Урок № 56 Механічна енергія та її види

Тема уроку: Механічна енергія та її види

Мета уроку: з‘ясувати суть поняття енергії як фізичної величини, що описує стан тіла, і зміна якої визначає роботу; сформувати в учнів знання про потенціальну та кінетичну енергію, вміння розраховувати потенціальну енергію тіла, піднятого над поверхнею Землі; показати залежність кінетичної енергії від маси тіла і його швидкості; дати визначення повної механічної енергії тіла;

розвивати пізнавальний інтерес учнів до теми та предмету фізики взагалі, розширювати світогляд; виховувати вміння бачити фізику навколо себе;

розвивати логічне мислення, спостережливість, вміння узагальнювати, робити висновки.

Базові фізичні поняття: енергія, механічна енергія, потенціальна енергія тіла, піднятого над Землею, та пружно деформованого тіла, кінетична енергії робота, швидкість, маса.

Демонстрації:  Зміна енергії тіла під час виконання роботи.Потенціальна енергія піднятого над землею тіла.Потенціальна енергія деформованої пружини. Залежність кінетичної енергії тіла від його маси й швидкості

Обладнання: кулька, підвішена на нитці, ящик з піском, ножиці, брусок, гумовий шнур, пружина, цеглина

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Хід уроку :

      I.      Організаційний момент

Привітання, перевірка присутніх.

   II.      Актуалізація опорних знань

Розшифруйте анаграми:

т х п а                          птах                                             у д о ь л ж               джоуль

а т в                             ват                                               т о б а о р                робота

т с о ж і п ь у н           потужність                                 л н с о                      слон

Серед складених слів обрати слова, що стосу­ються вивченої теми, та пояснити їх зміст.

Вправа «Знайди зайве» і поясни, чому

•    Трактор, човен, телевізор, літак. (Телевізор.,

•    Робота, енергія, динамометр, потужність (Динамометр.)

•    Джоуль,   метр,   ват,   годинник,   ньютон (Годинник.)

Бесіда за питаннями:

1.     Що таке робота, від яких величин вона залежить?

2.     Які умови виконання механічної роботи?

3.     Назвіть одиниці вимірювання роботи.

4.     Які сили можуть виконувати роботу?

5.     Що відбувається із станом тіла, коли виконується робота?

III.      Мотивація навчальної діяльності

Часто під час характеристики людини ми ви­користовуємо слово «енергійна». Що це означає? (Учні відповідають.)

Поняття енергії використовують і в фізиці. Що ж це за характеристика? Що вона показує? Коли тіло має енергію? На ці та інші запитання ми сьо­годні з вами спробуємо дати відповідь.

IV.      Вивчення нового матеріалу

Розглянемо кілька прикладів, коли роботу виконують сили, що діють із боку деяких тел.

а) При розпрямленні стиснутої пружини сила пружності, що діє з боку пружини, виконує роботу. Виходить, стиснута (деформована) пружина має здатність виконувати роботу. Цю властивість пружини використовують, наприклад, у пружинних годинниках і заводних іграшках.

б) Вантаж, що опускається з деякої висоти, також виконує роботу: це використовують, наприклад, у годинниках з гирями й на гідроелектростанціях, де роботу виконує падаюча з греблі вода.

Отже, піднятий на деяку висоту вантаж має здатність виконувати роботу.

в) Якщо візок, що рухається, зіштовхується з пружиною, він деформує пружину. Отже, тіло, що рухається, має здатність виконувати роботу.

Повідомляємо учням, що про тіла, при зміні стану яких може бути виконана робота, говорять, що вони мають енергію.

·        Фізичну величину, що характеризує здатність тіла або системи тіл виконувати роботу, називають енергією.

Коли тіло виконує роботу, його енергія зменшується на величину, рівну виконаній роботі: якщо позначити енергію тіла в початковому стані E_поч, в кінцевому E_кін , а виконану тілом роботу A_т, то

Звідси випливає, що одиниця енергії така сама, як й одиниця роботи,— джоуль.

Якщо підняти,наприклад, брусок над поверхнею Землі (продемонструвати), то він, падаючи, здатний виконати роботу, а отже, має енергію, що зумовле­на взаємодією цього бруска й Землею. Таку енергію називають потенціальною (від лат. potentia – сила, можливість).

Потенціальна енергія – це енергія, зумовле­на взаємодією тіл або частин одного тіла.

Щоб цю енергію накопичити, достатньо під­няти тіло над Землею. З'ясуємо зв'язок між потен­ціальною енергією тіла, піднятого над поверхнею Землі, та механічною роботою. Щоб рівномірно підняти тіло масою т на висоту h над поверхнею Землі, потрібно виконати роботу               

    А= Fs = mgh.

Механічна робота дорівнює зміні енергії, тому, обравши за нульовий рівень поверхню Землі, мож­на вважати, що потенціальна енергія на поверхні Землі дорівнює нулю, тоді                   

     W_n = mgh.

Значення потенціальної енергії залежить від вибору нульового рівня. Піднімемо підручник над столом (продемонструвати). Відносно поверхні столу значення енергії буде одне, відносно підлоги значення її збільшиться, а відносно поверхні Землі стане ще більшим. Отож, значення потенціальної енергії є відносним.

4. Потенціальна енергія пружно деформова­ного тіла

Є ще одна можливість накопичити потенціаль­ну енергію – тіло можна розтягнути або стиснути (деформувати). (Продемонструвати деформацію гумового шнура або звичайної пружини.) Робота виконуватиметься кожного разу, коли деформація зникатиме, а тіло набуватиме первинної форми і розмірів. Отже, пружно, деформоване тіло має по­тенціальну енергію. Наприклад, таку енергію має натягнута тятива лука, деформована пружина в механічних годинниках тощо.

Потенціальну енергію пружно деформованого тіла обчислюють за формулою   

                  

 де k – жорсткість тіла, х – видовження (деформація) тіла.

Дуже часто ми бачимо, що механічна робота виконується внаслідок того, що тіло має деяку швидкість.

Тепловоз, що рухається, зіштовхуючись із вагоном, переміщає його на деяку відстань. При цьому виконується робота. Коли куля пробиває дошку, також виконується робота.

Енергія, якою володіє тіло, що рухається, називається кінетичною.

·        Кінетичною енергією називають частину механічної енергії, що визначається рухом тіла.

Кінетична енергія тіла, що рухається з деякою швидкістю, дорівнює роботі, яку треба виконати, щоб передати тілу в стані спокою таку саму швидкість.

Кінетична енергія E_к тіла масою m, що рухається зі швидкістю v, визначається формулою:

Значення кінетичної енергії залежить від вибору системи від відліку: адже кінетична енергія тіла залежить від його швидкості, а швидкість тіла в різних системах відліку різна. Якщо система відліку явно не зазначена, звичайно мають на увазі систему відліку, пов’язану із Землею.

З погляду різних спостерігачів кінетична енергія того самого тіла може бути різною.

   V.      Узагальнення знань

1.     Чому кінетична енергія гірських та рівнинних річок не є рівнозначними? (тому, що швидкість течії гірської річки більша, ніж рівнинної, а кінетична енергія залежить від швидкості рухомого тіла: чим більша швидкість, тим більша енергія)

2.     Чому енергія вимірюється в тих само одиницях, що й робота? (тому що ці величини взаємозалежні: робота виконується за рахунок енергії, а енергія – це здатність тіла виконувати роботу.)

Розв‘язування задач.

1)    Яку потенціальну енергію відносно Землі має тіло масою 100 кг на висоті 10 м?

2)    На яку висоту треба підняти тіло масою 15 кг, щоб потенціальна енергія збільшилась на 450 Дж?

3)    Обчисліть і порівняйте між собою кінетичні енергії тіл у таких випадках:

а) поїзд масою 450 т рухається із швидкістю 72 км/год;

б) снаряд вагою 5450 Н вилітає з гармати зі швидкістю 600 м/с.

VI.      Підсумки уроку

Запишіть у зошитах у два стовпчики те, що ви знали до початку уроку і що дізналися.

Я знав…                                           Я дізнався…

VII.      Домашнє завдання

  Завантажити конспект Урок № 56 Механічна енергія та її види