У| „ )|< 2 9 Кинетической энергия Ь йш ователь- Обеспечить формирование первоначальных пред. цели урока ставлений об энергии; усвоение существенных при­ знаков понятия «кинетическая энергия», формулы для расчета кинетической энергии тела; формирование умений применять теоретические знания для опре­ деления величин, входящих в формулу кинетической энергии. Методы и средства обучения /|| мопс грации и оборудование для демонстрационного эксперимгита. Скатывание по наклонному желобу шара с разной высоты, Н1м|><>к разной массы с одной и той же высоты; сравнение работ, со1М Чиценных но перемещению цилиндра, лежащего у основания жеHiirtii. Актуализация опорных знаний об относительности механического снижения и покоя; скорости; массе тела как мере его инерции; о силе lulu причине изменения скорости тела или причине его деформации; п работе как физической величине, характеризующей способность I ниш, приложенной к телу, изменять его скорость. Актуализацию знаний можно осуществить, предложив учащимся Iмстмотреть задачу и ответить на вопросы к ней. ф На санки 1 и 2 (рис. 118) действуют в горизонтальном направн'пни сила упругости F веревки и сила трения FTp. Модули сил указаны на рисунке. Санки переместились на расстояние s= 1,0 м. Рис. 118 1. Чему равна равнодействующая сил Fynp и FTp, приложенных к санкам? 2. Как изменяется скорость движения санок? 3. Какие силы совершают положительную работу? отрицатель­ ную работу? Найдите сумму работ этих сил для каждых санок. 4. Чему равна работа равнодействующей сил и FTp, прило­ женных к санкам? Сравните ее с суммой работ (пункт 3). 5. Какие силы, кроме изображенных на рисунке, действуют на санки? Чему равны работы этих сил? 129 Изучение нового материала. Резюмируя ответы учащихся на этапе актуализации опорных знаний, учитель подчеркивает, что причи­ ной изменения скорости тела является действие на это тело силы со стороны других тел. Скорость тела не изменяется, если силы отсутствуют или их равнодействующая равна нулю (движение по инерции). Физическая величина, характеризующая способ­ ность силы, приложенной к телу, изменять его скорость, является работой. Подводя итоги, учитель сообщает, что количественной мерой этой работы является физическая величина, называемая кинетической энергией, дает определение кинетической энергии по учебнику и записывает формулу для расчета кинетической энергии без вывода: Зависимость кинетической энергии тела от его массы и скорости на качественном уровне подтверждается экспериментально в опытах с наклонным желобом. Подвести итоги рассмотрения связи между изменением кине­ тической энергии тела и работой сил, приложенных к нему, можно, используя таблицу (спроецировав ее на экран). Связь механической работы и кинетической энергии № п/п Направление силы, действую­ щей на тело, и направление движения Работа Модуль скорости 1 Совпадают A = F-s, Возрастает положительная 2 Противоположны A =-F-s, Убывает отрицательная 3 Взаимно перпен­ А = 0 Не изменяется дикулярны 4 Сила действует на покоящееся тело 5 Тело движется по инерции F=a 0, s = 0 А-0 F -0,s^0 А =0 130 Равен нулю Кинетиче­ ская энергия Возрастает, АК =А Убывает, ДК = А Не изменя­ ется, АК = 0 дк=о Не изменяется Не изменя­ ется, АК = 0 Для закрепления знаний полезно обсудить в классе ответы на кон­ трольные вопросы к § 18 и заполнить таблицу Кинетическая энергия Масса 100 Д ж 50 кг 400 г Скорость lM с 10™ С 3 кД ж Организация домашней работы учащихся. Повторить § 18 и ре­ шить задачи № 1, 2,3 из упражнения 11. II результате работы на уроке учащиеся должны иметь представле­ ния об энергии как универсальной мере различных форм движения материи. Усвоить существенные признаки понятия «кинетическая энергия», формулу для ее расчета и единицы кинетической энергии н СИ. Научиться применять формулу кинетической энергии для на­ хождения массы тела и его скорости. Понимать связь между измене11нем кинетической энергии тела и работой сил, действующих на него. Урок 30 Решение задач по теме «Кинетическая энергия» Образователь­ Обеспечить диагностику качества усвоения учащими­ ные цели урока ся понятия «кинетическая энергия» тела и формулы для ее расчета; оценку уровня сформированности практи­ ческих умений по применению теоретических знаний в конкретных ситуациях. Методические рекомендации Актуализация опорных знаний проводится в процессе анализа отнетов учащихся на вопросы и решения качественных задач. 