Открытый урок по физике на тему "Ауырлық күші әрекет ететін дененің потенциалдық энергиясы. Деформацияланған серіппенің потенциалдық энергиясы"

                Аймақтық «Дарын» мектеп – интернаты

 

Тақырыбы: Ауырлық күші әрекет ететін дененің потенциалдық

                           энергиясы. Деформацияланған серіппенің потенциалдық

                            энергиясы.

                                              Физика пәні мұғалімі:    Байметова Шахиста

                                                                                                  Исматуллаевна

                              2013 – 2014 оқу жылы

§54 – 55.  Ауырлық күші әрекет ететін дененің

потенциалдық  энергиясы.

Деформацияланған серіппенің потенциалдық  энергиясы

Сабақтың мақсаты:    Ауырлық күші әрекет ететін дененің және деформацияланған серіппенің потенциалдық энергияларын айыра алуға үйрету.

Сабақтың міндеті:      Білімділігі: а) Жұптаса, топтаса өз беттерінше жаңа тақырыпты түсіндіруге үйрету;

Дамытушылығы: ә) Оқушыларды жеке, жұптаса есеп шығара алу дағдысын дамыту;

Тәрбиелігі: б) Оқушыларды жұптаса, топтаса Вен диограммасы

ұйымшылдылыққа, жауапкершілікке тәрбиелеу.

Сабақтың әдіс, тәсілдері:     Жеке, жұптық  топтық  жұмыс, проблема

                                                   талдау,миға шабуыл, есеп шығару,

                                                   Венн  диограммасы.

      Көрнекілігі:              Венн  диограммасы, тест, есептер.

Сабақтың техникалық

құрал –жабдығы:                     Интерактивті тақта.

Сабақтың барысы:         І. Ұйымдастыру.

                                                  ІІ. Үй тапсырмасын тексеру.

                                                   ІІІ. Топтастыру

                                                  ІV. Жаңа сабақ.

                                                  V. Жаңа сабақты бекіту.

                                                         А.  Есептер шығару

                                                         В.  Венн диограммасы

                                                  VІ. Үйге тапсырма.

                                                  VІІ. Бағалау.

Үй жұмысы

30 – жаттығу

1.      Жалпы массасы 50 т реактивті ұшақты ұшқыш Жерден салыстырғанда 300 м/с жылдамдықпен басқарып келеді. Ұшақтың кинетикалық энергиясы қандай?

Берілген:                     SI                       Талдау

                    m = 50 т            50 000 кг            

                    v = 300 м/с

           Табу керек:   - ?

                                                              Шешуі:

 

2.      Массасы 0,9 г оқ винтовка ұнғысынан 800 м/с жылдамдықпен шығады. Оның кинетикалық энергиясы қандай?

Берілген:                     SI                       Талдау

                    m = 9 г               0,009 кг     

                    v = 800 м/с

             Табу керек:   - ?

                                                                     Шешуі:

 

3.      Тарту күші 6 * 10⁴ Н болатын машинаның жылдамдығы 2 м/с – тен 8 м/с – ке дейін артады. Машинаның жалпы массасы 8 т. Машинаның кинетикалық энергиясының өзгерісін, тарту күшінің жұмысын және оның орын ауыстыру аралығын табыңдар. Үйкеліс есептелмейді.

Берілген:                                 SI                       Талдау

                    F_тарту = 6 * 10⁴ Н                                              A = Fs

                   m = 8 т                          8 000 кг                        

                    v₁ = 2 м/с                                                 

                    v₂ = 8 м/с                                                

             Табу керек:   - ?

                                                      Шешуі:

Топтастыру

    Оқушылар алдарындағы суреттерді таңдайды және сол суреттер арқылы олар топтарға бөлінеді.

1.     Ауырлық күші әрекет ететін дененің потенциалдық  энергиясы.

                                            

2.     Деформацияланған серіппенің потенциалдық  энергиясы

                  

Жаңа сабақ мазмұны

1.     Ауырлық күші әрекет ететін дененің потенциалдық  энергиясы

      Ауырлық күші әрекет ететін денелер  шамасына тең потенциалдық энергияға ие болатындығы 53 – паранрафта айтылған. Осыған көз жеткізу үшін ауырлық күші әрекетінен еркін құлаған денені қарастырайық. Жер бетімен салыстырғанда  h₁  биіктігіне көтерілген дене  А₁  нүктесінен төмен қарай  А₂  нүктесіне дейін құлады делік(1 – сурет). Сонда ауырлық күшінің істеген жұмысын табайық. Ол үшін өзімізге белгілі  А = Fs  өрнегін пайдаланамыз. Екі нүктенің арасында дененің жүрген жолы  s = h₁ – h₂. Дененің қозғалыс бағытында әрекет ететін  F  күші – Жердің тарту күшіне тең болады. Бұл күш ауырлық күші деп те аталып,   F = mg  өрнегі бойынша анықталады.

                                                

     Сонымен дененің құлаған кездегі ауырлық күшінің жұмысы:

 A = Fs = mg(h₁ – h₂).  Жақшаны ашып:  A = Fs = mgh₁ – mgh₂  өрнегін аламыз.

