Методическая разработка открытого урока на тему "Механическая энергия.Кинетическая и потенциальная энергия.Закон сохранения энергии"

 

 

 

Методическая разработка открытого урока

 

тема:

 Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии.

 

 

 

Подготовила:

Котова Е.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Урок по теме "Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии"

 

Цель урока:

Изучить понятие энергии, кинетической и потенциальной, полной энергии (закон), проанализировать  понятия кинетической энергии и процесса превращения потенциальной энергии в кинетическую на примерах из жизни; формировать навыки (анализ условия задачи, экспериментальная работа, работа в группе); развивать навыки и умения (классифицировать и обобщать, формулировать выводы, самостоятельность мышления); воспитывать мировоззренческие понятия (причинно - следственные связи в окружающем мире, познавательность мира);

нравственное воспитание (товарищеская взаимовыручка, этика групповой работы).

 

Тип урока: изучение нового материала

 

Методы, используемые на уроке: словесный, наглядный, практический

 

Материальное оснащение урока: плакат, план- конспект, карточки- задания , мяч, проектор, компьютер, мультимедийная доска, презентация, видеофрагменты, мультфильм

 

Презентация

 

Если тело или система тел могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией

 

Ход урока:

1.   Организационный момент (приветствие, выявление отсутствующих, проверка готовности к уроку учащихся)

(Учащиеся объединяются в подгруппы –(3-5шт. по 4 человека), выбирают командира -учащийся, который будет координировать всю подгруппу, фиксировать ответы, баллы – в лист оценивания.)

2.   Актуализация опорных знаний учащихся

Проведение физического диктанта (учитель задает вопрос- учащиеся пишут в тетрадях ответы – буква, единица измерения, слова…). Каждый правильный ответ оценивается 0,5 балла.

 

Физический диктант

1.     Как называется раздел механики, в котом изучается движение тел ( динамика)

2.     Ученый, открывший основные законы динамики (Ньютон)

3.     Основная физическая величина равная произведению массы на ускорение (сила)

4.     Какой буквой обозначается ускорение (а)

5.     Напишите единицы измерения ускорения… (м/

6.     Напишите формулу закона всемирного тяготения (F=)

7.     Произведение массы на скорость называется …(импульс)

8.     Скорость обозначается буквой…(V)

9.     Как называется явление сохранения скорости, если на него не действуют другие тела..(инерция)

10. Какой буквой обозначается работа (А)

 (после проведения диктанта, учащиеся обмениваются тетрадями и проверяют друг у друга правильные ответы, при этом ставят баллы в тетрадь, командиры на листах оценивания фиксируют баллы каждого из подгруппы)

3.   Мотивация учебной деятельности учащихся.

 

Очень часто мы слышим и используем такие словосочетания как:

v Энергичный человек

v Энергетический комплекс.

v Энергетический баланс.

v Запас энергии и т.д.

     Сегодня понятие энергии настолько вошло в наш обыденный лексикон, что мы, не задумываясь, применяем этот термин по поводу и без повода. Нам кажется, что это существует в реальности как отдельная вещь-понятие энергии. Как, например, вода или воздух.

 Обычно мы часто говорим, чтобы сделать что-либо, например: копать землю в саду, нам не хватает энергии. Если же нет света в доме, говорим, нет электрической энергии . Чтобы вскипятить чайник на газовой плите, "тратим" тепловую энергию, которая выделяется при сжигании природного газа. Автомобили и самолёты, тепловозы и теплоходы работают, расходуя энергию сгорающего топлива, гидротурбины – энергию падающей с высоты воды. Да и сами мы, чтобы жить и работать, возобновляем запас своей энергии при помощи пищи. Слово «энергия» употребляется нередко и в быту. Так, например, людей, которые могут быстро выполнять большую работу, называют энергичными, обладающими большой энергией.

         Также у всех на слуху механическая энергия, атомная энергия, ветровая энергия, и т.д.,что одна форма энергии может превращаться в другую. К примеру, химическая энергия бензина в двигателе автомобиля преобразуется в кинетическую энергию его движущихся частей, в световую энергию фар, в звуковую энергию гудка и так дальше. На каждой ступени преобразования часть энергии превращается в тепло — из-за этого автомобильный двигатель нагревается. Известный факт, что энергия просто так неоткуда не может возникнуть и куда-то расходоваться тоже не может. Все закономерно и справедливо.

Механическая энергия широко известна человеку с древнейших времен и применяется в таких устройствах, как: стрела, копье, нож, топор, повозка, маятник, журавль, ветряная мельница, водяное колесо, парус, гончарный круг, часы, и другие самые разнообразные механизмы…

Приведем примеры наиболее распространенных и используемых источников механической энергии: ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов, сельскохозяйственные животные, и сам человек.

     Термин «энергия» был введен в 1807 году английским ученым Т.Юнгом. В переводе с греческого это слово означает «Действие, деятельность»

 

Томас ЮНГ

 

Что же такое энергия? Какие виды энергий  существуют в природе?

Выясним сегодня на уроке

4.   Сообщение темы, цели урока

 

5.   Первичное восприятие учащимися нового материала (учащиеся составляют конспект самостоятельно с помощью плана-конспекта)

Видеофрагмент1

Самое древнее из дошедших до нас сочинений по механике называется "Механические проблемы". Его приписывают древнегреческому ученому Аристотелю, но скорее всего трактат создан в Египте в начале третьего века до нашей эры. В нем есть такая задача: "Почему, если к дереву приложить топор, обремененный тяжелым грузом, то дерево будет повреждено весьма незначительно; но если поднять топор без груза и ударить по дереву, то оно расколется? Между тем падающий груз в этом случае гораздо меньше давящего". Автор не мог ответить на поставленный вопрос. Теперь же такую задачу решит любой школьник - "потому что падающий топор обладает кинетической энергией".

Потенциальной энергией – называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое относительно поверхности Земли, потому что энергия тела зависит от взаимного положения его и Земли и их взаимного притяжения.

Огромной потенциальной энергией обладает вода в реках, удерживаемая плотинами.

Видеофрагмент2

Все тела в природе относительно условного нулевого значения обладают либо потенциальной, либо кинетической энергией, а иногда той и другой вместе. Например, летящий самолёт обладает относительно Земли и кинетической и потенциальной энергией.

 

6.   Обобщение и систематизация учебных знаний

На доске висит столько плакатов, сколько подгрупп (3-5). Каждый плакат разделен на количество в подгруппе учеников (4-6) на отдельные части. На отдельных частях плаката  написан номер карточки-задания и число - это правильный ответ этой карточки-задания. Каждому учащемуся из подгруппы  задана своя карточка - задание – задача (на ней указан номер части плаката и балл во сколько оценивается задача). Если учащиеся решают правильно карточку (его ответ сходится  с ответом на доске, то эту часть плаката можно перевернуть, если не сходится- то участники подгруппы помогают решить, если все равно не сходится ответ, то вместе с учителем решают на доске),то на обратной стороне  плаката – картинка  по теме сойдется в единую и учащиеся увидят ,что там изображено.

7.   Закрепление изученного материала. Объяснение учащимися картинки, кубик-рубик (учащиеся по очереди бросают кубик друг другу при этом  на сторонах кубика написаны буквы или формулы вслух называют название буквы и единицы ее измерения, формулу и название каждой буквы и ее единицы измерения)

 

8.   Подведение итогов урока

Учитель дает краткую характеристику работы группы

 

Энергия не исчезает и не возникает вновь, а только переходит из одной формы в другую. К идее ее постоянства пришли еще мыслители древности. В поэме "О природе вещей", написанной древнеримским поэтом-философом Титом Лукрецием Каром, жившим в первом веке до нашей эры, читаем:

 

 "Ибо не может ничто из материи прочь отделиться,

 Бывши в нее включено; напротив, не могут ворваться

 Новые силы в нее, при посредстве которых возможно

 Переиначить природу вещей и порядок движенья".

Демонстрация мультфильма

9.   Домашнее задание подготовиться к к.р., конспект

10. Оценивание учащихся ( командир каждой подгруппы выставляет баллы за все этапы работы каждому ее члену)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Об ошибочности понятий потенциальной и кинетической энергий

 

 Потенциальная и кинетическая энергия в отличие от всех других форм характеризуются отсутствием двух очень важных особенностей: 1) инвариантность во всех системах отсчёта; 2) связь с деформацией. Начнём с первой особенности.

 

 Когда мы сжигаем кусок угля в паровозной топке, количество выделившегося при этом тепла одинаково во всех системах отсчёта: хоть в системе отсчёта самого паровоза, хоть в системе отсчёта, связанной с Землёй, Солнцем или центром Галактики. Как говорят физики, тепловая энергия инвариантна. То же самое наблюдается для химической энергии, ядерной, гидравлической и т.д. А вот для потенциальной и кинетической энергий это не так.

 

 Если отсчитывать высоту от уровня стола, на котором лежит предмет, то его потенциальная энергия в этой системе отсчёта равна нулю, но при отсчёте высоты от уровня пола или уровня моря у предмета уже появляется некоторая энергия. Можно придумать массу таких систем отсчёта и в каждой из них предмет будет иметь различную потенциальную энергию. Иными словами, энергия предмета полностью определяется нашим произвольным выбором и теряет статус реальности или, как выражаются физики, теряет физический смысл. Иногда можно услышать объяснение, будто сама потенциальная энергия действительно не обладает физическим смыслом, зато такой смысл приобретает разность энергий. Мне подобное объяснение кажется надуманным: если две величины не имеют физического смысла, то откуда он может взяться у их разности? Ведь это аналогично ситуации, когда мы от одного безразмерного числа отнимаем второе безразмерное число, а в итоге получаем размерную величину. К тому же здесь возникает ещё одно противоречие с логикой. При переходе от одной системы отсчёта к другой никакая работа не выполняется, а для появления у предмета энергии необходимо, чтобы над ним была совершена работа. Такой анализ заставляет меня предполагать, что идея потенциальной энергии является ошибкой и вместо неё существует какая-то иная форма энергии, которая должна быть инвариантна во всех системах отсчёта.

 

 С кинетической энергией творятся те же самые вещи. Кинетическая энергия лежащего в движущемся вагоне предмета будет равна нулю в системе отсчёта, связанной с вагоном, но не равна нулю во всех других системах. То есть, кинетическая энергия также теряет свой физический смысл и определяется исключительно нашим произвольным выбором. И опять же непонятен источник появления этой энергии, если при переходе от одной системы отсчёта к другой работа не выполняется. Следовательно, кинетическую энергию также следует признать ошибкой и искать вместо неё какую-то иную форму энергии.

 

 Вторая особенность не менее важна. Любая химическая реакция сопровождается переходом электронов от одного элемента к другому, что выглядит как деформация электронных оболочек. Любая ядерная реакция сопровождается изменением числа протонов и нейтронов в ядре, что выглядит как деформация ядра. И т.д. и т.д. Для всех форм энергии за исключением потенциальной и кинетической можно найти связь с деформацией. А вот для потенциальной и кинетической такой связи найти не удаётся.

 

 Понятие потенциальной энергии было предложено Галилеем, когда он сбрасывал различные предметы с наклонной Пизанской башни и задался вопросом: откуда падающее тело черпает свою энергию? Галилей заметил, что прежде чем сбросить тело с башни, он должен тело на башню поднять и при этом произвести определённую работу. Поэтому он вполне закономерно предположил, что производимая работа тратится на увеличение некоторой скрытой энергии, которая в процессе дальнейшего падения трансформируется в явную кинетическую энергию. Позже такая скрытая энергия была названа потенциальной. Но Галилей ошибся.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клоун, подбрасывая шарики, сообщает им определенную кинетическую энергии. Чем больше начальная скорость шарика, тем больше его запас кинетической энергии. Впоследствии этого  энергия перейдет в потенциальную.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание.

 

 А. П. Платонов «Сокровенный человек».

 

Для уничтожения бронепоезда белогвардейцев, стоявшего на станции, Пухов предложил пустить по рельсам под уклон состав из вагонов с песком: «… с ветром и лихою игрою колёс вылетел состав без паровоза и в момент вскочил на затрепетавший под такой скоростью мост. Афонин забыл дышать и от какого-то восторга нечаянно взмок глазами. Состав скрылся на мгновенье в гуще вагонов полустанка, и сейчас же там поднялось облако песчаной пыли. Потом раздался резкий, краткий разлом стали, закончившийся раздражённым треском.»

 

         Какие преобразования энергии произошли при столкновении?

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание.

 

 А. П. Платонов «Сокровенный человек».

 

Для уничтожения бронепоезда белогвардейцев, стоявшего на станции, Пухов предложил пустить по рельсам под уклон состав из вагонов с песком: «… с ветром и лихою игрою колёс вылетел состав без паровоза и в момент вскочил на затрепетавший под такой скоростью мост. Афонин забыл дышать и от какого-то восторга нечаянно взмок глазами. Состав скрылся на мгновенье в гуще вагонов полустанка, и сейчас же там поднялось облако песчаной пыли. Потом раздался резкий, краткий разлом стали, закончившийся раздражённым треском.»

 

         Какие преобразования энергии произошли при столкновении?

 

 

 

 

 

 

 

Задачи

                                                           1 вариант

 

1. Тело, массой  2кг движется со скоростью 4м/с. Чему равна кинетическая энергия тела?

 

2. Тело, массой 300г находится на высоте 2м над землей. Чему равна потенциальная энергия  

 

тела на этой высоте? (ускорение свободного падения равно 10м/с2)

 

3. Найдите полную механическую энергию тела, если кинетическая энергия тела равна 20Дж, а потенциальная энергия тела равна 30Дж.

 

4. Определите полную механическую энергию тела массой 2кг, которое на высоте 2м имело скорость 36км/ч.

 

5. Тело, массой 3кг обладает потенциальной энергией 60Дж. Определите высоту, на которую поднято тело над землей.

 

6. Тело, движущееся со скоростью 4м/с, имеет кинетическую энергию 16Дж. Найти массу этого тела.

                                                           2 вариант

 

1. Тело, массой 2кг движется со скоростью 5м/с. Чему равна кинетическая энергия тела?

 

2. Тело, массой 200г, находится на высоте 3м над землей. Чему равна потенциальная энергия тела на этой высоте? (ускорение свободного падения равно 10м/с2)

 

3. Найдите полную механическую энергию тела, если кинетическая энергия тела равна 20Дж, а потенциальная энергия тела равна 60 Дж.

 

4. Определите полную механическую энергию тела массой 2кг, которое на высоте 5м имело скорость 36км/ч.

 

5. Тело, массой 2кг обладает потенциальной энергией 60 Дж. Определите высоту, на которую поднято тело над землей.

 

6.Тело, движущееся со скоростью 5м/с, имеет кинетическую энергию 25Дж. Найдите массу этого тела.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физический смысл

1. Кинетическая энергия

Кинетическая энергия - энергия движения.

 

 Любое движущееся тело обладает кинетической энергией. Чем больше масса тела и его скорость - тем большей кинетической энергией оно обладает. При соприкосновении с другим телом часть кинетической энергии передается этому телу. Например, ударив бильярдным кием по шару, мы передаем ему (шару) какую-то часть кинетической энергии - шар начинает двигаться. При соударении его с другим шаром, часть энергии опять передается (перераспределяется) и в движении будут уже два шара. Кинетическая энергия может превращаться в энергию другого вида. Так на гидроэлектростанции кинетическая энергия падающей воды преобразуется в электрическую энергию, вырабатываемую турбиной генератора.

 

 Помните закон сохранения энергии? - "Энергия никуда не исчезает бесследно и не появляется из ниоткуда - она лишь переходит из одного вида в другой" (тут следует сделать оговорку, что это не относится к ядерным реакциям).

 

2. Потенциальная энергия

Потенциальная энергия - это "скрытая" энергия, которая зависит от положения тел и способна проявиться при определенных условиях.

 

 Так, сосулька, свисающая с крыши дома, не обладает кинетической энергией (поскольку она не движется), но зато у нее есть "неплохая" потенциальная энергия (которая тем больше, чем массивнее сосулька и выше крыша дома). При определенных условиях (когда солнышко хорошо пригреет) сосулька может оторваться и упасть на землю. В этом случае, заложенная в ней потенциальная энергия перейдет в кинетическую.