Середня загальноосвітня школа №22 м. Кам'янське

 


Робота. Енергія. Закон збереження і перетворення повної механічної енергії.

Тема уроку. Робота. Енергія. Закон збереження і перетворення повної механічної енергії.

Мета.  Формування знань про енергію, роботу, закон збереження повної механічної енергії; показати зв'язок між роботою та енергією; усвідомлення учнями фундаментального закону природи – закону збереження і перетворення повної механічної енергії; продовжити формування у учнів навичок та уміння розв’язувати типові фізичні задачі, застосовуючи набуті знання.

Тип уроку. Урок формування знань.

Домашнє завдання.

У XIX ст. відбулися дуже важливі події в історії фізики та в історії науки взагалі. Про які події йдеться мова? (Енергія. Робота. Закон збереження енергії). Тема нашого уроку «Закон збереження повної механічної енергії».

Сьогодні ми повинні узагальнити свої знання з цієї теми, показати зв'язок між роботою та енергією, з’ясувати, де застосовується фундаментальний закон природи – закон збереження і перетворення енергії.

Діти, напишіть, що ви очікуєте від уроку?

1.     Що таке енергія?

2.     Який вид механічної енергії називають кінетичною і який потенціальною енергією?

3.     Наведіть приклади тіл, які мають потенціальну й кінетичну енергію?

4.     Яка енергія називається повною?

5.     Назвіть одиниці вимірювання енергії?

6.     Сформулюйте закон збереження повної механічної енергії.

На жаль, енергію не можна побачити. Її не відчуєш на смак або на дотик. Більше того, не можна безпосередньо виявити її присутність. Можливо визначити лише зміну енергії в якомусь певному процесі.

Дослід. На похилому жолобі встановити невеликий дерев’яний циліндр; стальна кулька, скотившись згори, вдаряється у циліндр і пересуває його.

Що відбулося з кулькою, а з циліндром?

Висновок. Якщо тіло може виконувати роботу, то прийнято говорити, що воно має енергію.

Із поняттям енергії ми зустрічаємося на кожному кроці в повсякденному житті.

Розвиток природничих наук вимагав від учених визнання ідеї взаємоперетворення матерії і тим самим готував грунт для встановлення закону збереження енергії. Але побачити сам закон у різноманітному  матеріалі було нелегко. Для його аналізу та узагальнення  потрібні широта філософського підходу, точність математичного аналізу, скрупульозність експериментального дослідження. І так вже сталося, що ці три «функції» розподілилися між поглядами трьох вчених.

Про яких вчених йдеться мова? Встановіть відповідність між вченими і їх дослідженнями.

Роберт Майєр – лікар – філософський зміст

Герман Гельмгольц – фізіолог – математичний аналіз

Джеймс Джоуль – промисловець – експериментальні дослідження.

Довгим і тернистим був шлях людства до розуміння і прийняття закону збереження енергії.

Роберта Майєра називали шарлатаном. Йому потрібно було наполегливо боротися за визнання своїх ідей, він витримав приниження, наклеп, цькування. Але винахідник вистояв і не розлютився.

Майєр писав «Не війна, не голод, не ненависть підтримує світ, його підтримує любов. Любов  до людей  - головна життєва сила».

Будь-яка подія, що відбувається у світі, пов’язана з перетворенням енергії. Немає енергії – немає й події.

А що є головним джерелом енергії для Землі? Для кожного з нас?  Сонце.

Простежмо, що далі відбувається з енергією Сонця.

 

 

Так в яку енергію перетворюється енергія Сонця? (Механічна. Електрична. Внутрішня. Навколишнє середовище.)

 

Сьогодні нестача палива й забруднення довкілля (димом теплових електростанцій та продуктами згоряння автомобільних двигунів) змушують пам’ятати  про вітродвигуни.

Яку енергію використовують у цих механізмах?

(Енергія вітру (механічна) перетворюється в електричну).

За підрахунками академіка Петра Павловича Лазарєва енергія вітру в 3 000 раз перевищує енергію, яку дістають від спалювання вугілля у всьому світі.

Перший проект для вітрової електростанції в Україні був розроблений у 1931 році.

Хто ж він, цей перший у країні винахідник вітродвигунів?

(Юрій Кондратюк)

Що ж заважає широко використовувати вітродвигуни?

1.     Мінливість вітру.

2.     Коефіцієнт корисної дії – 30% - 42%.

3.     Не всі місцевості однаково придатні для вітрової енергетики.

Задача:

Визначте, яку кінетичну енергію передає вітер, який рухається зі швидкістю 10 , лопатям вітряка, маса яких 50 кг.

Дано:

m= 50 кг

V = 10

Eк -?

Eк =

Eк =

 

Відповідь: Eк = 2500 Дж 

 

Ще в давнину людина переконалася, що вода може виконувати роботу. Досвід переконав людину, що і стрімка течія гірського струмка, і повільна течія степової річки має певний запас  енергії.

Перетворення якої енергії використовують люди, будуючи ГЕС?

Потенціальна й кінетична енергія водяного потоку перетворюється на лопатях робочого колеса в механічну. Вал робочого колеса сполучно з валом генератора електричної енергії, у якому механічна енергія води перетворюється в електричну.

Які недоліки мають ГЕС?

Чи однакову кількість води несе річка в море взимку та весною?

(Кількість води різна).

Це означає, що весною ГЕС виробляли б величезну кількість електричної енергії, а взимку кількість виробленої електроенергії різко знижувалася б.

Щоб цього не сталося будують водосховище, для рівномірного витрачання води.

Задача:

У Дніпродзержинському водосховищі, створеному на р. Дніпро у 1963 році, накопичено 2 500 млн. м3 води, штучно піднятої за допомогою греблі на висоту 14 м. Обчисліть потенціальну енергію усієї піднятої у цьому водосховищі води, узявши за висоту її підйому половину висоти греблі
(h=7 м). Знайдіть кінетичну енергію води, що падає.

Дано:

V = 2500 000 000 м3

= 1000

H = 7 м

 

Eп -?   Eк -?

Eп = m·g·h                   m=·V

Eп  =·V ·g·h   

Eп = 1000·2500 000 000 м3 ·9,8·7 м

Eп = 25000 000 000 000 ·7 Дж = 175·1012 Дж

Eп →  Eк                    Eк = 175·1012 Дж

 

Відповідь: 175·1012 Дж 

 

Спробуємо на конкретних прикладах довести, як один вид енергії перетворюється в інший.

Виконаємо експерименти, які підтверджують, що:

1.     Внутрішня енергія може перетворюватись у механічну. (Пробірка).

2.     Механічна енергія може перетворюватись у внутрішню. (Непружний удар).

3.     Кінетична енергія  в потенціальну. (Пружний удар).

Продовжить речення: енергія -

1.     Ні з чого не виникає.

2.     Нікуди не зникає.

3.     Переходить з одного виду в іншій.

Герман Гельмгольц писав: «Ми припускаємо, що неможливо за існування будь-якої довільної комбінації тіл довкілля отримати механізм, який безперервно рухається».

Про застосування яких механізмів йдеться мова?

(Вічні двигуни – пристрій, що виконував би роботу без споживання енергій  неможливий навіть за повної відсутності тертя).

Міркування про створення вічного двигуна не давали спокою багатьом, навіть видатному італійському художнику й винахіднику Леонардо да Вінчі.

(Проект Леонардо да Вінчі).

Леонардо да Вінчі писав : «Сумарний момент сил, що обертають колесо в одну сторону дорівнює сумарному моменту сил, що обертають колесо в іншу сторону. Тому існування «вічного колеса» неможливо». Це перший науково обґрунтований висновок про неможливість вічного двигуна.

Жоден простий механізм, жодна енергетична машина не може мати ККД, більший за 100%. «Винахідники» вічних двигунів цього не знають, а може, просто не бажають знати. І продовжують пропонувати нові проекти вічних двигунів. Приклад.

Але чи були даремними всі спроби побудувати вічний двигун?

(Ні! Невдачі спонукали вчених по-новому поглянути на проблему, що призвело до відкриття закону збереження енергії).

Великий закон зобов’язаний своїм відкриттям …… саме вічним двигунам, які не виправдали себе.

Ми познайомилися з деякими явищами природи, перевірили за допомогою дослідів правильність наших уявлень про устрої частин світу і тепер впевнено можемо стверджувати:

 

Господарко Природо!

Деякі Ваші хитрощі ми пізнали разом із нашими вчителями!

Вас неможливо перехитрити, але Вас можна пізнати і зрозуміти, щоб жити з Вами в мирі й злагоді!

Притча.

Дуже давно в одному місті жив майстер, оточений учнями. Найбільш здібний  з них якось задумався: «Чи є питання, на яке наш вчитель не зміг би дати відповідь».

Він пішов на квітучу галявину спіймав найкращого метелика й сховав його у долонях. Підійшов до майстра і запитав:

-          Скажіть, який метелик у мене в руках: живий чи мертвий.

Він міцно тримав метелика в замкнутих долонях і був готовий у будь-яку мить стиснути їх заради своєї мети.

Не дивлячись на руки учня, майстер відповів:

-         Все у твоїх руках.

Ось так можна вчинити і з енергією: одні люди використовують її негативно (створюючи ядерні бомби, руйнуючи Всесвіт), інші – позитивно (будуючи електростанції, удосконалюючи новітні технології, що призводить до розвитку суспільства).

Тож бажаю вам використовувати свою енергію тільки позитивно – випромінюючи часточку свого тепла, на благо людства. І тоді будь-яка мета буде вам під силу.

Дякую, діти, за урок , за співпрацю.

Підводимо підсумки уроку.

1.     Що ми виконували на сьогоднішньому уроці? Напишіть.

2.     Чи досягли ви очікуваного результату?

3.     Над якими навичками, вміннями вам ще треба попрацювати?

4.     Чи досяг у цілому клас очікуваних результатів? Чому ви так думаєте?

5.     Що, на вашу думку, могло б бути організовано краще?

6.     Чи був для вас урок цікавим? Що вам найбільше сподобалося?

 

Подобається