Урок Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии.

класс: 7предмет: физикадата: 22.04.2011 г.
Тема: Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии.
Здравствуйте. Сегодня мы проходим новую тему: Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии.
задачи:
Сформулировать закон сохранения механической энергии, раскрыть его сущность;
Создать у учащихся правильное понятие о границах его выполнимости.
Формирование навыков производить оценку физических величин с применением закона сохранения механической энергии.
ХОД УРОКА
ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ.
АКТУАЛИЗАЦИЯ ПРЕЖНИХ ЗНАНИЙ.
Фронтальный опрос.
Какую величину называют энергией?
В каких единицах измеряют энергию?
Какие виды энергии существуют?
Сформулируйте определение потенциальной энергии тела.
Сформулируйте определение кинетической энергии тела.
Решение задач:
Тело, массой 2кг движется со скоростью 4м/с. Чему равна кинетическая энергия тела?
Тело, массой 300г находится на высоте 2м над землей. Чему равна потенциальная энергия тела на этой высоте? (ускорение свободного падения равно 10м/с2)
Тело, массой 3кг обладает потенциальной энергией 60Дж. Определите высоту, на которую поднято тело над землей.
Тело, движущееся со скоростью 4м/с, имеет кинетическую энергию 32Дж. Найти массу этого тела.
II.ФОРМИРОВАНИЕ НОВЫХ ПОНЯТИЙ.
ПЛАН.
Полная механическая энергия.
Применение закона сохранения энергии.
Решение задач.
Потенциальная и кинетическая энергии, взятые в отдельности, не присущи только какому-то одному телу. Любое тело, если не учитывать некоторых случаев, обладает и потенциальной, и кинетической энергией.
Механической энергией тела называют сумму его потенциальной и кинетической энергий.
Если мы обозначим механическую энергию тела W, то:
W = Eп + Eк
Механическая энергия тела зависит как от его скорости, так и от его положения в пространстве.
И в природе, и в технике происходит постоянное превращение одного вида механической энергии в другой. Например,
Взгляните – катящийся шар сбивает кегли, и они разлетаются по сторонам. Только что выключенный вентилятор ещё некоторое время продолжает вращаться, создавая поток воздуха. И шар, и лопасти вентилятора совершают механическую работу. Значит, обладают энергией. Они обладают энергией потому, что движутся.
Например, чем больше будет масса шара, тем больше энергии он передаст кеглям при ударе, тем дальше они разлетятся. Или, чем больше будет скорость вращения лопастей вентилятора, тем на большее расстояние он переместит струю воздуха.
Например, с точки зрения нас, читателей этой книги, кинетическая энергия пня на дороге равна нулю, так как пень не движется. Однако по отношению к велосипедисту пень обладает кинетической энергией, так как стремительно приближается.

Обратимся к рисунку. При всплытии мяч может совершить механическую работу, например, вытолкнуть нашу ладонь из воды на поверхность. Расположенная на некоторой высоте гиря также может совершить работу – расколоть орех. И, наконец, натянутая тетива лука может вытолкнуть стрелу. Следовательно, рассмотренные тела обладают энергией. Все они обладают энергией потому, что взаимодействуют с другими телами (частями тела). Мяч взаимодействует с водой – архимедова сила выталкивает его на поверхность. Гиря взаимодействует с Землёй – сила тяжести тянет гирю вниз. Тетива взаимодействует с другими частями лука – её натягивает сила упругости изогнутого древка.

Взгляните на рисунок. При падении гири на каждый из орехов обнаружится, что осколки второго ореха разлетятся намного дальше, чем осколки первого. Следовательно, по отношению к ореху 1 гиря обладает меньшей энергией, чем по отношению к ореху 2.
Например, чем большая сила упругости натягивает тетиву и чем дальше она оттянута, чем дальше тело от Земли и чем больше сила тяжести, тем больше потенциальная энергия.
Потенциальная энергия натянутой тетивы лука переходит в кинетическую энергию летящей стрелы. При столкновении упругих тел друг с другом один вид механической энергии превращается в другой. Стальной шар, упав на стальную плиту, отскакивает вверх. Это также объясняется превращением энергии из одного вида в другой.
Теперь рассмотрим систему, состоящую из двух тел, например, из стального шарика и стальной плиты. В этой системе пусть действуют только силы тяжести и силы упругости. Действие как внешних сил, так и сопротивления воздуха или силы трения, не учитывается. Система, которая отвечает такому требованию, называется замкнутой системой. Рассмотрим изменение механической энергии в такой замкнутой системе, состоящей из стального шарика и плиты
Когда шарик неподвижно находится на высоте кинетическая энергия равна нулю, а его механическая энергия состоит только из потенциальной энергии. По мере падения шарика его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия, наоборот, растет. Это происходит потому, что по мере снижения шарика его высота убывает, следовательно, уменьшается и потенциальная энергия. Вместе с тем скорость движения шарика увеличивается, следовательно, растет и его кинетическая энергия.
В момент касания шариком поверхности плиты его потенциальная энергия становится равной нулю, а скорость его (следовательно, и его кинетическая энергия) достигает максимального значения. Таким образом, потенциальная энергия шарика полностью превращается в его кинетическую энергию. В этот момент механическая энергия шарика состоит только из кинетической.
Далее, когда шарик, летящий с большой скоростью, ударяется о стальную плиту, его скорость внезапно становится равной нулю. При этом его кинетическая энергия снова превращается в нуль. Превращение его кинетической энергии в нуль не означает, что она бесследно исчезла.
При ударе шарика о плиту деформируются как шарик, так и плита, т.е. происходит их сжатие. Таким образом, кинетическая энергия шарика полностью превращается в потенциальную энергию сжатых тел - шарика и плиты.
За счет потенциальной энергии сжатых тел совершается работа, и шарик отскакивает вверх со скоростью, равной скорости, которой он обладал в момент удара о плиту. Так потенциальная энергия деформированных тел полностью превращается в кинетическую энергию. При подъеме вверх его кинетическая энергия уменьшается, а потенциальная энергия увеличивается. Таким образом, в замкнутой системе происходит поочередное и непрерывное превращение одного вида энергий в другой. Однако сумма потенциальной и кинетической энергий, т. е. механическая энергия замкнутой системы, при этом остается без изменения:
Ек + Еп = постоянна (const)
Правильность этого вывода подтверждена жизненной практикой, результатами экспериментов в космосе, а также теоретическими расчетами, с которыми вы познакомитесь в старших классах.
Итак, закон сохранения механической энергии формулируется следующим образом: механическая энергия замкнутой системы, где между телами действуют только силы тяжести или упругости, сохраняется постоянной.
Умение применить закон сохранения механической энергии помогает решению многочисленных проблем науки и техники.
Закон сохранения механической энергии является следствием однородности времени. Однородность времени состоит в том, что при одинаковых начальных условиях протекание физических процессов не зависит от того, в какой момент эти условия созданы.
Закон сохранения полной механической энергии предполагает взаимное превращение кинетической энергии в потенциальную энергию и обратно в равных количествах. При этом полная энергия остается неизменной.
Справедливость закона сохранения энергии подтверждается экспериментально с высокой степенью точности.
С помощью закона сохранения механической энергии значительно проще находить кинематические величины, чем при непосредственном применении законов движения и законов динамики Ньютона.
Задачи
1. Найдите полную механическую энергию тела, если кинетическая энергия тела равна 20Дж, а потенциальная энергия тела равна 30Дж.
2. Определите полную механическую энергию тела массой 2кг, которое на высоте 2м имело скорость 36км/ч.
III. ИТОГ УРОКА
Что называется полной механической энергией системы?
Сформулируйте закон сохранения механической энергии.
Домашняя работа
Прочитать: § 68 стр. 184 - 188
Упр. 40 № 2.