Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Название предмета - физика
Класс - 9
УМК (название учебника, автор, год издания) - Физика. 9 кл.: учебник/ А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. - М.: Дрофа, 2014.
Уровень обучения (базовый, углубленный, профильный) - базовый
Тема урока - Вывод закона сохранения механической энергии.
Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1
Место урока в системе уроков по теме - 22/22
Цель урока –раскрытие учащимися, в ходе урока, смысла закона сохранения энергии, получение сведений о границах его применимости, приобретение умения описывать преобразования энергии при движении тел.
Задачи урока -
Создать условия для формирования умений, обеспечивающих самостоятельное успешное применение закона сохранения механической энергии к решению задач на преобразование энергии придвижении тел.
Способствовать развитию умений самостоятельно выделять главное, обобщать и систематизировать имеющиеся знания. Развивать умение грамотно выражать свои мысли, строить логически выдержанный рассказ.
Продолжать работать над совершенствованием качеств, отражающих отношение к другому человеку: дисциплинированность, вежливость, добросовестность.
Планируемые результаты -
—Решать расчетные и качественные задания на применение закона сохранения энергии.
Техническое обеспечение урока -компьютер, мультимедийный проектор
Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока (возможны ссылки на интернет-ресурсы) – презентация к уроку с диска «Физика 9 класс» от VIDEOUROKI.NET https://videouroki.net/look/diski/fizika9/index.html, тест 21 «Закон сохранения импульса» Автор: © 2014, ООО "КОМПЭДУ", http://compedu.ru
Содержание урока
1. Организационный этап
1. Взаимное приветствие учителя и обучающихся; проверка отсутствующих по журналу.
2. Актуализация субъектного опыта обучающихся
Самостоятельная работа по проверке знаний теоретического материала темы «Относительность механического движения» по тесту 21 «Закон сохранения импульса»
3. Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации)
На прошлом уроке мы говорили о таком понятии, как механическая энергия. Напомним, что это физическая величина, являющаяся функцией состояния системы и характеризующая способность системы совершать работу.
В свою очередь, механическая энергия делится на два вида — кинетическую и потенциальную.
Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. А ее изменение равно работе равнодействующей всех сил действующей на тело.
Потенциальная энергия — это энергия, определяемая взаимным расположением тел или частей тела друг относительно друга и характером сил взаимодействия между ними.
Так же мы разделили потенциальную энергию на два вида: потенциальную энергию тела в поле тяготения — это энергия, обусловленная взаимодействием тела с Землей; и потенциальную энергию упруго деформированного тела — это энергия, обусловленная взаимодействием частей тела между собой.
А могут ли тела обладать одновременно и кинетической и потенциальной энергией?
Вспомним, что в 7 классе мы говорили о том, что сумма кинетической и потенциальной энергии есть полная механическая энергия тела или системы тел.
Демонстрационный опыт.
1 опыт. Опытная установка изображена на рис. 1. В ходе опыта изменяем высоту скатывания шарика, замечаем расстояние, на которое сдвигается брусок, лежащий на горизонтальной плоскости.
Рис. 1.
2. опыт. Опытная установка изображена на рис. 2. Нитяной маятник в начале висит неподвижно. Отмечаем это положение как нулевой уровень потенциальной энергии. Отклоняем маятник на некоторый угол и замечаем, что маятник проходит нулевой уровень и отклоняется в противоположное направление. Что произошло? Почему колебания прекращаются?
Рис. 2.
3 опыт. Поиграем в мячик.
Отпускает из рук мячик. Мячик падает на пол и отскакивает. Рассмотрим движение мячика с точки зрения превращения механической энергии.
1)За счёт действия какой силы происходит движение мячика вниз?
За счёт действия силы тяжести
2)Чему равна работа силы тяжести? Можно это выразить математически?
Работа силы тяжести равна убыли потенциальной энергии.
A=-(Ep2 – Ep1) (1)
3)Что можно сказать о скорости мячика при мере приближения к полу?
Скорость мячика возрастает
4)Значит ли это, что с другой стороны работа силы тяжести равна изменению кинетической энергии тела? Если да, то вырази это математически?
Да. A=Ek2-Ek1 (2)
5) Насколько убывает потенциальная энергия и насколько увеличивается кинетическая?
Можно предположить, что одинаково, учитывая, что работу одной и той же силы мы выразили в одном случае через убыль потенциальной энергии, а другом через увеличение кинетической.
Следовательно (1) =(2)-(Ep2 – Ep1) =Ek2-Ek1
6. Преобразуй, полученное выражение так, чтобы в левой части выражения стали потенциальная и кинетическая энергии на начало движения, а в правой на момент удара о землю.
Ek1 +Ep1 =Ek2+Ep2
Полученное выражение - важное математическое соотношение, которое носит название математическая запись закона сохранения энергии.
Движение мячика могло бы продолжаться сколь угодно долго, если бы не было потерь энергии на сопротивление, т.е. если бы тела взаимодействовали бы только друг с другом и не взаимодействовали бы только силами тяготения или упругости. В данном случае речь идёт о замкнутой системе тел.
Если ввести, что - есть полная механическая энергия, то закон сохранения полной механической энергия можно записать в виде:
- математическая запись закона сохранения полной механической энергии.
Формулировка закона: Полная механическая энергия замкнутой, или изолированной, системы при всех изменениях в системе сохраняется.
Это закон справедлив и для замкнутой системы, взаимодействующей силами упругости.
А что, если в системе тел, например, будут действовать силы трения, или же в системе тел будут происходит неупругие деформации? В этих случаях механическая энергия системы будет убывать. Но это не означает, что механическая энергия исчезает бесследно. Она превращается в другой вид энергии, в частности во внутреннюю.
Т.о. для любой замкнутой системы тел всегда выполняется закон сохранения и превращения энергии, который является фундаментальным законом природы: величина полной энергии замкнутой системы остается постоянной. При этом, будучи не созидаемой и неуничтожимой, энергия может превращаться из одного вида энергии в другой.
Обратимся к истории открытия закона сохранения энергии.
Ученые и практики всех времен обращались к исследованиям различных энергетических процессов и предпринимали попытки обобщений в которых содержались элементы формулировки закона сохранения и превращения энергии.
Еще мыслители древности ДемокрИт и ЭпикУр утверждали вечность и неуничтожимость материи и движения.
Повседневная практическая деятельность требовала познаний законов движения, прежде всего, единственно известного — механического. И поэтому не случайно, что закон сохранения энергии начинал вырисовываться в рамках механики. В 1633 г. «Трактате о свете» идея сохранения движения была сформулирована Декартом следующим образом: «Когда одно тело сталкивается с другим, оно может сообщить ему лишь столько движения, сколько само одновременно теряет, а отнять от него лишь столько, на сколько увеличит собственное движение». В таком виде совершенно четко отмечается количественное постоянство движенья, причем никакое другое движение, кроме механического Декарт не рассматривал. Эта идея получила дальнейшее развитие у Лейбница в его законе сохранения живых сил.
Принцип сохранения живой силы гласит: если любое число подвижных материальных точек движется только под влиянием таких сил, которые зависят от взаимодействий точек друг на друга, или которые направлены к неподвижным центрам, то сумма живых сил всех взятых вместе точек останется одна и та же во все моменты времени, в которые все точки получают те же самые относительные положения друг по отношению к другу и по отношению к существующим неподвижным центрам, каковы бы ни были их траектории и скорости в промежутках между соответствующими моментами.
После классических работ И. Ньютона и Г. В. Лейбница принцип сохранения движения получил четкую формулировку в трудах М. В. Ломоносова, который решился объединить два принципа сохранения: движения и материи. Именно М. В. Ломоносову принадлежит открытие закона сохранения вещества, повторенное затем совершенно независимо от него Антуаном Лораном ЛавуазьЕ. В 1744 г. М. В. Ломоносов написал ставшие знаменитыми слова «Все перемены в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте... сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оной у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».
Так в середине XVIII столетия М.В. Ломоносовым был четко сформулирован закон сохранения массы и движения как всеобщий закон природы.
Более того, первая часть его выражения ("все перемены в натуре случающиеся...") сформулирована так широко, что если бы эти слова были написаны сто лет спустя, когда стали известны другие «перемены в натуре» — многочисленные взаимные преобразования энергии (электрической, тепловой, химической, механической), то другие формулировки закона сохранения к превращения энергии и сохранения материи были бы излишни. Но, к сожалению, и эпоха была еще не та, и научные труды Ломоносова почти полтора столетия оставались неизвестными.
Решающую роль в установлении закона сохранения и превращения энергии история отводит Роберту Майеру, Джеймсу Джоулю и Герману Гельмгольцу.
Роберт Майер был судовым врачом на голландском корабле, когда в 1840 г. «внезапно» ему пришла в голову мысль о законе сохранения и превращения энергии. Слово «внезапно» взято в кавычки недаром: о внезапном озарении писал впоследствии Май-ер, но может ли быть внезапным открытие, предпосылки которого были хорошо известны выпускнику Тюбингенского университета? Внезапным был для Майера исходный толчок: он обратил внимание на то, что было хорошо известно врачам, работающим постоянно в тропических широтах. Во время стоянки корабля на Яве заболел матрос, и Майер, как тогда было принято, «пустил ему кровь», вскрыв вену. Каково же было его удивление, когда он увидел, что венозная кровь была не стать темной, как в умеренных широтах. Майер понял, что при высокой средней температуре воздуха для поддержания жизнедеятельности и необходимой температуры организма требуется меньше питательных веществ и меньшее «сгорание» последних. Сопоставление многочисленных научных фактов из области химии, физики и биологии привело его к тому, что мысли, согласно выражению Майера, пронзившие его, подоено молнии, навели на вывод о существовании всеобщего закона природы.
Идеи Майера носили столь общий и универсальный характер, что они сначала не были восприняты современниками.
Широкое, философское понимание закона сохранения энергии Майером, обобщение им закона на явления жизни и космос смущали физиков и рассматривались ими как метафизические размышления. Но проводимые одновременно и независимо от Майера эксперименты Джоуля подвели под обобщения Майера прочную экспериментальную основу.
Джеймс Прескотт Джоуль приходит к более общему выводу: «Могучие силы природы... неразрушимы, и... во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получается точное эквивалентное количество теплоты». Он утверждает, что животная теплота возникает в результате химических превращений в организме и что сами химические превращения являются результатом действия химических сил, возникающих из «падения атомов».
Наконец, немецкий ученый Герман Гельмгольц в 1847 г. в работе «О сохранении силы» дал в наиболее общем виде закон сохранения, показав, что сумма потенциальной и кинетической энергий остается постоянной. Большое значение имело приведенное в этой же работе доказательство того, что процессы в живых организмах тоже подчиняются закону сохранения энергии. Здесь же впервые дана математическая трактовка закона.
Завершением длительного пути, пройденного наукой до точной формулировки закона сохранения энергии, можно считать доклад Уильяма Томсона (впоследствии лорда Кельвина) «О динамической теории тепла», где Томсон ввел в науку термин «энергия» в современном его смысле.
4. Закрепление материала
Решение задачи.
Найти полную механическую энергию тела массой 100г, которое на высоте 4м имело скорость 36 км/ч.
Дано:
m=100г
h=4м
v=36км/ч
g≈10м/с2
Е-?
СИ
0,1кг
4м
36.1000м =10 м/с
3600с
Решение:
Е=Ек+Еп (3)
Ек=mv2/2 (1)
Еп=mgh (2)
Формулы (1) и (2)
подставим в формулу (3)
получим
Е=mv2/2+mgh (4)
Вычисление:
Ответ: Е= 9Дж.
^ Тест. Закон сохранения энергии в механике
1. Закон сохранения энергии математически записывается следующим образом:
2. Систему называют замкнутой, если...
A. На нее действуют внешние силы.
Б. Сумма внешних сил равна нулю.
B. На нее действуют консервативные силы.
3. Парашютист спускается с постоянной скоростью. Kaкие преобразования энергии при этом происходят?
А. Потенциальная энергия парашютиста преобразуется полностью в его кинетическую энергию
Б. Кинетическая энергия парашютиста полностью преобразуется в его потенциальную энергию
В. Кинетическая энергия парашютиста полностью преобразуется во внутреннюю энергию парашютиста и воздуха
Г. Энергия взаимодействия парашютиста с Землей преобразуется во внутреннюю энергию взаимодействующих тел из-за сил сопротивления воздуха
4. Для системы тел, в которой действует сила тяжести, например для системы «Земля- падающее тело» или «Земля- тело, брошенное вверх» полная механическая энергия системы равна…
А. mgh + mv2/2 Б. kx2/2 + mv2/2 В. mgh2 –mgh1
5. Если между телами системы действует сила упругости, то полная механическая энергия запишется так:
А. mgh + mv2/2 Б. kx2/2 + mv2/2 В. mgh2 –mgh1
6.Шарику на нити, находящемуся в положении равновесия, сообщили небольшую горизонтальную скорость (рис.). На какую высоту поднимется шарик?
А. 40 м Б. 20 м В. 10 м Г. 5 м
( САМОПРОВЕРКА- ВЗАИМОПРОВЕРКА)
5. Обобщение и систематизация
Вспомним главное, что мы сегодня узнали.
Если система замкнута, т.е. на тела не действуют внешние силы, то сумма Ер и Ек при любых взаимодействиях системы остается постоянной
А если в задаче нужно учитывать Fтр, можно ли утверждать что вся Ер преобразуется в Ек?
Ответим на эти вопросы вместе и обобщим все вышесказанное.
Все силы, действующие на тело (результирующая сила), изменяют его скорость, т.е. его кинетическую энергию. А значит, совершают работу:
Это и есть закон сохранения полной механической энергии. Он получен из законов Ньютона, но имеет более широкую область применения, чем законы Ньютона. Полная механическая энергия сохраняется и для систем микрочастиц, для которых законы Ньютона неприменимы. Справедливость закона подтверждается экспериментально с высокой степенью точности.
А закончить сегодняшний урок хочется словами выдающегося английского физика и общественного деятеля Джона Бернала, написанными 100 лет спустя: «Закон сохранения энергии... был величайшим физическим открытием середины XIX в. Он объединил много наук и находился в исключительной гармонии с тенденциями времени. Энергия стала универсальной валютой физики — так сказать, золотым стандартом изменений, происходивших во вселенной».
6. Домашнее задание §22, разобрать примеры 1,2, упражнение 22 (2,3), подготовка к контрольной работе.
Автор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Конспект.docxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Презентация к уроку.pptxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Тест.zip
