Конспект урока повторения и обобщения по физике на тему"Законы сохранения в механике" (10 класс)

Урок повторения и обобщения по теме : «Законы сохранения в механике».

(Физика 10 класс)

Цель урока: повторение, обобщение и систематизация знаний учащихся по теме «Законы сохранения в механике»

Задачи:

1.      Повторить основные понятия темы: импульс тела, импульс силы, работа силы, мощность, механическая энергия и ее виды

2.      Повторить теоремы, связывающие эти понятия между собой и законы сохранения импульса и энергии

3.      Обобщить изученный материал путем составления блок-схемы

4.      Рассмотреть краткие исторические сведения об открытии законов сохранения

Форма организации учебной деятельности  - коллективная

План урока:

I.                    Составление обобщающей блок-схемы.

II.                 Заслушивание сообщений обучающихся об открытии законов сохранения.

III.              Решение задач с использованием законов сохранения в механике.

IV.              Подведение итогов урока. Домашнее задание.

Ход урока:

Эпиграф на доске:

 «Среди физиков вера в законы сохранения была так сильна, как если бы они представлялись очевидными»

                                                Ю. Вигнер

I.   Среди многочисленных законов природы важнейшими и наиболее общими являются законы сохранения. Наука не знает ни одного факта, противоречащего этим законам.

Далее ученики отвечают на вопросы учителя и заполняют блок-схему.

˂ Приложение 1˃

1.      Какие законы сохранения мы изучили в курсе механики?

2.      Сформулируйте закон сохранения импульса.

3.      Что называется импульсом тела? В каких единицах он измеряется? Какое  имеет направление?

4.      Что называется импульсом силы? В каких единицах он измеряется? Какое  имеет направление?

5.      Какой закон связывает между собой два этих понятия: импульс тела и импульс силы?

6.      Сформулируйте II закон Ньютона в импульсном варианте.

7.      Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

8.      Оба закона сохранения справедливы лишь для замкнутых систем. Какая система тел называется замкнутой?

9.      Какая система тел называется консервативной?

10.  Какая сила называется потенциальной? Приведите примеры потенциальных сил.

11.  Что называется полной механической энергией системы?

12.  Какая энергия называется кинетической энергией тела? По какой формуле она рассчитывается?

13.  Какая энергия называется потенциальной энергией тела?

14.  По какой формуле рассчитывается потенциальная энергия тела, поднятого над Землей?

15.  Как рассчитывается потенциальная энергия упругодеформированного тела?

16.  Закон сохранения энергии предполагает превращение одного вида механической энергии в другой. Приведите примеры таких превращений.

17.  Сформулируйте теорему об изменении кинетической энергии.

18.  Сформулируйте теорему об изменении потенциальной энергии.

19.  В обеих теоремах речь идет о работе силы. Что такое работа силы?

20.  По какой формуле она рассчитывается? В каких единицах измеряется?

21.  Какая величина характеризует быстроту совершения работы? Дайте ее определение.

22.  По какой формуле она рассчитывается? В каких единицах измеряется?

Итак, мы повторили основные понятия темы и составили блок-схему. Она поможет вам подготовиться к контрольной работе.

II.  Каждый закон сохранения представляет собой результат обобщения исследований многих ученых. Рассмотрим историю установления законов сохранения.

       Американскому ученому Ю. Вигнеру принадлежат слова: «Среди физиков вера в законы сохранения была так сильна, как если бы они представлялись очевидными». На чем же основана эта вера? Почему мы считаем справедливыми законы сохранения энергии и импульса и пользуемся им как аксиомой?

Сообщения учащихся:

Первый докладчик.

Рассмотрим этапы установления законов.

1 этап:  Закон сохранения энергии вырос из идеи сохранения движения, которая впервые была высказана в античную эпоху. Уже тогда сформировалось убеждение в том, что ничто бесследно не исчезает и не возникает из ничего. Эту мысль выдвигал Демокрит, а позднее Тит Лукреций Кар. Так, у Демокрита есть слова: «Ничто не возникает из небытия и не разрешается в небытие». Но это всего лишь гениальная догадка. Свое развитие эта идея получила только в 17 веке, в период становления классической механики.

