Розробка уроку. Енергія. Закон збереження енергії. Розв’язання задач. (Фізика 7 клас)

Тема.  Енергія. Закон збереження енергії. Розв’язання задач.

Мета уроку:   з’ясувати фізичний зміст поняття «енергія»; сформувати поняття потенціальної, кінетичної і внутрішньої енергії, усвідомити закон збереження енергії; розглянути розв’язання задач з теми.

Тип уроку:  урок вивчення нового матеріалу.

План уроку:

1. Організаційний момент. Перевірка домашнього завдання. Повідомлення теми і мети уроку   (5 хв.)

2. Актуалізація опорних знань: (2 хв.)                                               

3. Вивчення нового матеріалу: (28 хв.)

                                                        1. Енергія та її види: А) потенціальна;

                   Б) кінетична;

                В) внутрішня.

 2. Закон збереження енергії.     

               3. Розв’язання задач. 

4. Демонстрації (по ходу вивчення нового матеріалу) (5 хв.).

5. Узагальнення.  Оцінювання роботи учнів на уроці. Рефлексія (3 хв.).

6. Завдання додому                                                                           (2 хв.)

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Бесіда з учнями за питаннями:

• Що називають роботою?
• Одиниці вимірювання роботи.
• Привести приклади роботи різних сил.  
• У якому випадку виконується менша робота: при піднятті, або перетягуванні вантажу на однакові відстані?

ІV. Повідомлення теми і мети уроку. Учні формулюють очікувані результати.

     V. Вивчення нового матеріалу.

1. Енергія та її види:

Розглянемо кілька прикладів, коли роботу виконують сили, що діють з боку певних тіл:

а)  При розпрямленні стиснутої пружини сила пружності, що діє з боку пружини, виконує роботу. Виходить, 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.

Таким чином, дамо визначення енергії:

Енергія – це фізична величина, що показує, яка робота може виконуватись при переміщенні тіла.

Демонстрація:

Зміна енергії тіла під час виконання роботи.

Види енергії:

А) Потенціальна енергія – це енергія положення тіла відносно інших тіл.

Демонстрація:

Потенціальна енергія піднятого над землею тіла.

Вона пропорційна масі тіла і висоті, на якій знаходиться тіло (металева кулька має тим більшу енергію, чим більша її маса і висота над поверхнею Землі). Роздивляючись це питання, треба зауважити, що тіло може виконати роботу з переміщення (металева кулька), якщо її відпустити з якоїсь висоти.

Таким чином:     

Перевіримо в СІ:     

Тобто енергія, так само як і робота, вимірюється в джоулях ().

Тіло, яке знаходиться на поверхні Землі, не має потенціальної енергії, оскільки висота дорівнює 0, то й значення енергії буде 0. Але якщо це буде пружина, зв’язана ниткою, то при перепалюванні нитки пружина здійснить переміщення.

Демонстрація:

Потенціальна енергія деформованої пружини.

Потенціальна енергія деформованої пружини визначається так:

Перевіримо в СІ:              

   Б) Кінетична енергія – це енергія руху тіла відносно інших тіл.

Залежить від маси й швидкості руху тіл (машина, що рухається; свинцева куля, випущена зі зброї; камінь, який летить у вікно; падаючий метеорит…).

Демонстрація:

Залежність кінетичної енергії тіла від його маси й швидкості.

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

.

Перевіримо в СІ:

Значення кінетичної енергії залежить від вибору системи 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.

В) Внутрішня енергія – це енергія теплового руху молекул.

Внутрішню енергію можна змінити двома способами:

1) нагріти тіло;

2) виконати над тілом роботу.

Якщо в першому випадку все зрозуміло, то в другому наведемо приклади (якщо кидати пластилінову кульку об стіну, то вона буде нагріватись; будемо згинати й розгинати цвях, але недовго, щоб не обпектись, а потім доторкнемось до нього, він буде гарячий; потремо палку об палку, і вони теж нагріються). Тобто при виконанні роботи ми будемо збільшувати температуру тіла, що призведе до збільшення швидкості руху молекул з яких воно складається і підвищувати внутрішню енергію.

2. Закон збереження енергії.

Наведемо приклад: сніг, який знаходиться у хмарах, має потенціальну енергію тому що знаходиться на висоті над Землею. Коли сніжинки починають подати, потенціальна енергія зменшується, тому що зменшується висота над Землею, а збільшується кінетична енергія руху тіла. Сніжинка впалі – кінетична енергія дорівнює нулю, але, як і в прикладі з пластиліном, збільшується внутрішня енергія теплового руху молекул, тобто в оточуюче середовище виділяється тепло. Саме тому, коли на подвір’ї було дуже холодно, а потім пішов сніг, температура підвищується. Цей приклад ілюструє перетворення енергії з одного виду на інший і, одночасно, її перехід від одного тіла до інших (в оточуюче середовище).

Демонстрація:

Перетворення енергії при коливаннях вантажу на нитці.

На прикладі з математичним маятником, можна побачити, що потенціальна енергія переходить до кінетичної, а кінетична до потенціальної до тих пір, поки маятник не зупиниться і кулька буде мати потенціальну енергію.

 Таким чином, не важко помітити, що енергія нікуди не зникала, а лише переходила із одного виду до іншого.  Це і є закон збереження енергії. 

3. Розв’язання задач.

1. Визначте кінетичну енергію металевої кульки масою 100 г, що рухається зі швидкість 29 км/год.

  СІ   Розв’язання

             За визначенням кінетичної енергії:

                   .

Підставимо числові значення: .

Відповідь: кінетична енергія металевої кульки  .

2. Гелікоптер підняв вантаж масою 1,5 т на висоту 800 м над поверхнею Землі. Визначте потенціальну енергію вантажу відносно поверхні Землі, і відносно дна шахти, глибина якої 100 м.

    СІ                      Розв’язання   

    За визначенням потенціальної енергії для першого випадку:

   Для другого випадку:

    , де , таким чином .

   Перевіримо в СІ:

Підставимо числові значення:

Відповідь: потенціальна енергія вантажу відносно поверхні Землі , а відносно дна шахти .

3. Коли до пружини підвісили вантаж вагою 90 Н, пружина видовжилась на  0,1 м. Визначте потенціальну енергію  деформованої пружини.

                                Розв’язання

         За визначенням:          

          Із закону Гука:            

Оскільки сила пружності дорівнює вазі тіла,     , отримаємо:

   .

Перевіримо в СІ:                                .

підставимо числові значення:          

Відповідь: потенціальна енергія пружини

V. Узагальнення.

Бесіда з учнями за питаннями:

1. Які тіла мають потенціальну енергію? Наведіть приклади.

Очікувана відповідь учнів:

Тіла що знаходяться над землею і можуть виконати роботу з переміщення: вода в водосховищі; металева кулька, яку ми тримаємо на якійсь висоті; пружина, перев’язана ниткою тощо.

2. Які тіла мають кінетичну енергію? Наведіть приклади.

Очікувана відповідь учнів:

Усі тіла, що рухаються: їде автомобіль, падає камінь, летить куля тощо.

3. Які перетворення енергії відбуваються при падінні тіла за відсутності опору повітря?

Очікувана відповідь учнів:

Потенціальна енергія зменшується, а збільшується кінетична.

4. Які перетворення енергії відбуваються під час руху каменя, кинутого вгору?

Очікувана відповідь учнів:

Потенціальна енергія збільшується, а зменшується кінетична.

5. Які перетворення енергії відбуваються за наявності тертя?

Очікувана відповідь учнів:

Збільшується внутрішня енергія.

VІ. Оцінювання роботи учнів на уроці.

VІІ. Рефлексія.

Чи досягнуті очікувані результати, сформульовані учнями на початку уроку?

VІІІ. Завдання додому: параграф 18 вивчити. Задачі після параграфу письмово.