1. Когда тело обладает кинетической энергией? 2. В каких единицах измеряется кинетическая энергия? 3. Как зависит кинетическая энергия тела от его массы и скоро­ сти движения? 4. Если массу тела и его скорость увеличить в 2 раза, то во сколь­ ко раз увеличится кинетическая энергия? 131 132 Ф С какой скоростью двигались санки массой т = 50 кг в конце пгуска с горы, если под действием силы трения F - 100 Н путь при торможении санок на горизонтальной поверхности до полной оста­ новки составил s = 50 м? Организация домашней работы. Повторить § 18. Решить задачи № 4,5, б из упражнения 11. 1$результате работы на уроке учащиеся должны углубить и систе­ матизировать свои знания о кинетической энергии, научиться осо­ знанно применять их для нахождения этой величины в конкретных случаях. 133 УРОК 31 Потенциальная энергия Образователь­ Обеспечить продолжение формирования представ­ ные цеди урока лений об энергии; усвоение существенных признаков понятия «потенциальная энергия». Методы и средства обучения Демонстрации и оборудование для демонстрационного экспери­ мента. Опыты, подтверждающие наличие потенциальной энергии у тела, поднятого над поверхностью Земли, и у сжатой пружины (рис. 107 учебника). Актуализация опорных знаний о силе тяготения и ее частном слу­ чае —силе тяжести; о силе упругости как проявлении сил межмолекулярного взаимодействия; о существенных признаках работы, формуле для ее расчета в случае, когда направление действия силы совпадает с направлением движения тела или противоположно ему; о связи работы силы, приложенной к телу, с изменением кинетиче­ ской энергии этого тела. Можно предложить учащимся решить следующие задачи. 111 Чему равна кинетическая энергия пассажира массой т, сидя щего в вагоне движущегося со скоростью v поезда, относительно: а) вагона; б) поверхности Земли? @ Восьмиклассник массой т1= 60 кг и первоклассник массой т2= 40 кг бегут с одинаковыми скоростями. Во сколько раз отлича­ ются их кинетические энергии? 134 Изучение нового материала. Подводя итоги первого этапа урока, учитель обращает внимание на следующее: 1) если внешние силы, действующие на тело, совершают положи тельную работу, то кинетическая энергия тела возрастает; 2) тело, обладающее кинетической энергией, может при ОЕтределенных условиях совершить работу. При этом его кипе гическая энергия убывает (работа совершается против внешнич сил); 3) значение кинетической энергии тела массой т. относительно различных тел отсчета различно, но всегда положительно (К ■0) Возникает вопрос: обладает ли покоящееся тело возможно стью совершить работу? Поиск ответа на этот вопрос осуще< i 1шяется в процессе обсуждения опытов по рисунку 107 учебника и аналогичных им. Подводя итоги обсуждения, учитель нподи i понятие «потенциальная энергия» как характеристику способ кости покоящегося тела совершать работу. Особое внимание при этом нужно обратить на условия, при которых это возможно (тело должно быть поднято над поверхностью Земли, пру ж и па должна быть деформирована — т. е. тело должно находии.сн в особом состоянии). Затем по тексту § 19 дается определение потенциальной энергии, выделяются ее существенные признаки и способы изменения. 