Урок з фізики "Механічна енергія. Потенціальна і кінетична енергія тіла"

Клас: 7

Тема: Енергія. Потенціальна і кінетична енергія.

Мета уроку: ввести фундаментальну характеристику руху й взаємодії тіл – енергію; навчити описувати фізичні явища; формувати вміння учнів спостерігати, аналізувати, описувати фізичні явища та розв’язувати задачі; розвивати творче мислення; виховувати пізнавальний інтерес і такі якості як самостійність, працелюбність, бажання отримувати знання.

Тип уроку: засвоєння нових знань.       

 Обладнання: комп’ютер, мультимедійний проектор, сталевий циліндр, жолоб, кульки різної маси.

Хід уроку

      Ми зараз пригадаємо матеріал, вивчений раніше. Кожна правильна, повна відповідь оцінюється одним балом.

І. Актуалізація опорних знань.

     -    Що називається механічною роботою? (Це фізична величина, прямо пропорційна добутку сили та пройденого шляху)

• Назвіть дві основні ознаки роботи. (Наявність прикладеної сили і переміщення)
• За якою формулою її можна розрахувати? (A=Fs, де F- сила, s- шлях, пройдений тілом вздовж лінії дії сили)

     -    Які одиниці вимірювання в системі СІ для роботи, маси, шляху ?

           ( Дж, кг, м)

ІІ. Вивчення нового матеріалу.

Проблемна ситуація.

А зараз зверніть увагу на демонстраційний стіл.

Демонстрація 1. Над столом я тримаю гирю.

Питання до класу

• Чи виконується в цей момент ( поки гиря нерухома) механічна робота?

( Ні, тому що гиря не рухається).

• А чи є в гирі можливість виконати роботу? ( Так, якщо вона почне падати, то при цьому виконається робота).

 Можна навести ще багато прикладів із природи, повсякденного життя та з техніки, в яких ідеться про тіла, які знаходяться в такому стані, що за певних умов може виконатись робота.

 Наприклад:

1. Стиснута пружина, розпрямлюючись, піднімає на висоту вантаж.

                 (слайд 1)

Чи виконується при цьому робота? (Так). Чому?

 (Вантаж піднімається на висоту)

2. Стальна кулька, яка скотилася з похилої площини, ударившись об брусок, переміщує його на деяку відстань. А чи  виконується робота в даному випадку? (Так). Чому? (Брусок переміщується на деяку відстань).

                           (слайд 2)

3. Два візки зчеплені ниткою – нитку підпалюємо – візки рухаються.

Чи виконується робота? Чому? (Так, бо рухаються візки).

                (слайд 3)

          Отже, якщо тіло  або декілька  взаємодіючих  між собою тіл володіють можливістю здійснювати роботу, то прийнято говорити,  що  вони мають енергію. (слайд 4)

Тіло тоді може здійснювати роботу,  коли має енергією. Тому, можна сказати, що і піднята гиря, і стиснута пружина, і стальна кулька, і візки мають енергію.

Отже, тема нашого уроку:

Оголошення теми, мети, завдань уроку. (слайд 5)

Тема: Енергія. Потенціальна і кінетична енергія.

         На цьому уроці ми розглянемо фундаментальну характеристику руху й взаємодії тіл, якою є енергія; спостерігатимемо, описуватимемо та аналізуватимемо фізичні явища; розв’яжемо задачі на дану тему.                                   ІІІ. Засвоєння нових знань.

А що ж таке енергія?

Означення: Енергія – фізична величина, що характеризує можливість тіла (або кількох тіл) виконувати роботу. (слайд 6)

Працюємо в зошитах. На сьогодні  учениця мала завдання підготувати невелику історичну довідку.

Довідка учня (слайд 7)

      ( Термін “Енергія” був введений  в 1807 році англійським вченим  Томасом Юнгом. У перекладі з грецької це слово означає «дію, діяльність».

        Чим більшу енергію має тіло, тим більшу роботу воно може виконати. Енергію можна розглядати як свого роду «запас» можливої роботи. Тому і вимірюють  її  в джоулях. Позначають енергію буквою  Е.

 Існують різні види енергії – електрична, магнітна, теплова, механічна тощо.

Діти, ми з вами вивчаємо фізику за новим підручником, в якому автор використовує інше позначення енергії W, яким будемо користуватися і ми.

 (Запис на дошці). Але в різних підручниках, довідниках частіше ви будете зустрічати позначення енергії буквою Е.

Нам учениця наголосила про різні види енергії: електричну, магнітну, теплову, механічну.

А саме сьогодні ми познайомимося з  механічною енергією, яка в свою чергу, ділиться на потенціальну енергію та кінетичну енергію.

(слайд 8)

Розглянемо потенціальну енергію.

Означення: Потенціальною енергією називають енергію, яка визначається взаємним положенням взаємодіючих тіл або частин того самого тіла. (слайд 9)

Потенціальну енергію, наприклад, має тіло, підняте відносно поверхні Землі, бо енергія тіла залежить від взаємного положення його і Землі та їх взаємного притягання.

Якщо вважати потенціальну енергію тіла, яке лежить на Землі, такою, що дорівнює нулю, то потенціальна енергія тіла, піднятого на деяку висоту h (запис на дошці), вимірюється роботою, яку виконає сила тяжіння під час падіння тіла на Землю. А як знайти  роботу ми знаємо.

 Учень на дошці записує формулу роботи (робота дорівнює добуткові сили на шлях) А =F ·h, де F— сила тяжіння. F=mg. Підставимо другу формулу в першу:  A=mgh. Отже, і потенціальна енергія буде виражатися рівністю              (індекс п – потенціальна), де m – маса тіла, g=9,8 Н/кг (коефіцієнт пропорційності), h – висота підняття тіла.

Давайте проаналізуємо формулу і з’ясуємо від яких величин залежить потенціальна енергія. (Від маси та висоти).

Це ми можемо побачити на відеоролику. (слайд 10)

На відеоролику використовується позначення потенціальної енергії Е_п, про яке нам говорила учениця.

Величезну потенціальну енергію має вода річок, піднята греблями. Падаючи вниз, вона виконує роботу, приводячи   в рух потужні турбіни електростанцій. (слайд 11)

      А потенціальну енергію стиснутих і закручених пружин використовують, наприклад, у годинному механізмі і різноманітних заводних іграшках.

 (слайд 12)

 Отже, з якою енергією ми познайомилися?  ( З потенціальною). Від чого вона залежить? (Від маси та висоти підняття).

Кінетична енергія

       Спостереження показують, що робота може виконуватися при русі тіл. Виконується робота і в тому випадку, коли рухається автомобіль . За рахунок руху води обертається колесо, теж виконується робота.

(слайд 13, 14)

Означення: Енергію, яку має тіло внаслідок свого руху, називають кінетичною енергією.

 (слайд 15)

         Рухома вода, обертаючи турбіни гідроелектростанцій, витрачає свою кінетичну енергію і виконує роботу. Кінетичну енергію має і рухоме повітря — вітер. (слайд 16). Зверніть увагу, завдяки вітру рухається кораблик.

Як розрахувати кінетичну енергію?

Демонстрація 2.

Поставимо жолоб під деяким кутом до поверхні стола. На деякій відстані від його нижнього кінця покладемо брусок. На середній частині жолоба розмістимо маленьку стальну кульку і відпустимо її. Скотившись із жолоба, кулька вдариться об брусок і перемістить його на деяку відстань. Відмітимо відстань, на яку зміститься брусок.

Розмістимо кульку у верхній частині жолоба і відпустимо її. У цьому випадку, скотившись жолобом до основи, кулька набуває більшої швидкості, ніж раніше. Ударившись об брусок, вона перемістить його на більшу відстань, ніж у попередньому досліді, виконавши відповідно більшу роботу.

Отже, кінетична енергія тіла залежить від його швидкості.

 Кінетична енергія залежить і від маси тіла. Повторимо попередні досліди з кулькою більшої маси. Побачимо, що переміщення бруска в цьому випадку буде більшим, тобто буде виконано більшу роботу. Отже, і кінетична енергія другої кульки більша, ніж першої.

 Чим більші маса тіла й швидкість, з якою воно рухається, тим більша його кінетична енергія.

            У фізиці доведено: кінетична енергія тіла дорівнює добутку маси тіла на квадрат швидкості його руху, поділеному на два:

  , де m – маса тіла, V – швидкість руху тіла. (запис на дошці)

(індекс к- кінетична)

Досить часто тіло має як потенціальну, так і кінетичну енергії. Наприклад, літак, який летить над Землею на певній висоті, має і потенціальну енергію (бо взаємодіє із Землею), і кінетичну енергію (бо рухається).

         Суму потенціальної та кінетичної енергій тіла називають повною механічною енергією тіла.

W=Wп+Wк   (запис на дошці)

ІІІ. Закріплення вивченого матеріалу .

Як саме ви засвоїли вивчення нового матеріалу ми з’ясуємо при виконанні вправ. Кожна правильна, повна відповідь оцінюється двома балами.

Поміркуй

1. Чому спортсмен перед стрибком робить розбіг?( Збільшує свою кінетичну енергію, щоб використати її для стрибка). (слайд 17)

2. Два електропоїзди рухаються з однаковою відносно землі швидкістю, але перший має шість, а другий — дев’ять вагонів. Який з них має більшу кінетичну енергію?( Другий). (слайд 18)

3.  Яким молотком — легким або важким — можна забити цвях за меншу кількість ударів? Чому?(Важким, тіло з більшою масою має більшу енергію).

(слайд 19)

4.  Один камінь перебуває на висоті 10 м, а другий, однаковий з ним за масою, - на висоті 30 м. У якого каменя потенціальна енергія є більшою? У скільки разів?(У другого, у 3 рази).

5.  Два автомобілі однакової маси рухаються горизонтальним шляхом з однаковими швидкостями відносно поверхні Землі. Які будуть їхні кінетичні енергії? Як зміняться кінетичні енергії автомобілів, якщо один з них збільшить швидкість? (Однакові. Енергія цього тіла збільшиться.)

6.  У якій річці – гірській чи рівнинній – кожний кубічний метр води, яка тече, має більшу кінетичну енергію? Чому? ( У гірській, бо гірська вода має більшу швидкість, а отже і більшу кінетичну енергію). (слайд 20)

 А тепер розглянемо розрахункові задачі, які оцінюються в три бали і будуть виконуватися на дошці.

Задачі

1. Вертоліт підняв вантаж масою 1,5 т на висоту 800 м над поверхнею землі. Визначте потенціальну енергію вантажу відносно поверхні землі.

 (слайд 21)

          А чи має ще якусь енергію вантаж? (Має, кінетичну). А яких даних не вистачає в умові, для її обчислення? (швидкості).

2. Яку кінетичну енергію має сталева кулька масою 100 г, що рухається зі швидкістю 25 м/с?

3. На яку висоту треба підняти тіло масою 15 кг, щоб потенціальна енергія тіла збільшилася на 45 Дж? (слайд 22)

ІV.  Домашнє завдання.  (слайд 23)

Опрацювати § 32

Виконати вправу 32 (3-5)

V. Узагальнення та систематизація знань.

 Давайте проведемо підсумок уроку.

1. Що називається енергією?
2. Які види механічної енергії ви знаєте?
3. Яку енергію називають потенціальною?
4. Від чого залежить потенціальна енергія?
5. Яку енергію називають кінетичною?
6. Від чого залежить кінетична енергія?
7. В яких одиницях вимірюють енергію ?
8. Наведіть приклади.

VІ. Оцінювання роботи учнів.