Механічна робота. Кінетична енергія. Потужність

Тема. Механічна робота. Кінетична енергія. Потужність.

Мета. Формувати в учнів поняття механічної роботи, кінетичної енергії, потужності як фізичних величин;

розвивати науковий світогляд, логічне мислення, увагу;

виховувати інтерес до предмету.

Тип уроку. Урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

Вітаю щиро всіх присутніх на цьому уроці:

Адже урок – це скарб, це світ знання, умінь, емоцій.

Чи варто знати людству нині

Про різні явища фізичні

Коли комп’ютерні мережі в курсі всіх новин?

Але, незалежно від моди, фізика вивчає явища природи. Це наука, як у житті треба все вміти, вчитись, думати, творити, відкриттям радіти.

Тож давайте з вами поринемо у цікавий, таємничий світ фізики.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Зараз ви всі вдома, на карантині і кожен з вас виконує якусь роботу. Хтось прибирає в кімнаті, хтось працює за комп’ютером, хтось читає цікаву книжку. І справді, в повсякденному житті під словом робота ми розуміємо будь-яку корисну діяльність учня, лікаря, інженера, вантажника, будівельника, тощо. Проте у фізиці слово робота має чітко визначений зміст. Розглядають механічну роботу або роботу сили.

Пропоную вам вправа «Розсипанка» (набір слів на екрані, автор Майкл Фарадей).

З наведених на слайді слів складіть вислів.

«Чим більше в мене роботи, тим успішніше я навчаюсь»

(В, роботи, більше, Чим, я, навчаюсь, мене, успішніше)

Ці слова належать видатному фізику Майклу Фарадею.

Отже, мова у нас сьогодні йтиме про роботу. Запишіть, будь ласка, тему уроку «Механічна робота. Кінетична енергія. Потужність».

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

Актуалізація опорних знань

Вправа «Рюкзак очікувань»

Чого ви очікуєте від сьогоднішнього уроку?

1. Хочу поглибити свої знання про механічну роботу.
2. Хочу дізнатися щось нове про потужність.
3. Хочу зрозуміти зв'язок між механічною роботою і енергією.

Деякі знання про «Механічну роботу» ви вже маєте із 7-го класу. Давайте пригадаємо:

1. Що таке механічна робота?
2. Як обчислювали механічну роботу у 7-му класі:
3. Яка одиниця вимірювання в СІ роботи?
4. Чому дорівнює один джоуль?
5. Скільки джоулів вміщає 1кДж?
6. 1000000 Дж скільки це МДж?
7. Тіло рухається за інерцією , чи виконує воно механічну роботу?
8. До тіла прикладено силу , але воно нерухоме . Чи виконує тіло механічну роботу?
9. На честь якого вченого названо одиницю вимірювання механічної роботи?

Правильно, але це для випадку, коли сила і переміщення напрямлені вздовж однієї прямої, тобто кут між напрямком сили і переміщення дорівнює 0.

Сьогодні розглянемо випадки, коли сила напрямлена під деяким кутом α до переміщення. В такому разі механічну роботу обчислюємо за формулою:

, де         

А – механічна робота,

F – сила, прикладена до тіла,

S – переміщення, яке здійснює тіло,

α – кут між вектором сили і вектором переміщення.

Механічна робота – це фізична величина, яка характеризує зміну механічного стану тіла й дорівнює добутку модуля сили F, модуля переміщення S і косинуса кута α між вектором сили та вектором переміщення.

Робота сили є величиною скалярною, тобто вона може бути додатною, від’ємною або дорівнювати нулю. Розглянемо таблицю для даних випадків.

1. Якщо кут α між вектором сили F і вектором переміщення S гострий

2. Якщо кут α між вектором сили F і вектором переміщення S дорівнює 0

3. Якщо кут α між вектором сили F і вектором переміщення S розгорнутий

4. Якщо кут α між вектором сили F і вектором переміщення S прямий

Геометричний зміст роботи сили.

А зараз з’ясуємо, який геометричний зміст роботи змінної сили.

Механічна робота буде дорівнювати площі трапеції під графіком залежності проекції змінної сили від модуля переміщення тіла.

Зв'язок роботи та кінетичної енергії.

Розглянемо тіло масою m, до якого прикладена незмінна сила F. Ця сила надає тілу прискорення a, тобто змінює швидкість руху тіла від V₀ до V і виконує роботу , оскільки тіло здійснює переміщення під дією цієї сили. Очевидно, що між роботою і зміною швидкості має існувати зв'язок. Оскільки робота обчислюється за формулою

за другим законом Ньютона:

V і V₀ – кінцева і початкова швидкості руху тіла

Підставивши вирази для F і S у формулу для роботи отримаємо:

А як називається вираз ?

Кінетична енергія – це фізична величина, яка характеризує механічний стан рухомого тіла і дорівнює половині добутку маси m тіла на квадрат швидкості V його руху.

Виведену вище формулу можемо записати у такому вигляді:

Це є теорема про кінетичну енергію!

 Робота сили дорівнює зміні кінетичної енергії тіла.

Якщо тіло в початковий момент часу є нерухомим V₀=0, то і Е_к0=0, тоді

Потужність.

З поняттям роботи тісно пов’язана ще одна фізична величина – потужність.

Діти, а що характеризує потужність?

Відповідь! Потужність характеризує швидкість виконання роботи.

Потужність позначається літерою Р (N) і обчислюється за формулою:

Тобто, потужність – це фізична величина, що дорівнює роботі, виконаній за одиницю часу.

Діти, пригадайте, в яких одиницях вимірюють потужність?

Правильно, у ватах. Основною одиницею потужності в СІ є ватт.

А ще, яку позасистемну одиницю вимірювання потужності ви знаєте?

Правильно, кінська сила:

Потужність, яку розвиває транспортний засіб, зручно визначити через силу тяги та швидкість руху:

Ця формула справджується й у випадку нерівномірного руху.

Закріплення отриманих знань.

А зараз давайте розв’яжемо задачі використовуючи формули, вивчені під час уроку .

1.Якісна задача. Морем пливе корабель. Чи виконує при цьому роботу сила тяжіння ?

2.Якісна задача. Автомобіль рухається горизонтальною ділянкою дороги . Коли його двигун розвиває більшу потужність : під час повільної чи швидкої їзди?

3.Вправа 15(5) з підручника.

Автомобіль масою 1т збільшив швидкість свого руху від 10 до 20 м/с. Визначте роботу рівнодійних сил, які діють на автомобіль.

4.Яку роботу виконала над вами сила тяжіння , якщо , стрибнувши зі сходинки ви досягли швидкості 3 м/с?

Отже, ми з вами з’ясували що таке механічна робота, потужність, вивчили теорему про кінетичну енергію. Згадали одиниці вимірювання роботи і потужності. Розв’язали якісні і розрахункові задачі.

Запишіть домашнє завдання!

Опрацювати §15, вправа 15 (2, 3 письмово, 8 – за бажанням).

Оцінку , яку ви отримали за роботу на уроці , надішлю у приватні повідомлення.

А зараз послухаємо цікаві факти, які ви підготували вдома

1.  Інтервал значень потужності різних штучних і природних об’єктів дуже різний. Так, потужність серця людини в спокійному стані дорівнює приблизно 1 Вт. Коли людина збуджена, її потужність  зростає в 2-6 разів. Людський організм в цілому може працювати тривалий час з середньою потужністю 75 Вт. Різні двигуни мають потужність від сотих часток кіловат ( двигун електробритви, швейної машини) до сотень тисяч кіловат ( водяні, парові та газові турбіни). Двигун автомобіля «Таврія» має потужність приблизно 40 Вт, ракетоносій космічного  корабля «Енергія» 125000 МВт.
2. За добу людське серце здійснює 100 тисяч ударів, при одному ударі виконується робота у 200 кДж. Це така сама робота, як і під час піднімання вантажу масою 1 кілограм на висоту 20 см. Цікаво, що за 50 років серце людини виконує роботу, що дорівнює роботі з піднімання вантажу у 18 тисяч тон на висоту 227 метрів.
3. 1Вт зовсім не велика потужність. Достатньо підняти гирку масою 102 грами на висоту 1 метр за 1 секунду і ви можете стверджувати, що при цьому розвинули потужність 1 ват.

Діти, чи справдилися ваші очікування від уроку? Що нового ви дізналися?

Всі працювали злагоджено, плідно. Я задоволена вашою роботою на уроці, молодці.

А насамкінець хочу сказати:

«Бажайте знань, як журавлі польоту!

Черпайте їх з науки джерела

Натхненно всю виконуйте роботу,

А школа й вчитель – ваші два крила!»

Дякую за урок!