Конспект урока "Закон сохранения энергии"

МКОУ Октябрьская средняя общеобразовательная школа

Урок физики на тему :

«Закон сохранения энергии»

в 7 классе.

Время проведения: 2014

Составитель: В.В. Акулова

Учитель физики 1 кв. категория

п. Октябрьский

2014г

Цель:

Задачи:

• Показать историю становления учения о сохранении энергии;

• Знакомство и учеными-физиками;

• Решение задач.

Оборудование и материалы:

• Текст физического содержания;

• Портреты физиков ( Рене Декарта, М.В.Ломоносова, Румфорда, С.Карно; Д.Джоуля; Г.Гельмгольца; М.Фарадея, Р. Майера, Уильяма Томсона ( лорда Кельвина)

Список использованной литературы:

М.И. Блудов. Беседы по физике. ч. 1

ХОД УРОКА.

1. Оргмомент.

2. Актуализация знаний. Мини-тест.

1. Взаимопроверка тестов. Ответы записаны на доске.

Ответы

1. Изложение нового материала.

Изучение процесса превращения теплоты в работу и обратно сыграли основную роль в открытии закона сохранения и превращения энергии. Однако это открытие было подготовлено всем ходом развития физики в первой половине XIX в. Все большее и большее место в физических исследованиях занимали исследования явлений, в которых имело место превращение различных форм движения друг в друга. Исследования химических, тепловых, световых действий электрического тока, изучение процессов превращения теплоты в работу и т. д. — все это способствовало возникновению и развитию идеи о взаимопревращаемости «сил» природы друг в друга. 

Ученые неоднократно пытались обобщить и сформулировать закон сохранения энергии. Термин «энергия» появился на последнем этапе становления закона. До этого использовался термин «сила».

Первое упоминание о сохранении «силы» появилось еще у древнегреческих ученых, которые на основе логических построений утверждали вечность и неуничтожимость материи.

Идея сохранения движения была сформулирована Рене Декартом в его « Трактате о свете», но его выводы относились только к механическому движению.

Принцип сохранения движения получил четкую формулировку в работах М.В. Ломоносова, который решился объединить массу и движение, именно ему принадлежит открытие закона сохранения вещества. Но к сожалению, труды Ломоносова почти 150 лет оставались неизвестными.

Но учение о теплоте развивалось, уже работали паровые машины и следующий шаг к закону сделал американский ученый граф Румфорд. При сверлении орудийных стволов в Мюнхене он наблюдал выделение тепла, что впрочем было всем известно. Однако Румфорд сумел показать, что при этом может выделяться практически неограниченное количество тепла. В своих опытах он предпринял попытки изоляции сверла и ствола, для того чтобы исключить поступление тепла извне.

Прошло еще примерно 30 лет, пока был сделан следующий шаг. Драматизм закона сохранения энергии заключался в том, что до момента полного признания каждое открытие , подтверждающее его справедливость, либо не публиковались, либо не признавались, либо просто принимались в штыки.

В 1824 году 28-летний француз Сади Карно опубликовал работу « Размышления о движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу», в которой изложил то, что впоследствии стали называть вторым началом термодинамики, которую опубликовали лишь в 1878 году.

Первые опыты с электрическим током позволили обнаружить нагрев проводника, но количественную связь ( формулу) между ними в то время установить не удалось.

Майкл Фарадей, английский ученый, установил связь между механическим движением проводника в магнитном поле и появлением электродвижущей силы. Он же предполагал, что между различными видами «силы» существует связь.

В 40-е годы 19 столетия подошли к выводу, что кроме вещества, которое преобразуясь сохраняет свое количество, в природе существует нечто, связанное с движением частиц и тел, что тоже подчиняется закону сохранения.

В 1814 году в немецком городе Гейльборне в семье владельца аптеки родился сын Юлиус Роберт Майер. Отец не мог и предполагать, что имя его младшего сына войдет в историю физической науки. В детстве Юлиус не проявлял особого интереса к науке. По желанию отца он поступил в Тюбинегенский университет на медицинский факультет. Товарищи любили его за добрый характер. Как члена запрещенной студенческой организации его однажды арестовали. Посчитав наказание несправедливым Юлиус объявил голодовку и на пятый день его освободили, но исключили из университета. Изучение медицины он продолжил уже в Мюнхене, потом в Вене и как только пришло разрешение вернуться на родину он закончил там университет со званием доктор медицины.

Однако профессия провинциального лекаря Майера не привлекала. Его заветная мечта – поехать в далекое путешествие. Устроившись врачом на торговое судно, Майер едет на остров Яву. В дороге он ведет дневник.

101 день в море! Корабль проплывает мимо Португалии, Канарских островов, берегов Южной Америки. Во время путешествия Майер проводил наблюдения над морскими водорослями, различными породами рыб и птиц, цветом моря и неба. Однажды штурман ему сказал, что во время сильной бури вода нагревается, Майер записал это в свой дневник и позже проверил. С этой путевой записи и зародилась у Майера мысль связи между теплотой и движением.

