Giáo án Bài 15. Khái quát về cơ khí động lực

HS huy động kiến thức đời sống về việc có một nguồn tạo ra chuyển động rồi phải truyền chuyển động đó đến nơi làm việc; từ đó xác định vấn đề cần tìm hiểu của bài.

GV nêu câu hỏi: Khi đạp xe đạp, chân người tạo lực, xích và líp truyền chuyển động, bánh xe quay. Vậy trong chuỗi này có những phần nào? Nếu thay người đạp bằng động cơ điện, bánh xe quay thì chuỗi đó có thay đổi không? HS trả lời tự do rồi thống nhất vấn đề: một hệ cơ khí động lực gồm những bộ phận nào và mỗi bộ phận làm gì?

HS nêu được ít nhất hai ý: (1) Có nguồn tạo ra lực hoặc công suất (chân người hoặc động cơ); (2) Có bộ phận truyền chuyển động (xích, líp) và bộ phận trực tiếp làm việc (bánh xe). Từ đó HS ghi vào vở câu hỏi định hướng: “Hệ cơ khí động lực có những thành phần nào và chức năng của từng thành phần là gì?”

HS nêu được khái niệm cơ khí động lực và phân biệt được nguồn động lực, hệ truyền lực, máy công tác theo chức năng.

HS làm việc theo cặp với Phiếu học tập số 1 và thẻ khái niệm – thẻ chức năng. Nhiệm vụ: (1) Ghép từng khái niệm “Nguồn động lực”, “Hệ truyền lực”, “Máy công tác” với mô tả chức năng tương ứng. (2) Trả lời câu hỏi: Tại sao hai bộ phận có thể nằm trong cùng một vỏ máy nhưng vẫn được xếp vào hai nhóm chức năng khác nhau? (3) Lấy một ví dụ đời sống, xác định ba thành phần trong ví dụ đó.

Kết quả ghép cặp: Nguồn động lực – Bộ phận cung cấp cơ năng cho hệ thống; Hệ truyền lực – Bộ phận truyền và biến đổi chuyển động, mômen; Máy công tác – Bộ phận trực tiếp thực hiện nhiệm vụ của hệ thống. Kết luận HS rút ra: Cơ khí động lực là lĩnh vực về máy và hệ thống biến đổi, truyền và sử dụng năng lượng để tạo chuyển động, phục vụ vận tải và sản xuất; các thành phần được phân chia theo chức năng, không phụ thuộc việc các bộ phận có cùng một vỏ hay không. Ví dụ HS có thể nêu: Động cơ đốt trong (nguồn), hộp số và trục các-đăng (truyền lực), bánh xe dẫn động (máy công tác) trên ô tô.

HS giải thích được vai trò truyền và biến đổi năng lượng của hệ truyền lực, tính được công suất tới máy công tác khi có hiệu suất, và nhận ra đầu ra không lớn hơn đầu vào.

GV dẫn dắt bằng ví dụ máy bơm dùng động cơ điện qua khớp nối. HS thảo luận: (1) Công suất động cơ cung cấp đi qua khớp nối rồi tới bơm, vậy khâu nào tạo ra năng lượng mới? (2) Nếu hiệu suất truyền lực là $0{,}9$ và động cơ cung cấp $5\,\mathrm{kW}$, máy công tác nhận được bao nhiêu kW? (3) Tại sao không thể coi hệ truyền lực là nơi tạo thêm năng lượng? Trong đó GV nêu quan niệm sai: “Hệ truyền lực luôn tạo thêm năng lượng để công suất đầu ra lớn hơn đầu vào”, HS phản biện.

HS rút ra: Hệ truyền lực không tạo thêm năng lượng; có tổn hao. Tính toán: $P_{\text{máy công tác}} = 5 \times 0{,}9 = 4{,}5\,\mathrm{kW}$; phần tổn hao là $5 - 4{,}5 = 0{,}5\,\mathrm{kW}$. Kết luận đúng: Truyền lực có tổn hao và không tạo năng lượng; tăng mômen thường đi cùng giảm tốc độ trong điều kiện thích hợp. Sửa quan niệm sai: Quan niệm “đầu ra lớn hơn đầu vào” là sai vì vi phạm nguyên tắc bảo toàn năng lượng trong mô hình không có nguồn bổ sung.

HS củng cố khái niệm ba thành phần, nhận biết quan niệm sai và vận dụng công thức hiệu suất để tính công suất.

HS làm việc cá nhân 4 phút, sau đó đổi chéo kiểm tra với bạn trong cặp 2 phút, cuối cùng GV chữa nhanh. Đề gồm ba câu: (1) Trong khái quát về cơ khí động lực, mô tả nào giải thích chính xác “Nguồn động lực”? A. Bộ phận truyền và biến đổi chuyển động, mômen; B. Bộ phận cung cấp cơ năng cho hệ thống; C. Bộ phận trực tiếp thực hiện nhiệm vụ của hệ thống. (2) Hệ truyền lực luôn tạo thêm năng lượng để công suất đầu ra lớn hơn đầu vào. Nhận định này đúng hay sai? (3) Nguồn có công suất $5\,\mathrm{kW}$, truyền lực hiệu suất $0{,}9$. Công suất tới máy công tác là bao nhiêu kW? Học liệu NeoEdu có các câu tương tác tương ứng để HS tự kiểm tra nếu có thiết bị.

Đáp án: (1) B – Bộ phận cung cấp cơ năng cho hệ thống (hai mô tả còn lại thuộc hệ truyền lực và máy công tác). (2) Sai – truyền lực có tổn hao và không tạo năng lượng; tăng mômen thường đi cùng giảm tốc độ trong điều kiện thích hợp. (3) $4{,}5\,\mathrm{kW}$, vì $5 \times 0{,}9 = 4{,}5$; phần $0{,}5\,\mathrm{kW}$ là tổn hao trong mô hình.

HS vận dụng sơ đồ ba khâu để phân tích hệ máy bơm dùng động cơ điện qua khớp nối, nêu một giới hạn khi muốn tăng lưu lượng và đề xuất yếu tố an toàn; không thực hiện thao tác vật lí.

Tình huống giả định: Máy bơm nước dùng động cơ điện qua khớp nối. Người quản lí muốn tăng lưu lượng nước. HS hoàn thành hồ sơ phân tích (phiếu học tập số 1, mục vận dụng): (1) Xác định nguồn, truyền lực và máy công tác. (2) Nêu vai trò năng lượng của từng khâu. (3) Nêu một giới hạn khi muốn tăng lưu lượng và lí do. (4) Nêu ít nhất hai nội dung an toàn cần lưu ý và ai là người có thẩm quyền xử lí. Đây là hồ sơ giả định, không yêu cầu tháo lắp, chạy thử hay đổi đấu điện.

Kết luận mẫu: (1) Động cơ điện là nguồn động lực; khớp nối là hệ truyền lực; bơm là máy công tác. (2) Các khâu truyền cơ năng chứ không tạo thêm năng lượng; khớp nối và bơm có tổn hao. (3) Không thể chỉ tăng tốc động cơ nếu bơm hoặc đường ống không cho phép; cần xem đặc tính và công suất của bơm, động cơ, đường ống. (4) Không tự đổi đấu điện, không chạm vào khớp quay hay dây đai khi máy đang chạy, không chạy máy trong không gian kín; chuyển công việc cho người có chuyên môn kĩ thuật.