Кинетическая энергия

Урок № 9 класс Дата ___________

Тема: Кинетическая энергия.

Цели: Обучающая: дать представление о кинетической энергии как физической величине, зависящей от скорости тела, что изменение энергии при переходе из одного состояния в другое определяется величиной совершенной работы; формировать умение применять понятие кинетической энергии к анализу явления взаимодействия тел в простейших случаях; совершенствовать навыки решения вычислительных задач.

Развивающая: создать ситуации для развития сообразительности, внимания, логики; развивать умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала по основам механики, навыки поисковой познавательной деятельности, способность к самоанализу; учить обучающихся общению друг с другом, работать в паре, в группе.

Воспитательная: создать условия для воспитания целеустремленности, настойчивости, ответственности; способствовать формированию межличностного общения в процессе работы; вызвать желание постоянно пополнять свои знания; поддерживать интерес к предмету.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

План урока.

1. Организационный этап (1мин)

2. Повторение изученного материала. (10 мин)

3. Актуализация знаний, мотивация и целеполагание (5 мин)

4. Изучение нового материала(10мин)

5. Закрепление. (15мин.)

6. Подведение итогов урока (2 мин)

7. Рефлексия (2 мин)

8. Домашнее задание (1мин)

Ход урока

2. Повторение изученного материала. Вопросы.

• Что называется механической работой?

• В каких единицах измеряется механическая работа?

• Как определяется знак работы?

• В каких случаях механическая работа может быть равна нулю?

• Как можно вычислить работу графическим способом?

• Что называется мощностью?

• Назовите единицу измерения мощности.

• Векторные или скалярные величины работа и мощность?

• Как вычисляется мощность механизма?

• Чему равна мощность силы тяги, развиваемой автомобилем?

3. Актуализация знаний.

Примеры: Молот кузнеца, движущееся тело (автомобиль, вагон, биллиардный шар).

Если тело (система тел) может совершить работу, то говорят, что оно (система тел) обладает энергией.

4. Изучение нового материала.

Формирование понятия энергии:

Термин «Энергия» был введен в 1807 году английским ученым Юнгом. В переводе с греческого это слово означает «действие, деятельность». Различают внутреннюю, тепловую, ядерную и механическую энергию. Энергия обозначается буквой – Е, измеряется в Дж.
Различают два вида механической энергии: кинетическую – энергия движения, потенциальную – энергия взаимодействия. Мы с вами сегодня разберем кинетическую энергию.

Энергия характеризует способность тела (или системы тел) совершать работу.

Совершая механическую работу, тело или система тел переходят из одного состояния в другое, в котором их энергия уменьшается. При совершении работы энергия постепенно расходуется. Для того чтобы система опять приобрела способность совершать работу, надо изменить ее состояние: увеличить скорость тел, поднять тела вверх или деформировать. Для этого внешние силы должны совершить над системой положительную работу.

Вывод: энергия в механике – это величина, определяемая состоянием системы – положением тел и их скоростями; изменение энергии при переходе системы из одного состояния в другое равно работе внешних сил.

Вывод теоремы об изменении кинетической энергии.

Выясним, как энергия тел зависит от их скоростей.

Подсчитаем работу постоянной силы  , действующей на тело (материальную точку) массой m при его прямолинейном движении.

Пусть направление силы совпадает с направлением скорости тела. В этом случае направления вектора   перемещения  и   вектора  силы  совпадают.

П оэтому работа силы   равна:

г де

Выберем координатную ось ОХ так, чтобы векторы  и  были направлены в дну сторону положительного направления этой оси.

Тогда и формулу для работы можно записать так:

 Согласно второму закону Ньютона

Так как точка движется с постоянным ускорением, то изменение ее координаты  при переходе из начального положения в конечное можно найти по известной нам из кинематики формуле

где

Подставляя эту формулу в формулу для работы, получим

Можно показать, что эта формула , выведенная для случая прямолинейного движения тела, на которое действует постоянная сила, справедлива и в тех случаях, когда на тело действует переменная сила и оно движется по криволинейной траектории.

Таким образом, работа силы при перемещении тела из начального положения в конечное равна изменению величины. , где m – масса тела, а - скорость тела в данный момент времени.

Величина  представляет собой энергию, которую имеет тело, движущееся со скоростью  . Эту энергию называют кинетической (от греческого слова «кинема» - движение).

Кинетическую энергию обозначают буквой Е_к:

Энергия измеряется, в тех же единицах, что и работа. Можно записать уравнение:

  Это равенство выражает теорему об изменении кинетической энергии: изменение кинетической энергии тела (материальной точки) за некоторый промежуток времени равно работе, совершенной за то же время силой, действующей на тело. Если на тело действует несколько сил, то изменение его кинетической энергии равно сумме работ всех сил, действующих на тело.
Кинетическая энергия тел зависит только от их масс и скоростей. Полная механическая энергия системы зависит от скоростей тел и расстояний между ними. Для того чтобы вычислить ту часть энергии, которая зависит от расстояний между телами, нужно предварительно рассмотреть вопрос о работе силы тяжести и силы упругости.

Вывод: движущееся тело обладает кинетической энергией. Эта энергия равна работе, которую надо совершить, чтобы увеличить скорость тела от нуля до значения v.

Физический смысл кинетической энергии: При V₀ = 0; A = mV²/2, то есть кинетическая энергия тела Ек равна механической работе, которую должна совершать сила, действующая на покоящееся тело, чтобы сообщить ему скорость V.

Особенности кинетической энергии

1) Из формулы Ек = mV²/2 следует, что кинетическая энергия – понятие относительное, так как скорость тела зависит от выбора системы отсчета.

2) Кинетическая энергия – скалярная величина. По ее приращению можно судить о работе лишь результирующей силы. Например, если автомобиль движется прямолинейно и равномерно, то прироста кинетической энергии нет, значит, работа результирующей силы равна нулю, хотя совершается работа двигателя, которая полностью компенсируется отрицательной работой сил сопротивления и трения.

3) Кинетическая энергия системы тел равна сумме кинетических энергий тел, входящих в механическую систему.

4) - эта формула выражает теорему о кинетической энергии: изменение кинетической энергии тела (материальной точки) за некоторый промежуток времени равно работе, совершенной силой, действующей на тело, за этот же промежуток времени

Эта теорема справедлива для любого движения и для сил любой природы. Если тело разгоняется из состояния покоя, то E_k1=0.    Тогда   A = E_k2.  Следовательно, кинетическая энергия численно равна работе, которую необходимо совершить, чтобы разогнать тело из состояния покоя до данной скорости.

Вывод:

Работа силы равна изменению кинетической энергии тела, т.е.  A = ΔE_k. 

Причем, A0, если E_k увеличивается, и А, если E_k.

Закрепление

5. Решение задач:

1. Пуля массой 9 грамм вылетает из ствола винтовки со скоростью 800 м/с. Какова ее кинетическая энергия?

2. Пуля массой 10г вылетела из винтовки со скоростью 800м/с и пробила доску, после чего скорость пули стала равна 400 м/с. Определить работу по преодолению сопротивления доски.

6. Рефлексия.

7. Подведение итогов урока

8. Домашнее задание