Конспект урока по физике Закон сохранения механической энергии
Тема: «Закон сохранения механической энергии»
9 класс
Цели и задачи урока
Цель:
Раскрытие учащимися, в ходе урока, смысла закона сохранения энергии, получение сведений о границах его применимости, приобретение умения описывать преобразования энергии при движении тел.
Задачи:
Создать условия для формирования умений, обеспечивающих самостоятельное успешное применение закона сохранения механической энергии к решению задач на преобразование энергии придвижении тел
Способствовать развитию умений самостоятельно выделять главное, обобщать и систематизировать имеющиеся знания. Развивать умение грамотно выражать свои мысли, строить логически выдержанный рассказ.
Продолжать работать над совершенствованием качеств, отражающих отношение к другому человеку: дисциплинированность, вежливость, добросовестность, товарищество.
.
Этапы
Цели, задачи, методы этапа
Содержание деятельности учителя
Содержание работы ученика
I. Организационный этап
Цель:
Стимулирование деятельности учащихся, обеспечение их общей готовности.
Задача:
Обеспечить своевременное и организованное начало урока.
Взаимные приветствия учителя и учащихся;
Фиксация отсутствующих;
Организация внимания и внутренней готовности.
II. Проверка ЗУН
Цель:
Выявление и анализ имеющихся у учащихся ЗУН.Задачи:
- проверить опорные знания учащихся о физических величинах, между которыми устанавливается зависимость: Ек, Ер, А;
- устранить в ходе проверки обнаруженные пробелы в знаниях, совершенствуя при этом ЗУН;
- стимулировать опрашиваемых и весь класс к активному участию в поиске более полных и правильных ответов.
Методы:
1) контроля: устная проверка знаний, некоторых мыслительных умений
2) стимулирования интереса к учению: групповая работа учащихся, работа с дидактическим материалом
Проверка домашнего задания "у всех" воспитывает ответственность учащихся, приучает к обязательности выполнения домашнего задания.
Необходимо создать для учащихся «ситуацию успеха» по результатам осмысления предыдущей деятельности. Учащиеся должны продемонстрировать то, что они уже знают и умеют. Это помогает создать положительный фон урока.
Оценка учителем - показывает качество выполнения работы, владение результатом своей деятельности, приносит ощущение радости успеха или горечь ошибок. 1.Организация работы (в группах- парах) с дидактическими карточками), направленной на выяснение степени усвоения заданного на дом материала, определение типичных недостатков в знаниях и их причины, ликвидацию обнаруженных недочетов.
- Я раздам на 6-8 пар карточки 2-x вариантов (дописать название, единицы физических величин, формулы)
Ваша задача заполнить пустую строку таблицы для определенной физической величины: работы, потенциальной или кинетической энергии, мощности. Эту работу вы выполните в четырех вариантах
КАРТОЧКА 1 вариант
Обозначение физических величин Название Единица измерения СИ Формулы
А Энергия -
Fтяж H Сила упругости = - k x
Сила трения F = …mg
Ер Потенциальная энергия тела поднятого над Землей Дж Ер=…
Потенциальная энергия упруго
деформированного
тела ….= k x2/2
Ек…=mv2/2
Теорема о потенциальной энергии Теорема о кинетической энергии КАРТОЧКА 2 вариант
Обозначение физических величин Название Единица измерения СИ Формулы
Механическая работа Энергия Сила тяжести Сила упругости Сила трения Потенциальная энергия тела поднятого над Землей Потенциальная энергия упруго
деформированного
тела Теорема о потенциальной энергии Теорема о кинетической энергии Постарайтесь выполнить это задание за 8 минут (время фронтального опроса).
2. Фронтальный опрос (Для экономии времени вопросы не читаем, а обучающиеся не получившие карточек, по порядку отвечают на вопросы. Получится связный рассказ по теме работа, энергия.
1) Что называют механической работой? Какая это величина- векторная или скалярная?
2) Какова общая формула работы?
3) Когда тело способно совершить работу? Приведите примеры.
4) Что называют энергией? В каких единицах выражается энергия в системе СИ?
1 .Заполняют карточки. Работают (в группах) с предложенными учителем карточками, показывая глубину и осознанность знания данной темы.
2. Фронтальный опрос.
Отвечают на дополнительные вопросы, на собственных примерах показывают осознанность, глубину понимания рассматриваемой физической величины.
III. Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала.
Цель:
Организация и направление к цели урока познавательной деятельности учащихся.
Задача:
- Сформулировать совместно с учащимися цели, темы и задач изучения нового материала;
- показать его практическую значимость;
Методы:
стимулирования и мотивации
Цель урока, сформулированная вместе с учащимися становиться для них личностно значимой. Демонстрация более "простого", "короткого" способа решения трудной задачи направлена на:
обеспечение осознания задач урока учащимися;
заинтересованное отношение к их реализации;
раскрытие цели для самих школьников.
Понимая замысел заданий учителя, дети могут в полной мере проявить активность, самостоятельность инициативу при работе над ними.
Как связаны между собой изменение энергии и совершение работы?
Работаем с учебником П 20 стр 130. Автор Гуревич
Рассмотрим пример1,2,3 Рис 164, 165.166.
Ответим на поставленные вопросы.
1. Как можно изменить энергию тела?
2. При каком условии энергия тела возрастает?
3. Не измена?
4. Уменьшается?
Демонстрационный опыт.
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.
-5080011747500
Рис. 1.
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?
27749516319500
Рис. 2.
1.Работа с учебником.
2. Объясняют опыты
Из 1 опыта
Вывод: Чем с большей высоты скатывается шарик, тем большую скорость он приобретает и тем большую работу он может совершить, передвигая брусок.
Из 2 опыта
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).
III. Этап усвоения новых знаний
Цель:
Ознакомление учащихся с новым материалом
Задача:
Дать учащимся конкретное представление о
- законах сохранения и изменения полной механической энергии;
- ситуациях, в которых они выполняются,
- правилах применения изученных законов к решению задач.
Методы:
Репродуктивное изложение с элементами эвристической беседы.
Репродуктивное изложение для формирования знаний применяется по причине неготовности учащихся к проблемному изложению материала и в целях экономии времени. Но неоднократное возвращение к основной идее изучаемого закона на последующих этапах компенсирует то, что знания дети добыли не собственными усилиями. Выразим это математически. Один ученик у доски, остальные учащиеся слушают и делают дополнения к ответам ученика у доски.
Деятельность учителя
3 опыт. Поиграем в мячик.
Отпускает из рук мячик. Мячик падает на пол и отскакивает. Рассмотрим движение мячика с точки зрения превращения механической энергии.
Вопрос.
1)За счёт действия какой силы происходит движение мячика вниз?
2).Вопрос.
Чему равна работа силы тяжести? Можно это выразить математически?
3)Вопрос.
Что можно сказать о скорости мячика при мере приближения к полу?
4)Вопрос.
Значит ли это, что с другой стороны работа силы тяжести равна изменению кинетической энергии тела? Если да, то вырази это математически?
5)Вопрос.
Насколько убывает потенциальная энергия и насколько увеличивается кинетическая?
6.Вопрос.
Преобразуй, полученное выражение так, чтобы в левой части выражения стали потенциальная и кинетическая энергии на начало движения, а в правой на момент удара о землю.
Спасибо, ты можешь садиться на место. Ты получил(а) очень важное математическое соотношение, которое носит название математическая 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 с 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.
Формулировка закона:
Полная механическая энергия замкнутой, или изолированной, системы при всех изменениях в системе сохраняется.
Делая запись в тетради, ещё раз проследите вывод закона сохранения полной механической энергии.
Учебник стр 132-133
Закон сохранения полной механической энергии является частным случаем всеобщего закона сохранения энергии.
Прочитайте самостоятельно текст учебника на стр. 132-133. § 20.2.
Какой вывод вы сделали из прочитанного текста?
- Какие учебные задачи мы поставим перед собой при изучении этой темы?
