Методическая разработка "Формирование понятия энергии на основе межпредметных связей"

Тема урока

Содержание деятельности,

направленное на формирование

понятия «энергия»

Межпредметные связи с биологией/ задания с межпредметным содержанием

Энергия

Рассмотреть условия, при которых тело совершает работу с помощью опытов (падения тела вниз с определённой высоты, равномерное движение по поверхности).

На примерах показать, что тело может обладать энергией, но при этом и не совершать работы, но, чтобы работа совершалась, обязательно необходим определенный запас энергии.

3)         Выяснить смысл выражения: «Энергия
это физическая величина».

Рассмотреть примеры превращения энергии в живых организмах, энергии Солнца.

Например, все живые организмы делятся на производителей, потребителей и разрушителей. Каким образом получают энергию производители?

Кинетическая и потенциальная энергия

Поставить проблемную ситуацию, с помощью которой показать, что движущее тело обладает тем большей энергией, чем больше его масса и скорость. Сделать это на уроке можно с помощью серии опытов по движению тел разной массы с различной скоростью (кинетическая энергия);

С помощью опытов показать, что энергией обладают не только движущиеся тела, но и тела, поднятые на определенную высоту над поверхностью Земли (потенциальная энергия);

3)         Выяснить, что общего между понятиями «потенциальная энергия» и
«кинетическая энергия» и чем они отличаются.

Рассмотреть примеры движения животных различной массы, скорость их движения (слон и гепард, заяц и лисица и др.) и сравнить, кто из них обладает большей кинетической энергией и почему. Например: « Кто из животных обладает большей кинетической энергией - лисица массой 6 кг, бегущая со скоростью 40 км/ч или заяц, массой 4 кг, убегающий от нее со скоростью 60 км/ч?»

Закон сохранения энергии в механике

Урок целесообразно начать с постановки проблемы: рассмотрим колебания груза на пружине, падение шарика с определенной высоты, маятник Максвелла. Какие преобразования энергии происходя в рассмотренных примерах.

2)         Показать, что при действии на систему сил трения механическая энергия не
сохраняется;

3)         Сформулировать закон сохранения
полной механической энергии.

Рассмотреть преобразование энергии в живых организмах. Например, какие преобразования энергии происходят при движении кузнечика?   

Как влияют ГЭС на окружающую среду.

Тема урока

Содержание деятельности,

направленной на формирование

понятия «энергия»

Межпредметные связи с биологией/ задания с межпредметным содержанием

Внутренняя

энергия.        

Способы

изменения     внутренней
энергии.

1) Целесообразно повторить понятия кинетической и потенциальной энергии

2) Дать определение внутренней энергии. Обратить внимание учащихся на то, что внутренняя энергия не характеризует состояние системы как целого, а складывается из энергии частиц, составляющих систему.

Чтобы рассмотреть способы изменения внутренней энергии, можно предложить учащимся ответить на следующий вопрос: у вас зимой замерзли руки, какими способами вы можете их согреть (потереть ладошки друг о друга или подышать на них)

Можно  использовать задачи
такого типа: Обезьянка массой 4,2 кг перепрыгивает с одной ветки на другую, расположенную на 1,7 м выше первой. На сколько при этом изменится потенциальная энергия обезьянки?

Почему в результате работы мышц тело человека нагревается и выделяется большое количество тепла?

Можно так же предложить учащимся самостоятельно найти информацию о использовании тепла, выделяемого телом человека в с точки зрения современных технологий. (например, в термоэлектрическом генераторе)

Теплопроводность

При изучении видов теплопередачи используется метод дедукции: мы сначала даем определение теплопередачи, а потом знакомим учащихся с ее видами. Такой подход дает возможность более объемного формирования понятия энергии;

Начать знакомство с понятием теплопроводности целесообразно с демонстрации опыта: нагревание медного стержня с прикрепленными к нему кнопками;

3)         Следует рассмотреть механизм
передачи энергии при теплопроводности с
точки зрения молекулярно-кинетической
теории строения вещества.

