Конспект закон сохранения механической энергии 7 класс

Обновлено: 05.07.2024

Раздел ОГЭ по физике: 1.18. Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии. Формула для закона сохранения механической энергии в отсутствие сил трения. Превращение механической энергии при наличии силы трения.

1. Энергия тела – физическая величина, показывающая работу, которую может совершить рассматриваемое тело (за любое, в том числе неограниченное время наблюдения). Тело, совершающее положительную работу, теряет часть своей энергии. Если же положительная работа совершается над телом, энергия тела увеличивается. Для отрицательной работы – наоборот.

Энергией называют физическую величину, которая характеризует способность тела или системы взаимодействующих тел совершить работу.
Единица энергии в СИ 1 Джоуль (Дж).

2. Кинетической энергией называется энеpгия движущихся тел. Под движением тела следует понимать не только перемещение в пространстве, но и вращение тела. Кинетическая энергия тем больше, чем больше масса тела и скорость его движения (перемещения в пространстве и/или вращения). Кинетическая энеpгия зависит от тела, по отношению к которому измеряют скорость рассматриваемого тела.

3. Потенциальной энергией называется энергия взаимодействующих тел или частей тела. Различают потенциальную энергию тел, находящихся под действием силы тяжести, силы упругости, архимедовой силы. Любая потенциальная энергия зависит от силы взаимодействия и расстояния между взаимодействующими телами (или частями тела). Потенциальная энергия отсчитывается от условного нулевого уровня.

Потенциальной энергией обладают, например, груз, поднятый над поверхностью Земли, и сжатая пружина.
Потенциальная энергия поднятого груза Е_п = mgh .
Кинетическая энергия может превращаться в потенциальную, и обратно.

4. Механической энергией тела называют сумму его кинетической и потенциальной энергий. Поэтому механическая энеpгия любого тела зависит от выбора тела, по отношению к которому измеряют скорость рассматриваемого тела, а также от выбора условных нулевых уровней для всех разновидностей имеющихся у тела потенциальных энергий.

Механическая энергия характеризует способность тела или системы тел совершить работу вследствие изменения скорости тела или взаимного положения взаимодействующих тел.

5. Внутренней энергией называется такая энергия тела, за счёт которой может совершаться механическая работа, не вызывая убыли механической энергии этого тела. Внутренняя энеpгия не зависит от механической энергии тела и зависит от строения тела и его состояния.

6. Закон сохранения и превращения энергии гласит, что энеpгия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает; она лишь переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому.

Закон сохранения механической энергии: если между телами системы действуют только силы тяготения и силы упругости, то сумма кинетической и потенциальной энергии остается неизменной, то есть механическая энергия сохраняется.

7. Изменение механической энергии системы тел в общем случае равно сумме работы внешних по отношению к системе тел и работы внутренних сил трения и сопротивления: ΔW = А_внешн + А_диссип

Если система тел замкнута (А_внешн = 0), то ΔW = А_диссип, то есть полная механическая энергия системы тел меняется только за счёт работы внутренних диссипативных сил системы (сил трения).

Если система тел консервативна (то есть отсутствуют силы трения и сопротивления А_тр = 0), то ΔW = А_внешн, то есть полная механическая энергия системы тел меняется только за счёт работы внешних по отношению к системе сил.

8. Закон сохранения механической энергии: В замкнутой и консервативной системе тел полная механическая энергия сохраняется: ΔW = 0 или W_п1 + W_к1 = W_п2 + W_к2 . Применим законы сохранения импульса и энергии к основным моделям столкновений тел.

Абсолютно неупругий удар (удар, при котором тела движутся после столкновения вместе, с одинаковой скоростью). Импульс системы тел сохраняется, а полная механическая энергия не сохраняется:

Абсолютно упругий удар (удар, при котором сохраняется механическая энергия системы). Сохраняются и импульс системы тел, и полная механическая энергия:

Удар, при котором тела до соударения движутся по прямой, проходящей через их центры масс, называется центральным ударом.

Схема «Механическая энергия.
Закон сохранения энергии. Углубленный уровень«

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Цели урока

ввести понятие механическая энергия, познакомить с законом сохранения и превращения энергии.

уметь творчески интерпретировать имеющуюся информацию, обогащать словарный запас учащихся, отрабатывать вычислительные навыки.

воспитание доброжелательности, сотрудничества, сотворчества;

воспитание профориентационной направленности.

Тип урока : комбинированный.

Продолжительность занятия – 45 минут.

Материалы и оборудование:

Постановка темы и целей урока;

Проверка домашнего задания;

Изучение нового материала;

Закрепление нового материала;

Подведение итогов урока.

Ход урока:

I . Организационный момент:

1. Приветствие и настрой на урок.

II . Постановка темы и целей урока.

III . Проверка домашнего задания: Фронтальный опрос: Что такое работа? По какой формуле вычисляется работа? В каких единицах измеряется работа? Что характеризует мощность? В каких единицах измеряется мощность? По какой формуле вычисляется мощность?