3.Обобщение учителя
- «Если система замкнута, т.е. на тела не действуют внешние силы, то сумма Ер и Ек при любых взаимодействиях системы остается постоянной»
4. А если в задаче нужно учитывать Fтр, можно ли утверждать что вся Ер преобразуется в Ек?
Ответим на эти вопросы вместе и обобщим все вышесказанное.
Все силы, действующие на тело (результирующая сила), изменяют его скорость, т.е. его кинетическую энергию. А значит, совершают работу:
Это и есть закон сохранения полной механической энергии. Он получен из законов Ньютона, но имеет более широкую область применения, чем законы Ньютона. Полная механическая энергия сохраняется и для систем микрочастиц, для которых законы Ньютона неприменимы. Справедливость закона подтверждается экспериментально с высокой степенью точности.
5. В чем же физический смысл этого закона? Как вы понимаете его? Может ли механическая энергия исчезнуть в никуда или возникнуть ниоткуда?
Записать тему урока «Закон сохранения механической энергии»
1. Пробуют объяснить опыт
2. Отвечают на поставленные вопросы к опыту
1) Ответ.
За счёт действия силы тяжести
2)Ответ.
Работа силы тяжести равна убыли потенциальной энергии.
A=-(Ep2 – Ep1) (1)
3)Ответ.
Скорость мячика возрастает
4)Ответ.
Да.
A=Ek2-Ek1 (2)
5)Ответ.
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.
Следовательно (1) =(2)
-(Ep2 – Ep1) =Ek2-Ek1
6)Ответ.
Ek1 +Ep1 =Ek2+Ep2
3. Самостоятельно или
с помощью учителя
приходят к выводу:
если на
взаимодействующие
тела не действуют
внешние силы, то
сумма Ер и Ек при
любых взаимодействиях
тел системы остается
постоянной.
Записывают формулировку общего закона сохранения энергии
4.К потенциальным
силам относятся силы,
работа которых не
зависит от формы
траектории-Fт, Fупр;
непотенциальные силы –Fтр, Fтяги
5. Механическая энергия
не возникает и не
пропадает. Она
превращается из
одного вида в другой.
Полная энергия остается
неизменной
6. В нашем опыте тело
движется под действием
Fт, Fтр нет, внешних
воздействий нет – значит, система замкнута и консервативна, поэтому применяем
формулу (2).
7. Если система
неконсервативна, т.е.
действуют
непотенциальные силы,
нужно применять формулу
(1), в которой эти силы учитываются.
IV. Этап обеспечения планируемого уровня знаний.
Цель:
Усвоение знаний и умений на уровне осознания.
Задача:
- Выделить и повторить узловые моменты;
- проанализировать результат усваиваемых или усвоенных знаний,
- скорректировать знания
Методы:
1) частично - поисковый
2) организации учебно-познавательной деятельности (аналитические, дедуктивные)
Развитие умения анализировать приобретенные знания, явления, осуществлять дедуктивные умозаключения стимулирует развитие мышления. Выделяя главное, улавливая различия, сопоставляя и сравнивая, приводя свои знания в систему учащиеся избегают формализма в знаниях.
Проверка глубины понимания учащимися учебного материала, внутренних закономерностей и связей сущности новых понятий через:
создание нестандартной ситуации при использовании знаний;
- Я предлагаю вам заслушать сообщения и проанализировать какие превращения энергии происходят . выполняется ли зсэ:
1. историческая справка.
2.ГЭС, ПЭС.
3.ТЭС.
4.Вечный двигатель
1. Вступительное слово учителя
В “Британской энциклопедии” 1771г. записано: “Энергия - слово греческого происхождения, означает могущество, достоинство или действенность чего-либо…”. О законе сохранении энергии мы сегодня говорили на уроке, заслушаем историческую справку и сообщения о применении и условии выполнения ЗСЭ.
2. Историческая справка (готовят ученики).
Майер Юлиус Роберт (1814 -1874гг.) – немецкий врач, независимо от других сформулировал закон сохранения энергии. В статье, опубликованной в 1842 году, Майер ясно утверждает, что существует определенная связь между высотой, с которой подает некая масса, и выделившимся при ударе о землю некоторого количества теплоты. Майер попытался также вычислить механ
ический эквивалент теплоты
Об учёном, который впервые сформулировал и обосновал закон сохранения энергии, мы узнаем из доклада «Научная деятельность Германа Гельмгольца».
Портрет ученого на доске.
.Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд Фон (31.08.1821 - 08.09.1894гг.) - один из величайших учёных XIX века. В 1847 году он опубликовал классическую работу “О сохранении энергии”, где изложил философские и физические основания закона сохранения и превращения энергии и дал его математическую формулировку. Работа вызвала большой шум в научных кругах. Аналогичные идеи были выдвинуты рядом других ученых, однако Гельмгольцу принадлежит наиболее четкая формулировка важнейшего закона. Джоуль открыл Закон сохранения энергии для тепловых процессов. За 100 лет до Майера и Гельмгольца М.В.Ломоносов открыл Закон сохранения энергии.
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. ТЭС, ГЭС,ПЭС
53130459588500О «вечных двигателях». До того, как был открыт закон сохранения энергии, в течение столетий упорно делались попытки создать такую машину, которая позволила бы совершать больше работы, чем тратится энергии. Она даже заранее получила название «вечный двигатель» (perpetuum mobile). Но такая машина никогда не была создана, и создана она быть не может.
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 бесконечный канат с прикрепленными к нему легкими ящиками. Из рисунка видно, что в каждый момент времени часть ящиков погружена в воду, в то время как остальные находятся в воздухе. Автор проекта уверял, что правые на рисунке ящики, всплывая под действием архимедовой силы, заставят вращаться колеса. На смену всплывающим ящикам в воду будут входить другие, поддерживая «вечное» движение. Вращающиеся колеса могли бы приводить в движение,
Рис.например, электрические генераторы, давая таким образом «бесплатную» энергию в неограниченном количестве, поскольку устройство действует «вечно».
В действительности такой двигатель работать не может. Ведь если одни ящики всплывают, то другие, наоборот, входят в воду. А эти входящие в воду ящики движутся против архимедовой силы. К тому же входят они 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. Закон сохранения энергии запрещает получение работы большей, чем затраченная энергия.
Задача техники не в том, чтобы попытаться обойти закон сохранения энергии, а в том, чтобы уменьшать потери энергии в различных машинах, двигателях, генераторах.
2. Попробуйте, используя свои знания при решении задачи.
Пример задачи.
Найти полную механическую энергию тела массой 100г, которое на высоте 4м имело скорость 36 км/ч.
Дано:
m=100г
h=4м
v=36км/ч
g≈10м/с2
СИ
0,1кг
4м
36.1000м
3600с
10 м/с2 Решение:
Е=Ек+Еп (3)
Ек=mv2/2 (1)
Еп=mgh (2)
Формулы (1) и (2)
подставим в формулу (3)
получим
Е=mv2/2+mgh (4)
Вычисление:
1способ по действиям
0,1кг·( 10м/с)2
(1) Ек=────────= 5Дж
2
(2) Еп=0,1кг· 10м/с2·4м = 4Дж
(3) Е= 5Дж+ 4Дж= 9Дж
Ответ: Е= 9Дж.
2 способ ( подставляем
численные данные в
общую формулу (4) ) 0,1кг·(10м/с)2
Е=──────── +
0,1кг· 10м/с2·4м = 9 Дж
2
Презентации по применению
ЗСЭ
Доклад учащегося
Доклад ученика
Презентация
ТЭС
Доклад ученика Презентация
ГЭС,ПЭС
Доклад ученика Презентация
Задачу решают на месте, 1 обучающийся показывает ее решение на доске.
V. Этап закрепления нового материала.
Цель:
Усвоение умений пользоваться знаниями.
Задача:
Учить оперировать полученной информацией.
Методы:
Краткие сообщения о применении и выполнении зсэТест. Закон сохранения энергии в механике
1. Закон сохранения энергии математически записывается следующим образом:
69850739140006985016764000
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
5657850375285004191000718185006.Шарику на нити, находящемуся в положении равновесия, сообщили небольшую горизонтальную скорость (рис.). На какую высоту поднимется шарик?
А. 40 мБ. 20 мВ. 10 мГ. 5 м
САМОПРВЕРКА- ВЗАИМОПРОВЕРКА Выполняют тест
Взаимопроверка
Оценивание
VI. Этап информирования учащихся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.
Цель:
Восприятие и понимание всеми учащимися домашнего задания.
Задачи:
- Сообщить учащимся о домашнем задании,
- разъяснить методику его выполнения
- мотивировать необходимость и обязательность выполнения оптимального объема задания.
Методы: 1)самостоятельной познавательной деятельности учащихся:
самостоятельные работы по изучаемому материалу (работа с книгой)
самостоятельные работы по познавательной деятельности (по заданному образцу )2)Дифференциация заданий
Самостоятельность выбор задания сможет превратить сам факт домашнего труда из скучной и нудной необходимости в увлекательную работу по самообразованию и проверке собственных умений. Я предлагаю вам 3 вида домашнего задания.
1. Вы изучаете §20.2, письменно отвечаете на вопросы (3,4,5) после него.
2. Вы решаете 3 задачи, подробно объясняя решение каждой. Задачи на применение закона сохранения механической энергии решаете в общем виде в тетради. Стр 133-134.
3 Из упр. 20 решаете 2-3 задачи по выбору.
Возможно, вы выберете то, которое поможет вам лучше запомнить, усвоить все, что мы узнали и чему научились на сегодняшнем уроке или то, которое потребует минимальных затрат времени и сил, но его сложность будет ниже ваших учебных возможностей. Поэтому оценка за выполнение домашней работы будет выставлена с учетом - правильности выполнения задания,
- аккуратности оформления,
- соотношения ваших способностей с выбранным вариантом задания.
Проверка понимания учащимися содержания работы, способов ее выполнения, критериев оценки.
Аргументированный выбор вида домашнего задания
Рефлексивно – оценочный этап
Цель:
Рефлексия, оценка собственной деятельности
Задача:
Проанализировать, дать оценку успешности достижения цели и наметить перспективу на будущее.
Мысленное возвращение к прошлым действиям поможет увидеть результат своей работы и повторить ключевые моменты нового материала. - Какую задачу мы ставили перед собой на уроке?
- Мы выполнили ее?
- Как именно мы ее выполнили?
- Сможете ли вы самостоятельно применить разработанную нами схему?
- По каким критериям мы оценим работу на уроке?
- Что вы можете предложить для более прочного усвоения этой темы
Самооценка и оценка работы класса и отдельных учащихся. Аргументация выставленных отметок, замечания по
уроку, предложения о возможных изменениях на последующих уроках.
Ввели понятие замкнутой изолированной системы, полной механической энергии
Получили закон сохранение механической энергии на опыте и экспериментально
Научится решать задачи с применением закона сохранения механической энергии
Да
Сообщения об открытии закона сохранения механической энергии, о выполнении этого закона в окружающем мире…
Сообщения о применении ЗСЭ.
Сообщение о вечном двигателе. Условиях выполнения зсэ.
Список литературы
Бабанский Ю.К. Оптимизация процесса обучения. (Аспект предупреждения неуспеваемости школьников). – Ростов-на-Дону, 1972.
Бабанский Ю.К. Анализ эффективности современного урока//Народное образование– 1979. - № 9
Гришин Э.А. Книга для учителя. – Владимир, 1976.
Есипов Б.П. Типовая схема анализа урока//Методические записки МГПИ им. А.С. Бубнова.
Кирилова Г.Д. Совершенствование урока как целостной системы.- М.,1983.
Конаржевский Ю.А. Анализ урока. – М., 1999.
Левина М.М. Процесс обучения на уроке. – М., 1976.
Махмутов М.И. Современный урок. – М., 1981.
Щуркова Н.Е. Когда урок воспитывает. – М., 1981.