Урок «Закон сохранения и превращения энергии - великий закон природы»

Н.В.Бучнева

заместитель директора по УВР,

учитель физики

МБОУ СОШ № 35

города Тамбова

Урок «Закон сохранения и превращения энергии - великий закон природы» является обобщающим уроком раздела «Законы сохранения». Цель урока - повысить мотивацию к изучению физики, развивать логическое мышление при решении расчетных и экспериментальных задач различными методами и способами.

Урок построен на основе деятельности учащихся. Ребята на этом уроке являются исследователями, выдвигают гипотезы, сами предлагают способы решения задачи, экспериментально подтверждают расчеты.

Считаю, что каждый урок должен строиться на основе деятельностного подхода, на каждом уроке должен присутствовать анализ учебного материала, сопоставление фактов, высказывания собственной точки зрения, мыслительная активность, практические действия в их любых видах и формах, то есть естественной необходимостью является активная позиция учащихся на уроке. Только в этом случае урок побуждает к новым познаниям. Именно таким, на мой взгляд, является урок, методическая разработка которого представляется.

Тема урока: «Закон сохранения и превращения энергии - великий закон природы»

Цели урока:

1. Образовательные:

• расширение и углубление представлений об энергии, как общей количественной мере движения и взаимодействия всех видов материи, показ практического применения закона сохранения энергии.

  1. Воспитательные:

• разъяснение роли данного закона в развитии современной техники;

• продолжение формирования навыков культуры труда (умение пользоваться приборами, учебниками, дополнительной литературойи т.д.).

1. Развивающие:

• развитие мышления, речи, навыка выступления перед аудиторией.

Тип урока: урок повторения, обобщения и систематизации знаний, умений, навыков.

Вид урока: урок теоретических и практических работ исследовательского типа.

Основные методы обучения:

1. проблемный;

2. частично-поисковый;

3. исследовательский;

4. метод программированных заданий.

Оборудование к уроку:

1. Приборы для демонстрации опытов.

2. Компьютер и мультимедийный проектор.

3. Тестовая самостоятельная работа.

4. Карточки с задачами.

5. Выставка работ учащихся.

6. Презентации.

Межпредметные связи: математика; литература.

Структура урока:

1. Организационный момент - мотивация деятельности (разъяснение целей).

2. Повторение материала (уровневое):

• работа с обобщающей таблицей;

• вывод формул;

• решение задач (углубление в тему).

1. Рассмотрение практических применений закона сохранения энергии – защита проектов:

• творческое задание (постановка опытов-исследований и их объяснение);

• работа с дополнительной, научно-популярной литературой.

1. Контроль знаний:

• самостоятельная работа (тестовая).

1. Подведение итогов урока.

2. Домашнее задание.

Ход урока:

1. Мотивация деятельности - постановка цели урока.

Все известно вокруг,

Тем не менее

На земле еще много того,

Что достойно, поверь, удивления

И твоего, и моего...¹

На сегодняшнем уроке мы еще раз обратимся к закону сохранения энергии - великому закону природы. Он занимает особое место среди всех законов механики, поскольку этот закон универсален.

Цель урока - повторить и обобщить знания по теме, показать практическое применение закона сохранения энергии и его значимость.

Урок будет включать следующие этапы:

1. повторение изученного материала;

2. рассмотрение практических применений закона сохранения энергии;

3. выполнение самостоятельной работы.

1. Повторение пройденного.

Итак,

1. Повторим изученный материал, воспользовавшись обобщающей таблицей: (презентация - слайд 1)

Механическая

энергия

потенциальная

кинетическая

Поднятого тела

Деформированного тела

го тела

формула

формула

формула

Закон сохранения энергии

1 ученик готовится к ответу у доски.

II. На доске необходимо решить задачи, используя закон сохранения энергии (предлагаю карточки).

III. На листочках (индивидуально):

1.Вывести закон сохранения полной механической энергии в замкнутой системе.

2.Описать плоское движение твердого тела.

IV. Ответить на качественные вопросы, предлагаемые на карточках: (предлагаю карточки).

Учитель:

Пока на доске решаются задачи, повторим изученный материал по обобщающей таблице. (Ответ учащегося).

Учитель:

Издавна людей интересовали вопросы, связанные с законом сохранения энергии. На экране - 2 проекта «вечных двигателей», заинтересовавшие ваших одноклассников.

Ученик, подготовивший задание, объясняет рисунок и формулирует вопрос:

Доказать несостоятельность таких «вечных» двигателей.

(Учащиеся отвечают на вопрос.)

Учитель:

Таким образом, «вечный двигатель» - машина, которая должна бы совершать работу без подачи ей дополнительной энергии, что противоречит закону сохранения и превращения энергии, поэтому «вечный двигатель» не создан и никогда его не создадут. Исчерпав свой запас энергии, машина прекратит работу.

А теперь посмотрим, как применяется закон сохранения и превращения энергии для решения задач. Свои решения необходимо прокомментировать.

Задача № 1.²

Шайба, брошенная с горизонтальной скоростью V₀ = 25 м/с, скользя по поверхности, поднимается на горку высотой h = 15м, вершина которой плоская. После этого шайба соскальзывает в воздух (см. рис.)

Чему равна дальность полета шайбы в воздухе? Силу трения шайбы о поверхность не учитывать.

Решение задачи:

Так как сила трения не учитывается, то запишем закон сохранения энергии для шайбы, движущейся со скоростью V₀ и поднявшейся на высоту h:

т V₀²/2 = т V_k ² /2 +mgh

V_k =√V₀² – 2gh

Из кинематики известно, что дальность тела, брошенного под углом а=0 к горизонту с начальной скоростью V_H равна

l = V_н t ; h = g t² /2  t = √2 h/8

l = V_н √ 2 h/8

В нашем случае V_н = V_К , тогда

l = √ V₀² –2 gh _×√2h/8 = √2h(V₀²-2gh)/g=√2×15(25²-2×10×15)/10=31м

[√ м(м²/с²- м²/с²) / м/с²= м]

Задача №2.³

В бруске массой М застревает пуля массой т, летящая горизонтально со скоростью V (см. рис.). Брусок лежит на гладком полу и соединен с вертикальной стенкой пружиной жесткостью К. Найти наибольшую деформацию пружины.

Решение задачи:

Так как пуля застревает в бруске, будем считать соударение пули с бруском неупругим. Тогда скорость бруска с пулей можно найти из Закона сохранения импульса:

mV = (M+m) U



U = mV/(M+m) (1)

Максимальная деформация находится из закона сохранения энергии: кинетическая энергия движущейся системы «брусок-пуля» переходит в энергию сжатой пружины:

(M+m) U²/2 = K X²_max /2 (2)

Подставим (1) в (2) и найдем х_mах :

(M+m) m²V²/2(M+m)²= K X²_max /2

m²V²/(M+m) = K X²_max

X_max = mV√1/(M+m) K = mV/√(M+m) K

1. Практическое применение закона сохранения энергии – защита проектов.

Учитель:

Видим что закон сохранения и превращения энергии, первооткрывателем которого можно по праву считать великого ученого, первого русского академика Михаила Васильевича Ломоносова, применяется при решении многих механических задач. Он позволяет решить их проще, чем по законам Ньютона, и является важнейшим критерием многих научных открытий и теорий, а так же работоспособности машин.

Закон сохранения и превращения энергии выполняется буквально повсюду. Чтобы доказать значимость и применение закона сохранения и превращения энергии, вы разделившись на 4 группы провели большую работу.

Каждой группе был предложен проект (теоретическое и исследовательское практическое задание). Прошу каждую группу отчитаться о проделанной работе.

I группа.

Тема: «Энергия - общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи»

Мы отразили взаимосвязь энергии и движения, энергии и материи. (Энергия вне материи не существует, как не существует движения без материи).

Экспериментальное задание нам было предложено следующее:

В вашем распоряжении игрушечный пистолет и линейка. Определите скорость вылета «пули» при выстреле. Выстрел произвести вертикально вверх (демонстрируют опыт).

При расчете мы воспользовались законом сохранения и превращения энергии. В момент остановки пули:

т g h = т V²/2  V = √ 2 g h

Оценив высоту, можно найти скорость.

(На слайде - расчетные формулы и результаты).

II группа.

Тема: «Из истории изучения Закона сохранения и превращения энергии».

В работе описаны открытия Майера, подробности исторического опыта Джоуля, работы Гельмгольца.

Наше экспериментальное задание:

Имеется деревянная наклонная плоскость, деревянный брусок и линейка. Определить коэффициент трения скольжения дерева по дереву, используя закон сохранения и превращения энергии.

Отпускаем брусок (Vo=0) в точке А. Он соскальзывает с наклонной плоскости и останавливается на горизонтальном участке в точке В (демонстрируют опыт).

Поэтому:

т g h = A_Fтр

т g h =  т g Соs  l +  т g S₂

Соs  =S₁ / l

т g h =  т g S₁ +  т g S₂

 = h/ S₁ + S₂

(На слайде - расчетные формулы и результаты).

III группа.

Тема: «Энергия Солнца и ее расходование на Земле»

Мы рассмотрели, как человек распоряжается энергией, которую он получает от Солнца.

Наше экспериментальное задание:

Оценить мощность, получаемую при полном сгорании небольшой деревянной палочки. Вам даны лишь весы и часы.

Количество выделившейся теплоты Q может быть выражено через мощность N так: Q = Nt.

Вместе с тем Q = т g, где g- удельная теплота сгорания дерева

N = т g/ t

(На слайде - расчетные формулы и результаты).

IV группа.

Тема: «Применение Закона сохранения и превращения энергии к работе различных механизмов»

Мы рассмотрели, как применяется Закон сохранения энергии к работе гидравлического пресса, для расчета подъемной силы крыла самолета.

Наше экспериментальное задание:

Имеется картонная трубка с дробью, закрытая пробками с обеих сторон. Как пользуясь ею, поставить опыт, чтобы проверить закон сохранения энергии при переходе механической энергии во внутреннюю? Выясните причины погрешности результата. Какие приборы вам еще понадобятся?

Если несколько раз (п) резко перевернуть трубку, ставя ее вертикально, то при этом суммарное изменение потенциальной энергии дроби будет равно изменению ее внутренней энергии:

т g h п = с т∆ t  ghn =с∆t

Это выражение и подлежит проверке (демонстрируют опыт).

Потребуется линейка и термометр.

(На слайде - расчетные формулы и результаты).

Учитель:

Ваши теоретические материалы мы будем использовать как дополнение к материалу учебника при рассмотрении новых тем.

За работу на уроке выставляю оценки и комментирую.

4. Контроль знаний.

Сейчас вы должны выполнить самостоятельную работу (Приложение 2).

Критерии оценки написаны на листах:

«3» - 3 б;

«4» - 4 б;

«5» - 5 б.

Каждому заданию соответствует определенное количество баллов.

После выполнения самостоятельной работы - взаимопроверка.

5.Подведение итогов урока.

На сегодняшнем уроке мы рассмотрели проявление и применение закона сохранения и превращения энергии. Этот закон действует в мире живой и неживой природы, что имеет весьма важное значение для жизни и деятельности человека, изучения и создания оптимальных естественных условий существования человека на Земле. Хорошо, если вы в дальнейшем станете обращать внимание на окружающую природу и сможете объяснить происходящее явление.

... Удивляйтесь росе,

Удивляйтесь цветам,

Удивляйтесь упругости стали,

Удивляйтесь тому,

Чему люди порой

Удивляться уже перестали!..⁴

6. Домашнее задание.

Чтобы знания стали прочнее и глубже, их надо закрепить.

Домашнее задание:

1. Повторить § 50, 51.

2. Вычислите, используя закон сохранения и превращения энергии, максимальную мощность, которую вы развиваете, поднимаясь по лестнице.

3. Рассчитайте, воспользовавшись законом сохранения и превращения энергии, с какой высоты должна упасть капля воды, чтобы при ударе полностью испариться. Сопротивление сферы не учитывать.

Приложение 1.⁵

Карточка №1.

Два одинаковых тела М и N движутся: одно скользит без трения вниз по наклонной плоскости, другое одновременно с первым свободно падает вдоль катета наклонной плоскости. С одинаковой ли конечной скоростью закончат они движение?

Ответ. Да, с одинаковыми скоростями, так как потенциальная энергия переходит в кинетическую и имеет место равенство:

Карточка №2.

Тяжелое тело соскальзывает без трения с трехгранной прямоугольной призмы. Призма лежит на горизонтальной плоскости и может перемещаться по ней без трения. В первом случае призма закреплена неподвижно, во втором - свободно. Будет ли скорость тела в конце соскальзывания с призмы одинакова в обоих случаях, если оно оба раза соскальзывает с одной и той же высоты?

Ответ. Во втором случае скорость тела будет меньше, так как запас потенциальной энергии, которым обладает тело, находясь

на высоте h, расходуется в первом случае только на сообщение кинетической энергии телу, во втором случае - на сообщение кинетической энергии телу и призме одновременно.

Карточка №3.

Камень и теннисный мяч ударяют палкой. Почему мяч при прочих равных условиях летит дальше камня?

Ответ. Удар палки о мяч можно считать упругим. При ударе о камень часть энергии движущейся палки расходуется на работу деформации самой палки в месте соприкосновения ее с камнем (удар неупругий). Поэтому камень получит меньшую скорость, чем мячик.

Приложение 2.⁶

Самостоятельная работа.

I вариант.

1. Какое из приведенных ниже выражений может соответствовать закону сохранения механической энергии?

А. А_тр = т g h₂ - т g h₁

Б. А_тр = т V²₂ /2 - т V²₁/2

В. F ∆ t = т V₂ - т V₁

Г. т g h = т V²/2

2. На рисунке представлена траектория движения тела, брошенного под углом к горизонту. В какой точке траектории сумма кинетической и потенциальной энергии тела имела максимальное значение?

2 3

А. 1; Б. 2; В. 3; Г. во всех точках одинаковое.

1

3. Снаряд из пружинного пистолета, расположенного на высоте h,над поверхностью Земли, вылетает с одинаковой по модулю скоростью: первый раз горизонтальный, второй раз вертикально вверх, третий раз вертикально вниз. В каком случае скорость снаряда при подлете к поверхности Земли будет больше? Сопротивление воздуха пренебрежительно мало.

А. В первом; Б. Во втором; В. В третьем;

Г. Во всех случаях конечная скорость по модулю одинакова.

4. Тело свободно падает с высоты h. Какую скорость оно будет иметь в тот момент, когда его кинетическая энергия равна потенциальной?

А. √gh/2; Б. √gh; В. √2gh; Г. √4gh .

5. Шар прикреплен на легкой нерастяжимой нити длиной L к горизонтальной оси вращения. Какую минимальную по модулю горизонтальную скорость V₀ надо сообщить шару для совершения полного оборота вокруг горизонтальной оси?

А. √2gL; Б. √3gL; В. 2√gL; Г. √5gL. L

П вариант.

1. Какое из приведенных ниже выражений может соответствовать закону сохранения механической энергии?

А. А_тр = т V²₀ /2 - т V²₁/2 Б. А_тр = т g h₂ - т g h₁

В. т g h = т V²/2 Г. Кх² = т V² /2

2. На рисунке представлена траектория движения тела, брошенного под углом к горизонту. В какой точке траектории сумма кинетической и потенциальной энергии тела имела минимальное значение?

2 3

А. 1; Б. 2; В. 3; Г. Во всех точках одинаковое.

1

3. Снаряд из пружинного пистолета, расположенного на высоте h,над поверхностью Земли, вылетает с одинаковой по модулю скоростью: первый раз под углом 30⁰ к горизонту, второй раз под углом 60⁰ к горизонту, а третий раз горизонтально. В каком случае скорость снаряда при подлете к поверхности Земли будет меньше?

А. Во всех случаях конечная скорость по модулю одинакова.

