Урок решения задач для 10 класса по теме: «Закон сохранения механической энергии».

Урок решения задач для 10 класса по теме: «Закон сохранения механической энергии».

Цель урока: Способствовать формированию практических навыков и умений применять полученные раннее знания к решению физических задач.

Задачи урока:

• Предметные:

знание и понимание смысла закона сохранения энергии и умение применять его для решения задач с использованием при необходимости справочных материалов, калькулятора, компьютера.

• Метапредметные:
  формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами.

• Личностные:

самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

убежденность в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества.

Тип урока: урок обобщения и систематизации учебного материала через применение знаний к новым ситуациям.

Вид урока: закрепление изученного материала.

Оборудование: ноутбук.

• Оборудование для демонстрации: нитяной маятник, штатив, детский мяч, игрушечные машинки, воздушный шарик, трибометр лабораторный, металлический шарик, пружина от динамометра.

• Тест по теме «Импульс, работа, мощность, энергия».

План урока:

Ход урока.

I. Организационный момент.

Здравствуйте, ребята и уважаемые коллеги. Сегодня мы с Вами продолжим изучение темы “Энергия”. Для того, чтобы сформулировать цель сегодняшнего урока, мы вспомним то, что проходили на прошлом уроке.

II. Актуализация знаний.

Фронтальный опрос.

Вопрос учителя: Скажите, пожалуйста, что называется энергией, какой буквой она обозначается и в каких единицах измеряется?

Ответ учащегося: Энергия - способность тела совершать работу. Обозначается буквой E и измеряется в Джоулях.

Вопрос учителя: Какие виды энергии вы знаете?

Ответ учащегося: Существует два вида энергии: кинетическая и потенциальная.

Вопрос учителя: Какую энергии называют кинетической? От чего зависит эта энергия?

Ответ учащегося: Кинетической энергией называется энергия любого движущегося тела. Она зависит от массы данного тела и от квадрата скорости его движения ( ).

Вопрос учителя: Что произойдет с кинетической энергией, если массу тела увеличить в 2 раза? Скорость тела увеличить в 2 раза?

Ответ учащегося: При увеличении массы тела его кинетическая энергия увеличится в 2 раза, при увеличении скорости – в 4 раза.

Вопрос учителя: что называют потенциальной энергией и от чего она зависит?

Ответ учащегося: Потенциальная энергия определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. В первом случае она зависит от массы тела и высоты, на которую поднято это тело относительно другого ( . Например, мячик, поднятый на некоторую высоту относительно Земли, будет обладать потенциальной энергией, а относительно руки – нет. Во втором случае – от коэффициента жёсткости пружины и величины деформации ( ).

Вопрос учителя: что называют полной механической энергией?

Ответ учащегося: полной механической энергией называется сумма кинетической и потенциальной энергии.

Тест.

III. Мотивация и целепологание.

Историческая справка. В 1840 году врач-немец Роберт Майер, работая судовым врачом, решает помочь одному из матросов, которому стало плохо от жары. Он вскрывает больному вену, чтобы уменьшить избыточное кровяное давление, и обнаруживает, что вместо темной крови потекла алая!

Испуг врача объяснялся тем, что алая кровь течет только в артериях. Своим цветом она обязана высокому содержанию кислорода: это «свежая» кровь, которая только что омыла легкие. А по венам кровь течет уже после того, как она разнесла кислород по телу. В венозной крови кислорода мало, поэтому она темно-красная.

«Почему так происходит? - задумывается Майер. — Может, дело в том, что температура воздуха здесь почти равна температуре человеческого тела... Организму не нужно расходовать силу (в то время энергию ещё называли силой) на поддержание температуры тела, поэтому кислород остается в крови — ведь силу дает именно сгорание кислорода. Но это значит, что сила сохраняется; она только превращается из одного вида в другой, но никогда не исчезает и не появляется из ничего».

Развивая свою идею, Майер изучил все известные ему превращения энергии — кинетической в потенциальную и обратно, механической энергии во внутреннюю и внутренней — в механическую, рассмотрел электрическую и химическую энергии. Не зная о работе Майера, через несколько лет после выхода ее в свет закон сохранения энергии сформулировали английский физик Джеймс Джоуль и немецкий ученый Герман Гельмгольц, который дал наиболее точную его формулировку.

IV. Усвоение новых знаний.

Целью нашего сегодняшнего урока является научиться применять закон сохранения энергии для решения практических задач. В это нам поможет алгоритм решения подобных задач

V. Решение задач.

 Задача №1

На какую вы­со­ту под­ни­мет­ся тело, под­бро­шен­ное вер­ти­каль­но вверх, с на­чаль­ной ско­ро­стью 20 м/с? При ре­ше­нии за­да­чи не учи­ты­ва­ет­ся со­про­тив­ле­ние воз­ду­ха.

Дано: V=20 м/c; h=?

Ре­ше­ние

Ки­не­ти­че­ская энер­гия, по­лу­чен­ная в брос­ке, будет пе­ре­хо­дить по­сте­пен­но в по­тен­ци­аль­ную энер­гию:

упро­ща­ем это вы­ра­же­ние до:

При упро­шен­ных рас­че­тах при­ня­то ве­ли­чи­ну уско­ре­ния сво­бод­но­го па­де­ния (g) рас­счи­ты­вать как

10 м/с²

Ма­те­ма­ти­че­ски пре­об­ра­зу­ем фор­му­лу для на­хож­де­ния h:

Ответ: вы­со­та подъ­ема тела 20 мет­ров.

 Задача №2

Необ­хо­ди­мо рас­счи­тать жест­кость пру­жи­ны, если из­вест­но, что при рас­тя­же­нии ее на 20 см пру­жи­на при­об­ре­ла по­тен­ци­аль­ную энер­гию упру­го­де­фор­ми­ро­ван­но­го тела 20 Дж.

Дано: х=20 см=0,2 м; Ер=20 Дж; k=?

Ре­ше­ние

умно­жа­ем пра­вую и левую часть на 2, для по­лу­че­ния про­ме­жу­точ­ной фор­му­лы:

вы­ра­жа­ем ве­ли­чи­ну k:

про­ве­рим раз­мер­ность ве­ли­чи­ны, ко­то­рую по­лу­чи­ли:

Ответ: жест­кость пру­жи­ны равна  .

 Задача №3

Спус­ко­вую пру­жи­ну иг­ру­шеч­но­го пи­сто­ле­та сжали на 5 см, при вы­ле­те шарик мас­сой 20 г при­об­рел ско­рость 2 м/с. Необ­хо­ди­мо рас­счи­тать, ка­ко­ва жест­кость пру­жи­ны.

Дано: х=5 см=0,05 м; m=20 г=0,02 кг; V=2 м/с; k=?

Ре­ше­ние

По за­ко­ну со­хра­не­ния энер­гии, по­тен­ци­аль­ная энер­гия упру­го­де­фор­ми­ро­ван­ной пру­жи­ны пе­рей­дет в ки­не­ти­че­скую энер­гию дви­же­ния ша­ри­ка:

упро­ща­ем дан­ное вы­ра­же­ние:

вы­ра­жа­ем ве­ли­чи­ну k:

Ответ: жест­кость пру­жи­ны равна  .

 Задача №4

5.    Мальчик столкнул санки с вершины горки. Сразу после толчка санки имели скорость   а у подножия горки она равнялась   Трение санок о снег пренебрежимо мало. Какова высота горки? (Ответ дайте в метрах.) Ускорение свободного падения считать равным 10 м/с².

Решение.

Поскольку трением санок о снег можно пренебречь, для них выполняется закон сохранения полной механической энергии. Пусть m — масса санок,    — начальная скорость,   — скорость санок у подножия горки, а h — искомая высота горки. Выпишем закон сохранения энергии:

Ответ: 10.

Практические задания.

учащимся предлагается рассказать о двух экспериментах, поставленных на кафедре.

1. На примере математического маятника рассказать, в каких точках и какой энергией будет обл адать груз.

2. На примере пружинного мятника рассказать о видах энергии, которыми обладает тело,

Вопросы учителя:

• Откуда берётся кинетическая энергия в нижней точке движения, а потенциальная энергия в верхней?

• Сколько раз за один период движения маятника тело обладает максимальной кинетической энергией?

• Почему в нижней точке движения тело не останавливается, а продолжает двигаться?

• Что можно сказать о полной механической энергии?

Примеры превращения энергии в жизни.

Копер.Плотина.Ветряная мельница.

VI. Рефлексия. Спросить у учащихся насколько удобно пользоваться алгоритмом решения задач.

VIII. Домашняя работа. Повторить §§45-47, стр.145 письменно.

IX. Подведение итогов урока. Оценить учащихся по критериям оценивания, данным в начале урока, и выставить оценки. Закончить урок изречением-синквейном.

Синквейн — это методический прием, который представляет собой составление стихотворения, состоящего из 5 строк

При этом написание каждой из них подчинено определенным принципам, правилам. Таким образом, происходит краткое резюмирование, подведение итогов по изученному учебному материалу. Синквейн является одной из технологий критического мышления, которая активирует умственную деятельность школьников, через чтение и письмо. Написание синквейна — это свободное творчество, которое требует от учащегося найти и выделить в изучаемой теме наиболее существенные элементы, проанализировать их, сделать выводы и коротко сформулировать, основываясь на основных принципах написания стихотворения.  

правила построения синквейна

• Первая строчка стихотворения — это его тема. Представлена она всего одним словом и обязательно существительным.

• Вторая строка состоит из двух слов, раскрывающих основную тему, описывающих ее. Это должны быть прилагательные. Допускается использование причастий.

• В третьей строчке, посредством использования глаголов или деепричастий, описываются действия, относящиеся к слову, являющемуся темой синквейна. В третьей строке три слова.