Другой факт подтвердил эту мысль. Выполняя обязанности врача, Майер делал переливание крови заболевшим матросам. В порту у берегов Явы он заметил, что кровь матросов значительно светлее венозной крови жителей умеренных поясов. Майер даже подумал, что он случайно вскрыл артерию вместо вены. Но местные врачи объяснили, что такой цвет крови – обычное явление среди жителей этих мест. Очевидно, что процессы окисления происходят в жарком климате медленнее, так как организму не требуется большого количества теплоты.

По возвращении на родину в 1841 году Майер написал статью «Количественное и качественное определение сил». Но статья не была опубликована. Майер продолжает работать. Написав новый вариант статьи Майер через год добился опубликования, но статью постигло гробовое молчание. Майеру было тогда 28 лет. Но глубокого разочарования он не испытал, поскольку скоро женился.

Но прежде всего уточним, что нового дал науке Майер Юлиус Роберт. Он установил количественное соотношение между теплотой и работой и первый исследовал с доступной в то время точностью превращения всех известных в то время видов энергии и сформулировал закон сохранения энергии. Но не забудем, что слово «энергия» в то время не применялось. Использовалось слово «сила».

С 1848 года начинается особенно тяжелая полоса в жизни Майера: смерть двух дочерей, ссора со старшим братом, нелепое обвинение в шпионаже. Домашние условия для ученого стали невыносимыми, вся семья была настроена против Юлиуса. Не в силах выдерживать эти мучения, он решает покончить жизнь самоубийством. В мае 1850 года ночью он выбрасывается из окна своей комнаты на втором этаже, но остается жив, только сломал себе обе ноги.

Попытки оправдать себя ни к чему не приводят. Чтобы хоть как-то взять реванш, он на свои деньги издает брошюру «Замечания о механическом эквиваленте тепла», но это вывело из себя родственников и они отправляют его психиатрическую лечебницу, где находится 2 года. Находясь там Майер потерял интерес ко всему. Он был сломлен.

Но в то же время происходит признание его заслуг. Его работы признают. Его избирают почетным членом Общества естествоиспытателей, ему жалуют медали, он избирается в Парижскую Академию наук. Но поздно. Только через 20 лет Майер смог возобновить свою научную деятельность, но ничем больше не обогатил науку. В 1878 году Майер умер от воспаления легких.

Свой вклад в формулирование закона внес английский пивовар Джеймс Джоуль. Он установил связь между электрическим током и выделяемым им теплом – закон Джоуля-Ленца.

Еще один «кирпичик» в закон внес немецкий ученый Герман Гельмгольц – он сформулировал математическую форму закона.

И последний внес вклад Уильям Томсон ( лорд Кельвин), введя термин «Энергия»

Историю открытия закона уместно закончить словами английского физика Джона Бернала: « закон сохранения энергии… был величайшим физическим открытием. Он объединил много наук и находился в гармонии со своим временем. Энергия – стала золотым стандартом изменений, происходивших во Вселенной»

1. Вывод закона сохранения энергии.

Представьте себе ревущий водопад. Грозно шумят мощные потоки воды, искрятся на солнце капли, белеет пена. Красиво, не правда ли? А как вы считаете, обладает ли эта несущаяся вниз стихия энергией? Никто не будет спорить с тем, что да. А вот какой энергией будет обладать вода – кинетической или потенциальной? И вот тут оказывается, что ни первый, ни второй варианты ответа не будут верны. А верным окажется ответ – падающая вниз вода обладает обоими видами энергии. То есть, одно и то же тело может обладать обоими видами энергии. Их сумму называют полной механической энергией тела: E=Е_к+Е_п . Более того, вода в данном случае не только обладает обоими видами энергии, но их величина меняется по ходу движения воды. Когда наша вода находится в верхней точке водопада и еще не начала падать, то она обладает максимальным значением потенциальной энергии. Кинетическая же энергия в данном случае равна нулю. Когда вода начинает падать вниз, у нее появляется кинетическая энергия движения. По ходу движения вниз потенциальная энергия уменьшается, так как уменьшается высота, а кинетическая, наоборот, возрастает, так как увеличивается скорость падения воды. То есть, происходит превращение одного вида энергии в другой. При этом полная механическая энергия сохраняется. В этом и заключается закон сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения полной механической энергии гласит: полная механическая энергия тела, на которое не действуют силы трения и сопротивления, в процессе его движения остается неизменной. Когда же присутствует, например, трение скольжения, тело вынуждено тратить часть энергии на его преодоление, и энергия, естественно будет уменьшаться. Поэтому в реальности, при передаче энергии практически всегда существуют потери, которые приходится учитывать.

Формула закона сохранения энергии : Е_к0 + Е_п0 = Е_к1 + Е_п1.

1. Итоги урока.

С чем мы познакомились сегодня на уроке?

Что нового узнали?

Что важного узнали?

1. Выставление оценок за тест.

2. Домашнее задание §28 п1-4 .Задания второй уровень стр. 224 № 13-15