Б. В первом; В. Во втором; Г. В третьем.

4. Телу сообщили скорость V₀, направленную вертикально вверх. На какой высоте кинетическая и потенциальная энергия тела будут равны?

А. V²₀ / 8g; Б. V²₀ / 4g; В. V²₀ / 2g; Г. V²₀ / 8.

5. Шар массой m вращается на легкой нерастяжимой нити длиной l в вертикальной плоскости. Чему равна минимальная сила, которую должна выдержать при этом нить, чтобы она не оборвалась?

А. 3mg; Б. 4mg; В. 5mg; Г. 6mg.

Критерии оценки:

«3» - 3 б;

«4» - 4 б;

«5» - 5 6.

Код правильных ответов:

№ задания	1	2	3	4	5
I вариант	Г	Г	Г	Б	Г
II вариант	В	Г	А	Б	Г

Решение:

I вариант.

№4 mgh = 2mv²/2 v=√gh.

№5 mv²₀ / 2=2mgL+ mv²/2 v²₀= 4gL+v²

v₀-min, если v-min, т.е. в верхней точке Т=0

следовательно, mg=ma mg=mv²/2 (в верхней точке)

v²=gL v²₀=4gL+gL=5gL v₀=√5gL .

II вариант.

№4 mv²₀ / 2= 2mgh v²₀=4gh h= v²₀/4g

№5 T-mg=mv²/L T=m(v²/L+g)

v-min, если v_в- в верхней точке min, т.е. Т=0

mg=mv²_в/L v²_в=Lg

по закону сохранения энергии

mv²₀ / 2+2mgL= mv²/2

v²= v²_в+4gL=Lg+4gL=5gL

T=m(5gL/L+g)=6mg.

Список использованной литературы

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. «Физика»: учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений: базовый и профильный уровни/под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой – М.: Просвещение, 2009 - 366 с.

2. Орлов В.А. «Школьный курс физики: тесты и задания». – М.: Школа-Пресс, 1996. – 240 с.

3. Тульчинский М.Е. «Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей». Изд. 4-е переработ. и доп. М.: Просвещение, 1972 – 240 с. с ил.

4. Савченко Н.Е. «Задачи по физике с анализом их решения». – М.: Просвещение: Учеб. лит., 1996. – 320 с. с ил.

5. Тихомирова С.А. Дидактический материал по физике: Физика в художественной литературе: 7-11 кл. М.: Просвещение, 1996. – 95 с.

6. Марон А. Е. Физика. 10 класс: дидактические материалы/ А. Е. Марон, Е. А. Марон. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005. – 156, [4] с. с ил.

7. Абросимов Б. Ф. Физика. Способы и методы поиска решения задач: учебно-методическое пособие/ Б. Ф. Абросимов. – М.: Издательство «Экзамен», 2006. – 287, [1] с. («Серия Абитуриент»)

8. Мудрость тысячелетий. Энциклопедия. – М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2003. – Автор – составитель В. Балязин. – 848 с.

9. Фирдоуси. Каталог статей КАРАБАХ http://vatan.org.ru/publ/36-1-0-526

10. http://afportal.kulichki.com/index.files/index10_z9_u11.htm

1 Тихомирова С.А. Дидактический материал по физике: Физика в художественной литературе: 7-11 кл. М.: Просвещение, 1996. – 95 с.

2 Савченко Н.Е. «Задачи по физике с анализом их решения». – М.: Просвещение: Учеб. лит., 1996. – 320 с. с ил.

3 Савченко Н.Е. «Задачи по физике с анализом их решения». – М.: Просвещение: Учеб. лит., 1996. – 320 с. с ил.

4 Тихомирова С.А. Дидактический материал по физике: Физика в художественной литературе: 7-11 кл. М.: Просвещение, 1996. – 95 с.

5 Тульчинский М.Е. «Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей». Изд. 4-е переработ. и доп. М.: Просвещение, 1972 – 240 с. с ил.

6 Орлов В.А. «Школьный курс физики: тесты и задания». – М.: Школа-Пресс, 1996. – 240 с.