135 Для закрепления знаний можно предложить учащимся ответить на вопросы: Q Какими видами энергии обладает мяч, который: а) катится по горизонтальной поверхности Земли; б) застрял в ветвях дерева; в) пролетает над волейбольной сеткой? © Какой энергией обладает заведенная пружина игрушечного автомобиля? Организация домашней работы учащихся. Повторить § 19. Отве­ тить устно на контрольные вопросы 1—4 к § 19. В результате работы на уроке учащиеся должны на уровне пони­ мания усвоить понятие «потенциальная энергия». I^ ^г 'г." Расчет потенциальной энергии Образователь­ Обеспечить: усвоение формулы для расчета потенци­ ные цели урока альной энергии тела, поднятого над поверхностью Земли (в поле тяготения Земли); формирование умений анали­ зировать зависимость потенциальной энергии от массы тела и его высоты относительно нулевого уровня; умений применять теоретические знания для определения вели­ чин, входящих в формулу потенциальной энергии. Методы и средства обучения Демонстрации и оборудование для демонстрационного экспери­ мента. Демонстрация зависимости потенциальной энергии тела, поднятого над Землей, от его массы и высоты поднятия. Транспа­ ранты по рисунку 111 (Физика, 7), пружина. Актуализация опорных знаний о механической работе, формуле для расчета работы, о положительной и отрицательной работе, о кинети­ ческой и потенциальной энергии, о работе как причине изменения кинетической энергии. Можно предложить учащимся ответить на вопросы или выпол­ нить тестовые задания. I. Вопросы. 1. Как вы понимаете выражения: а) Потенциальная энергия яблока, висящего на дереве, равна 0,8 Дж; б) Потенциальная энергия растянутой пружины равна 0,5 Дж? 136 2. Может ли обладать потенциальной энергией недеформиро ванная пружина? II. Тестовые задания. 1. Кинетической энергией, не равной нулю, относительно поверх­ ности Земли обладает: а) сжатая пружина, лежащая на столе; б) телеграфный столб; в) здание школы; г) летящая птица. 2. Два автомобиля массами т , = 2,0 т и т2 = 6,0 т движутся с оди­ наковыми скоростями. Их кинетические энергии относятся как: 3. Скорость движения первого тела в 2 раза больше скорости вто рого, равного по объему тела. Если плотность первого тела в 2 раза меньше плотности второго, то его кинетическая энергия Kj составит: Изучение нового материала. После того как учащиеся осознают, что АП = -А , переходят к выводу формулы П = gmh, либо проводя рас­ четы по рисунку 111 учебника (Физика, 7), либо используя данные опыта по измерению высоты подъема тела известной массы, брошен­ ного вертикально вверх. Поясняют, что в обоих случаях изменение потенциальной энергии тела равно работе силы тяжести, но во вто­ ром случае работа положительна, это значит АП < 0, а в первом слу­ чае —работа отрицательна, т. е. АП > 0. Особое внимание учащихся обращают на относительный характер потенциальной энергии, яв­ ляющийся следствием условного выбора ее нулевого уровня. Формула для расчета потенциальной энергии упруго деформи­ рованного тела не приводится, но ее зависимость от абсолютной деформации и жесткости пружины целесообразно показать на опытах, аналогичных опыту, приведенному на рисунке 107 учеб­ ника. Для закрепления знаний можно предложить учащимся следующее: I. Ответить на контрольные вопросы 1—3 к § 20 и выполнить за дание. 137 Hi Относительно каких тел (люстры, крышки стола, табурета) потенциальная энергии книги (рис. 119) положительна? отрицательна? равна нулю? II. Выполнить тестовые задания и о судить ответы. 1. Потенциальной энергией, не равн нулю, относительно поверхности Земли обладает: а) пружина, лежащая на поверхности Земли; б) яблоко на ветке; в) движущийся по горизонтальной поверхности Земли жук; г) лежащий на земле камень. 2. Потенциальная энергия шара массой т = 0,2 кг относительно основания штатива (рис. 120) равна: а) 1 Дж; в) 3 Дж; б) 2 Дж; г) 4 Дж. 3. Чтобы цинковый и мраморный кубики одинакового объема имели одинаковые отно­ сительно поверхности Земли потенциальные энергии, отношение высот их подъема долж­ но быть равно: Организация домашней работы учащихся. Повторить § 20, решить задачи № 3, 4 из упражнения 12. В результате работы на уроке учащиеся должны усвоить фор­ мулу для расчета потенциальной энергии тела, поднятого над по­ верхностью Земли; научиться определять физические величины, входящие в формулу П = gmh, анализировать зависимость потен­ циальной энергии от массы тела и высоты его подъема над нулевым уровнем. 