Урок на тему: "Потенціальна і кінетична енергія тіла."

Тема:  Потенціальна і кінетична  енергія тіла.

 

Мета: продовжувати роботу над ключовими природничими компетентностями, сформувати основні поняття: енергія, потенціальна енергія, кінетична енергія; пояснити фізичний зміст даних понять; навчити учнів розв’язувати стандартні задачі з даної теми; розвивати творче та логічне мислення; виховувати пізнавальний інтерес і такі якості як самостійність, працелюбність, бажання отримувати знання.

Тип уроку:  урок засвоєння нового матеріалу.

 

Обладнання: прилади для дослідів,  п’ять золотих правил успіху.

 

Хід уроку

І.     Організація класу (3 хв)

Створення робочої атмосфери уроку

• Для гарної роботи на уроці, як завжди, ми повинні дотримуватися  правил. Не забувайте про них  (учень зачитує правила):

 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.

Мотивація діяльності

• Як ви думаєте, що означає слово енергія?

   Ним можна користуватися для характеристики природних явищ, машин, механізмів, побутових приладів. Сьогодні на уроці ми повинні дати визначення, що таке енергія, але з точки зору фізики. Дізнатися про деякі її види

Отже, тема уроку: Енергія. Потенціальна і кінетична  енергія тіла. (запис учнями у зошит)

ІІ.Актуалізація опорних знань

  А) Перевірка домашнього завдання .Розв’язування задач. (біля дошки 2 учні)

1.    Якою має бути потужність насоса, який перекачує за добу 1800 л води з колодязя завглибшки 15 м?

Дано:                               Розв’язання

t=24 год=86400с         N=A/t

v=1800 л=1,8 м³          A=mgh

h=15 м                          m=ρv=1000 кг/м³*1,8 м³=1800 кг

N-?                                A=1800 кг*10 Н/кг*15 м=270000 Дж

                                      N=270000 Дж/86400 с=3,125 Вт

 

2.    Будівельний кран піднімає вантаж масою 3 т рівномірно зі швидкістю 30 м/хв. Яку потужність розвиває двигун крана? Яку роботу виконує за 10 с?

 

 

 

 

Дано:                                    Розв’язання

m=3т=3000 кг                N=F*ʋ

ʋ=30 м/хв=0,5 м/с          F=mg=3000 кг*10 Н/кг=30000 Н

t=10 c                              N=30000 Н*0,5 м/с=15000 Вт=15кВт

N-? A-?                           A=N*t=15000 Вт*10 с=150000 Дж=150 кДж

 

Б) Фізичний диктант (під час роботи учнів біля дошки)

 

1. Що таке механічна робота?

(Робота – це фізична величина, яка дорівнює добутку сили на шлях, що пройдений у напрямку цієї сили.)

2. Як розрахувати роботу?  (А = F·s)
3.  Які одиниці роботи?  (1Дж = 1Н·1м )
4. В яких випадках робота рівна нулю?

(Якщо напрямок сили перпендикулярний до напрямку руху тіла.)

5. Що таке потужність?

Потужність – це фізична величина, яка характеризує швидкість виконання роботи.

6. Який зв'язок між потужністю і роботою?

(N = A/t)

( 2учні пояснюють фізичний зміст задач)

А) Усні вправи:  ( Записані на дошці)

 зробити перетворення  400Дж = …(0,4) кДж; 6,7 МВт = …(6700000)Вт;   256,5 кДж=…(256500) Дж;  45 кВт =…(45000)Вт

Б)  завдання на відповідність, гра «Хто швидше?» (2 учні біля дошки)

Є позначення фізичних величин та їх одиниці вимірювання: розмістити поряд:

F   s   V   m   g   ρ   A   N   t   v

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

ІІІ Введення в тему

• Давайте пригадаємо із курсу 7-го класу, що таке енергія і з’ясуємо, які вчені досліджували енергію? 

 (Виступ учня з повідомленням )

ІV Формування нових знань та вмінь  

Висновок: отже, якщо тіло або декілька тіл, що взаємодіють між собою, можуть виконувати роботу, то кажуть, що вони мають енергію. (Учні записують в зошит) Енергія - це фізична величина, яка показує, яку роботу може виконати тіло або декілька тіл.

В системі СІ енергію виражають у тих же одиницях, що і роботу - в  джоулях (Дж).

Чим більшу роботу може виконати тіло, тим більшу енергію воно має.

 Розрізняють два види механічної енергії.

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

(Словничок написано на дошці)

від грецького  кінема – рух

від латинського, потенціал - можливість

Кінетичну енергію тіла позначають Е_к.

      Від чого залежить кінетична енергія?

Дослід 1. Для прикладу візьмемо похилу площину. В кінці схилу поставимо  брусок. 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.

Висновок: Значить, кінетична енергія тіла залежить від його швидкості.

Кінетична енергія тіла залежить і від його маси. Ще раз звернемось до досліду. Дослід 2. Будемо скочувати з похилої площини другу кульку - більшої маси. Брусок пересунеться на більшу відстань, тобто, буде виконана більша, ніж у попередньому випадку, робота. Отже, і кінетична енергія другої кульки більша, ніж першої.

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

Для визначення кінетичної енергії використовують формулу:

де m – маса тіла, а v – швидкість руху, цього тіла.

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

Дослід 3.  Візьмемо ті ж кулі, що і в попередньому досліді і 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

Звичайно, потенціальну енергію позначають E_п.

Оскільки Е_п = А, а робота, як відомо дорівнює добутку сили на шлях, то

A =F·h

Отже, в цьому випадку потенціальна енергія

E_n=g·m·h

де, g – стала величина

Дослід4. 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.

• Потенціальну енергію стисненого газу використовують у роботі теплових двигунів, у відбійних молотках, які широко використовують у гірничній промисловості при будівництві доріг тощо.  Обчислюється така енергія за формулою

E_n=кх²/2

 

V.    Задача  ( Розв’язує  вчитель спільно з учнями)

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

Дано:                        СІ                        Розв’язання

m = 50 т               5·10⁴ кг          Запишемо формулу для кінетичної енергії:

v = 900 км/год     250 м/с                             

     g=10 Н/кг                                  та потенціальної енергії    E_n=g·m·h

  h=10 км         10⁴  м

                                                      Підставимо значення у формули:

    Е _к  – ?                                    

     E_n – ?                                        Е _к    =    5·10⁴ кг (  250 м/с )²    = 1,5625·10⁹   Дж

                  2

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

                                                   Відповідь:  1,5625·10⁹   Дж,    5·10⁹   Дж                       

VІ.  Закріплення нового матеріалу.

1. Задачі на закріплення матеріалу.  (Вп. 27 (5)) (Самостійно)

1. 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      

                  2

Відповідь.

- Відповідаємо на питання:

1. Які тіла мають потенціальну енергію?

(Пружно деформовані і підняті над Землею.)

2. Як обчислити потенціальну енергію тіла, піднятого над поверхнею Землі?

(E_n=g·m·h)

 

3. Коли потенціальна енергія одного й того самого тіла може мати різне значення?

(Висота різна)

4. Як обчислити кінетичну енергію тіла?

5. Як обчислити потенціальну енергію пружно деформованого  тіла?

E_n=кх²/2

 

VІІ.  Підбиття підсумків.

Гра „ Продовжте речення”

1.   Кожне тіло має … ( енергію).

2.  За рахунок енергії тіло може виконати … ( роботу ).

3.   Лист, що висить на дереві,  має …  (потенціальну енергію).

4.    М’яч,  що рухається від футболіста,   має … ( кінетичну енергію).

5.    Потенціальна енергія залежить від … ( висоти і маси ).

6.  Кінетична енергія залежить від … ( маси ) і … (швидкості).

7. Потенціальна енергія пружно деформованого тіла залежить від…  (жорсткості та зміни лінійних розмірів тіла)

8.  Швидкість тіла  збільшилась у 2 рази,  то кінетична енергія…                           (збільшилась у 4 рази)

Оцінювання учнів

2. Домашнє завдання.

Вивчити §43,44.  Вп 26 (2), Вп 27 (6)

 

Розрахувати власну кінетичну енергію при русі зі швидкістю 20 м/с та потенціальну енергію на висоті 30 м .

 

 

 

Додатково, за наявності часу

Вправа 1.

1.    Яку енергію має цеглина, що лежить на стіні новобудови?

2.    Яким молотком — легким чи важким — можна забити цвях за меншу кількість ударів? Чому?

Вправа 2.

1.    Два автомобілі з вантажами однакової маси рухаються горизонтальним шляхом з однаковими швидкостями відносно поверхні Землі. Що можна сказати про їхні енергії? Чи однакові енергії вони матимуть, якщо один із них збільшить швидкість?

2.    Чому спортсмен спочатку розбігається, а потім стрибає в довжину?

3.    Чому на дорогах легковим автомобілям дозволяється їхати з більшою швидкістю, ніж вантажним?