Работа силы кинетическая энергия потенциальная энергия конспект

Обновлено: 08.07.2024

Цель урока: обеспечить первичное понимание смысла механической энергии как физической величины.

Задачи урока:
образовательная: дать определение энергии, кинетической и потенциальной энергии; ввести формулы расчёта кинетической и потенциальной энергии;

развивающая: развитие самостоятельности мышления учащихся по применению знаний в различных ситуациях; развитие умений проводить анализ свойств и явлений на основе полученных знаний:

воспитательная: развитие навыков коммуникативной деятельности (умение вести диалог, доказательно отстаивать своё мнение); содействовать формированию мировозренческой картины мира.

Тип урока: комбинированный

1.компьютер в комплекте с мультимедийным проектором

2.презентация по теме

1.Организационный момент -1 минута

2.Повторение предыдущего материала- 4 минуты

3.Постановка учебной ситуации – 5 минут

4.Изучение нового материала – 15 минут

5.Закрепление изученного материала в процессе решения задач – 10 минут

6.Итоги урока – 2 минуты

7.Рефлексия – 2 минуты

8.Домашнее задание – 1 минута

Здравствуйте, ребята! Садитесь.

2. Повторение предыдущего материала (фронтальный опрос). (слайд 1 )

1.Какую физическую величину мы называем механическая работа?

(Механическая работа – физическая величина, равная произведению силы на пройденный путь)

2.Как рассчитать механическую работу?

(А=F·s, (Дж) – записать на доске)

3.Назовите условия совершения механической работы?

Следствия из формулы:

3.если F ┴ ν, то А=0

3. Постановка учебной ситуации.

Демонстрация опыта с мельницей.

1.Какие силы действуют на груз? (сила тяжести и сила упругости)

2.Какая сила совершает работу? (сила тяжести и сила упругости совершают работу; сила тяжести совершает положительную работу, сила упругости - отрицательную работу)

Демонстрация опыта с машинкой:

1.Какие силы действуют на машинку?(сила тяжести, сила реакции опоры, сила трения)

2.Какая сила совершает работу? (сила трения совершает отрицательную работу)

Демонстрация опыта с пружиной:

1.Какие силы действуют на пружину? (сила тяжести и сила упругости)

2.Какая сила совершает работу? (сила упругости )

Сила упругости совершает работу по растяжению пружины, следовательно и сама пружина совершает работу.

Говорят, что тело или система взаимодействующих тел, способная совершать работу, обладает энергией.

Тема урока – энергия. (слайд 2)

Цель урока: обеспечить первичное понимание смысла механической энергии как физической величины.(слайд 3)

Задачи урока: (слайд 4)

1.Раскрыть смысл кинетической и потенциальной механической энергии.

2.Научиться решать задачи с применением формул потенциальной и кинетической энергии.

3.Научиться распознавать виды механической энергии.

4. Узнать о применение механической энергии.

4.Изучение нового материала.

Энергия – физическая величина, характеризующая способность тела или системы тел совершать работу.( слайд 5)

Механическая энергия измеряется количеством работы, которую может совершить тело или система тел.

Система, состоящая из земного шара и расположенного на некоторой высоте над ним тела, обладает энергией, так как это тело при падении может совершить работу.

Деформированная пружина и поднятое над Землёй тело обладают энергией независимо от того, совершают они в данный момент работу или нет: энергия характеризует состояние системы, способность системы к совершению работы при переводе из этого состояния.

Из этих примеров видно, что энергия связана либо с движением тел, либо с взаимным расположением тел или частей системы. Поэтому различают два вида механической энергии: потенциальная и кинетическая.

Механическая энергия (слайд 8)

потенциальная энергия кинетическая энергия

(энергия взаимодействия) (энергия движения)

Е Р =А max =mgh ,(Дж) Е k = , (Дж)

Работа в парах по заполнению таблицы (самостоятельно заполняют, самопроверка)

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

Физика 10 класс Урок № 21 21.11.17

Тема: Работа силы. Мощность. Механическая энергия тела: потенциал ьна я и кинетическая. Закон сохранения энергии.

Тип урока: комбинированный.

1. Обучающие: Формирование навыков и умений выводить формулы, применение их при решении задач.

2. Развивающие: развитие умения выявлять закономерности, обобщать; способствовать развитию познавательного интереса учащихся , логического мышления, развитие вычислительных навыков, устной речи, памяти, внимания.

3. Воспитательные: содействовать воспитанию взаимовыручки, активности, умения общаться, помогать друг другу.

Оборудование: мультимедийный комплекс , презентация к уроку.

I.Оргмомент. Мотивация.

Если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается, то говорят, что сила совершает работу.

II.Проверка домашнего задания.

Закон сохранения импульса. Пример – реактивное движение.

III . Изучение нового материала

Понятие механической работы. Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения (или скорости). A = Fs cos α

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α

В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж) . Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещении 1 м в направлении действия силы. [1 Дж=1 Н·м]

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью .

Понятие мощности.

Мощность N – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа : N=A/t

В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт) . Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.

Внесистемная единица мощности 1 л.с.=735 Вт

Связь между мощностью и скоростью при равномерном движении :

N=A/t так как A=FScosα тогда N=(FScosα)/t, но S/t = v следовательно N=Fvcos α

В технике используются единицы работы и мощности:

1 Вт·с = 1 Дж; 1Вт·ч = 3,6·10 3 Дж; 1кВт·ч = 3,6·10 6 Дж

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Понятие кинетической энергии.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях. Обозначается Е Единица энергии в СИ [1Дж = 1Н*м] Механическая работа есть мера изменения энергии в различных процессах А = ΔЕ.

Различают два вида механической энергии – кинетическая Ек и потенциальная Еp энергия.

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела :

=. Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m , движущегося со скоростью V равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость: A=Ek. Если тело движется со скоростью V , то для его полной остановки необходимо совершить работу A=-Ek

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел .

Потенциальная энергия – энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями . Такие силы называются консервативными . Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю . Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости . Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Понятие потенциальной энергии.

Энергия взаимодействия тел или частей тела. Потенциальная энергия – энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела. Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями . Такие силы называются консервативными . Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю . Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости . Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

П отенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй): E=mgh. Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень. Понятие потенциальной энергии можно ввести и для упругой силы . Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами. Можно просто удлинить пружину на величину x, или сначала удлинить ее на 2x, а затем уменьшить удлинение до значения x и т. д. Во всех этих случаях упругая сила совершает одну и ту же работу, которая зависит только от удлинения пружины x в конечном состоянии, если первоначально пружина была недеформирована. Эта работа равна работе внешней силы A, взятой с противоположным знаком :

E= , где k – жесткость пружины. A=-Ep

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

Работа силы тяжести. ( Вывод по учебнику). Видеоролик.

взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной. Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией . Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому. Е = Ек + Еp = const

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды. Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

IV . Закрепление изученного материала Стр 134 ЕГЭ к параграфу

V . Итог урока Знаете ли вы что…

. сердце человека, перекачивая кровь, за одно сокращение совершает около 1 Дж работы. Этой работы будет достаточно для подъема гири массой 10 кг на высоту 1 см.

. мощность, развиваемая взрослым человеком при обычной ходьбе по ровной дороге равна 60–65 Вт. При быстрой же ходьбе уже требуется мощность 200 Вт. Для сравнения скажем, что мощность электродвигателя домашней кофемолки 100–200 Вт, а мясорубки – 500 Вт.

Механическая работа совершается только тогда, когда на тело действует сила и оно движется. Например: под действием тяги электровоза движется поезд.

Чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа.

Механическая работа прями пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути.

A=Fs.

А-работа, F-сила, s-пройденный путь. Ед. измерения (Дж).

1Дж=1Н*м (работа совершаемая силой в 1Н, на пути в 1м)

Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу.

Если же движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, то данная сила совершает отрицательнуюработу.

Например, при движении поезда работа силы тяги – положительна, а работа силы трения – отрицательна.

Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения, то эта сила работы не совершает, А=0

Способностью совершить работу обладает всякое движущееся тело. Так, скатившийся с наклонной плоскости стальной шарик, ударившись о деревянный брусок, передвигает его на некоторое расстояние. При этом совершается работа. Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией.

Энергия– физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Выражается в Дж.

Чтобы определить энергию, которой обладает тело, надо найти работу, необходимую для перевода этого тела из нулевого состояния в данное. Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. Совершенная работа равна изменению энергии.

Потенциальной энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.

Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое относительно поверхности Земли, потому что энергия тела зависит от взаимного положения его и Земли и их взаимного притяжения. Если считать потенциальную энергию тела, лежащего на Земле, равной нулю, то потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту, определится работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю. Е_п=А; А=Fh; F-сила тяжести, h- высота =>Е_п=gmh;

Где g-ускорение свободного падения, m-масса тела, h-высота, на которую поднято тело. Нулевым считается положение тела на поверхности Земли.

Потенциальной энергией обладает всякое упругое деформированное тело.

Кинетической энергией называют энергию, которой обладает тело вследствие своего движения. (Е_к).

Кинетическая энергия зависит от его скорости и его массы. Чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется, тем больше его кинетическая энергия.

Закон сохранения энергии:

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

Бросим вертикально мяч. Придав ему скорость, мы сообщили ему некоторую кинетическую энергию. По мере движения мяча вверх, его движение будет замедляться притяжением Земли и скорость, а вместе с ней и кинетическая энергия мяча будут становиться все меньше и меньше. Потенциальная же энергия мяча вместе с высотой h будет при этом возрастать. В высшей точке траектории потенциальная энергия мяча достигнет своего наибольшего значения, а кинетическая энергия окажется равной нулю. После этого мяч начнет падать вниз, постепенно набирая скорость. Кинетическая энергия при этом начнет увеличиваться, а потенциальная энергия (из-за уменьшения высоты) – убывать. В момент удара о землю кинетическая энергия мяча достигнет максимального значения, а потенциальная обратиться в нуль.

Если кинетическая энергия тела уменьшается, то потенциальная энергия возрастает и наоборот. Уменьшение одного из видов энергии сопровождается равным увеличением другого вида энергии. Полная же механическая энергия тела при этом сохраняется.

Закон сохранения энергии:

Вопрос 1: Работа силы. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии.

Механическая работа прями пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути.

A=Fs.

А-работа, F-сила, s-пройденный путь. Ед. измерения (Дж).

1Дж=1Н*м (работа совершаемая силой в 1Н, на пути в 1м)

Например, при движении поезда работа силы тяги – положительна, а работа силы трения – отрицательна.

Энергия– физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Выражается в Дж.

Потенциальной энергией обладает всякое упругое деформированное тело.

Кинетической энергией называют энергию, которой обладает тело вследствие своего движения. (Е_к).

Закон сохранения энергии:

На данном уроке учащиеся повторят понятия механической энергии, а также кинетической и потенциальной энергии тела. Вводятся понятие потенциальной энергии упругодеформированного тела. Рассматриваются отличительные особенности кинетической и потенциальной энергии.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Кинетическая и потенциальная энергия"

Ранее говорилось о том, что механическое состояние тела или системы тел определяется его положением относительно других тел и его скоростью. Если изменяется хотя бы одна из этих величин, то говорят, что изменяется механическое состояние тела.

В курсе физики 7 класса говорилось, что количественно механическое состояние системы и его изменение характеризуется механической энергией.

Механическая энергия — это физическая скалярная величина, являющаяся функцией состояния системы и характеризующая способность системы совершать работу. Изменение механической энергии равно работе приложенных к системе внешних сил.

Вспомним, как энергия тела зависит от его скорости. Пусть на тело массой m действует постоянная сила F, направленная вдоль перемещения, и скорость тела изменяется от до .

Работа этой силы будет определяться произведением силы на модуль вектора перемещения.

По второму закону Ньютона сила есть произведение массы тела на его ускорение.

Известно, что при равноускоренном движении ускорение можно определить по формуле

Если теперь, все собрать в одну формулу и произвести небольшие математические преобразования, получим:

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости называется кинетической энергией.

Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.

Обозначается кинетическая энергия буквой Е_k и измеряется в Джоулях.

Кинетической энергией обладают все движущиеся тела. Будь-то идущий человек или движущийся автомобиль, летящий самолет или наша планета, которая движется вокруг Солнца.

Тогда формулу для работы можно переписать в виде

Эта формула является математической записью теоремы об изменении кинетической энергии: изменение кинетической энергии равно работе равнодействующей всех сил действующей на тело.

Эта теорема справедлива независимо от того, какие силы действуют на тело: сила трения, сила тяжести или сила упругости.

А если тела не движутся? Обладают ли они какой-либо энергией?

Энергия системы, определяемая взаимным расположением тел или частей тела друг относительно друга и характером сил взаимодействия между ними, называется потенциальной энергией.

Рассмотрим некоторое тело, находящееся в гравитационном поле Земли.

При перемещении тела с высоты h₁, относительно нулевого уровня, на высоту h₂ сила тяжести совершает работу

Величину, равную произведению массы тела на высоту и на коэффициент пропорциональности g назвали потенциальной энергией.

Т.е. потенциальная энергия тела в поле тяготения — это энергия, обусловленная взаимодействием тела с Землей; она зависит от их взаимного положения и равна работе, которую совершает сила тяжести при перемещении тела из данного положения на нулевой уровень.

Обозначают её буквой Е_p и единицей измерения, как и в случае кинетической энергии, является Джоуль.

Тогда, выражение для работы запишется как:

Т.е. изменение потенциальной энергии тела, которое находится в гравитационном поле Земли, взятое с обратным знаком, равно работе силы тяжести.

В отличие от кинетической энергии, которая зависит от скорости движения тела, потенциальная энергия от скорости не зависит, так что ею может обладать и покоящееся тело. Потенциальная энергия зависит от положения тела относительно нулевого уровня, т. е. от координат тела, ведь высота — как раз и есть координата тела.

Например, птицы, сидящие на проводах, относительно проводов будут обладать нулевой потенциальной энергией, а относительно земли или крыши дома, энергия будет отлична от нуля. Причем относительно земли эта энергия будет больше, чем относительно крыши дома.

Рассмотрим, как будет изменяться потенциальная энергия упруго деформированного тела.

Рассмотрим взаимодействие сжатой пружины с шаром, находящимся нагладкой горизонтальной поверхности. Пружина действует на шар с силой упругости и, под действием этой силы, шар будет совершать колебательное движение.

Для определения работы, выполненной пружиной по перемещению тела, необходимо учитывать, что сила упругости меняется, т.к. ее величина зависит от удлинения пружины. Используя график зависимости силы упругости от удлинения пружины, определим работу силы как площадь фигуры под графиком силы (площадь трапеции), которая равна произведению полу суммы ее оснований на высоту.

Из формулы видно, что работа силы упругости пружины зависит только от координат тела в начальный и конечный момент времени и не зависит от траектории движения тела.

Эту формулу можно переписать в виде

В правой части стоит изменение какой-то величины со знаком минус. Как и в случае с работой силы тяжести, эта величина представляет собой потенциальную энергию упругодеформированного тела.

Тогда формула для работы упруго деформированного тела примет такой же вид, как и в случае с потенциальной энергией тела в гравитационном поле Земли.

Потенциальная энергия упругодеформированного тела — это энергия, обусловленная взаимодействием частей тела между собой. Она равна работе, которую совершают внешние силы, чтобы недеформированную пружину сжать или растянуть на некоторую величину.

Работа силы упругости зависит от жесткости пружины и ее деформации. Поэтому потенциальная энергия упругодеформированного тела тоже зависит от жесткости пружины и ее деформации.

Основные выводы:

– Механическая энергия — это физическая скалярная величина, являющаяся функцией состояния системы и характеризующая способность системы совершать работу.

– В свою очередь, механическая энергия делится на два вида — кинетическую и потенциальную.

– Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. А ее изменение равно работе равнодействующей всех сил действующей на тело.

– Потенциальная энергия — это энергия, определяемая взаимным расположением тел или частей тела друг относительно друга и характером сил взаимодействия между ними.

– Потенциальная энергия тела бывает двух видов: потенциальная энергия тела в поле тяготения — это энергия, обусловленная взаимодействием тела с Землей; и потенциальная энергия упругодеформированного тела — это энергия, обусловленная взаимодействием частей тела между собой.

Читайте также: