План урока потенциальная и кинетическая энергия
Обновлено: 01.07.2024
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Тема урока : Кинетическая и потенциальная энергия
Тип урока : урок ознакомления с новым материалом
Цель урока : познакомить с понятием энергии, как способностью тела совершать работу; дать определение потенциальной и кинетической энергии.
Учебно-воспитательные задачи урока :
Образовательная: познакомить учащихся с новой физической величиной – энергией и ее видами, развивать умение выявлять причинно-следственные связи, формировать навыки применения знаний при решении задач.
Развивающая: способствовать развитию мышления учащихся путем решения задач, развивать интеллектуальные способности, умение анализировать и обобщать материал
Воспитательная: способствовать развитию творческого отношения к учебной деятельности; воспитание аккуратности и внимательности при решении задач, активизировать интерес к учебному предмету
Формы работы: индивидуальная, фронтальная, групповая.
Средства обучения : Физика. 7 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений /А.В. Перышкин. – 14-е изд., М.: Дрофа, 2017
Этапы урока
Методы и методические приемы
Повторение и обобщение опорных знаний учащихся
Изложение нового материала
Подведение итогов. Домашнее задание
Словесный (запись на доске), оценивание
I . Организационный момент .
Приветствие, проверка подготовленности к учебному занятию, организация внимания детей. Создание благоприятного психологического настроя учащихся на активную работу на уроке.
II. Повторение и обобщение опорных знаний учащихся
Тестовая работа по вариантам
Вариант 1
1. Укажите, в каком из перечисленных случаев совершается механическая работа.
А. На столе стоит гиря
Б. На пружине висит груз
В. Трактор тянет прицеп
2. Определите работу, совершаемую при поднятии груза весом 4 Н на высоту 4 м.
3. На какую высоту надо поднять гирю весом 100 Н, чтобы совершить работу 200 Дж?
4. Альпинист поднялся в горах на высоту 2 км. Определите механическую работу, совершенную альпинистом при подъеме, если его масса вместе со снаряжением равна 85 кг.
5. Какая работа совершается при равномерном подъеме железной балки объемом 0,1 м3 на высоту 15 м?
6. Велосипедист за 10 с совершил работу 800 Дж. Чему равна мощность велосипедиста?
7. Определите работу, совершаемую двигателем мощностью 400 Вт за 30 с.
8. Какое время должен работать электродвигатель мощностью 200 Вт, чтобы совершить работу 2500 Дж?
9. При движении на велосипеде по горизонтальной дороге со скоростью 9 км/ч развивается мощность 30 Вт. Найдите движущую силу.
10. Вычислите мощность насоса, подающего ежеминутно 1200 кг воды на высоту 20 м.
Вариант 2
1. В каком из перечисленных случаев совершается механическая работа?
А. Вода давит на стенку сосуда
Б. Мальчик поднимается вверх по лестнице
В. Кирпич лежит на земле
2. Вычислите работу, произведенную силой 0,02 кН, если расстояние, пройденное телом по направлению действия этой силы, равно 20 м.
3. Какого веса груз можно поднять на высоту 2 м, совершив работу 10 Дж?
4. При помощи подъемного крана подняли груз массой 3 т на высоту 10 м. Какая при этом совершается работа?
5. Экскаватор поднял грунт объемом 0,25 м3 и плотностью 1500 кг/м3 на высоту 5 м. Вычислите работу, совершенную экскаватором.
6. Определите мощность электродвигателя, который за 10 мин совершает работу 3000 кДж.
7. Какую работу может совершить двигатель мощностью 600 Вт за 5 мин?
8. За какое время двигатель мощностью 4 кВт совершит работу в 30 000 Дж?
9. Определите мощность машины, которая поднимает молот весом 1 кН на высоту 0,5 м за 1 с.
10. Какова мощность ракеты в конце разгона, если достигнутая скорость равна 8 км/с, а сила тяги двигателей — 300 кН?
III. Изучение нового материала
Пример: Двое грузчиков работают на стройке. Однако один из них может носить по целому десятку кирпичей, а другой грузчик — только по два кирпича. Что совершают грузчики?
Грузчики совершают над кирпичами механическую работу.
Одинаковую ли работу они выполняют?
Первый грузчик выполняет большую работу, чем второй
У первого больше энергии, чем у второго, поэтому он может выполнить большее количество работы.
По мере выполнения работы изменится ли способность грузчиков выполнять работу?
Да, по мере совершения работы способность грузчиков совершать новую работу уменьшается.
В этом случае говорят, что уменьшается энергия грузчиков. Т. е. при совершении телом работы его энергия уменьшается.
Э нергия — физическая величина, характеризующая способность тел совершать работу. Энергия скалярная величина, измеряется в джоулях.
Все живые организмы используют энергию для своей жизнедеятельности: растения — энергию солнца, животные и люди - энергию потребляемой пищи. Автомобили и самолеты, тепловозы и теплоходы работают, расходуя энергию сгорающего топлива, гидротурбины - энергию падающей с высоты воды. На заводах и фабриках работают станки и машины, используя электрическую энергию.
Рассмотрим два вида механической энергии:
1. Все тела, находящиеся в движении, обладают энергией. Например, двигающийся автомобиль может опрокинуть препятствие, находящийся в движении молоток может забить гвоздь.
Величина кинетической энергии зависит от массы тела m (кг) и скорости v (м/с) . Кинетическая энергия тела равна половине от произведения массы на квадрат скорости.
Тело с большей массой обладает большей кинетической энергией. Однако скорость тела кинетическую энергию изменяет более стремительно (квадрат скорости, см. формулу). Например, чем больше масса шара, тем больше энергии он передаст кеглям при ударе, тем дальше они разлетятся. Например, чем больше скорость вращения лопастей, тем дальше вентилятор переместит поток воздуха.
Если тело находится в состоянии покоя, его кинетическая энергия равна нулю.
При всплытии мяч может совершить механическую работу, например, вытолкнуть нашу ладонь из воды на поверхность. Мяч взаимодействует с водой – архимедова сила выталкивает его на поверхность.
Расположенная на некоторой высоте гиря может совершить работу – расколоть орех. Гиря взаимодействует с Землёй – сила тяжести тянет гирю вниз.
Натянутая тетива лука может вытолкнуть стрелу. Тетива взаимодействует с другими частями лука – её натягивает сила упругости изогнутого древка лука.
Следовательно, рассмотренные тела обладают потенциальной энергией, так как взаимодействуют с другими телами (или частями тела).
Потенциальная энергия тела зависит от силы взаимодействия тел (или частей тела) и расстояния между ними. Например, чем больше архимедова сила и глубже мяч погружён в воду, чем больше сила тяжести и дальше гиря от Земли, чем больше сила упругости и дальше оттянута тетива, – тем больше потенциальные энергии тел: мяча, гири, лука (соответственно).
Потенциальная энергия одного и того же тела может быть различной по отношению к различным телам. 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 потенциальной энергией, чем по отношению к ореху 2.
Потенциальной энергией обладают:
1. Тела, поднятые над поверхностью земли (гиря при падении с высоты расколет орех).
2. Упруго деформированные тела (человек натягивает тетиву лука и выпускает стрелу).
3. Сжатые газы (расстояние между молекулами газа уменьшается, и увеличивается сила отталкивания между ними).
Потенциальную энергию тела, поднятого над опорой на высоту h , рассчитывают по формуле:
где m — масса тела, а g — ускорение свободного падения у поверхности Земли.
Огромной потенциальной энергией обладают воды водопада. Потенциальная энергия воды совпадает с работой силы притяжения Земли.
Потенциальная энергия накапливается в водах рек. Сила притяжения Земли производит работу, заставляя реки течь в более низко расположенное место — в море. Человек научился полезно использовать потенциальную энергию рек. В древние времена строили водяные мельницы, а с 20 века — гидроэлектростанции (ГЭС). Всем вам знаком Сулакский каскад ГЭС нашей республики. С суммарной действующей мощностью 1345,6 МВт, среднегодовой выработкой электроэнергии 3,6803 млрд кВт·ч .
IV . Закрепление материала
Сравните кинетические энергии следующих тел:
1. Грузовой и легковой автомобили, движущиеся со скоростью 60 км/ч.
2. Бегущий слон и пуля, вылетевшая из ружья.
3. Два самолета равной массы, летящие с одинаковой скоростью на разных высотах.
4. Автомобиль, обгоняющий другой автомобиль такой же массы.
Какой кинетической энергией обладает велосипедист, масса которого вместе с велосипедом составляет 81 кг, а скорость движения равна 13 м/с?
Какова потенциальная энергия камня, который поднят на высоту 12 м, и
масса которого составляет 12 кг?
Какой кинетической энергией обладает ядро массой 1 кг, летящее со скоростью 500 м/с?
На какую высоту нужно поднять кирпич массой 3 кг, чтобы его потенциальная энергия возросла на 19,2 Дж?
V . Подведение итогов. Оценивание учащихся.
Домашнее задание § 66,67. Задачи 803, 804, 809, 818.
VI . Рефлексия . Что мы узнали?
Мы узнали, что такое кинетическая и потенциальная энергии. Потенциальной энергией не может обладать одно тело — это энергия взаимодействия тел. Кинетической энергией обладает любое движущееся тело.
Цель урока:ввести понятие кинетической, потенциальной и полной энергии как характеристик механических систем.
Задачи:
1.Ввести понятие кинетической, потенциальной и полной энергии как характеристик механических систем.
2. Развитие умения, применять знания в новой ситуации, объяснять явления.
3. Воспитание стремления к учению.
Цель урока: ввести понятие кинетической, потенциальной и полной энергии как характеристик механических систем.
1.Ввести понятие кинетической, потенциальной и полной энергии как характеристик механических систем.
2. Развитие умения, применять знания в новой ситуации, объяснять явления.
3. Воспитание стремления к учению.
Тип урока: первичного усвоения материала.
Демонстрации:
1. Взаимодействие движущегося шара с неподвижным бруском.
Оборудование: Металлический шар (2 шт. разной массы, брусок, наклонная плоскость, раздаточный материал)
Метод обучения: продуктивный.
План урока
1. Организационный момент (1-2 мин)
2. Проверка домашнего задания (10 мин)
3. Изучение нового материала (20 мин)
4. Закрепление материала (10-20 мин)
5. Домашнее задание (2 мин)
1.Организационный момент:
- Проверка готовности к уроку.
- Объявление темы и цели урока.
2. Проверка домашнего задания методом фронтального опроса
1.Что называется механической работой?
2. В каких единицах измеряется механическая работа?
3. Как определяется знак работы?
4. В каких случаях механическая работа может быть равна нулю?
5. Как можно вычислить работу графическим способом?
6. Что называется мощностью?
7. Назовите единицу измерения мощности.
Создание проблемной ситуации (Эта штучка хоть мала, но энергии полна. Оживляет механизмы лишь присутствием она – батарейка); постановка цели урока
3.Объяснение новой темы:
В обществе часто поднимаются проблемы, связанные с органическим топливом (каменный уголь, нефть, газ, торф, дрова и т.д.). интенсивное уменьшение запасов органического топлива в недрах земли тревожит человечество, потому что источником жизни на Земле является энергия. А 80% энергии, вырабатываемой на Земле, получают из органического топлива. Ни один механизм не будет действовать при отсутствии энергии. Поэтому ученые находятся в постоянном поиске путей эффективного использования энергии Солнца, ветра, воды, атома. Итак, что же такое энергия?
Физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу, называют энергией. Энергия обозначается буквой – Е, измеряется в Дж.
Различают два вида механической энергии: кинетическую – энергия движения, потенциальную – энергия взаимодействия.
Опыт: Наклонный желоб, шарик и цилиндр.
Скатываемый шарик, ударяясь о цилиндр, передвигает его.
Следовательно, если тело или несколько взаимодействующих между собой тел обладают возможностью совершать работу, то принято говорить, что они обладают энергией. Тело тогда может совершать работу, когда обладает энергией.
Опыт: Шар движется со скоростью v в направлении неподвижного бруска, при ударе брусок сместится. Значит, по отношению к бруску была совершена работа за счет энергии двигающегося шара. Следовательно, любое тело, которое обладает скоростью, обладает энергией.
Например, тело, поднятое относительно поверхности Земли, обладает потенциальной энергией. Действительно, тело падая с высоты, приводит в движение другие тела, встречающиеся на его пути, т.е. совершают работу.
Где, Еп потенциальная энергия тела, Дж.
m – масса тела, кг.
g – постоянная Земли (ускорение свободного падения), 9,8 Н/кг.
Потенциальная энергия падающего тела и находящегося под действием силы тяжести зависит от массы этого тела, высоты, на которую оно поднято и ускорения свободного падения.
Кинетической энергией называется энергия, которым обладает тело в следствии своего движения.
Ек = mv/2
Где, Ек – кинетическая энергия, Дж.
V – скорость тела, м/с.
m – масса тела кг.
Кинетическая энергия изменяется в зависимости от массы и скорости тел, т.е. чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется, тем больше его кинетическая энергия.
Механической энергией тела называют сумму его потенциальной и кинетической энергии.
Решение задач:
Пуля массой 9 грамм вылетает из ствола винтовки со скоростью 800 м/с. Какова ее кинетическая энергия?
m = 9 г = Ек = mv/2
=0,009 кг Ек = 0,009*640000/2 = 2880 Дж
Ек - ? Ответ: Ек = 2880 Дж
Реактивный самолет массой 50т движется со скоростью 300 м/с относительно Земли. Найдите его кинетическую энергию.
m = 50т = Ек = mv/2
=50000кг Ек = 50000*90000/2 = 2,3 *109 Дж
Ек - ? Ответ: Ек = 2,3 *109 Дж
Тело массой 100 кг упало с высоты10м на крышу дома, высота которого 3м. какова потенциальная энергия тела?
m = 100 кг Eп = mgh
h1= 10 м Еп = 100 * 7 * 9,8 = 6860 Дж
Еп - ? Ответ: Еп = 6860 Дж
На вершине горы, высота которого составляет 800м над уровнем моря, растет яблоня. Какова потенциальная энергия яблока массой 0,5 кг, висящего на ветке яблони, имеющей высоту 5м, относительно поверхности Земли?
m = 0,5 кг Eп = mgh
h1= 800 м Еп = 0,5 * 795 * 9,8 = 3896 Дж
Еп - ? Ответ: Еп = 3896Дж
Чему равна кинетическая энергия тела массой 20 кг, которое движется со скоростью 4 м/с.
m = 20 кг Ек = mv/2
v = 4 м/с Ек = 20*16/2 = 160 Дж
Ек - ? Ответ: Ек = 160 Дж
Теперь, ребята, закрепим с Вами новый материал. Я каждому из Вас дам карточку с заданием, вам необходимо за 2-3 минуты решить свое индивидуальное задание, которое я проверю.
Задача: Чему равна кинетическая энергия тела массой 20 кг, которое движется со скоростью 4 м/с. (160 Дж)
m = 20 кг Ек = mv/2
v = 4 м/с Ек = 20*16/2 = 160 Дж
Ек - ? Ответ: Ек = 160 Дж
4. Закрепление материала:
На этом уроке мы познакомимся с очень важной физической величиной – энергией. Также, мы рассмотрим виды механической энергии и попытаемся выяснить, от чего они зависят и чем характеризуются.
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 "Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия"
Энергия. Кинетическая и потенциальная энергия
«Переворачивая каждый новый камень,
мы находим невообразимую странность,
Ричард Фейман
В этой теме познакомимся с очень важным физическим понятием – понятием энергии.
Люди часто употребляют слово энергия. Например, это электроэнергия, которая обеспечивает освещение в домах, освещение на улицах, да и работу различных приборов, таких, как компьютер, холодильник, микроволновая печь и так далее. Различные виды транспорта, такие как, автомобили, корабли, самолеты и так далее используют энергию топлива. Да и в самом человеке жизненные процессы поддерживаются за счет энергии, получаемой нами из пищи.