138 Урок 33 Решение задач по теме «Потенциальная энергия» Образователь- Обеспечить диагностику качества усвоения учащиные цели урока мися понятия «потенциальная энергия»; формирова­ ние практических умений по применению формулы для расчета потенциальной энергии в конкретных ситуациях. Методические рекомендации Актуализация опорных знаний проводится в процессе анализа от­ ветов учащихся на вопросы и решения качественных задач. ® №261 (Сб.). Па рисунке 121 пред­ ставлены графики зависимости потенци­ альной энергии от высоты при равномер­ ном подъеме трех тел. Сравните: а) массы этих тел; б) нулевые уровни их потенци­ альной энергии. © Положительным или отрицатель­ ным будет значение потенциальной энергии санок (рис. 122) относительно мальчика 1? мальчика 2? Рис. 121 Рис. 122 Затем переходят к решению расчетных задач. , | Пассажир массой т - 70 кг, находящийся в салоне летящего самолета, обладает относительно поверхности Земли потенциальной энергией П = 4,2 МДж. На какой высоте летит самолет? Щ № 259 (Сб.). Альпинист совершает восхождение на вер­ шину горы и за промежуток времени t - 2,0 ч поднимается на вы­ 139 соту h = 400 м. Какой будет потенциальная энергия альпиниста относительно подножия горы после трехчасового восхождения с той же скоростью? Масса альпиниста т - 60 кг. ® № 265* (Сб.). Подъемный кран с мощностью электродви­ гателя Р = 5,80 кВт равномерно поднимает поддон кирпича массой т - 2000 кг на высоту h = 16,0 м. Сколько времени длится подъем, если на него идет лишь половина мощности электродвигателя? о № 269* (Сб.). Три кирпича мас­ сой т0 = 1,5 кг и толщиной а = 6,0 см каждый лежат широкой плоскостью на горизонтальном столе (рис. 123). Какую минимальную работу надо совершить, чтобы положить их друг на друга? 140 ф При каких условиях два тела разной массы, поднятые на раз­ ную высоту, будут иметь одинаковые потенциальные энергии? Организация домашней работы. Решить задачу № 5 из упражне­ ния 12. Заполнить таблицу Свойства Кинетическая энергия Потенциальная энергия Сходства Различия В результате работы на уроке учащиеся должны углубить и систе­ матизировать свои знания о потенциальной энергии, научиться осо­ знанно применять их для нахождения этой величины в конкретных случаях. УРОК 34 Закон сохранения механической энергии Образователь­ Обеспечить обобщ ение и систематизацию знаний ные цели урока о кинетической и потенциальной энергиях; форми­ рование понятия «полная механическая энергия тела (системы тел)»; осознанное усвоение закона сохра­ нения механической энергии и условий, при которых он выполняется; формирование умений применять закон сохранения механической энергии для р а с ­ чета кинетической и потенциальной энергий тела. Методы и средства обучения Демонстрации и оборудование для демонстрационного экспери­ мента. Демонстрация перехода потенциальной энергии в кинети­ ческую и обратно (при падении стального шарика внутри откры­ той с обеих сторон стеклянной трубки и его упругом столкновении с массивной плитой; при движении вверх и вниз шара по двум наклонным желобам (рис. 124)). Опы­ ты с маятником Максвелла, движением заводной игрушки, движением груза, подвешенного на упру­ гой нити и на пружине. Компьютер, проектор, ЭСО «Наглядная физика. Введение». Актуализация опорных знаний о кинетической и потенциальной энергиях; о зависимости кинетической энергии от массы тела и его скорости; о зависимости потенциальной энергии от силы взаимо­ действия тел и расстояния между ними; о работе силы как мере изменения энергии тела; об относительности кинетической и по­ тенциальной энергий. Актуализацию опорных знаний можно провести, предложив уча­ щимся выполнить следующее задание. # Рассмотрите взлет, полет и посадку самолета относительно здания аэровокзала. Как изменяются кинетическая и потенциальная энергии самолета в этих случаях? Можно пойти путем анализа таблицы, заполненной дома и за­ ранее заготовленной на доске или экране. Сходства и различия кинетической и потенциальной энергий Кинетическая энергия Потенциальная энергия 1. Физическая величина, характеризующая способность тела (или системы тел) совершать работу 2. Мерой изменения энергии при переходе из одного со­ стояния в другое является работа 3. Основной единицей в СИ является 1 Дж (джоуль) 4. Числовые значения кинетической энергии и потенци­ альной энергии относительны Различия 1. Энергия, которой об­ 1. Энергия взаимодействия тел ладает тело вследствие или частей тела своего движения 2. В поле силы тяжести П =gmh 2. К =1717,2 2 3. Зависит от массы тела 3. Зависит от силы взаимодей­ и скорости его движе­ ствия тел (или частей тела) и рас­ ния стояния между ними. Для дефор­ мированного тела потенциальная энергия зависит от величины де­ формации и упругих свойств тела Сходства 142 Изучение нового материала осуществляется в процессе эвристи­ ческой беседы с использованием кодограммы по рисункам 112,114 (Физика, 7), информации, содержащейся в таблице, заполненной на предыдущем этапе урока, анализа демонстрационных опытов и мо­ дели «Превращение механической энергии тела» ЭСО «Наглядная физика. Введение» (рис. 125). При этом решаются следующие про­ блемные задачи. 1. Как изменяется энергия пружины, когда она возвращается в недеформированное состояние? 2. Приведите примеры использования энергии сжатых и закру­ ченных пружин (механические часы, заводные игрушки). 3. Как изменяется механическая энергия шарика при подъеме? При падении? Подчеркивается, что во всех рассмотренных случаях имеет место превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот. После этого учитель вводит понятие «полная механическая энер­ гия системы» (определение дается по учебнику «Физика, 7») и, ссы­ лаясь на результаты многочисленных количественных эксперимен­ тов, демонстрацию модели «Превращение механической энергии в системе тел» ЭСО «Наглядная физика. Введение» (рис. 125,126), совместно с учащимися делает вывод о том, что при отсутствии внешних воздействий (трения) в поле сил тяготения и упругих сил АК = -АП, а полная механическая энергия Е системы в этом случае не изменяется. 143 Организация домашней работы учащихся. Повторить § 21, решить задачи № 2, 4, 5 из упражнения 13. 144 В результате работы на уроке учащиеся должны осознанно усвоить тот факт, что в большинстве процессов и явлений в природе про­ исходит превращение одного вида энергии в другой, и научиться анализировать превращения механической энергии из одного вида и другой в конкретных случаях. У р о к 3 5 Реш@ние задач по теме "1 w^ «Закон сохранения механической энергии» Образователь- Обеспечить ф ормирование умений учащихся приные цели ур о ка менять закон сохранения м еханической энергии в конкретных ситуациях. Методические рекомендации Актуализацию опорных знаний можно провести, предложив уча­ щимся заполнить таблицу. Сохранение и превращение энергии 145 Затем следует перейти к решению расчетных задач. $ Определите, с какой скоростью брошен вертикально вверх камень, если он поднялся на высоту h = 10 м. Сопротивлением дви­ жению пренебречь. Решение. По закону сохранения механической энергии I П,= = К2 + П2. В момент бросания Пt = 0 относительно уровня бросания, на максимальной высоте К2 = 0. Следовательно, К, = П2. © Определите скорость тела, падающего из состояния покоя с высоты Н= 15 м на высоте h - 10 м. Сопротивлением движению пренебречь. Решение. На высоте Л тело обладает только потенциальной энер­ гией Пр если принять за уровень нулевой потенциальной энергии поверхность Земли. На высоте h тело обладает и потенциальной энергией П2, и кинетической К2. По закону сохранения механиче­ ской энергии n t = П2 + К2. Ф № 277 (Сб.). Лыжник массой т = 60 кг из состояния покоя съезжает с горы высотой h - 14 м, затем движется по горизонталь­ ному участку, не работая палками, и останавливается. Определите силу трения скольжения при движении лыжника до остановки на горизонтальном участке длиной / = 40 м, если на преодоление сопро­ 146 тивления при движении с горы до горизонтального участка ушло 20 % начальной энергии лыжника. Решение. Если принять за уровень нулевой потенциальной энергии го­ ризонтальную поверхность Земли, то, находясь на вершине горы, лыжник обладает только потенциальной энергией !If (см. рис. 127). После спуска с горы на горизонтальном участке дороги лыжник об­ ладает только кинетической энергией К2. При этом 20 % начальной энергии лыжника ушло на преодоление сопротивления при дви­ жении с горы до горизонтального участка. По закону сохранения энергии n t = К2 + 0,211^ При движении лыжника по горизонтальному участку сила тре­ ния совершает работу, и лыжник останавливается. Следовательно, А-р = ДК = К3 - К 2. № 282 (Сб.). Спортсмен сообщил диску массой т = 2,0 кг скорость v = 20 —. На какой высоте над уровнем бросания скорость с диска уменьшится вдвое? Какую среднюю мощность развивал спор­ тсмен при броске, выполняя его за промежуток времени t = 2,0 с? Энергией вращения диска пренебречь. 147 Решение. По закону сохранения механической энергии К + П = = Kj + Пг В момент бросания П = 0 относительно уровня бросания, на высоте hv тело обладает и потенциальной энергией П1; и кине­ тической Kj. Следовательно, К = К, + Пг Организация домашней работы. Повторить главные выводы § 16,17. Решить задачи № 6, 7 из упражнения 13. В результате работы на уроке учащиеся должны уметь осознанно применять теоретические знания о кинетической и потенциальной 148 энергиях для нахождения этих величин в конкретных случаях; на­ учиться анализировать превращения механической энергии из одно­ го вида в другой в конкретных случаях. Урок 36 Простые механизмы. Самостоятельная работа 3 по теме «Работа. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения механической энергии» Образователь­ Обеспечить формирование представлений о простых ные цели урока механизмах; углубление и обобщение знаний о силе, работе и мощности; диагностику качества усвоения учащимися понятий и формул темы «Работа. Мощ­ ность. Кинетическая и потенциальная энергии»; оцен­ ку уровня сформированности практических умений по применению этих знаний в конкретных ситуациях. Методы и средства обучения Демонстрации и оборудование для демонстрационного экспери­ мента. Демонстрация простых механизмов без рассмотрения их устройства (рис. 120, Физика, 7). Актуализация опорных знаний об энергетических характеристиках (работа, кинетическая энергия, потенциальная энергия) тела (системы тел); формулах для расчета работы, кинетической энергии, потенциаль­ ной энергии тела массой т, поднятого над Землей; о законе сохранения механической энергии и условиях, при которых он выполняется. Изучение нового материала. Учитель обращает внимание учащихся на то, что для совершения работы человек с незапамятных времен ис­ пользует различные приспособления, позволяющие преобразовывать механическое действие на тело. Они дают возможность изменить точку приложения силы, совершающей работу, направление силы, а в ряде случаев —получить выигрыш в силе. Используя рисунок 120 (Физика, 7), учитель сообщает, что все простые механизмы можно разделить на шесть основных видов, и называет их. На данном уроке учащимся не сообщается о конкретном устройстве этих механизмов и о том, что блок и ворот являются разновидностями рычага, а клин и винт —разновидностями наклонной плоскости. 149 После этого целесообразно предложить учащимся привести из­ вестные им примеры использования названных простых механизмов. Для закрепления изученного на уроке материала можно предложить учащимся ответить на вопросы: KJ К каким простым механизмам относятся устройства, изобра­ женные на рисунке 128? © Представьте, что вы строите двухэтажный коттедж. Вам при­ дется использовать простые механизмы? Какие? Для чего? Далее выполняется самостоятельная работа. Самостоятельная работа 3 по теме «Работа. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения механической энергии» Вариант 1 1. По какой формуле определяется значение кинетической эне гии теля? 2. Какой потенциальной энергией относительно поверхност Земли обладает орел, летящий на высоте h = 0,20 км, если его масса т - 4,0 кг? Коэффициент g принять равным 10 — . кг 150