• Четвертая строка — это уже не набор слов, а целая фраза, при помощи которой составляющий высказывает свое отношение к теме. В данном случае это может быть как предложение, составленное учеником самостоятельно, так и крылатое выражение, пословица, поговорка, цитата, афоризм, обязательно в контексте раскрываемой темы.

• Пятая строчка — всего одно слово, которое представляет собой некий итог, резюме. Чаще всего это просто синоним к теме стихотворения.

Пимеры:

Закон сохранения и превращения энергии.

Нужный, полезный.

Превращается, сохраняется, не изменяется.

Энергия превращается из одного вида в другой.

Один из основных законов природы.

Физика

Интересная, Загадочная

Выдвигает, проверяет, обучает.

Науки делятся на физику и собирание марок.

Нужно

Физика

Нужная, противная

Не люблю, плачу, зубрю

Чем дальше в лес, тем больше дров.

Прорвемся

Физика.

Занимательная, экспериментальная

Развивается, уточняется, учит.

Физика – мать естественных наук.

Учись

Физика

Важная, интересная

Изучает, объясняет, развивается

Важная наука, изучающая самые глубокие законы природы.

Жизнь вокруг нас.

Приложение.

Приложение 2. Тест по теме: «Энергия. Закон сохранения энергии».

А1. Энергия, которой обладает движущееся тело, называется:

1. внутренней энергией;

2. потенциальной энергией;

3. кинетической энергией;

4. полной механической энергией.

А2. Автомобиль массой 10³ кг движется равномерно по мосту. Скорость автомобиля равна 10 м/с. Кинетическая энергия автомобиля равна:

1) 10⁵ Дж; 2) 10⁴ Дж; 3) 5·10⁴ Дж; 4) 5·10³ Дж.

А3. Какой энергией обладает альпинист, стоящий на вершине горы?

1. кинетической;

2. потенциальной;

3. кинетической и потенциальной;

4. не обладает энергией.

А4. С балкона высотой h = 4 м упал камень массой m = 0.5 кг. Модуль изменения потенциальной энергии камня равен:

1) 20 Дж; 2) 10 Дж; 3) 2 Дж; 4) 1.25 Дж.

А5. Мяч бросают под некоторым углом к горизонту. Как преобразуется его энергия в ходе полёта до точки максимального подъёма?

1. потенциальная и кинетическая энергии возрастают;

2. потенциальная и кинетическая энергии убывают;

3. потенциальная и кинетическая энергия не меняются;

4. кинетическая убывает, потенциальная возрастает

Приложение 3. Классная работа.

1 . Небольшой шарик подвешен на невесомом стержне, который может вращаться вокруг точки подвеса O. Какую минимальную горизонтальную скорость нужно сообщить шарику, чтобы он поднялся на максимальную высоту? Длина стержня L. Сопротивлением пренебречь.

1) ; 2) ; 3) ; 4) .

2. Тело массой 1 кг, брошенное вертикально вверх от поверхности земли, достигло максимальной высоты 20 м. С какой по модулю скоростью двигалось тело на высоте 10 м? Сопротивлением воздуха пренебречь.

1) 7 м/с; 2) 10 м/с; 3)14.1 м/с; 4) 20 м/с;

3. При выстреле из пружинного пистолета вертикально вверх шарик массой 100 г поднимается на высоту 2 м. Какова жесткость пружины, если до выстрела она была сжата на 5 см? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Самостоятельно:

I вариант. Мяч бросают вертикально вниз с высоты h. Какую начальную скорость надо сообщить мячу, чтобы он ударившись о поверхность подпрыгнул на высоту 2h? Удар считать абсолютно упругим, сопротивлением воздуха пренебречь.

1) 2 ; 2) ; ; 4) ;

II вариант. Закрепленный пружинный пистолет стреляет вертикально вверх. Как рассчитать массу пули m, если высота её подъема в результате выстрела равна h, жесткость пружины равна k, а деформация пружины перед выстрелом равна Δl?

1) ; 2) ; 3) ; 4)

______________________________________________________________________________________

1. Шарик брошен вертикально вверх. В момент броска он имел кинетическую энергию 30 Дж. На сколько изменится потенциальная энергия шарика в поле тяготения Земли, когда он окажется в верхней точке траектории полета? Сопротивлением воздуха пренебречь.

1) 0 Дж; 2) 15 Дж; 3) 30 Дж; 4) 60 Дж.

2 . Нитяному маятнику, находящемуся в положении равновесия, сообщили небольшую горизонтальную скорость. На какую высоту поднимется шарик?

1) ; 2) ; 3) ; 4) .

3. Груз массой 100 г свободно падает с высоты 10 м с нулевой начальной скоростью. Определите потенциальную энергию груза в тот момент времени, когда его скорость равна 8 м/с. Принять, что потенциальная энергия груза равна нулю на поверхности Земли.

4. Груз массой 100 г свободно падает с высоты 10 м с нулевой начальной скоростью. Определите кинетическую энергию груза на высоте 6 м.