4)         С точки зрения МКТ рассмотреть и
объяснить теплопроводность металлов,
жидкостей и газов

Почему утки, и другие
водоплавающие птицы, могут
долгое время находиться в холодной
воде и при этом не
переохлаждаются? Объясните назначение    подкожного    жира    у китов, тюленей и других животных, обитающих    в    водах    полярных морей;      почему     у     животных, живущих в холодных климатических условиях  более  густой  шерстяной покров?     Привести примеры теплоизоляции в жизни  животного  мира,   защитная роль          покровов          животных. Устройство пчелиного улья с точки зрения теплотехники.

Излучение и конвенкция

Постановка вопросов проблемного характера. Например, почему воду в
кастрюле нагревают снизу, а не  сверху?
Почему радиаторы отопления

устанавливают возле пола, а не ближе к потолку?

Выяснить, что при конвекции перенос энергии происходит вместе с веществом. Роль конвекции при образовании ветров в атмосфере.

Выяснить, как поступает энергия от Солнца к Земле, какие поверхности больше излучают и поглощают энергии.

На уроке полезно сравнить конвекцию и теплопроводность, обратить внимание учащихся на то, почему конвекция не происходит в твердых телах

Рассмотреть приспособленность

живых    организмов    к    жизни    в различных климатических условиях. Почему животные и насекомые, обитающие высоко в горах, имеют темную окраску?

Можно рассмотреть механизм
теплообмена  у   некоторых земноводных.

Количество  теплоты.  Удельная

теплоемкость вещества

1)Необходимо ввести понятие
количества теплоты как изменения
внутренней энергии в процессе
теплопередачи;

2)         Выяснить от чего зависит количество
теплоты (с помощью опытов);

3)         Ввести понятие удельной
теплоемкости вещества.

Для закрепления понятия количества теплоты  и удельной теплоемкости  решить задачи:

1.         Если человек выпил стакан (200 г) горячей воды при температуре 60°С, то какое количество теплоты получил вследствие этого организмчеловека? Температура тела человека 36,6°С .

2.Чтобы сохранить 2 кг абрикосов, их сложили в полиэтиленовый пакети поместили в холодильник.
Температура в холодильнике 4°С. Затем их достали из холодильника иположили на стол. Какое количество теплоты получат абрикосы при нагревании их до комнатнойтемпературы 20°С? Удельнаятеплоемкость абрикосов 3800 Дж/кг-°С.

3.Продукты питания обладают определенной удельной теплоемкостью.  Можно привести таблицу значений удельной теплоемкости некоторых продуктов

Принцип работы тепловых двигателей.

1)Рассмотреть устройство простейшего теплового двигателя и преобразование энергии в нем

2)Выяснить, из каких частей состоит двигатель и каков его коэффициент полезного действия

Рассмотреть  влияние тепловых двигателей на окружающую среду и возникающие в связи с этим экологические проблемы, рассмотреть понятие «коэффициент полезного действия» с точки зрения биологических процессов. Например : Пищу можно рассматривать как биотопливо, «коэффициент полезного действия» которого составляет примерно 25%. Объясните, что это означает с точки зрения преобразования энергии, происходящего в животном организме при потреблении пищи.

Электрический ток. Действия электрического тока.

1.       Рассмотреть источники тока и условия его существования

2.      Действия электрического тока

3.      Преобразование механической и световой энергии в электрическую

Электрический ток в живых организмах  (учащиеся уже изучили по биологии тему «Рефлекс-основа нервной деятельности»). Опыты  Л.Гальвани. Обратить внимание учащихся на то, что по принципу работы гальванического элемента протекают биологические процессы в живых организмах.

Преобразования энергии в живых организмах.(Например: какие преобразования энергии происходят в организме человека при осуществлении коленного рефлекса?)

Работа и мощность тока. Закон Джоуля - Ленца.

1.       Выяснить зависимости между энергией, выделяемой на участке цепи, электрическим током и сопротивление этого участка цепи

2.      Повторить тепловое действие тока

3.       Короткое замыкание и предохранители

Опасность короткого замыкания для человека.

Обратить внимание учащихся на то, что электрический ток, проходя через тело человека, оказывает биологическое, тепловое, механическое и химическое воздействие.  Тепловое воздействие заключается в в его способности вызывать ожоги.

Производство и передача электроэнергии

1.       Генератор переменного тока.

2.      Устройство и принцип действия трансформатора, типы электростанций.

3.      Альтернативные источники электроэнергии.

4.      Объяснить, почему электроэнергию передают под высоким напряжением; как и для чего повышают и понижают напряжение при передаче электроэнергии.

Воздействие электростанций на окружающую среду;

Чем  объяснить то, что птицы спокойно и совершенно безнаказанно усаживаются на провода? 

Тема урока

Содержание деятельности,

направленное на формирование

понятия «энергия»

Межпредметные связи с биологией/ задания с межпредметным содержанием

Работа и

потенциальная  энергия.

1) Необходимо    вспомнить, что понимали под энергией в 7       классе.        Рассмотреть примеры,    подтверждающие, что тела обладают энергией;

2) На примерах рассмотреть,      когда      тело обладает          потенциальной  энергией, от чего это зависит;

3) Доказать, что работа силы
тяжести,    а   так   же    силы  упругости  равна  изменению  потенциальной энергии.

Решить с учащимися следующие задачи:

1. Почему в походе опытный турист предпочитает перешагнуть   через   упавшее   дерево,   вместо   того, чтобы сначала наступить на него, а затем спрыгнуть?

2. Спортсмен весом 700 Н преодолевает высоту 201 см. Какой потенциальной энергией он обладает?

3. Известно,    что   летающая   рыба,   спасаясь   от хищников, взлетает на высоту  10 м. Зная, что вес летающей рыбы 5 Н, определите ее потенциальную энергию в верхней точке траектории, считая, что на поверхности воды ее  потенциальная энергия равна нулю.

Работа     и

кинетическая энергия.

Рассмотреть   с   помощью
примеров,   когда  тело
обладает кинетической
энергией;

Привести примеры из жизни животных и растений, когда     они обладают     кинетической     энергией

Закон сохранения механической энергии.

1) Рассмотреть        закон
сохранения                    полной
механической   энергии    для
замкнутой системы тел;

2)         Рассмотреть        закон
сохранения       механической
энергии     с     учетом     силы
трения.

Рассмотреть     пример     превращения    кинетической энергии   в   потенциальную:   Крошечное   насекомое ногохвостка        для        передвижения        использует специальное приспособление, играющее роль шеста -фуркулу, она находится под хвостом; она помогает насекомому подпрыгнуть. Ногохвостка выбрасывает жидкость в фуркулу, которая надувается. Опускаясь фуркула   резко   выпрямляется,   происходит   переход потенциальной энергии в кинетическую, и насекомое подбрасывается вверх.

Передача электрической энергии

На примере работы  ГЭС рассмотреть                процесс  преобразования          энергии падающей           воды    в электрическую;

Виды электростанций промышленной (ГЭС, ТЭС, АЭС) и альтернативной энергетики (ПЭС, СЭС, ВЭС, ГеоТЭС)

 Способы передачи          энергии   к  потребителю;

 Электропередача в живых организмах, ее отличие от передачи энергии по ЛЭП(осуществляется потоком жидкости с энергоносителями в виде электрических зарядов).

АТФ как аккумулятор энергии.

Влияние ЛЭП на живые организмы

Дефект массы. Энергетический выход ядерных реакций.

1)Зная дефект массы, можно
определить    энергию    связи
ядра;

2)         Дать определение энергии
связи, познакомить учащихся
с    формулой,    позволяющей
рассчитать энергию связи

3)         Используя          закон
взаимосвязи массы и энергии,
рассмотреть                  способ
изменения   энергии   системы

Влияние ядерного излучения на живые организмы. Какие виды излучений оказывают наиболее  вредное биологическое действие на живой организм? 

Ядерный реактор. Ядерная энергетика

1) Рассмотреть  схему
энергетической   установки   с ядерным реактором, принцип работы реактора;

2)         Развитие         ядерной
энергетики в России и в мире.

Рассмотреть  экологические  проблемы,  связанные  с ядерной энергетикой.

Достоинство    —    выделение    большого    количества энергии    при    сравнительно     небольшом     объеме топлива;     недостаток    -    смертельная     опасность радиоактивного излучения в случае аварии, проблема захоронения радиоактивных отходов. Влияние радиации на эмбриональное развитие животных и человека.