нулю. (В)

Відповідь: 1—Г, 2—А, 3—Д, 4—В.

2. Автомобіль рухається горизонтальною поверхнею. Швидкість руху автомобіля масою 2 т за 4 с зросла від 36 до 72 км/год. Рух автомобіля вважайте рівноприскореним, силою опору руху знехтуйте. Укажіть правильне твердження. Поясніть, чому інші твердження є неправильними.

А Сила тяги автомобіля виконала роботу 200 кДж.

Б Шлях, який подолав автомобіль за цей час, дорівнює 216 м.

В Середня корисна потужність двигуна автомобіля становить 75 кВт.

Г Під часу руху корисна потужність двигуна автомобіля збільшилася в 1,5 разу.

Обґрунтування вибору відповіді

□ Твердження А є неправильним. Силою опору руху можна знехтувати, тому лише сила тяги автомобіля змінює швидкість його руху. За теоремою про кінетичну енергію маємо:

A = Wк – Wк0 = - = (v2 - ).

Враховуючи, що m = 2 т = 2 ∙ 103 кг, v0 = 36 км/год = 10 м/с, a v = 72 км/год = 20 м/с, маємо:

A = ∙ (202 -102) = 300 ∙ 103 (Дж).

А = 300 кДж.

□ Твердження Б є неправильним. Оскільки рух автомобіля рівноприскорений, то для визначення переміщення скористаємося формулою:

Sx = t. Якщо вісь ОХ спрямувати за на прямком руху автомобіля, то формула матиме вигляд: s = t.

Отже, s = ∙ 4 = 60 (м).

□ Твердження В є правильним. Двигун автомобіля створює силу тяги, тому середня корисна потужність дорівнює частці від ділення корисної роботи на час її виконання:

P = .

Враховуючи, що А = 300 кДж (див. обґрунтування твердження A), a t = 4 с, маємо:

P = = = 75 (кВт).

□ Твердження Г є неправильним. Потужність двигуна автомобіля можна також визначити за формулою P = Fv. Оскільки рух рівноприскорений, то сила тяги, яку створює двигун, з часом не змінюється, тому

= = = = 2.

Отже, корисна потужність двигуна автомобіля збільшилася в 2 рази.

Відповідь: В.

3. Яка мінімальна робота А виконується в ході піднімання на дах мотузки завдовжки l = 40 м і масою m = 6 кг? У початковий момент уся мотузка звішувалася вертикально з краю даху.

Розв'язання

У ході піднімання мотузки доводиться долати силу тяжіння тільки тієї її частини, що звішується. У той момент, коли довжина витягнутої частини мотузки дорівнює х, для рівномірного піднімання потрібно прикладати силу F(x) = .

Робота, що виконується цією силою в ході зміни х від 0 до 1, чисельно дорівнює площі під графіком F(x) (див. рисунок):

A = = 1,2 кДж.

Можна також обчислити роботу з піднімання тіла в такий спосіб:

А = mg ∆h,

де ∆h — зміна висоти центра ваги тіла (у цьому випадку ∆h = ).

Відповідь: 1,2 кДж.

4. Транспортер за 20 с піднімає 1,2 т цеглин. Довжина стрічки транспортера 8 м, кут нахилу 30°, ККД транспортера 75%. Вважайте, що g = 10 м/с2. Укажіть неправильне твердження. Поясніть, чому інші твердження є правильними.

А Корисна робота, здійснена транспортером, дорівнює 84 Дж.

Б Робота, яку здійснює двигун транспортера, становить 64 кДж.

В Сила тяги двигуна транспортера 8 кН.

Г Потужність двигуна транспортера 3,2 кВт.

Обґрунтування вибору відповіді

□ Твердження А є неправильним. Транспортер призначений для підняття вантажу на деяку висоту h , тому Акор = mgh. Висоту, на яку транспортер піднімає цеглини, знайдемо із прямокутного трикутника (див. рисунок): h = lsina = 8sin30° = 4 (м).

Отже, Акор = mgh = 1,2 ∙ 103 ∙ 10 ∙ 4 = 48 ∙ 103 (Дж).

Акор = 48 кДж.

□ Твердження Б є правильним. За визначенням = = 0,75 Aповна = = = 64 ∙ 103 (Дж).

Аповна = 64 кДЖ.

□ Твердження В є правильним. Сила тяги двигуна збігається із напрямком руху транспортера, тому

Аповна = F ∙ l F = = = 8 ∙ 103 (H).

F = 8 кН.

□ Твердження Г є правильним.

P = = = 3200 (Вт).

Р = 3,2 кВт.

Відповідь: А.

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗАННЯ

1. Брусок масою 5 кг рівномірно переміщують горизонтальною поверхнею зі швидкістю 0,2 м/с протягом 10 с, прикладаючи горизонтальну силу 25 Н. Вважайте, що g = 10 м/с2. Укажіть правильне твердження. Поясніть, чому інші твердження є неправильними.

А Робота сили тяжіння дорівнює нулю.

Б За цей час сила тяги виконала роботу 12,5 Дж.

В Робота сили тяги за модулем більше за роботу сили тертя.

Г Коефіцієнт тертя між бруском та поверхнею дорівнює 0,4.

2. Тіло рухається горизонтальною поверхнею. На рисунку подано графік залежності модуля рівнодійної сили, яка діє на тіло, від модуля переміщення бруска. Встановіть відповідність між ділянкою графіка та роботою рівнодійної сили на цій ділянці.

1 АВ

2 ВС

3 CD

4 AD

А 15 кДж

Б 25 кДж

В 30 кДж

Г 50 кДж

Д 90 кДж

3. На рисунку зображено схему простого механізму. Укажіть правильне твердження. Поясніть, чому інші твердження є неправильними.

А Цей механізм дає виграш у силі в 2 рази.

Б Цей механізм дає виграш у роботі в 2 рази.

В Цей механізм дає виграш у відстані в 2 рази.

Г Цей механізм призначено для зміни напрямку дії сили.

4. Тіло вагою 18 Н піднімають на висоту 3 м за допомогою простих механізмів (див. рисунки), прикладаючи силу 15 Н. Встановіть відповідність між простим механізмом та його ККД.

А 60 %

Б 72 %

В 80 %

Г 90 %

Д 100 %









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.