      Бұдан ауырлық күшінің жұмысы  mgh  түріндегі шамалардың өзгерісіне (айырымына) тең екенін көреміз. Жұмыспен байланысты ондай физикалық шама алдыңғы параграфтағы  A = W₁ – W₂ = ∆W  өрнегіне сәйкес тек қана энергия бола алады. Жоғарыдағы энергетикалық айырым ауырлық күшіне  (mg шамасына) және дененің орналасу қалпына (h₁, h₂ биіктіктеріне) тәуелді болып отыр. Ал ондай тәуелділік тек потенциалдық энергияны сипаттайды. Ендеше  mgh  түріндегі шама тек потенциалдық энергияны анықтайды:

.

   Ауырлық күші әрекет ететін дененің потенциалдық  энергиясы мынадай қасиеттермен сипатталады:

1.     Ол дененің Жер немесе Ай, Күн немесе Шолпан, т.с.с.беттерімен салыстырғандағы орналасу қалпына және олармен әрекеттесу күштеріне тәуелді өзгереді;

2.     Әрекеттесу күшінің (ауырлық күшінің)  А  жұмысы дененің потенциалдық энергиясының  ∆Е_к  шамасына кемуі есебінен өндіріледі: 

               .

3.     Деформацияланған серіппенің потенциалдық  энергиясы

       Деформацияланған денелерге Гук заңына сәйкес F = k*│∆l │ серпімділік күші әрекет етеді. Мұндағы: │∆l │- серіппенің абсолют ұзаруы; k –«қатаңдық» деп аталатын пропорционалдық коэффициент. Осы күштің әрекетінен серіппенің созылуы немесе сығылуы кезінде істелетін жұмысты анықтайды.

       Серіппенің қалыпты күйі  2,а – суретте көрсетілген. Координатаның бас нүктесі ретінде деформацияланбаған серіппенің бос ұшына сәйкес келетін О нүктесін аламыз. Серіппені қалыпты күйден шығарып,  А₁  нүктесіне дейін созайық, сонда оған  F₁  серпімді күші әрекет етеді (2,ә - сурет). Серпімді күштің әрекетінен серіппенің бекітілмеген ұшындағы  А₁  нүктесі А₂  күйіне дейін орын  ауыстырсын (2,б - сурет), осы кезде оған F₂  серпімді күші әрекет етеді. Сонда  А  нүстесінің орын  ауыстыруы  l =l₁ – l₂  шамасына тең болады. Мұндағы  l₁ – серіппенің бастапқы ұзаруы, l₂ – серіппенің соңғы ұзаруы. Серпімділік күші серіппенің ∆l  ұзаруына (біздің жағдайда  l шамасына ) тәуелді болғандықтан, ұдайы өзгеріп отыратын айнымалы шама болып табылады, яғни:

         Сондықтан серпімділік күшінің жұмысын анықтау үшін оның орташа мәнін аламыз:

                                

Сонда серпімділік күшінің істеген жұмысы мынаған тең болады:

                     

Жақшаларды бір – біріне көбейтсек:

  - өрнегі шығады.

 Сөйтіп серіпді күштің жұмысы  түріндегі өрнектердің айырымына тең болып отырады.   шамасы серіппенің потенциалдық энергиясын сипаттайтын өрнек болып табылады. Сонымен серпімді деформацияланған серіппенің потенциалдық энергиясы мына формуламен анықталады:

Жоғарыдағы формулаларды бір – бірімен салыстыра отырып, төмендегідей қорытындыға келеміз: серпімділік күшінің істеген А жұмысы серіппенің потенциалдық энергиясының  ∆Е_п өзгерісіне тең:

Жаңа сабақты бекіту.

                                                 А.  Есептер шығару

I – нұсқа

1.      Серіппенің 6 см – ге созғанда оның потенциалдық энергиясы 180 Дж болды. Серіппенің қатаңдығы қандай?

Берілген:                                  SI                       Талдау

                    l = 6 см                0,06 м                   

                    Е_п =180 Дж                                     

           Табу керек:  k - ?

                                                              Шешуі:

                                     Н/м

2.      Массасы 100 кг дене 10 м биіктіктен биіктігі 3 м үйдің төбесіне құлап түсті. Ауырлық күшінің істегін жұмысы қандай?

Берілген:                                           Талдау

                    m = 100 кг                         A = mg (h₁ - h₂ )

                    h₁ = 10 м

                    h₂  = 3 м

           Табу керек:  A - ?

                                                              Шешуі:

A = 100 * 9,8* (10 - 3) = 980 * 7 = 6860 Дж =  6,86 кДж

II – нұсқа

1.      800 м биіктіктегі тау шоқысының төбесінде алма ағашы өсіп тұр. Биіктігі 5 м алма ағашының бұтасындағы массасы 0,5 кг алманың Жер бетімен және ағаш түбімен салыстырғандағы потенциалдық энергиялары қандай?

Берілген:                                                   Талдау

                    m = 0,5 кг                          

                    h₁ = 800 м                         

                    h₂  = 5 м

           Табу керек:  A - ?

                                                              Шешуі:

2.      Қатаңдығы 2 * 10⁵ Н/м серіппе серпімділік күшінің әрекетінен 3 см – ге ұзарады. Созылған серіппенің потенциалдық энергиясы қандай?

Берілген:                                  SI                       Талдау

                    l = 3 см                0,03 м                   

                    k = 200 000 Н/м                                     

           Табу керек:  Е_п - ?

                                                              Шешуі:

VІ. Үйге тапсырма.

1.    § 54, 31 – жаттығу 3,4

2.    § 55, 32 – жаттығу 2

3.    В.И.Кем, Б.А.Кронгар «Физика есептер жинағы»

                          № 667, 669, 680