Закон сохранения механической энергии

Урок физики по теме: «Закон сохранения механической энергии» 9 класс

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

Задачи:

Образовательные: формирования умений, обеспечивающих самостоятельное успешное применение закона сохранения механической энергии к решению задач.

Развивающие: продолжить формирование умения анализировать и делать выводы; развивать умение грамотно выражать свои мысли, строить логически выдержанный рассказ.

Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса к предмету, формирование стремления к глубокому освоению теоретических и практических знаний через решение задач.

Планируемые результаты

Личностные: воспитывать умение работать в группе, продолжить формирование культуры общения, осознание смысла своей деятельности на всех этапах урока, активизация волевых усилий в процессе урока, воспитывать интерес к предмету через показ связи изучаемого материала с реальной жизнью.

Метапредметные:

Познавательные: развивать прогнозирование результата при наблюдении эксперимента, контроль и корректирование своих действий при работе по заданному алгоритму.

Регулятивные: высказывание результатов своих наблюдений, участие в обсуждении проблем, контроль и коррекция действий товарищей.

Коммуникативные: выделение причин и следствий в наблюдаемых явлениях, построение логической цепочки размышлений, отбор аналогичных явлений из опыта своей повседневной жизни.

Предметные: сформулировать представление о плотности вещества, рассмотреть её характеристики, умение решать качественные, расчетные и экспериментальные задачи по теме (как прямые так обратные), формирование навыков учебной работы, умения делать выводы и устанавливать причинно – следственные связи по результатам наблюдений эксперимента.

Тип урока: урок открытия новых знаний.

Методы обучения:

словесные: беседа, инструктаж;

наглядные: демонстрация, иллюстрация, показ материала;

практические: задачи, практикум.

Используемые технологии на уроке: групповая, работа в парах, индивидуальная, фронтальный опрос, информационно-коммуникационная.

Оборудование: компьютер, экран, проектор, презентация, шарик подвешенный на нити, брусок, наклонная поверхность, мячик, цифровая лаборатория Releon с датчиками.

Оформление доски: Эпиграф «Опыт – вот учитель жизни вечной» Иоганн Гете

Ход урока

I этап Организационный момент

Включение в деловой ритм. Подготовка класса к работе

Учитель:   Здравствуйте ребята, садитесь. Я предлагаю вам посмотреть друг на друга и улыбнуться, тем самым настроиться на продуктивную работу.

- В природе много тайн. 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.

Эпиграфом к уроку будут слова немецкого поэта Иоганна Гете: «Опыт – вот учитель жизни вечной».

Для того, чтобы сформулировать тему и цель урока, мы вспомним материал прошлого урока.

Рабочий лист Приложение 1

II этап:  Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

Проверка домашнего задания – решить задачу.

Ребус (отгадать)

Учитель: На предыдущих уроках вы познакомились с понятиями потенциальной и кинетической энергии.

Выполнение задания «Энергия» - онлайн тест (использование компьютера). (Приложение 1)

III этап Открытие новых знаний.

Записать число

Учитель предлагает посмотреть на картинку с движущимся лыжником.

Учитель: Что вы видите? Что вы об этом думаете? Какие ассоциации вызывает у вас движущийся лыжник? Перечислить: физические величины, явления.

Ответы: Давление. Сила трения скольжения. Механическое движение. Траектория движения. Скорость. Ускорение. Ускорение свободного падения. Перемещение. Пройденный путь. Время движения. Равномерное и неравномерное движение. Средняя скорость. Энергия. Работа. Масса. Сила тяжести. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия.

Записать на доске Энергия. Кинетическая и потенциальная

Учитель: Если тело обладает энергией, то оно способно совершить работу, если ….?

Ответы: На тело действует сила и оно движется.

Учитель: Например…..

Ответы: вода падает с плотины и вращает турбину; молот – копра забивает сваю; сжатая пружина распрямляется, и пуля летит.

Учитель: Рассмотрим опытным путем: как изменяется энергия тел, взаимодействующих только друг с другом? Такие системы, как вы уже знаете, называют замкнутыми. Предположим, что в замкнутой системе, помимо консервативных сил (тяготения и упругости) между телами действуют ещё и некоторые силы (например, силы трения)

Учитель: При каком условии энергия тела возрастает? уменьшается? не изменяется? Почему брусок останавливается?

Задание на формирование функциональной  грамотности. Как может изменятся энергия?

Футбольный мяч, катящийся по горизонтальному участку земли, останавливается из-за трения. Как при этом меняется кинетическая, потенциальная и внутренняя энергия мяча? Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ

А) кинетическая энергия 1) увеличивается

Б) потенциальная энергия 2) уменьшается

В) внутренняя энергия 3) не изменяется

Ответы:231

Учитель: Я предлагаю вам самим сделать открытие (опыты делают по группам, а затем делают выводы)

Учитель: 1 опыт. Опытная установка изображена на рис. 1. В ходе опыта изменяем высоту скатывания шарика, замечаем расстояние, на которое сдвигается брусок, лежащий на горизонтальной плоскости.

Рис. 1.

Вывод: Чем с большей высоты скатывается шарик, тем большую скорость он приобретает и тем большую работу он может совершить, передвигая брусок. Делают схематичный рисунок и записывают вывод. Потенциальная энергия шарика превращается в кинетическую энергию бруска. Записывают математическую формулировку вывода: Ep = Ek mgh= mv2/2

Брусок останавливается из-за трения.

Учитель: 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.

Вывод: 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 непотенциальных сил (силы сопротивления воздуха).

Подходит та же формула Ek1 +Ep1 =Ek2+Ep2

IV. Этап усвоения новых знаний

Учитель: Какой вывод можно сделать?

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

Учитель: запишем тему урока «Закон сохранения механической энергии»

Учитель: А цель урока?

Ответы:

Вывести формулу закона сохранения механической энергии

Сформулировать закон сохранения механической энергии.

3.Научиться решать задачи на закон сохранения механической энергии

Учитель: 3 опыт. Поиграем в мячик. Отпускает из рук мячик. Мячик падает на пол и отскакивает. Рассмотрим движение мячика с точки зрения превращения механической энергии.

Учитель: За счёт действия какой силы происходит движение мячика вниз?

Ответ: силы тяжести

Учитель: Чему равна работа силы тяжести? Можно это выразить математически?

Ответы: Работа силы тяжести равна убыли потенциальной энергии.

A=-(Ep2 – Ep1) (1)

Учитель: Что можно сказать о скорости мячика по мере приближения к полу?

Ответы: Скорость мячика возрастает

Учитель: Значит ли это, что с другой стороны работа силы тяжести равна изменению кинетической энергии тела?

Ответы: Да. A=Ek2-Ek1 (2)

Просмотр видеоролика (падение с высоты)

Учитель: Насколько убывает потенциальная энергия и насколько увеличивается кинетическая?

Ответы: Можно предположить, что одинаково, учитывая, что работу одной и той же силы мы выразили в одном случае через убыль потенциальной энергии, а другом через увеличение кинетической.

Учитель: Следовательно (1) =(2) -(Ep2 – Ep1) =Ek2-Ek1

Учитель: Преобразуйте, полученное выражение так, чтобы в левой части выражения стали потенциальная и кинетическая энергии на начало движения, а в правой на момент удара о землю.

Ответы: Ek1 +Ep1 =Ek2+Ep2

Учитель: Молодцы. Получили математическую 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 другом и не взаимодействовали бы только 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.

Учитель: Формулировка закона:

Механическая энергия замкнутой системы тел остается постоянной, если между

телами системы действуют только консервативные силы.

Но в системе могут возникнуть и посторонние силы…..

Работа с учебником стр 115!!!!!!!!

Учитель: Если в системе действуют силы трения, механическая энергия не сохраняется, а уменьшается. Но энергия не исчезает бесследно; происходит преобразование механической энергии во внутреннюю, что приводит к нагреванию трущихся тел.

Физкультминутка

1.Изменение формы тела под действием приложенных сил…(Деформация).

2. Какой энергией обладает летящий самолет? (Кинетическая).

3. Энергия взаимодействия тел…(Потенциальная).

4. Мера взаимодействия…(Сила).

V. Этап обеспечения планируемого уровня знаний.

Учитель: Законы не открываются сами по себе, их открывают люди. Немного истории.

Прочитать текст и ответить на вопросы (функциональная грамотность)

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.

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.

На всех электростанциях лишь небольшая часть энергии превращается в полезную работу из-за потерь на преодоление сил сопротивления. Именно по этой причине невозможно создать такой двигатель, который можно завести один раз и он будет работать бесконечно, вечный двигатель создать невозможно.

Вопросы

Кто открыл закон сохранения энергии?

Какие виды энергии вы знаете, за счет которых совершается работа?

Почему невозможно создать вечный двигатель?

Ответы учащихся.

Учитель: Но об этом мы с вами поговорим в 10 классе. А сейчас рассмотрим применение закона сохранения механической энергии для решения задач.

Работа с учебником стр 116 разбор решения задач.

VI. Этап закрепления нового материала.

Учитель: Используя Финкин Элауд учитель объясняет решение задачи

Упр 26 задача 2

Произведен выстрел из зенитной пушки. Снаряд летит вертикально вверх со скоростью V=300м/с. Какой максимальной высоты достигнет снаряд?

Индивидуальная работа: решить задачу.

Футбольный мяч падает без начальной скорости с высоты h0=20 м. Найти его скорость перед столкновением с землей.

Ответ: 20 м/с

Учитель: Проведем небольшой эксперимент по изучению закона сохранения механической энергии, используя цифровую лабораторию Releon с датчиком усилия.

Запустить программу измерений, подключить датчик усилия. Запустить сбор данных кнопкой «пуск».

Привязать груз к нити, измерить вес, длину нити.

Вычислить потенциальную энергию поднятого груза и энергию деформированной пружины.

Учитель: научились измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины, сравнивать два значения потенциальной энергии системы.

Тестовая работа с целью проверки ваших знаний по изученной теме.

Тест «Закон сохранения энергии в механике» (проверяют друг у друга и сверяют ответы с экрана)

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

VII. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Учитель: Наше занятие подходит к концу, ответьте на вопрос: «Ощутили ли вы прибавление в своей копилке знаний после сегодняшнего занятия?»

Ребята, подведем итог нашему уроку. Какую цель мы поставили в начале урока? Достигли ли вы цели?

Ответы детей.

Ребята по кругу высказываются одним предложением, выбирая начало фразы на доске:

сегодня я узнал:

было интересно:

было трудно:

я научился:

я смог:

Поставьте любой знак рядом со ступенькой, наиболее точно, по – вашему мнению, отражающую степень вашего понимания материала урока.

VIII этап информирования учащихся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

Учитель: 1. п 26, упр 26 (3)

2. Сообщения: Роберт Майер (немецкий физик и врач),

Джеймс Прескотт Джоуль (английский физик)

Герман Гельмгольц (немецкий ученый).

3.Задание на развитие функциональной грамотности: работа со сплошным текстом.

Прочитайте отрывок из рассказа Л. Н. Толстого "Прыжок". Составить вопросы по тексту и решить задачу: Рассчитайте потенциальную энергию, зная, с какой высоты падал мальчик.(найдите в тексте), если его масса равна 40 кг ?

Учитель: Мы с Вами изучили закон сохранения энергии, вы учились применять свои знания в новых ситуациях. И у Вас это получилось.

Учитель: Наше занятие я хотела бы закончить притчей 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.

Сейчас перед каждым из Вас на столе сидит самая маленькая и самая красивая бабочка. Возьмите ее. Она Ваша... Она в Ваших руках… Всѐ 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

Учитель: Благодарю всех за урок. До свидания.

Литература

1. Учебник физика 9 класс, Москва, Дрофа, 2021 г

2. Каневская О.Ю, Журавлева В.Н

3. Синякова О.В. МБОУ СОШ №3 г. Сасово

4.Материал из интерната

Приложение 1

Рабочий лист

Фамилия Имя

Домашнее задание (2 б)

Ребус (1б) б

3.Задания на формирование функциональной  грамотности. (3 б)

Задание

Футбольный мяч, катящийся по горизонтальному участку земли, останавливается из-за трения. Как при этом меняется кинетическая, потенциальная и внутренняя энергия мяча? Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ

А) кинетическая энергия 1) увеличивается

Б) потенциальная энергия 2) уменьшается

В) внутренняя энергия 3) не изменяется

4. Тест (онлайн) (5 б)

5.Картинка (3 б)

6.Вывод формулы (2 б)

7.Работа с текстом – ответить на вопросы (3 б)

8. Решите самостоятельно задачу: (2б)

Задача.  Футбольный мяч падает без начальной скорости с высоты h0=20 м. Найти его скорость перед столкновением с землей .

9. Тест (5 б)

10. Поставьте любой знак рядом со ступенькой, наиболее точно, по – вашему мнению, отражающую степень вашего понимания материала урока.

Критерии оценивания

Максимальный балл 26

13-19 балла –«3»

20-23 – «4»

24-26 –«5»

Онлайн тест

1. Энергия — это физическая величина, показывающая что тело может совершить...?

Перемещение

Колебания

Вращение

Работу

2. Кинетическая энергия Ек тела массой m, движущегося со скоростью v, равна?

Е_k = {(m^2 - v^2)\ 2}

Е_k = {(m + v^2)\2}

Е_k = {m*v^2 \ 2}

Е_k = {m^2*v^3\ 2}

3. Кинетической энергией обладает любое тело, которое...?

Светится

Движется

Испаряется

Плавится

4. Потенциальную энергию Еp тела массой m на высоте h можно определить с помощью формулы?

E_p = (m - g) * h

E_p = m*g^2 * h^2

E_p ={ m^2 *g\ 2}

E_p = m * g * h

5. Энергия поднятого над Землей тела - это...энергия?

Потенциальная

Внутренняя

Электромагнитная

Тепловая

6. Потенциальная энергия Ep тела, упруго деформированного на величину x...

E_p = {(k+x)^2\ 2}

E_p ={(k^2 * x^2)\ 2}

E_p ={k*x^2\ 2}

E_p = {(k^2+x^2)\ 2}

7. Сила упругости тела возникает из-за сил притяжения и отталкивания...:

Магнитов

Атомов

Нейтронов

Фотонов

8. Если скорость тела увеличится в 4 раза, то его кинетическая энергия станет..:

Меньше в 4 раза

Больше в 4 раза

Больше в 2 раза

Больше в 16 раз

9. Если масса тела уменьшится в 5 раз, то его потенциальная энергия станет...

Меньше в 5 раз

Больше в 5 раз

Меньше в 25 раз

Больше в 25 раз

10. Если величина упругой деформации пружины увеличится в три раза, то ее потенциальная энергия станет...

Больше в три раза

Больше в 9 раз

Не изменится

Уменьшится в 3 раза

11. Единица измерения кинетической и потенциальной энергии — это...

Килограмм

Килокалория

Километр

Джоуль

Домашнее задание

Прочитайте отрывок из рассказа Л. Н. Толстого "Прыжок".

Рассказ Льва Толстого: "Прыжок":

Один корабль обошел вокруг света и возвращался домой. Была тихая погода, весь народ был на палубе. Посреди народа вертелась большая обезьяна и забавляла всех. Обезьяна эта корчилась, прыгала, делала смешные рожи, передразнивала людей, и видно было — она знала, что ею забавляются, и оттого еще больше расходилась. 

Она подпрыгнула к 12-летнему мальчику, сыну капитана корабля, сорвала с его головы шляпу, надела и живо взобралась на мачту. Обезьяна села на первой перекладине мачты, сняла шляпу и стала зубами и лапами рвать ее. Мальчик скинул куртку и бросился за обезьяной на мачту. В одну минуту он взобрался по веревке на первую перекладину; но обезьяна еще ловчее и быстрее его, в ту самую минуту, как он думал схватить шляпу, взобралась еще выше. 

Стоило ему только оступиться — и он бы вдребезги разбился о палубу. Да если б даже он и не оступился, а дошел до края перекладины и взял шляпу, то трудно было ему повернуться и дойти назад до мачты. Все молча смотрели на него и ждали, что будет. Вдруг в народе кто-то ахнул от страха. Мальчик от этого крика опомнился, глянул вниз и зашатался.

Так не уйдешь же ты от меня! — закричал мальчик и полез выше. Обезьяна опять подманила его, полезла еще выше, но мальчика уже разобрал задор, и он не отставал. Так обезьяна и мальчик в одну минуту добрались до самого верха. От мачты до конца перекладины, где висела шляпа, было аршина два (1 аршин = 0,71 м.) так что достать ее нельзя было иначе, как выпустить из рук веревку и мачту.

 В это время капитан корабля, отец мальчика, вышел из каюты. Он увидал сына на мачте, и тотчас же прицелился в сына и закричал: «В воду! прыгай сейчас в воду! застрелю!» Мальчик шатался, но не понимал. «Прыгай или застрелю!.. Раз, два...» и как только отец крикнул: «три» — мальчик размахнулся головой вниз и прыгнул.

Точно пушечное ядро, шлепнуло тело мальчика в море, и не успели волны закрыть его, как уже 20 молодцов матросов спрыгнули с корабля в море.

Примерные вопросы

1) Совершалась ли мальчиком работа?

2) За счет изменения какой энергии совершалась работа?

3) Какие превращения энергии происходят при подъеме мальчика на мачту и падении?

4) Какая сила совершила работу и заставила мальчика падать вниз?

5) Какая сила не совершала работы при падении?

6) Какая сила совершила работу и заставила мальчика всплыть вверх из воды?

7) Какой физический закон выполняется в действиях мальчика?

Ответы:

1) Да

2) Ек , Еп

3) Ек при ↑, Еп при ↓

4) Сили тяжести

5) Сила Архимеда

6) Сила Архимеда

7) Еп=mqh=40•10•0,71=284 Дж

8) Закон сохранения энергии.