Конспект урока по теме "Закон сохранения энергии"

Тема урока: «Закон сохранения механической энергии»

Цель урока:

Раскрытие учащимися смысла закона сохранения энергии, получение сведений о границах его применимости, приобретение умения описывать преобразования энергии при движении тел и решении задач

Задачи:

Обучающие: Создать условия для формирования умений, обеспечивающих самостоятельное успешное применение закона сохранения механической энергии к решению задач на преобразование энергии при движении тел

Развивающие: Способствовать развитию умений самостоятельно  выделять главное, обобщать и систематизировать имеющиеся знания. Развивать умение грамотно выражать свои мысли, строить логически выдержанный рассказ.

Воспитательные: Продолжать работать над совершенствованием качеств, отражающих отношение к другому человеку: дисциплинированность, вежливость, добросовестность, товарищество.

Тип урока: комбинированный урок.

Формы работы учащихся: работа в парах, фронтальный опрос, объяснение, беседа, индивидуальная.

Оборудование: компьютер, экран, мультимедийный проектор, груз, подвешенный на нити, брусок, наклонная поверхность, мячик.

План урока

1.   Оргмомент

2.   Актуализация знаний, проверка ЗУН

3.   Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала

4.   Этап усвоения новых знаний (опыт, ответы на вопросы, вывод формулы)

5.   Этап обеспечения планируемого уровня знаний (сообщение)

6.   Этап закрепления нового материала (тест, задача)

7.    Этап информирования учащихся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

8.   Рефлексивно – оценочный этап

I. Организационный этап

Взаимные приветствия учителя и учащихся.

Здравствуйте, ребята! «Скажете, нету по жизни пособия? Да это просто начальная физика!» И сегодня на уроке мы с вами попробуем это доказать

В природе много тайн. А физика – это наука о природе, разгадавшая больше загадок мироздания, чем любая другая. И я предлагаю Вам приоткрыть одну из таких тайн. Жажда открытий была главной движущей силой, «действующей» на ученых в их очень трудном, но и самом интересном деле – поиске истины. Есть удивительные законы и один из них мы сегодня рассмотрим. Многие ученые посвятили жизнь изучению этого закона, как он влияет на нашу жизнь. Попробуем понять, почему он необходим нам в повседневной жизнедеятельности.

Для того, чтобы сформулировать тему и цель нашего урока, мы вспомним то, что проходили на прошлом уроке.

II.  Проверка  ЗУН

1.Организация работы с дидактическими карточками, направленной на выяснение степени усвоения заданного на дом материала, определение типичных недостатков в знаниях и их причины, ликвидацию обнаруженных недочетов.

Сейчас вы получите карточки 3-x вариантов. Ваша задача заполнить пустую строку таблицы для определенной физической величины: работы, потенциальной или кинетической энергии и т.д.

Ребята, кто оценивает свои знания и свою готовность к уроку на оценку «отлично»? Вы получаете карточки одного варианта. Остальные получают карточки полегче.

КАРТОЧКА 1 вариант

Обозначение физических величин	Название	Единица измерения СИ	Формулы
А
	Энергия		-
Fтяж		H
	Сила упругости		=  - k x
	Сила трения		F = …N
Ер	Потенциальная энергия тела поднятого над Землей	Дж	Ер=…
	Потенциальная энергия упруго деформированного тела		….= k x2/2
Ек			…=mv2/2

КАРТОЧКА  2 вариант

Обозначение физических величин	Название	Единица измерения СИ	Формулы
	Механическая работа
	Энергия
	Сила тяжести
	Сила упругости
	Сила трения
	Потенциальная энергия тела поднятого над Землей
	Потенциальная энергия упруго деформированного тела
	Кинетическая энергия

Постарайтесь выполнить это задание за 3 минуты. Взаимопроверка.

Заполняют карточки. Работают с предложенными учителем карточками, показывая глубину и осознанность знания данной темы. Заполненная карточка выводится на экран, ученики определяют ошибки.

А теперь поменяйтесь карточками, и давайте проверим друг друга.

Прокомментировать критерии оценки

У кого оценка 5? У кого оценка 4? 3?

III. Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала.

А сейчас я предлагаю вам самим сделать открытие. (опыты делают по группам, а затем делают выводы)

Оборудование и описание опытов у вас на столах

1 опыт. Опытная установка изображена на рис. 1. В ходе опыта изменяем высоту соскальзывания бруска, замечаем расстояние, на которое сдвигается брусок, лежащий на горизонтальной плоскости.

 

Рис. 1.

2 опыт. Опытная установка изображена на рис. 2. Нитяной маятник в начале висит неподвижно. Отмечаем это положение как нулевой уровень потенциальной энергии. Отклоняем маятник на некоторый угол и замечаем, что маятник проходит нулевой уровень и отклоняется в противоположное направление. Что произошло? Почему колебания прекращаются?

 

Рис. 2.

Итак, к каким выводам вы пришли, проделав опыт?

(Объясняют опыты учащиеся)

Из 1 опыта

Вывод: Мы получаем, что чем с большей высоты скатывается шарик, тем большую скорость он приобретает и тем большую работу он может совершить, передвигая брусок.

Из 2 опыта

Вывод: Мы получили, что чем на больший угол отклоняем маятник из нулевого положения, тем большую скорость будет иметь маятник, проходя его. Значит, накопленная потенциальная энергия при отклонении маятника превращается в кинетическую, при прохождении нулевого положения, а затем снова превращается в потенциальную при отклонении в противоположном направлении. Колебания прекращаются потому, что механическая энергия теряется в результате действия силы сопротивления воздуха, т.е. в результате действия непотенциальных сил.

IV. Этап усвоения новых знаний

Какой вывод можно сделать из всех поставленных экспериментов?

Учащиеся (предполагаемый ответ): Энергия не исчезает и не появляется вновь. Она только переходит от одного тела к другому или из одного вида в другой.

Учитель: Да, верно. Энергия не исчезает и не появляется вновь. Она только переходит от одного тела к другому или из одного вида в другой.

Тогда как мы можем сформулировать тему нашего урока?

Тема урока «Закон сохранения механической энергии»

По ходу урока мы раскроем смысл закона сохранения энергии, получим сведения о границах его применимости, научимся описывать преобразования энергии при движении тел и при решении задач

ФИЗМИНУТКА

Деятельность учителя

Выразим закон сохранения энергии математически.

3 опыт. Поиграем в мячик.

Отпускает из рук мячик. Мячик падает на пол и отскакивает. Рассмотрим движение мячика с точки зрения превращения механической энергии.

Вопрос №1. За счёт действия какой силы происходит движение мячика вниз?

Ответ. За счёт действия силы тяжести

Вопрос №2. Чему равна работа силы тяжести? Можно это выразить математически?

Ответ. Работа силы тяжести равна убыли потенциальной энергии.

A=-(E_p2 – E_p1) A=-(E_p2 – E_p1) (1)

Вопрос №3. Что можно сказать о скорости мячика при мере приближения к полу?

Ответ. Скорость мячика возрастает

Вопрос №4. Значит ли это, что с другой стороны работа силы тяжести равна изменению кинетической энергии тела? Если да, то вырази это математически?

Ответ. Да.

A=E_k2-E_k1 (2)

Учитывая, что работу одной и той же силы мы выразили в одном случае через уменьшение потенциальной энергии, а в другом случае через увеличение кинетической, получаем, что (1)=(2). - (E_p2 – E_p1) =E_{k 2}- E_k1

Преобразуем полученное выражение так, чтобы в левой части выражения стали потенциальная и кинетическая энергии на начало движения, а в правой на момент удара о землю: E_k1 +E_p1 =E_k2+E_p2

Итак, мы получили очень важное математическое соотношение, которое носит название математическая запись закона сохранения энергии.

Движение мячика могло бы продолжаться сколь угодно долго, если бы не было потерь энергии на сопротивление, т.е. если бы тела взаимодействовали бы только друг с другом и не взаимодействовали бы силами тяготения или упругости. В данном случае речь идёт о замкнутой системе тел.

Если ввести, что  - есть полная механическая энергия, то закон сохранения полной механической энергия можно записать в виде:

 - математическая запись закона сохранения полной механической энергии.

Итак, формулировка закона такова:

Полная механическая энергия замкнутой, или изолированной, системы при всех изменениях в системе сохраняется.

Запишите ее в тетрадь.

Закон сохранения полной механической энергии является частным случаем всеобщего закона сохранения энергии.

УЧИТЕЛЬ: Вспомните все силы, которые вы знаете. Работа каких сил не зависит от формы траектории? Работа каких сил зависит от формы траектории?

УЧИТЕЛЬ: К потенциальным силам относятся силы, работа которых не зависит от формы траектории – F_т, F_упр;  непотенциальные силы – F_тр, F_тяги

Механическая энергия не возникает и не пропадает. Она превращается из одного вида в другой. Полная энергия остается неизменной.

V. Этап обеспечения планируемого уровня знаний.

 Законы не открываются сами по себе, их открывают люди.  Вот о таких людях мы и поговорим.

Немного истории.

Закон сохранения энергии был открыт экспериментальным путем независимо друг от друга тремя учеными: Робертом Майером (немецкий физик и врач), Джеймсом Прескоттом Джоулем (английский физик) и Германом Гельмгольцем (немецкий ученый). Почти за сто лет к открытию этого закона очень близко подошел выдающийся русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов.

(Доклад ученика)

Расскажу одну историю. Однажды Роберт Майер услышал от моряка, что во время сильной бури вода нагревается. Эти слова его заинтересовали. А в 1840 году судно, на котором работал Майер судовым врачом, стояло у берегов тропического острова Ява. Одному из матросов от жары стало плохо. Желая помочь, Майер вскрывает ему вену, чтобы уменьшить избыточное кровяное давление (тогда  такой прием был распространен). И, к своему ужасу, обнаруживает, что вместо темной крови потекла алая. Испуг врача объяснялся тем, что алая кровь течет 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. Для кровопускания можно вскрывать только вену – кровотечение же из артерии смертельно опасно. К счастью, Майер не ошибся: он вскрыл больному вену. Но ученый задается вопросом: почему же в вене течет алая кровь?

Удивление Майера усилилось, когда местные врачи сказали ему, что здесь это – обычное явление: в тропиках венозная кровь у людей такая же алая, как и артериальная

Учитель: А как бы Вы ответили на вопрос с точки зрения физики? Почему у людей, живущих в тропиках, в вене течет алая кровь?

Учащиеся (предполагаемый ответ): Максимальная температура воздуха почти равна температуре человеческого тела. Организму не нужно расходовать энергию на поддержание температуры тела, поэтому кислород остается в крови – ведь энергию дает именно сгорание кислорода. А это значит, что энергия сохраняется: она только превращается из одного вида в другой, но никогда не исчезает и не появляется из ничего.

Учитель: А как вы думаете, где еще применяется закон сохранения энергии?

Учащиеся (предполагаемый ответ):  Закон сохранения применяется на ГЭС, ПЭС, ТЭС, АЭС.

Кратко о ГЭС, ПЭС, ТЭС, АЭС:

В наше время главные виды энергии, за счет которых совершается работа — это энергия, освобождающаяся при сгорании топлива (угля, нефти, газа), энергия падающей воды и так называемая ядерная энергия. Но ни один из этих видов энергии не подается непосредственно к машинам. На пути к машинам, в которых совершается работа, энергия претерпевает превращения из одной формы в другую.

VI. Этап закрепления нового материала.

(учащиеся выполняют тест, затем сверяют с экрана ответы)

Тест. Закон сохранения  энергии в механике

1. Закон сохранения энергии математически записывается следующим образом:

 

2. Систему называют замкнутой, если...

A.      На нее действуют внешние силы.
Б. Сумма внешних сил равна нулю.

B.      На нее действуют консервативные силы.

3. Парашютист спускается с постоянной скоростью. Kaкие преобразования энергии при этом происходят?

А. Потенциальная энергия парашютиста преобразуется полностью в его кинетическую энергию

Б. Кинетическая энергия парашютиста полностью преобразуется в его потенциальную энергию

В. Кинетическая энергия парашютиста полностью преобразуется во внутреннюю энергию парашютиста и воздуха

Г. Энергия взаимодействия парашютиста с Землей преобразуется во внутреннюю энергию взаимодействующих тел из-за сил сопротивления воздуха

4. Для системы тел, в которой действует сила тяжести, например для системы «Земля- падающее тело» или «Земля- тело, брошенное вверх» полная механическая энергия системы равна…

А. mgh + mv²/2     Б. kx²/2 + mv²/2       В. mgh₂ –mgh₁

5. Если между телами системы действует сила упругости, то полная механическая энергия запишется так:

А. mgh + mv²/2     Б. kx²/2 + mv²/2       В. mgh₂ –mgh₁

   Ответ:1.в,2 в,3.а,4.а,5.б

Попробуйте использовать свои знания при решении задачи. 

Пример задачи: №11.30, №11.31

VII. Этап информирования учащихся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

Параграф+сообщения об ученых

VIII.Рефлексивно – оценочный этап

Учитель: Итак, мы с вами рассмотрели закон сохранения энергии, вспомнили основные формулы.

1)Какую задачу мы ставили перед собой на уроке?

Ответ:1)Ввести  понятие замкнутой изолированной системы, полной механической энергии, получить закон сохранение механической энергии на опыте и экспериментально.

- 2)Мы выполнили ее? ответ: 2)Да

В завершении хотела бы рассказать притчу о Мастере и ученике. 

В старинном городе жил Мастер, окруженный учениками. Самый способный из них однажды задумался: «А есть ли вопрос, на который наш Мастер не смог бы ответить?».

Он пошел на цветущий луг, поймал самую красивую бабочку и спрятал ее между ладонями. Бабочка цеплялась за его руки, и ученику было щекотно. Улыбаясь, он подошел к Мастеру и спросил: - Скажите, какая бабочка у меня в руках, живая или мертвая? Он крепко держал бабочку в сомкнутых ладонях и готов был в любое мгновение раскрыть или сжать их ради своей истины. Не глядя на ученика, Мастер ответил: - Все в твоих руках.

Перед вами на столе самая маленькая и самая красивая бабочка. Возьмите ее. Она Ваша... Она в Ваших руках… Все в Ваших руках... Ведь Вы сами строите свою жизнь и все, что в ней случается. Ваша успешность будет во многом зависеть, от тех знаний, которые Вы получите. А знания – это великая сила. Все наши открытия в наших руках.

Благодарю всех за урок. До свидания.