2 этап: В ходе развития механики в 17-18 веках была выдвинута идея сохранения некоторых величин – мер механического движения. Анализируя механическое движение, Галилей установил закон инерции, но не ввел меру движения. Эту меру впервые ввел французский мыслитель Рене Декарт в 17 веке. Он предложил в качестве такой величины произведение массы тела на его скорость – «количество движения» ( по-современному - импульс тела). Декарт впервые сформулировал закон сохранения импульса, считая его универсальным законом природы: «Если одно тело сталкивается с другим, оно не может сообщить ему никакого другого движения, кроме того, которое потеряет во время этого столкновения, как не может и отнять у него больше, чем одновременно приобрести себе».

        Далее Христиан Гюйгенс обратил внимание на векторный характер величины  « mV». У Гюйгенса впервые появляется другая мера движения - m- прообраз будущей кинетической энергии. Он обнаружил, что в случае абсолютно упругого удара двух шаров сохраняется и сумма величин mV, и сумма величин mдля обоих шаров.

В 1686 году вышло в свет классическое произведение Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии». Он широко пользуется законом сохранения «количества движения», но не придает этому закону большого значения. Таким образом идея сохранения в работах Ньютона не развивается.

В том же 1686 году была опубликована работа немецкого философа и математика Лейбница, где анализируется проблема меры движения. В этой работе Лейбниц отвергает «количество движения» как универсальную меру и считает таковой величину, введенную Гюйгенсом - m , называя ее «живой силой». Под «живой силой» Лейбниц понимал способность движущегося тела приводить в движение другие тела или, как мы сказали бы теперь, совершать работу. Значит под силой Лейбниц понимал то, что сейчас называют энергией! Учение Лейбница о постоянстве «живой силы» является началом учения об энергии.

Второй докладчик.

Таким образом, можно считать, что закон сохранения механической энергии был установлен Лейбницем в конце 17 века. Но на этом история открытия закона не заканчивается. Второе направление развития физики, подготовившее открытие закона сохранения энергии, связано не с теоретической, а прикладной механикой. В течении столетий делались попытки создать такую машину, в которой рабочая часть находилась бы в вечном движении без сообщения энергии извне. Эта машина получила название «вечный двигатель» - perpetum mobile.

На рисунке показана схема одного из бесчисленных проектов «вечного двигателя». Машина состоит из двух колес (шкивов), помещенных в верхней и нижней частях башни, наполненной водой. Через шкивы переброшен канат с прикрепленными к нему легкими ящиками. Автор проекта уверял, что правые на рисунке ящики, всплывая под дествием

действием архимедовой силы, заставят вращаться колеса. На смену всплывающим ящикам в воду будут входить другие, поддерживая «вечное движение». В действительности такой двигатель работать не может. Ведь если одни ящики всплывают, то другие, наоборот входят в воду и движутся против архимедовой силы. К тому же они входят в воду внизу, где на них действует сила давления всего столба воды, которая еще больше, чем архимедова сила. Подобные ошибки легко найти в любом проекте «вечного двигателя». Попытки создать такое устройство обречены на неудачу.

Постепенно среди ученых стала утверждаться мысль, что создать «вечный двигатель» принципиально невозможно. Именно так относились к этой идее И. Кеплер, Леонардо да Винчи, Г. Галилей, Х. Гюйгенс и ряд других ученых. Поэтому в 1755 году Парижская Академия наук объявляет, что заявки с проектами «вечного двигателя» впредь рассматриваться не будут. Невозможность построения «вечного двигателя» – один из этапов, подготовивших открытие закона сохранения энергии.

Учитель : Общий закон сохранения и превращения энергии был установлен в середине 19 века. А кто и как это сделал, мы узнаем позже, изучая другие разделы физики.

III.  Решение разноуровневых задач:

1)      Определите полную механическую энергию космического корабля массой 2 т, движущегося на высоте 300 км со скоростью 20 м/с. ( Ответ: 7· Дж )

2)      Мяч брошен вертикально вверх со скоростью 16 м/с. На какой высоте его кинетическая энергия будет равна потенциальной энергии? ( Ответ: 6,5 м)

3)      Пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 300 м/с, ударяется в подвешенный на нити деревянный брусок массой 6 кг и застревает в нем. Определите высоту, на которую поднимется брусок. ( Ответ: 1,3см).

IV. Домашнее задание: повторить §39-50 , краткие итоги главы 5 и 6.