Понятие энергии связано с понятием работы. Например, человек может совершить работу, подняв рюкзак на некоторую высоту. На это он затрачивает энергию. Сам рюкзак не совершает работы, но если его резко отпустить, то он упадет и совершит работу, ударившись об землю. Также работу может совершать и движущийся автомобиль: его двигатель с некоторой силой тянет автомобиль, перемещая его на определенное расстояние. Более того, движущийся автомобиль может привести в движение какое-то неподвижное препятствие, оказавшееся у него на пути, а, значит, совершит работу.
Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией. Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. Таким образом, энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Энергию обозначают буквой E и в системе СИ измеряют в джоулях (так же, как и работу).
Совершенная работа равна изменению энергии. Энергия, как и работа, является скалярной величиной (она не может быть куда-либо направлена).
A = DE
Существует несколько видов энергии. В этой теме речь пойдёт только о двух видах энергии: кинетической энергией и потенциальной энергией. Кинетическая и потенциальная энергия, в общем случае, называется механической энергией.
Потенциальная энергия – это энергия, которая определяется взаимным расположением взаимодействующих тел (или же частей одного и того же тела). Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает всякое движущееся тело.
Работа равна произведению силы и пути. Сила, в данном случае – это сила тяжести, путь – это высота, на которую поднято тело.
A = Fs
A = Fтяжh
Таким образом, потенциальная энергия тела, поднятого над Землей на высоту h равна
Очень большой потенциальной энергией обладает вода в реках, которую удерживают плотинами.
Из-за своей огромной массы эта вода может совершить огромную работу, падая даже с небольшой высоты. Именно это и используется людьми для создания гидроэлектростанций. Вода совершает работу, тем самым, заставляя гидротурбины вращаться. Вследствие этого, генераторы на электростанциях вырабатывают электроэнергию, которая потом передается в жилые дома, фабрики, заводы и так далее.
Необходимо отметить, что потенциальной энергией обладает всякое упруго деформированное тело. Если сжать пружину, то при распрямлении она способна будет совершить работу. Наиболее наглядный пример – это дверь на пружине: когда её открывают, совершают работу, растягивая пружину и, тем самым, сообщая ей некоторую энергию. А когда дверь отпускают, уже пружина сама совершает работу, и за счет сжатия, закрывает дверь.
То есть, кинетическая энергия равна половине произведения массы тела и квадрата его скорости.
Тело может обладать, как потенциальной, так и кинетической энергией одновременно. Рассмотрим несколько примеров. Кот, сидящий на дереве, обладает только потенциальной энергией. Он не двигается, но находится на определенной высоте над поверхностью Земли. Автомобиль, едущий по дороге, наоборот, обладает только кинетической энергией (он двигается, но находится на поверхности Земли, то есть, на нулевой высоте). А вот летящий самолет обладает и потенциальной, и кинетической энергией. Ведь он двигается с определенной скоростью и находится на определенной высоте. То же самое можно сказать и о летящей птице. В этом случае, полная механическая энергия тела будет равна сумме потенциальной и кинетической энергии.
Задача 1. Найдите потенциальную энергию яблока, висящего на яблоне, на высоте 3 м над землей. Масса яблока равна 350 г.
Задача 2. Автомобиль массой 1,5 т едет со скоростью 60 км/ч, а автомобиль массой 9 ц едет со скоростью 80 км/ч. Определите, какой автомобиль обладает большей кинетической энергией?
Задача 3. Истребитель массой 26 т летит со скоростью три 3600 км/ч. Известно, что полная механическая энергия истребителя составляет 15 ГДж. На какой высоте летит истребитель?
Основные выводы:
– Энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.
– Энергия, как и работа, является скалярной величиной и измеряется в Дж (джоулях).
– Механическая энергия делится на два вида: кинетическая и потенциальная энергия.
– Потенциальная энергия – это энергия, которая определяется взаимным расположением взаимодействующих тел (или же частей одного и того же тела).
– Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает всякое движущееся тело.
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: