Конспект урока по физике в 7 классе "Превращение одного вида механической энергии в другой"

Тема: Превращение одного вида механической энергии в другой. (2ч)

Цели:Образовательная: познакомиться на примерах с превращением одного вида механиче-ской энергии в другой, познакомиться с законом сохранения механической энергии, законом сохранения энергии в природе, применением закона сохранения энергии.

Развивать внимание, память, мышление, любознательность, умение использовать ре-сурсы интернета.

Воспитывать чувство ответственности за сохранение окружающей среды, положитель-ную мотивацию к учению.

Тип урока: изучение нового материала.

Ход урока:

I.  Организационный момент.. Цель: Настроить на организацию рабочего пространства, подготовить учащихся к работе на уроке. Метод: словесный.                                                                                               

На доске записан эпиграф к уроку:

«Из ничего не происходит ничего»  Демокрит.

Учитель -Откуда берется энергия? -Может ли она исчезнуть?

2. Повторение опорных знаний

Цель:  систематизация и обобщение знаний о механических волнах, контроль себя и своих одноклассников. Метод: устный опрос.

На прошлом уроке мы изучили отдельно потенциальную энергию и кинетическую энергию и теперь сначала вспомним на опыте, который проделали в прошлый раз, что такое потенциальная и кинетическая энергия, а потом посмотрим, как они взаимосвязаны – превращаются один вид механической энергии в другой.

Представьте себе ревущий водопад. Грозно шумят мощные потоки воды, искрятся на солнце капли, белеет пена. Красиво, не правда ли?

Превращение одного вида механической энергии в другой

А как вы считаете, обладает ли эта несущаяся вниз стихия энергией? Никто не будет спорить с тем, что да. А вот какой энергией будет обладать вода – кинетической или потенциальной? И вот тут оказывается, что ни первый, ни второй варианты ответа не будут верны. А верным окажется ответ – падающая вниз вода обладает обоими видами энергии. То есть, одно и то же тело может обладать обоими видами энергии. Их сумму называют полной механической энергией тела: E=E_к+E_п. Более того, вода в данном случае не только обладает обоими видами энергии, но их величина меняется по ходу движения воды. Когда наша вода находится в верхней точке водопада и еще не начала падать, то она обладает максимальным значением потенциальной энергии. Кинетическая же энергия в данном случае равна нулю. Когда вода начинает падать вниз, у нее появляется кинетическая энергия движения. По ходу движения вниз потенциальная энергия уменьшается, так как уменьшается высота, а кинетическая, наоборот, возрастает, так как увеличивается скорость падения воды. То есть, происходит превращение одного вида энергии в другой. При этом полная механическая энергия сохраняется. В этом и заключается закон сохранения и превращения энергии.

II. Изложение нового материала.

1. Примеры превращения двух видов механической энергии, закон сохранения энергии.

1). Движение тела по наклонной плоскости.

Предлагается пронаблюдать превращение одного вида механической энергии в другой на примере движения металлического цилиндра по наклонной плоскости.

На подставку штатива положили пластмассовую линейку, чтобы получить наклонную плоскость. У основания наклонной плоскости, на небольшом расстоянии положили брусок. На вершину наклонной плоскости положили цилиндр и отпустили его. Цилиндр, скатывается с наклонной плоскости, ударяется о брусок и перемещает его.

Предлагается ответить на вопросы в Рабочей тетради:

Какой энергией обладает цилиндр, поднятый на высоту наклонной плоскости относительно стола? (Потенциальной.)

Потенциальная энергия цилиндра при движении по наклонной плоскости превращается в (кинетическую) энергию.

У основания наклонной плоскости относительно стола цилиндр обладает (нулевой потенциальной и максимальной кинетической) энергией.

За счет чего цилиндр приобретает потенциальную энергию при подъеме на вершину наклонной плоскости? (E_п=mgh. За счет поднятия над поверхностью стола на высоту наклонной плоскости h.)

При движении цилиндра по наклонной плоскости вниз потенциальная энергия уменьшается. Что при этом происходит? (Высота цилиндра над поверхностью стола уменьшается и у основания наклонной плоскости равна 0. Потенциальная энергия цилиндра равна 0.)

Что происходит с кинетической энергией цилиндра при его движении вниз по наклонной плоскости? (E_к=mv²/2. При движении вниз по наклонной плоскости скорость цилиндра увеличивается и его кинетическая энергия увеличивается. У основания наклонной плоскости скорость максимальная и кинетическая энергия максимальная.)

Сделайте вывод о превращении механической энергии цилиндра при его движении по наклонной плоскости. (Произошло постепенное преобразование потенциальной энергии в кинетическую энергию. У основания наклонной плоскости вся потенциальная энергия перешла в кинетическую энергию.)

В идеале, если бы не было потерь энергии на преодоление силы трения, сопротивление воздуха, потенциальная энергия цилиндра до начала движения и кинетическая энергия в конце были бы равны E_п=E_к.. В промежуточных точках полная механическая энергия цилиндра остается постоянной E=E_п+E_к. В этом состоит закон превращения одного вида механической энергии в другой вид, закон сохранения механической энергии.

2). Колебание маятника.

Предлагается пронаблюдать опыт из Работы дома в Рабочей тетради - превращение потенциальной энергии в кинетическую (и обратно) при колебании маятника. Показ компьютерной анимации на экране.

Подвесили шарик на нити к опоре, получится маятник. Если шарик отклонить в сторону, поднять на некоторую высоту и отпустить, то шарик качнется в другую сторону, пройдет серединную точку и отклонится в другую сторону. Маятник совершает колебания.

Нужно ответить на вопросы:

Какие превращения энергии происходят при колебаниях маятника? (При движении вниз под действием силы тяжести потенциальная энергия шарика уменьшается, кинетическая энергия возрастает, потенциальная энергия превращается в кинетическую.)

В каком положении маятник имеет наибольшую потенциальную энергию? (В верхней крайней точке, когда высота максимальная.)

Наименьшую потенциальную энергию? (При прохождении нижней, серединной точки, когда высота минимальная.)

(На диаграмме компьютерной анимации видно преобразование потенциальной энергии в кинетическую и обратно.)

В каком положении маятник имеет наибольшую кинетическую энергию? (В нижней, серединной точке. когда скорость максимальная.)

Наименьшую кинетическую энергию? (В верхней крайней точке, когда скорость нулевая.)

Сделайте вывод о превращении и сохранении энергии при колебательном движении. (В нижней точке шарик обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять качнуться почти до прежней высоты. При движении вверх, кинетическая энергия превращается в потенциальную. Поднявшись вверх, шарик вновь качнется вниз, а затем снова вверх. Периодически два вида механической энергии переходят друг в друга. Общая механическая энергия маятника сохраняется.)

Предлагается дома прочитать материал учебника и ответить письменно на вопросы к этому опыту в рабочей тетради.

3). Маятник Максвелла.

Показ видеоролика о работе Маятника Максвелла, описанного в учебнике. Прибор де-монстрирует явление превращения потенциальной и кинетической энергии. Видеоролик опыта взят с сайта «Классная физика» http://class-fizika.narod.ru.

4). Удар резинового мячика об пол.

В учебнике приведен еще один опыт - пример превращения потенциальной энергии в кинетическую для шарика, который бросают с какой-то высоты над уровнем стола. Показ фрагмента видео урока http://class-fizika.narod.ru.

Эти опыты демонстрируют закон сохранения механической энергии: «Энергия при механических процессах превращается из одного вида в другой и сохраняется неизменной для замкнутой системы тел».

Замкнутой системой называют тела, которые условно считают изолированными от других воздействий. Если еще учесть другие посторонние воздействия – силу трения и др., то получится более сложная система. Поэтому условно ограничивают тела, которые рассматривают и называют эту систему тел замкнутой.

Вернемся к нашему опыту движения металлического цилиндра по наклонной плоскости. Цилиндр, скатившись по наклонной плоскости, ударяется о брусок и перемещает его. Энергия может передаваться от одного тела к другому. Закон превращения одного вида механической энергии в другой касается не только одного движущегося тела, но и нескольких взаимодействующих тел.

С таким превращением энергии мы встречаемся не только в механических процессах, но и более широко во всех явлениях природы. Механическая энергия может переходить и в другие виды энергии – тепловую, электрическую, причем полная энергия замкнутой системы остается постоянной. В этом состоит более общий закон сохранения энергии в природе: «Полная энергия замкнутой системы остается постоянной при всех изменениях, происходящих внутри этой системы». Закон сохранения энергии является фундаментальным законом природы: «Энергия не создается и не уничтожается, а только переходит от одного тела к другому, превращается из одного вида в другой». Такое превращение различных видов энергии в природе используется в технике.

2. «Энергия движущейся воды и ветра» - сообщение ученика с презентацией по до-полнительному материалу к параграфу учебника «Это любопытно…» и интернета. О гидравлических и ветряных двигателях, об использовании экологически чистых источников энергии, создании экологически чистых двигателей.

Показ моделей ветряного генератора и гидрогенератора.

3. Решение задачи на превращение энергии.

«Мяч массой 5 кг свободно падает на землю с высоты 5 м. Определите кинетическую энергию и скорость мяча в момент удара о землю.»

Объяснение решения задачи: Для нахождения кинетической энергии есть масса тела, а скорости нет. Используем закон сохранения механической энергии. Когда мяч находился на высоте h над землей он обладал потенциальной энергией и вся потенциальная энергия при падении мяча перешла в кинетическую. E_к=E_п=mgh=5х10х5=250 Дж. Скорость находим из формулы кинетической энергии E_к=mv²/2, v²=2E_к/m, v===100 Дж.

На следующем уроке будем мы решать задачи на примеры тел, обладающих одновременно кинетической и потенциальной энергией.

Закон сохранения механической энергии касается проблемы создания вечного двигате-ля.

4. «Механический вечный двигатель» - сообщение учеников с презентацией по до-полнительному материалу. О многочисленных безуспешных попытках создания механических устройств, которые после запуска могли бы совершать работу неограниченно долгое время. Машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого времени полностью израсходует имевшийся в ней запас на преодоление сил сопротивления и остановится. Согласно закону сохранения энергии, создание вечного двигателя невозможно.

Показ модели механического вечного двигателя.

Показ устройства модели механического вечного двигателя и объяснение, почему двигатель не работает. Показ поддельных компьютерных анимаций, видеосъемки из интернета, демонстрирующих работу вечного двигателя.

III. Закрепление материала.

Тест (выбрать один из вариантов ответов):

1. Камень падает на землю. Какие превращения энергии происходят?

- кинетическая энергия камня превращается в его потенциальную энергию,

- потенциальная энергия камня превращается в его кинетическую энергию,

- никаких превращений энергии не происходит.

2. Мальчик завел ключиком игрушечный автомобиль. Пружина стала обладать механи-ческой энергией. Какой переход энергии происходит при движении автомобиля?

- кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию,

- потенциальная энергия камня превращается в кинетическую энергию,

- никаких превращений энергии не происходит.

3. Какие превращения энергии происходят при движении маятника из точки В в точку А?

- кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию,

- потенциальная энергия камня превращается в кинетическую энергию,

- никаких превращений энергии не происходит.

4. Теннисный шарик падает на стальную плиту и подскакивает на такую же высоту. На каком участке траектории его потенциальная энергия увеличивается, а кинетическая умень-шается?

- при движении от верхней точки траектории вниз,

- при движении от нижней точки траектории вверх,

- на любом участке траектории,

- такого участка траектории не имеется. 

(Сайт «Классная физика» http://class-fizika.narod.ru)

IV. Подведение итогов.

С помощью различных опытов мы познакомились с превращением и сохранением механической энергии. Познакомились с законом превращения и сохранения энергии в природе. Применением закона сохранения энергии в технике, для решения задач. На следующем уроке мы продолжим решать задачи на превращение и сохранение энергии.

V. Домашнее задание: п. 64, упр. 33 № 1-3, задания в рабочей тетради.