III . Изучение нового материала:

Мы с вами повторили основные две физические величины это работа и мощность. Следующая физическая величина которую мы будим проходить – это энергия. Итак, мы вводим новое понятие энергия. Как Вы думаете, какова цель нашего сегодняшнего урока. Для чего мы должны изучать энергию?

Какие виды энергии вы знаете? Приведите примеры?

Ребята! Сегодня мы с вами познакомимся с механической энергией. Механическая энергия - физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело.

Она обозначается: W

Двое грузчиков работают на стройке. Ребята, а какие Вы знаете строительные профессии, кто хочет стать строителем? Вы знаете, что сейчас много грантов и рабочих мест выделено именно строительным специальностям. Посмотрите на рисунок. С итуация первая – грузчики поднимают кирпичи на второй этаж. Посмотрите на рисунок. Один из них может носить по десятку кирпичей, а другой – только по два кирпича. У какого рабочего больше энергии? Какой рабочий может выполнить большее количество работы? Обратим внимание, что грузчики совершают над кирпичами механическую работу. Говорят, что у толстячка больше энергии , так как он способен выполнить больше работы. Тем не менее, даже упитанный персонаж не может работать бесконечно – через некоторое время оба грузчика утомятся. Итак, по мере совершения грузчиками работы их способность совершать новую работу (то есть их энергия) уменьшается. Обобщённо мы скажем: при совершении телом работы его собственная энергия уменьшается. Как вы думаете п очему? Это означает, что в их мышцах иссякла энергия. После отдыха (или лучше – после принятия пищи и отдыха) мышцы вновь будут способны совершать работу, так как кровь доставляет питательные вещества, за счёт которых энергия пополняется.

Ситуация вторая. Первобытный человек совершает механическую работу над камнем – поднимает его. В отличие от первой ситуации, в качестве рассматриваемого тела выберем теперь не человека, а камень. То есть теперь работу совершает не само тело, а кто-то над телом. В результате этого энергия тела увеличивается. Теперь камень может, например, упасть и разбить орех, то есть совершить работу, на выполнение которой прежней энергии камня было недостаточно.

Итак, энергия – физическая величина, характеризующая способность тела (или нескольких тел) совершать работу. Поэтому, как и работа энергия измеряется джоулями. Чем больше работы может совершить тело, тем больше его энергия. И наоборот.

Например, при подъёме кирпичей энергия грузчика уменьшается, а энергия кирпичей увеличивается. Это подтверждается тем, что чем выше они подняты, тем большую механическую работу смогут произвести (например, когда упадут, подобно камню на рисунке с орехом). Энергия грузчика уменьшается, так как его способность поднимать новые кирпичи всё меньше.

Рассмотрим два вида механической энергии:

Найдем потенциальную энергию тела, поднятого над Землей. Чтобы поднять яблоко надо совершить работу, кроме того на яблоко будит действовать сила тяжести

От чего зависит потенциальная энергия? Таким образом, потенциальная энергия зависит от силы взаимодействия тел и расстояния между ними.

Таким образом, в общем случае тело обладает одновременно как кинетической, так и потенциальной энергией. Их сумму называют полной механической энергией.

Давайте рассмотрим превращение энергии:

Яблоко свободно падает с дерева. Найдите его кинетическую и потенциальную энергию тела в точках 1, 2 и 3.

Ek = 0; Ep=mgh1 (максимальная)

Ek ; Ep=mgh2 (уменьшается)

Ep переходит в Ek

Укажите превращения одного вида энергии в другой:

1. При бросании мяча вертикально вверх

2. При спуске велосипедиста с горы.

Делаем вывод: Энергия не исчезает и не возникает из ничего, она переходит из одного вида в другой и передаётся от одного тела к другому.

IV . Закрепление нового материала:

Задача

Найдите потенциальную энергию тела массой 3 кг на высоте 6м и 4м от поверхности земли. Сравните их потенциальные энергии.

Сравни кинетические энергии следующих тел:

Грузовой и легковой автомобили, движущиеся со скоростью 60 км/ч.

Бегущий слон и пуля, вылетевшая из ружья.

Два самолета равной массы, летящие с одинаковой скоростью на разных высотах.

Автомобиль, обгоняющий другой автомобиль такой же массы.

Какой энергией обладает растянутая или сжатая пружина?

Камень, падающий на землю, непосредственно перед ударом о землю обладает ………энергией.

Пружина заведенных часов обладает …….. энергией.

Какой энергией относительно земли обладает летящий самолет?

От чего зависит потенциальная энергия тела, поднятого над Землей ?

Какие виды энергий существуют?

Какую энергию называют потенциальной?

По какой формуле можно вычислить потенциальную энергию?

От каких величин зависит потенциальная энергия тела?

В каком случае потенциальная энергия тела равна нулю?

Какую энергию называют кинетической?

По какой формуле можно вычислить кинетическую энергию?

От каких величин зависит кинетическая энергия тела?

Каковы единицы измерения энергии?

В каком случае кинетическую энергию тела считают равной нулю?

X . Подведение итогов урока

XI . Домашнее задание: § 68 стр 168 учить, упражнение № 40 (1,2)

Урок физики в 7 классе на тему: Механическая энергия.

Содержимое разработки

Дата: ______________ Класс: 7

Цель урока: познакомить учащихся с механической энергией.

Задачи урока:

Образовательная

- Дать определение механической энергии, рассказать о законе сохранения механической энергии; дать определение замкнутой системы.

Развивающая

- Развивать у учащихся внимание, речь, логическое мышление.

Воспитывающая

- Воспитывать у учащихся аккуратность и дисциплинированность на уроках физики.

Тип урока: комбинированный урок.

Наглядность: таблица, презентация.

Орг. момент (2-3 мин)

Опрос домашнего задания(6-8 мин)

Объяснение новой темы (17-19 мин)

Домашнее задание (2-3 мин)

Итоги урока (1-2 мин)

I. Орг. момент.

II. Опрос домашнего задания. (карточки с вопросами).

III. 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. Например, самолет, летящий со скоростью v на высоте h относительно Земли, обладает как потенциальной, так и кинетической энергией.

Механической энергией тела называют сумму его потенциальной и кинетической энергий.

Если обозначим механическую энергию тела W, то:

W=E_к +Е_п .

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, в качающемся маятнике один вид энергии постоянно переходит в другой. 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 (рис. 166).

Когда шарик неподвижно находится на высоте h, 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 (h=0) 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 энергии.

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 энергии в другой. Однако сумма потенциальной и кинетической энергии, т. е. механическая энергия замкнутой системы, при этом остается без изменения:

E_к +Е_п = 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. Например, он используется в технике - при расчетах движения различных механизмов, в астрономии - в предсказании движения небесных тел (звезд, планет и т.д.), в космонавтике - при определении траекторий движения ракет, космических кораблей и спутников.

Закон сохранения механической энергии применим для свободно падающего тела в безвоздушном пространстве. Обозначим скорости тела на высоте h₁ и h₂ соответственно через v₁ и v₂; кинетические энергии - Е_к1 и Е_к2, а механические энергии -W₁ и W₂.

Кинетическая и потенциальная энергии тела на разной высоте принимают различные значения. И в самом деле, с уменьшением высоты падения уменьшается потенциальная энергия тела, тогда как его скорость и, соответственно, кинетическая энергия возрастают. Поэтому на разных высотах и потенциальная, и кинетическая энергии тела принимают различные значения:

E_п1 ≠ Е_п2 E_к1 ≠ Е_к2

Однако на любой высоте закон сохранения механической энергии сохраняется:

W₁ =W₂.

Докажем правильность этого равенства.

Учитывая, что работа силы тяжести затрачивается на изменение потенциальной (или кинетической) энергии свободно падающего тела, можем написать следующие равенства:

А= E_п1 - Е_п2 или А= E_к2 - Е_к1

Левые стороны этих равенств представляют одну и ту же работу, выполненную падающим телом при перемещении между двумя уровнями высоты. Следовательно:

E_п1 - Е_п2 = E_к2 - Е_к1

Отсюда имеем: Е_п1 + Е_к1 = Е_п2 +Е_к2

Зная, что сумма потенциальной и кинетической энергии тела представляет его механическую энергию (W= Е_п1 + Е_к1 W₂= Е_п2+Е_к2), перепишем вышеуказанное равенство в следующем виде:

W₁ =W₂.

Отсюда видно, что механическая энергия свободно падающего тела остается неизменной. Эту закономерность в общем виде сформулируем следующим образом: на любом уровне механическая энергия свободно падающего тела остается неизменной, т. е.

Закон сохранения энергии применяется для оптимального и рационального решения многих задач.

В действительности невозможно составить замкнутую систему тел, не взаимодействующих с внешней средой. Поэтому кажется, что в механике закон сохранения энергии не выполняется. На самом деле мяч, упавший с полки на пол, вновь не может подняться до уровня полки. Это говорит о том, что механическая энергия мяча, которой он обладал до падения с полки, после падения не сохраняется. Отсюда нельзя сделать вывод о том, что закон сохранения механической энергии не выполняется. Дело в том, что здесь мяч и пол, входящие в одну систему, взаимодействуют с внешней средой, не входящей в эту систему. В действительности, часть первоначальной механической энергии мяча тратится на преодоление сопротивления среды, воздуха, т.е. превращается в тепловую энергию. Эти обстоятельства следует учитывать при применении закона сохранения механической энергии.

IV. упр. 40 № 2, 1.

V. Домашнее задание §68, упр. 40 № 3.

VI. Итоги урока.

-75%

Ключевые слова: энергия, потенциальная энергия, кинетическая энергия, полная механическая энергия, переход из одного вида энергии в другой, закон сохранения механической энергии.

Вводятся понятия Энергия, потенциальная энергия, кинетическая энергия, полная механическая энергия.

Рассматривается переход из одного вида энергии в другой на примере падения мяча.

Формулируется закон сохранения механической энергии.

Читайте также: