Факультативное занятие по теме «Закон сохранения энергии

Скачко Жанна Ивановна, учитель
физики ГУО «Несвижская гимназия»
Класс: 11 класс.
Тема факультативного занятия: «Закон сохранения энергии. Теорема
о кинетической энергии».
Тип занятия: урок закрепления практических умений и навыков.
Цель занятия: предполагается, что в конце учебного занятия учащиеся
будут правильно применять закон сохранения энергии для тел
входящих в замкнутую и незамкнутую физические системы, освоят
способы рационального преобразования математических выражений.
Задачи: способствовать формированию у учащихся устойчивых
навыков решения задач на применение закона сохранения энергии для
тел входящих в замкнутую или незамкнутую физические системы;
развивать логическое и абстрактное мышление; воспитывать у
учащихся уважение к труду учёных, понимание их вклада в познание
процессов, происходящих в природе, в развитие научно-технического
прогресса.
Оборудование: портреты ученых: М.В. Ломоносова, Ю. Майера, Д.
Джоуля, Г. Гемгольц (Приложение 1); карточки с учебными заданиями
и дополнительным материалом.
Ход урока
I. Организационно-мотивационный (до 2-х минут).
Добрый день уважаемые ребята! Сегодня суббота и мы
продолжаем подготовку к централизованному тестированию по физике
в рамках нашего факультативного занятия. На занятии мы рассмотрим
способы решения задачи, в основе которых лежит закон, открытый
учеными, портреты которых вы видите на доске. Назовите их имена.
Да действительно, это М.В. Ломоносов, Ю. Майер, Д. Джоуль, Г.
Гемгольц. Как вы думаете, что их объединяет?
Верно, это учёные, которые являются первооткрывателями закона
сохранения энергии. Думаю, вы понимаете, что открыть закон
сохранения энергии было не лёгким делом. Прошли столетия от первых
шагов, которые сделал Михаил Васильевич Ломоносов, наш
соотечественник, россиянин, формулировавший этот закон, как закон
сохранения материи и движения до количественного описания
процессов, которое удалось сделать Ю.Майеру и Г. Гемгольцу, а позже
и Д. Джоулю. Закон сохранения энергии - эмпирический закон, то есть
закон обобщения многих экспериментальных данных.
II. Актуализация ранее полученных знаний, умений и навыков
(до 3-х минут).
Педагог предлагает учащимся выполнить следующее задание на
установление соответствия: установите соответствие между текстовой
частью таблицы и приведенными формулами.
Таб.1 Карточка №1
1. Механическая энергия замкнутой системы А
сохраняется только при отсутствии перехода этой
энергии во внутреннюю
2. Энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, В
она лишь превращается из одного вида в другой, либо
переходит от одного тела к другому
3. Теплота, сообщаемая системе, расходуется на С
изменение её внутренней энергии и на совершение ею
работы против внешних сил
Q  U  A
E p  E k  const
E p  Ek  E p  Ek  A
Ключ выполнения заданий: 1В, 2С, 3А
Педагог, проводит анализ выполненному заданию, отвечает на
возникшие у учащихся вопросы.
Запись темы занятия.
Учащиеся записывают в тетрадь тему занятия «Закон сохранения
энергии. Теорема о кинетической энергии».
III. Постановка задач учебной деятельности (до 1-ой минуты).
Педагог объясняет важность знания способов решения задач с
применением закона сохранения энергии для успешной сдачи
централизованного тестирования.
VI. Отработка практических умений и навыков (не менее 30-ти
минут).
Знакомство с условием задачи:
Тело массой 800 г скользит из точки А в точку В. В процессе
движения модуль скорости тела изменился от 5,5 м/с до 1,5 м/с, а сила
трения, действующая на тело, совершила работу – 4 Дж. Если высота
точки В относительно нижней точки траектории 1,1 м, то высота
точки А равна … см [2, стр.39 ]
Обсуждение вопросов:
1. Почему в данном случае система является замкнутой?
