Урок на тему: " Кінетична і потенціальна енергія

Тема: Кінетична та потенціальна енергія.

Мета уроку: формування в учнів поняття «потенціальна енергія», розкрити зміст закону збереження енергії; поглибити знання учнів про перетворення енергії;

розвивати вміння застосовувати знання на практиці; виховувати інтерес до науки.

Обладнання: молоток, цвях, пружина, важок, кульки, пісок.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Вид уроку: набуття нових знань

Хід уроку

І. Організаційний момент

Перевірка присутніх та відсутніх

ІІ. Актуалізація опорних знань

Фронтальне опитування

1. Що таке механічна енергія?
2. Що таке робота?
3. Наведіть приклади тіл які виконують роботу.
4. Формула роботи…
5. Що таке кінетична енергія і від чого вона залежить?
6. Формула кінетичної енергії…

ІІІ. Повідомлення теми, мети й завдань уроку.

Тема: Потенціальна та кінетична енергія.

Мета уроку: формування в учнів поняття «потенціальна енергія», розкрити зміст закону збереження енергії.

ІV. Мотивація навчальної діяльності

У повсякденному житті  можна знайти багато різних тіл, при переміщенні яких може виконуватися робота. Так, випущена з рук кулька почне падати під дією сили тяжіння, яка виконуватиме роботу з переміщення кульки.
Стиснута пружина може підняти на певну висоту тягарець. Тут сила пружності виконає роботу з переміщення тягарця. Механічна енергія тіла визначається механічним станом тіла, тобто взаємним розташуванням тіл та їхніми швидкостями. Якщо тіло або система тіл виконує додатну роботу внаслідок зміни механічного стану, механічна енергія тіла або системи тіл зменшується.

Мірою зміни енергії є робота, тому енергія вимірюється в тих самих одиницях, що і робота. Таким чином одиницею виміру енергії в СІ є джоуль. Наприклад, якщо система виконує додатну роботу в 1 Дж, енергія системи зменшується на 1 Дж.

Таким чином, робота, на відміну від енергії, характеризує не стан тіла в певній системі відліку, а процес переходу тіла з одного стану в інший.

V. Сприймання й осмислення матеріалу.

1. Потенціальна енергія.

Дослід 1. Візьмемо кулі, спочатку нерухомо тримаємо в руці, коли ми випустимо кулі, вони заглибляться у пісок на різну глибину, отже кулі виконали роботу над піском, причому результат роботи різний залежно від маси. Розглянемо, як результат залежить від висоти підняття куль. Очевидно, що зі збільшенням висоти куля заглиблюється більше.

Висновок: Отже, потенціальну енергію  мають тіла, підняте відносно поверхні Землі

Потенціа́льна ене́ргія — частина енергії фізичної системи, що виникає завдяки взаємодії між тілами, які складають систему, та із зовнішніми щодо цієї системи тілами, й зумовлена розташуванням тіл у просторі. Разом із кінетичною енергією, яка враховує не тільки положення тіл у просторі, а й рух, потенціальна енергія складає механічну енергію фізичної системи.

Потенціальну енергію має тіло відносно поверхні Землі, тому, що енергія такого тіла залежить від його взаємного положення й Землі і їхнього взаємного притягання. Тіло, яке перебуває на висоті має потенціальну енергія вже тільки тому, що воно притягується Землею і знаходиться на певній висоті.

Позначається потенціальна енергія Е_п і вимірюється у СІ в Джоулях (Дж).

Розраховують потенціальну енергію з урахуванням природи сил, які діють на ці тіла. Найпростіше розрахувати потенціальну енергію тіла, піднятого над поверхнею Землі, оскільки сила, яка діє на нього, залишається практично сталою протягом усього часу його руху під дією цієї сили.
Нехай тіло масою m знаходиться на висоті h над землею.

Якщо воно впаде на поверхню, то буде виконана робота.
А=Fs=mgh.
Отже, про таке тіло можна сказати, що воно має потенціальну енергію
Е_п = mgh.

Робота А потенціальних сил дорівнює зміні ∆П потенціальної енергії системи, при переході з початкового стану в кінцевий, взятої з протилежним знаком:

А = - Е_п = - (Е_{п 2} – Е_{п 1}).

Дослід2. Стиснемо пружину і покладемо на неї вантаж. Як ви вважаєте, чи зможе вона виконати якусь роботу? Відпустивши, ми бачимо, що вантаж піднявся, отже, пружина виконала роботу. Значить, в стисненому стані пружина має енергію. А точніше, потенціальну енергію.

Висновок: Потенціальну енергію має всяке пружно деформоване тіло.

1. Потенціальна енергія пружно деформованого тіла.

Мірою деформації є механічне напруження. Внаслідок деформування тіло може отримати сліди дії, які залишаються, а може і відновлюватися, набуваючи колишній стан, який був у нього до зовнішнього впливу.

Розглядаючи пружну деформацію, не варто забувати, що пружно деформоване тіло має певний запас енергії. Енергія пружної деформації відноситься до виду енергій положення або, іншими словами, є потенційною. Пружно деформоване тіло здатне виконати певну роботу, відновлюючи свій колишній стан. В ідеальному випадку величина цієї роботи дорівнює величині роботи, витраченої на процес деформування.

Потенціальна енергія деформованого тіла залежить від природи матеріалу, із я кого виготовлена пружина,  і ні в якому разі не залежить від її інертної маси.

де k – жорсткість пружини, x – видовження, стиснення або зміщення пружини.

3) Зв’язок між роботою та енергією.

Робота пов’язана з переміщенням, тому вона може виконуватися тільки за умови, що тіла рухаються. Якщо робота виконується під час руху тіл, які взаємодіють, то змінюється їхнє взаємне розташування. Крім того під час виконання роботи може змінюватися швидкість тіл.

Таким чином, тіло виконує роботу тільки в разі зміни свого механічного стану: змінюється або взаємне розташування тіл, або їхні швидкості, або те й інше.

Наприклад, коли гиря в годиннику опускається, змінюється її розташування відносно Землі. У разі деформації пружини змінюється взаємне розташування взаємодіючих частинок, з яких складається речовина пружини.

Здатність тіла виконувати роботу внаслідок зміни свого стану характеризують фізичною величиною, що називається енергією.

Дослід 3. Беремо цвях та молоток, та пояснюємо, що для того щоб забити цвях у дерево потрібно надати молотку енергію, і чим швидше буде рухатися молоток, та чим більшу масу він матиме, тим скоріше ми заб’ємо цвях.

Висновок: Чим більша маса тіла і швидкість, з якою воно рухається, тим більша його кінетична енергія.

4) Поняття про кінетичну енергію.

Розрізняють два види енергії: кінетичну і потенціальну. З потенціальною енергією ви ознайомитеся на наступних уроках, а сьогодні ми будемо вивчати кінетичну енергію.

Тіла, що рухаються, мають здатність виконувати роботу в разі зміни швидкості. Енергія, яку має тіло внаслідок свого руху, називається кінетичною енергією.

Частина механічної енергії, зумовлена рухом тіла, називається кінетичною енергією.

Позначимо кінетичну енергію Е_к.

5) Залежність кінетичної енергії від маси рухомого тіла та його швидкості.

Кінетична енергія тіла, що рухається з певною швидкістю, дорівнює роботі, яку потрібно виконати, щоб надати нерухомому тілу цю швидкість. Нехай до нерухомого тіла масою т прикладена стала сила . Тоді

,

де s — модуль переміщення. Підставляючи в цю формулу вирази і , дістанемо: кінетична енергія тіла масою т, що рухається зі швидкістю , виражається формулою .

5) Теорема про кінетичну енергію.

Нехай тіло рухається вздовж осі х під дією сили, напрямленої вздовж тієї ж осі. Позначимо проекції швидкості тіла в початковий і кінцевий моменти v₁ і v₂. Тоді з формул

, і

одержуємо:

.

Зміна кінетичної енергії тіла дорівнює роботі, виконаній над цим тілом. Це твердження називається теоремою про кінетичну енергію.

Кінетична енергія широко використовується людиною. За рахунок кінетичної енергії води виробляється електроенергія на гідроелектростанціях, працюють водяні млини. Кінетична енергія вітру використовується для роботи вітрових електростанцій, млинів, надає руху вітрильним суднам тощо.

6.Розв’язування задач

Задача 1. Порівняйте кінетичну енергію кулі масою 9 г, що летить зі швидкістю 300 м/с, і людини масою 60 кг, що біжить зі швидкістю 18 км/год.

Відповідь: кінетична енергія кулі менша за кінетичну енергію людини.

Задача 2. Цирковий артист масою 60 кг перебуває на висоті 10 м від натягнутої сітки. Яка потенціальна енергія артиста відносно сітки? відносно арени цирку? (Сітка натягнута на висоті 12 м від рівня арени.)

Відповідь: потенціальна енергія артиста відносно сітки — 6 кДж; відносно арени 7,2 кДж.

Задача 3. Висота, з якої падає вода на одній із ГЕС, дорівнює 275 м. Щосекунди через турбіну проходить 155 м3 води. Визначте значення енергії, що витрачається в турбіні за 1 с? Чому дорівнює ККД турбіни, якщо її електрична потужність 300 МВт?

Задача 4. Автомобіль, що рухається зі швидкістю 50 км/год, почав гальмувати, через якийсь час його швидкість стала дорівнювати 30 км/год. Як змінилася його кінетична енергія при цьому? Чому дорівнює робота сили тертя на цій ділянці? Маса автомобіля 1,5 т.

Домашнє завдання §16 вправа 16(3)