Методична розробка уроку з фізики на тему: "Кінетична і потенціальна енергія"

Тема: « Кінетична і потенціальна енергія»

Мета уроку:

вивчити поняття «енергія, механічна енергія, кінетична енергія, потенціальна енергія», з’ясувати від чого та як залежать значення кінетичної і потенціальної енергії, розвиток логічного мислення учнів, формувати їхній матеріалістичний світогляд.

Формування ключових компетентностей:

• інформаційно-цифрова;
• основні компетентності у природничих науках і технологіях;
• математична компетентність;
• уміння учитися упродовж життя.

Матеріально-технічне забезпечення : ПК, мультимедійний проєктор, екран.

Навчально-методичне забезпечення: «Фізика (рівень стандарту, за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Ляшенка О.І.)»: підручник для 10 класу закладів загальної середньої освіти/ ( В. Г. Бар’яхтар, С. О.  Довгий,       Ф.  Я., Божинова, О. О. Кірюхіна); за ред. В. Г. Бар’яхтара, С.О Довгого. - Харків: Вид-во «Ранок», 2018.-271 с. іл.), презентація «Кінетична і потенціальна енергія», відео до уроку «Механічна енергія», опорний конспект «Енергія. Види механічної енергії», кульки різного діаметру, пісок, динамометр, тягарці, похила площина, брусок.

Тип уроку: комбінований.

Очікувані результати: здобувачі освіти розкривають сутність поняття енергії як фізичної величини, застосовують формули потенціальної і кінетичної енергій при обчислені розрахункових задач; використовують отримані знання для пояснень фізичних дослідів.

Епіграф до уроку:  «Наш світ занурений у величезний океан енергії, ми летимо в нескінченному просторі з незбагненною швидкістю. Усе навкруги обертається, рухається — усе енергія» (Нікола Тесла)

План – схема уроку

 

Етап уроку	Час, хв.	Форми і методи діяльності викладача	Результат діяльності
I. Організаційний момент.	2 хв.	Привітання. «5 золотих правил успіху». Відмітка присутніх в журналі.	Організувати початок роботи.
ІІ. Актуалізація опорних знань.	8 хв.	Вправа «Встанови відповідність». Інтерактивна вікторина «Імпульс. Закон збереження імпульсу».	Повторення вивченого матеріалу, розвиток логічного мислення.
IIІ. Мотивація навчальної діяльності.	3 хв.	Бесіда з учнями.	Мотивація до навчальної діяльності учнів.
IV. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу.	15 хв.	Пояснення викладача. Демонстрація дослідів. Учнівський міні-проєкт «Джеймс Прескотт Джоуль».	Засвоєння навчального матеріалу.
V. Узагальнення знань.	10 хв.	Вправа «Заморочки із мішечка». Вправа «Ментальна карта: механічна енергія»». Інтерактивна вправа «Випадкові слова».	Узагальнення матеріалу.
VІ. Підсумки уроку.	5 хв.	Аналіз очікуваних результатів. Вправа «Похвали себе сам». Виставлення оцінок.	Оцінка ефективності уроку.
VIІ. Оголошення домашнього завдання.	2 хв.	Завдання репродуктивного характеру.	Повторення вивченого матеріалу.

 

 

 

 

 

 

 

 

Хід уроку

І.     Організаційний момент

Створення робочої атмосфери уроку

•          Викладач. Доброго дня. Розпочинаємо наш урок. Староста групи доповідає про явку учнів на урок.  Для плідної роботи на уроці, як завжди, ми повинні дотримуватися  правил. Не забувайте про них  (учень зачитує правила):

 Учень.  П’ять золотих правил успіху:

1.     Правило піднятої руки.

2.     Правило тиші

3.     Правило уваги (уважно дивись та слухай)

4.     Думай, потім -  говори

5.     Правило поваги.

Викладач. Епіграфом нашого уроку обрані слова Нікола Тесла «Наш світ занурений у величезний океан енергії, ми летимо в нескінченному просторі з незбагненною швидкістю. Усе навкруги обертається, рухається — усе енергія»

Слово «енергія» можна почути в телевізійних репортажах, побачити на шпальтах газет. Ним можна користуватися для характеристики людей (енергійний), природних явищ, машин, механізмів, побутових приладів.

Повідомлення теми і мети уроку.

Викладач. Отже, тема уроку: Потенціальна і кінетична  енергія тіл. (запис учнями у робочий зошит). На уроці ми вивчемо поняття «кінетична енергія», «потенціальна енергія», а також з’ясуємо, від яких чинників вони залежать.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Викладач. А зараз згадаємо фізичні величини і їх одиниці вимірювання , для чого виконаємо вправу «Встанови відповідність», у якій необхідно встановити правильні відповідності фізичних величин і одиниць їх вимірювання. Один учень працює біля дошки, інші – в робочих зошитах.

F   S   V   m   g   ρ   A   N   t   v

 м² Н  кг  м3    м/с2  кг/м³   Дж  Вт   с   м/с

Викладач. Пропоную вам ще одне завдання –  інтерактивну вікторину «Імпульс. Закон збереження імпульсу».  Скануємо QR код, переходимо за посиланням і даємо відповіді на 12 запитань. Я перевірю ваші результати і врахую їх при виставленні загальної оцінки.

IV. Сприйняття та засвоєння вивченого матеріалу.

Викладач. Якщо тіло або декілька тіл, взаємодіють між собою, то вони можуть виконувати роботу, а отже володіють енергією.

Енергія — це фізична величина, що характеризує здатність тіла або системи тіл виконувати роботу. (Учні записують в робочий  зошит)

Енергія позначається символом Е. Одиницею енергії в СІ є Джоуль (Дж). Пропоную заслухати  учнівський міні-проєкт про видатного фізика Джеймса Прескотта Джоуля.

Учнівський міні проєкт «Джеймс Прескотт Джойль: все геніальне-просто ».

Учень. На честь Джеймса Джоуля названа одиниця вимірювання енергії. Ця людина виявила зв`язок між струмом, що біжить крізь провідник з певним опором, і виділеним при цьому теплом. Але це лише одне з багатьох досліджень видатного англійського фізика Джеймса Прескотта Джоуля, котре увіковічнило його в історії науки.

Принцип збереження енергії Джоуля став основою першого закону термодинаміки, який говорить про те, що енергію не можна ні створити, ні знищити, але її можна змінювати з однієї форми в іншу. Знаменитий фантаст Айзек Азімов назвав це «найважливішим узагальненням в історії науки».

Джеймс Прескотт Джоуль з`явився на світ 24 грудня 1818 року у Солфорді. Забезпечений тато дав синові прекрасну домашню освіту – математики, хімії та фізики Джоуля навчав відомий вчений Джон Дальтон. Джеймс вдячно визнавав, що Дальтон зіграв головну роль в його рішенні зайнятися наукою: «Саме в результаті його викладання у мене з`явилося бажання збільшити запас моїх знань за допомогою оригінальних досліджень».

Спочатку Джоуль зайнявся вивченням магнітних явищ. Досліджуючи поведінку різних матеріалів, він зауважив, що стрижні, виготовлені з деяких металів, наприклад, заліза або нікелю, стають довшими, якщо їх помістити в магнітне поле. Це явище отримало назву магнітострикції.

У 1843 році вчений зміг обчислити кількість механічної роботи, необхідної для утворення еквівалентної кількості теплоти. Ця величина була названа «механічним еквівалентом теплоти».

В результаті в усьому світі була прийнята нова одиниця теплоти, пізніше названа ім`ям Джоуля.

Джоуль покоїться на кладовищі в Манчестері, і на надгробному пам`ятнику вибито число 772, 55. Це отримане в експерименті 1878 року значення механічного еквівалента тепла. Таку роботу, виражену в футо-фунтах (1 футо-фунт = 1, 3558 Дж), треба буде витратити, щоб підняти температуру одного фунта води з 60 до 61 градуса за Фаренгейтом на рівні моря. У Манчестерскій ратуші фізику поставили пам`ятник. Мармурова скульптура роботи Альфреда Гільберта стоїть навпроти пам`ятника його вчителя Джона Дальтона.

Викладач.  Цікавий і змістовний проєкт був підготовлений ученицею. Запамятаємо, що енергія вимірюється в Дж.

Встановлено, що енергія може існувати в різних формах. Пригадайте, які види енергії ви знаєте? (Учні пригадують (механічна, атомна, внутрішня, електрична, хімічна, вітрова, сонячна тощо.) (Учні записують в робочий  зошит)

Сьогодні ми зупинимося на механічній енергії, яка залежить від швидкості тіл та взаємного розміщення тіл або частин тіла, що взаємодіють. Розрізняють два види механічної енергії: кінетичну та потенціальну.

 Енергія, яку має тіло внаслідок свого руху, називається кінетичною (від грецького  кінема - рух).

Кінетичну енергію тіла позначають Ек. (Учні записують в робочий  зошит)

З’ясуємо, від яких чинників залежить значення кінетичної енергії.

Зараз команда дослідників  виконає дослід і результи передасть команді теоретиків для узагальнення.

Команда дослідників

Учень. Дослід 1. Візьмемо похилу площину. В кінці схилу ставимо  брусок. Скочуємо кульку 1з різної висоти бруска .

 

Висота похилої площини	Рух бруска	Висновок

Команда теоретиків

Учень. Якщо скочувати кульку з різних висот, то можна помітити, що чим з більшої висоти скочується кулька, тим більша її швидкість і тим далі вона пересуне брусок, тобто, виконає більшу роботу. На основі проведених дослідів робимо висновок : кінетична енергія тіла залежить від його швидкості.

Викладач. Виконаємо ще один дослід, але візьмемо  кульку більшої маси.

Команда дослідників

Учень. Дослід 2. Будемо скочувати з похилої площини другу кульку - більшої маси.

 

Висота похилої площини	Рух бруска	Висновок

Команда теоретиків

Учень. Спостерігаємо: брусок пересунеться на більшу відстань, тобто, буде виконана більша, ніж у попередньому випадку, робота. Отже, і кінетична енергія другої кульки більша, ніж першої. На основі проведеного досліду робимо висновок : кінетична енергія тіла залежить від його швидкості.

Викладач. У ході виконаних дослідів отримали два важливі висновки:

1. Кінетична енергія залежитьвід швидкості руху тіла.
2. Кінетична енергія залежить від маси тіла.

(Учні записують в робочий  зошит)

Ці результати підводять нас до формули кінетичної енергії:

де m – маса тіла, а v – швидкість руху, цього тіла. (Учні записують в робочий  зошит)

Потенціальною (від латинського, потенціал - можливість) енергією називається енергія, яка визначається взаємним положенням взаємодіючих тіл, або частин одного і того ж тіла. (Учні записують в робочий  зошит)

З’ясуємо, від яких чинників залежить значення потенціальної енергії.

Команда дослідників проводе наступний дослід.

Учень. Дослід 3.  Візьмемо ті ж кулі, що і в попередньому досліді і спочатку нерухомо тримаємо в руках а потім випускаємо їх у пісок.

Команда теоретиків.

Учень. Спостерігаємо:  коли ми випустимо кулі, вони заглибляться у пісок на різну глибину залежно від маси. Очевидно, що кулька із більшою масою заглибиться більше.

Висновок: потенціальна енергія залежить від маси тіла.

Дослід 4. Збільшемо висоту підняття куль. Відпускаємо кульки. Спостерігаємо, що кульки зануряться на ще більшу глибину ніж в попередньому досліді. Отже із збільшенням висоти підняття куль збільшиться і їх потенціальна енергія.

Висновок: потенціальна енергія залежить від висоти підняття тіла над поверхнею.

Викладач. Оскільки Еп = А, а робота, як відомо дорівнює добутку сили на шлях, то A =F•h

Отже, в цьому випадку потенціальна енергія

En=g•m•h

де, g – стала величина

Викладач. Проведемо наступний дослід

Команда дослідників.

Учень. Дослід 4. Візьмемо динамометр і підвісимо до нього тягарець масою 200 гр

Учень. Спостерігаємо: відпустивши тягарець, ми бачимо, видовження пружини динамометра. Значить вона виконала роботу, а отже володіє потенціальною енергією.

Висновок: потенціальну енергію має будь-яке пружно деформоване тіло.

Викладач.  Обчислюється така енергія за формулою

En=кх2/2. (Учні записують в робочий  зошит)

А зараз пропоную переглянути відео фрагмент «Механічна енергія»

(https://www.youtube.com/watch?v=bhESiX13st0)

V. Узагальнення знань.

Викладач. Ми розглянули основні поняття і формули кінетичної і потенціальної енергії, які знадобляться вам у виконанні наступних вправ. Виконаємо вправу «Заморочки із мішечка». До дошки виходять два учні, які по черзі витягають завдання із задачами і на дошці їх розв’язують. Всі інші-працюють в робочих зошитах.

1.   Літак  масою 50 тонн рухається зі швидкістю 900 км/год  на висоті 10 км від земної поверхні. Обчисліть кінетичну

Дано:                        СІ                        Розв’язання

m = 50 т               5·10⁴ кг         

v = 900 км/год     250 м/с                             

     g=10 Н/кг                                   E_n=g·m·h

  h=10 км         10⁴  м

                                                      Підставимо значення у формули:

                                        

     E_n – ?                                                         

                                                    E_n=5·10⁴ кг · 10 Н/кг ·  10⁴  м =  5·10⁹   Дж   

                                                   Відповідь:  5·10⁹   Дж                       

 

2.        Яку кінетичну енергію має куля масою 5 г, що вилетіла з рушниці зі швидкістю 500 м/с?

 

Дано:          СІ                      Розв’язання

m = 5 г           5·10^-3 кг          Запишемо формулу для кінетичної енергії:

v = 500 м/с                             

Е – ?                                 Підставимо значення у формулу:

                                        

                                                Е =    5·10^-3 кг (  500 м/с )²       = 1.25 Дж

                 

Відповідь:  1.25 Дж

Викладач. Наступним вашим завданням буде скласти ментальну карту: «Енергія та її види». Один учень працює біля дошки. А всі інші учні-у робочих зошитах.

 

Наступною виконаємо інтерактивну вправа «Випадкові слова». Потрібно розставити слова у правильному порядку таким чином, щоб отримати визначення фізичної величини. Скануємо QR код, переходимо за посиланням і виконуємо завдання.

VІ. Підсумки уроку

Викладач . Наш урок добігає кінця.

А оскільки всі ви гарно працювали протягом уроку, то наступною вправою, яку я вам пропоную виконати є «Похвали себе сам». Із великих літер у словах складіть самі собі похвалу:

Енергія пОтенЦіаЛЬна Механічна ДжОуль.

Хотілось би відмітити роботу таких учнів як (виставлення оцінок)

Викладач. Часто кажуть у народі:

Що посієш - те й пожнеш.

Лиш озброївшись знаннями,

Впевнено вперед підеш.

Тож бажаю вам щасливої подорожі по «країні знань»!

VIІ. Оголошення домашнього завдання

§15, вправа 15(1-2)