Конспект урока "Решение задач по теме Законы сохранения и превращения энергии"

В начале урока учащимся напоминают основные законы и понятия. На конкретных примерах вырабатывается общая методика решения задач на законы сохранения импульса и энергии. Конспект урока "Решение задач по теме Законы сохранения и превращения энергии" Ранее были рассмотрены два фундаментальных закона природы — это закон сохранения импульса и закон сохранения энергии. Закон сохранения импульса гласит, что геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел системы между собой. Согласно закону сохранения энергии, полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения, остается постоянной, при любых взаимодействиях в системе. В данной теме рассмотрим применимость этих законов на практике. Задача 1. Горизонтально летящая пуля массой 10 г, двигаясь со скоростью 100 м/с, попадает в лежащий на горизонтальном столе брусок массой 100 г и, пробив его, движется со скоростью 90 м/с. Сила трения, действующая на брусок равна 0,11 Н, а время движения пули в бруске составляет 0,001 с. Найти скорость бруска после пробивания его пулей. Дано: Решение: Проанализируем процессы, происходящие в ситуации, описанной в задаче. Выберем систему отсчета связанную с неподвижным бруском. В качестве  системы взаимодействующих тел выберем систему «брусок — пуля». Силы, с которыми пуля действует на брусок, а брусок на пулю, будут  внутренними; силы тяжести пули и бруска, сила реакции стола, сила трения,  действующая на брусок, — это внешние силы.На первый взгляд внешние силы не маленькие, система не замкнута,  следовательно, закон сохранения импульса не применим. Двигаясь в бруске, пуля испытывает силу сопротивления, которая меняется по  неизвестному закону с изменением скорости, поэтому найдем среднюю силу, с  которой брусок действует на пулю. Кроме того, на пулю будет действовать ее  сила тяжести. Тогда В проекциях на ось Ox: Это средняя сила, с которой брусок действует на пулю. По третьему закону Ньютона с такой же силой и пуля будет действовать на  брусок. Определим значение внешних сил. Сила тяжести пули равнаСила тяжести бруска Сила реакции опоры в период взаимодействия бруска и пули Сила трения, из условия задачи, равна Сравнение значений внешних сил с внутренней показывает, что они намного  меньше внутренней силы. Такое относительно большое значение внутренней  силы связано с тем, что время взаимодействия очень мало. Такое  взаимодействие называют ударным. Т. о. можно сделать вывод, что при кратковременных (ударных)  взаимодействиях тел внутренние силы во много раз превышают внешние,  каковыми можно поэтому пренебречь и, считая систему замкнутой, применить  закон сохранения импульса. Запишем закон сохранения импульса В проекциях на ось координат: Тогда искомая скорость равна Ответ: 1 м/с Проанализировав решение задачи, можно получить общий алгоритм решения задач с использованием закона сохранения импульса: 1) выбрать систему отсчета. 2) выделить систему взаимодействующих тел и выяснить, какие силы для нее являются внутренними, а какие внешними.3) определить импульс всех тел системы до и после взаимодействия. 4) если в целом система незамкнута, но сумма проекций сил на одну из осей равна нулю, то следует написать закон сохранения лишь в проекциях на эту ось. 5) если внешние силы пренебрежимо малы в сравнении с внутренними (как в случае удара тел), то следует написать закон сохранения суммарного импульса в векторной форме и перейти к скалярной. Теперь выработаем алгоритм решения задач на закон сохранения энергии. Для этого рассмотрим следующую задачу. Задача 2. Тело брошено с поверхности земли под углом к горизонту с некоторой начальной скорость сопротивление воздуха пренебрежимо мало. . Найдите скорость тела на некоторой высоте h, если Дано: Решение: Т.к. по условию задачи сопротивлением воздуха можно пренебречь, то, в данном  случае, на тело будет действовать только потенциальная сила — сила тяжести.  Значит, к телу можно применить закон сохранения энергии. Заметим, что эту задачу можно решить и кинематически, задав угол альфа, но эторешение будет во много раз более сложным и громоздким. Второй закон Ньютона В проекциях на ось Ох: Алгоритм решения задач на закон сохранения энергии: 1) Выбрать систему отсчета. 2) Выбрать два или более таких состояний тел системы, чтобы в число их параметров входили как известные, так и искомые величины. 3) Выбрать нулевой уровень отсчета потенциальной энергии. 4) Определить, какие силы действуют на тела системы — потенциальные или не потенциальные.5)Если на тела системы действуют только потенциальные силы, записать закон сохранения механической энергии. 6) Раскрыть значения энергии в каждом состоянии и, подставив их в уравнение закона сохранения энергии, решить уравнение относительно искомой величины.