2. Зачем нужен рисунок при решении данной задачи?
3. Как вы считаете, закон сохранения энергии для замкнутой
системы является законом состояния и законом процесса?
4. Нужно ли рассматривать промежуточные состояния?
Выполнение решения [1, стр.235 ].
Знакомство с условием задачи:
3
Груз массой 100 кг медленно поднимают по наклонной плоскости,
угол наклона которой к горизонту 300, с помощью верёвки, перекинутой
через неподвижный блок, который вращается без трения на оси. При
достижении высоты 2 м верёвка обрывается, и груз соскальзывает
вниз. Если у основания наклонной плоскости модуль скорости груза 2
м/с, то модуль силы, с которой поднимали груз равен… Н. [2, стр.39 ]
Обсуждение вопроса:
1. Почему система считается не замкнутой? (присутствует
диспативная сила – сила трения)
Анализ самостоятельно выполненного решения и решения
предложенного педагогом на основании УМК [1, стр.235].
Знакомство с условием задачи:
Два шара движутся вдоль одной прямой. Шар массой m1 со
скоростью v1 догоняет шар массой m2 , имеющий скорость v2. Какими
станут скорости шаров после абсолютно упругого столкновения? [2,
стр.40 ]
Выполнение рисунка, показывающего процессы, происходящие в
системе «шар – шар» непосредственно перед столкновением и сразу же
после него. (Приложение 2)
Обсуждение вопроса:
1. В каком направлении будут двигаться шары после
столкновения? (Исходя из условия задачи, предсказать нельзя.
Необходимо сделать любое предположение. Если в последствии
окажется, что проекция скорости
шарика на выбранную ось
отрицательна, то это будет означать, что предположение неверно, и
шарик двигался в противоположном направлении.)
Применение к решению законов сохранения импульса и энергии.
m1v1  m2 v 2  m1v1x  m2 v 2
2
m1v1
mv
 2 2
2
2
2
mv
 1 1x
2
2
mv
 2 2
2
2
Обсуждение
способов
дальнейших
математических
преобразований.
Решение задачи учащимся с использованием квадратного
уравнения (по просьбе педагога) на тыльной стороне доски и педагогом
с учащимися класса с использованием способа лианеризации на
лицевой стороне доски.
Обсуждение вопроса:
1. Что значит лианеризация (приведение уравнений к линейным)
и как эффективно её применять.
1. Физкультминутка
4
2. Обучение нахождению путей решения задачи с применением
закона сохранения энергии для замкнутой системы.
Знакомство с условием задачи:
На невесомой нерастяжимой нити длиной 1,28 м висит
небольшой шар массой 58,0 г. Пуля массой 4,00 г, летящая
горизонтально с некоторой скоростью, попадает в шар и застревает в
нём. Если скорость пули была направлена вдоль диаметра, то шар
совершит полный оборот по окружности в вертикальной плоскости
при минимальном значении начальной скорости равном … [3, стр.15]
Действия по выполнению задания:
1. Выполнения рисунка к задаче, выбор нулевого уровня
потенциальной энергии, нанесение на рисунок значений кинетической и
потенциальной энергий для системы «шар - пуля» (Приложение 3).
2. Обсуждение правил применения закона сохранения импульса
для системы «шар – пуля». Выбрав начальное состояние в момент
непосредственно перед попадание пули, а конечное – сразу же после
застревания пули в шаре.
3. Обсуждение правила применения второго закона Ньютона к
системе «шар с пулей» в верхней точке траектории. При записи закона
необходимо учитывать условие «при минимальном значении начальной
скорости».
4. Решение задачи (в случае затруднений – комментарии педагога).
5. Решение задачи с применением теоремы о кинетической
энергии.
Запись математического выражения теоремы о кинетической
энергии и её формулировка.
A  E k (Изменение кинетической энергии цела за некоторый
промежуток времени равно работе результирующих сил, приложенных
к телу, которая выполнена за это же время).
Знакомство с условием задачи:
Велосипедист, начиная движение, разгоняется до скорости 20
м/с. Сравните работы, которые совершает велосипедист при разгоне
до скорости равной 2/3 начальной, и от скорости 2/3 начальной до
скорости 20 м/с. [4, стр.65]
Решение задачи (в случае затруднений – комментарии педагога)
Проверка правильности выполнения.
V. Контрольно-оценочный (до 5 минут).
Соотнесите условие задачи и запись закона сохранения энергии.
1.Тело, соскальзывает с некоторой высоты
A
5
по наклонному жёлобу, делает “мертвую петлю”
в вертикальной плоскости. Радиус петли R. С
какой минимальной высоты H оно должно
соскользнуть, чтобы не сорваться в верхней
точке петли? Трение не учитывать [5, стр.393 ]
2.С какой скоростью вылетает из
пружинного пистолета шарик массой 200 г, если
пружина сжата на 8 см? Известно, что для сжатия
этой пружины на 10 см требуется сила 5 Н [5,
стр.398 ]
3.Два шара массами 2 кг и 3 кг движутся
горизонтально и поступательно навстречу друг
другу со скоростями 8 м/с и 4 м/с и неупруго
сталкиваются. Чему равна скорость шаров после
столкновения [5, стр.405 ]
4.Тело массой m и объёмом V брошено
вертикально вниз с высоты H в воду с начальной
скоростью 0 . На какую глубину h погрузится
тело?
Сопротивлением воздуха и воды
пренебречь
Таб.2 Карточка 2
kx2 mv 2

2
2
B
mgH 
mv0
 gVh  mgh
2
C
mv 2
mgh  mg 2 R 
2
D
m1v1
2
2
m2 v 2
( m  m 2 )v 2
 1
2
2
2

Ключ с ответами: 1C, 2A, 3D, 4B
VI. Подведения итогов урока. Рефлексия (до 2 минут).
Вопросы для проведения рефлексии:
1. В чём отличие в применении закона сохранения энергии для
тел замкнутой и незамкнутой системы?
2. Для какой из систем (замкнутой, незамкнутой) закон сохранения
является законом состояния, а для какой необходимо учитывать
процессы, происходящие в системе?
3. В чём преимущества приёма лианеризации. Когда и как его
применять?
4. Какие трудности возникли в процессе решения задач? Какого
типа задачи необходимо решить повторно?
Список использованных источников.
1. Учебно-методический комплекс Физика. 9-11 классы:
пособие для учителей общеобразоват. Учреждений с белорус. и рус. яз.
обучения / В.И. Анцулевич [и др.]. – 2-е изд. – Минск : Аверсэв, 2012.
2. Анцулевич, В.И. Физика. 11 класс. Повторяю физику,
проверяю себя : рабочая тетрадь : пособие для учащихся общеобразот.
Учреждений с белорус. и рус. яз. обучения – Минск : НИО ; Аверсэв,
2010.
3. Централизованное тестирование. Физика : сборник тестов /
Респ.ин-т контроля знаний М-ва образования Респ. Беларусь. – Минск :
6
Аверсев, 2012. – 47с., [4]л. цв. ил. : ил. – (Школьникам, абитуриентам,
учащимся).
4. Физика в задачах для поступающих в вузы / М.: ООО
«Издательство Оникс» : ООО Издательство «Мир и образование», 2008
-768 с.: ил.
5. Репетитор по физике. Механика. Молекулярная физика.
Термодинамика / И.Л. Касаткина. – Изд-е 5-е, перер. И дополн. / Под
ред. Т.В. Шкиль. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. – 848 с.
Приложение 1.
М.В. Ломоносов
Ю. Майер
Д. Джоуль
Г. Гемгольц
Приложение 2
7
Приложение 3
8