Урок по теме: Кинетическая знергия

Физика 10 класс

Урок № 9 Дата : 09.11.2020

Тема урока: Кинетическая энергия. Теорема об изменении кинетической энергии.

Субкомпетенции:

• показать, что изменение энергии при переходе из одного состояния в другое определяется величиной совершенной работы

Операциональные цели: в конце урока ученики будут способны:

• дать правильное и полное определение кинетической энергии как физической величине;

• рассчитывать кинетическую энергию тела;

• формулировать теорему об изменении кинетической энергии материальной точки;

• применять полученные знания в конкретных ситуациях при решении задач.

Тип урока: усвоение новых знаний.

Методы обучения: объяснение, проблема, упражнение.

Ход урока

1. Организационный момент

Фронтальная беседа:

• Что такое механическая работа?

• Что такое мощность? Физический смысл мощности.

• Что мы понимаем под энергией?

• Вспомните, какие виды энергии вы изучали в 7 классе?

• Что такое перемещение тела?

• Формула Галилея.

1. Мотивация учебной деятельности

Второй закон Ньютона. Если перефразировать слова в стихотворении В. Маяковского с точки зрения физических понятий: работа и энергия, оно будет звучать примерно так:

Работа и Энергия -

Близнецы сёстры.

Мы говорим Работа

Подразумеваем Энергия.

Мы говорим Энергия,

Подразумеваем Работа. 

Наша следующая задача будет выяснить, почему эти понятия так тесно связаны.

 Кинетическая энергия

тело может обладать кинетической энергией потому, что перемещается в пространстве или вращается

Кинетическая энергия тела, перемещающегося в пространстве без вращения, вычисляется по формуле:

Почему именно так? Оказывается, что если пользоваться этой формулой, то выполняется теорема об изменении кинетической энергии:

Теорема читается следующим образом: изменение кинетической энергии тела равно работе равнодействующей всех сил, действующих на тело.

Строго говоря, теорему надо доказывать, и для неё есть доказательство. Однако мы будем воспринимать эту теорему как подтверждённую опытами, и приведём решение задачи, которая может быть таким опытом.

Задача. Брусок, имея начальную скорость  , начинает скользить по горизонтальной поверхности. Какой путь пройдёт брусок до остановки?

Решение. Ускорение в вертикальном направлении отсутствует, значит, сила тяжести и сила нормальной реакции опоры уравновешивают друг друга. Поскольку иных сил нет, значит, неуравновешенная сила трения одновременно будет равнодействующей. Запишем теорему об изменении кинетической энергии .

Ответ: тормозной путь тела, скользящего по горизонтальной поверхности, определяется его начальной скоростью и коэффициентом трения.

Задача решена теоретически, и это можно проверить опытом, что станет иллюстрацией справедливости теоремы об изменении кинетической энергии. Формулу для вычисления энергии вращающихся тел в школьном курсе не изучают, тем не менее, и для таких тел теорема будет верна.

Заметим, что по третьему закону Ньютона, сила, совершающая над телом работу, вызывает появление в этом теле «ответной» силы, которая такова же по модулю и противоположно направлена. Это приводит к тому, что работа силы над телом и работа самого тела равны по модулю и противоположны по знаку. Тогда для «тормозящего» тела получаем:

То есть, теорема об изменении кинетической энергии позволяет вскрыть физический смысл значения кинетической энергии: она равна работе, которую способно совершить движущееся тело за счёт уменьшения своей скорости до нуля.

Помните: кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости.

Поэтому увеличение скорости автомобиля в 2 раза приводит к увеличению его энергии в 4 раза, увеличение скорости в 3 раза – к увеличению энергии в 9 раз. Во столько же раз возрастает тормозной путь машины!  

Подведение итогов урока

Предположим, что снаряд, летящий с некоторой скоростью, попадает в доску, пробивает ее насквозь и вылетает

Учитель: Против каких сил совершил работу снаряд? Какой энергией обладал снаряд?

2. Другой пример. Автомобиль, движущийся с выключенным двигателем, останавливается через некоторое время под действием силтрения. В начале торможения он тоже обладал энергией.

Учитель: За счет чего автомобиль совершил работу?

Энергию, которой обладает тело вследствие своего движения, называют кинетической энергией.

Выясним, от чего зависит кинетическая энергия. 

В механике энергия системы тел определяется положением тел и их скоростями. Сначала найдем, как энергия тел зависит от их скоростей. Вычислим работу силы F, действующей на тело массой m, в простом случае, когда тело движется прямолинейно, сила постоянна и ее направление совпадает с направлением скорости.

При перемещении тела на величину S его скорость меняется от v₁ до v₂.

Домашнее задание

Ускорение свободного падения.

 Падает шарик.

Обратим внимание: вектор изменения скорости свободно падающего шарика, а значит, и вектор ускорения свободного падения направлен вниз и не зависит от скорости тела. Подтвердим это вторым способом.

Поэтому при переворачивании трубки бумага падает с меньшим по модулю ускорением. Затем воздух откачивают, создавая в трубке вакуум, а кран закрывают. Теперь бумага падает с тем же ускорением, что и камень.

Опыт нам продемонстрировал, что ускорение свободного падения одинаково для всех тел.

В физике свободным падением называют движение тела при действии только силы тяжести.

Если на тело действуют сравнительно малые силы, препятствующие свободному падению, то их действием можно пренебречь.

Тогда измерения показывают: модуль ускорения свободного падения всех тел вблизи поверхности Земли равен 9,8 м/с².

 Вспомнив определение 1 ньютона вы поймёте, что уже известное вам значение 9,8 Н/кг – это именно 9,8 м/с².

Для вычисления (измерения) любых ускорений тел, и ускорения свободного падения в частности, вполне можно использовать метод стробоскопического фотографирования.