Лекция учителя по теме «Энергия

1
Конспект по теме «Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия»
Цели урока:
Образовательные:
 познакомить учащихся с понятием «энергия» как способностью тела совершать работу;
 ввести понятие кинетической и потенциальной энергии;
 проанализировать зависимость потенциальной энергии поднятого тела от его массы и
высоты подъёма и кинетической энергии от массы тела и его скорости.
Развивающие:
способствовать развитию познавательного интереса, мыслительной деятельности средствами
ИКТ.
Воспитательные: воспитывать уважительное отношение к мнению одноклассников, интереса к
предмету, умение работать в группе.
Ход урока
I Организационный этап
II Выполнение контрольной работы № 6
Вариант 1
1. Какую работу совершает двигатель пылесоса мощностью 1000 Вт за 5 минут?
2. Что такое КПД простого механизма? Может ли он быть больше 100%?
Вариант 2
1. Тело массой 10 кг подняли на высоту 2 м. Определите работу силы тяжести.
2. При подъёме тела была совершена работа 400 Дж за 5 с. Определите мощность,
развиваемую при этом.
Вариант 3
1. На поршень насоса действует сила 100кН. Какая работа совершается при подъёме поршня
на 30 см?
2. Самосвал при перевозке груза развивает мощность 40кВт. Какую работу совершает
двигатель за 10 минут?
Вариант 4
1. Определите силу, действующую на правое плечо рычага длиной 10см, если на левое плечо
длиной 2 см действует сила 25 Н.
2. Какую мощность развивает человек поднимающий ведро воды весом 70 Н из колодца
глубиной 10 м за 10 с?
III Изучение нового теоретического материала
Слайд 2. Вспомним, что с термином "КПД" мы познакомились на примере с погрузкой яблок,
а с термином "мощность" – на примере работы подъемных кранов. Рассмотрим теперь несколько
ситуаций, которые помогут нам ввести термин "энергия".
Ситуация первая – грузчики работают на стройке. Посмотрите на рисунок (щелчок мышью).
Один из них может поднимать по десятку кирпичей, а другой – только по два кирпича.
Говорят, что у толстячка больше энергии, так как он способен выполнить больше работы.
Тем не менее и он не может работать бесконечно (щелчок мышью). Грузчики утомляются, и им
нужно "подкрепиться". То есть по мере совершения грузчиками работы их способность совершать
новую работу (то есть их энергия) уменьшается. Обобщенно мы скажем (щелчок мышью): при
совершении телом механической работы его собственная энергия уменьшается.
Слайд 3. Ситуация вторая (щелчок мышью). Первобытный человек совершает механическую
работу над камнем – поднимает его. В отличие от первой ситуации, в качестве рассматриваемого
2
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 (щелчок мышью), упасть и разбить орех, то есть совершить работу, на выполнение
которой прежней энергии камня было недостаточно.
Слайд 4. При совершении механической работы энергия тел обязательно изменяется: у
одних тел она уменьшается, у других – увеличивается. Например, при раскалывании ореха энергия
камня уменьшается, а энергия ореха (точнее, уже его осколков) увеличивается. Это
подтверждается тем, что осколки, приобретая большую скорость (щелчок мышью), разлетаются
далеко от того места, где лежал орех.
Аналогично, при подъеме кирпичей (щелчок мышью) энергия грузчика уменьшается, а
энергия кирпичей увеличивается. Запомните: работа – мера изменения энергии. Это значит, что
изменение энергии тел (ее возрастание или убывание) равно совершенной работе. Например,
сколько джоулей работы совершит грузчик, поднимая кирпичи, на столько же джоулей
уменьшится его энергия, и на столько же джоулей увеличится энергия кирпичей.
Слайд 5. Итак, энергия – физическая величина, характеризующая способность тел совершать
работу (щелчок мышью). Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел
(система тел) могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией.
Сжатая пружина (щелчок мышью), распрямляясь, может совершить работу, например,
поднять на высоту груз.
Способностью совершить работу обладает и всякое движущееся тело (щелчок мышью). Так,
скатившийся с наклонной плоскости стальной шарик, ударившись о деревянный брусок (щелчок
мышью), передвигает его на некоторое расстояние. При этом совершается работа.
Энергию выражают в системе СИ в тех же единицах, что и работу, т.е. в джоулях.
Обозначают энергию буквой Е. Чем большую работу может совершить тело, тем большей
энергией оно обладает. И наоборот.
Слайд 6. Энергия не существует сама мо себе, как, например, существуют стол, стул,
футбольный мяч и другие предметы: она, подобно высоте стола, ширине стула, диаметру мяча,
лишь характеризует движение и взаимодействие тел (щелчок мышью).
Взаимодействие Земли и поднятого над её поверхностью тела характеризует потенциальная
энергия. Потенциальной энергией называется энергия, которая определяется взаимным
положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела (щелчок мышью).
Слайд 7. Обратимся к рисунку (щелчок мышью). При всплытии мяч может совершить
механическую работу, например, вытолкнуть ладонь из воды на поверхность (щелчок мышью).
Расположенная на некоторой высоте гиря также может совершить работу – расколоть орех. И,
наконец (щелчок мышью), натянутая тетива лука может вытолкнуть стрелу. Следовательно,
рассмотренные тела обладают энергией. Все они обладают энергией потому, что взаимодействуют
с другими телами (или частями тела).
Мяч взаимодействует с водой (щелчок мышью) – архимедова сила выталкивает его на
поверхность. Гиря (щелчок мышью) взаимодействует с Землей – сила тяжести тянет гирю вниз.
Тетива (щелчок мышью) взаимодействует с другими частями лука – ее натягивает сила упругости
изогнутого древка лука. Следовательно, всплывающий мяч, поднятая гиря и натянутая тетива лука
– примеры тел, обладающих потенциальной энергией.
Слайд 8. Огромной потенциальной энергией обладает вода в реках, удерживаемая
плотинами. Падая вниз, вода совершает работу, приводя в движение мощные турбины
электростанций.
Потенциальную энергию молота копра используют в строительстве для совершения работы
по забиванию свай.
Энергию сжатых и закрученных пружин используют, например, в ручных часах,
разнообразных заводных игрушках
3
Слайд 9. Если считать потенциальную энергию тела (Еп), лежащего на Земле, равной нулю,
то потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту (щелчок мышью), определится
работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на землю. Поскольку Еп = А, а работа,
как мы знаем, равна произведению силы на путь (щелчок мышью), то А=Fh, где F – сила тяжести.
Значит, в этом случае и потенциальная энергия Еп равна (щелчок мышью): Еп=Fh, или Еп=gmh.
Слайд 10. Потенциальная энергия одного и того же тела может быть различной по
отношению к различным телам (или наблюдателям). 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 энергией,
чем по отношению к ореху № 2.
Потенциальная энергия зависит от силы взаимодействия тел (или частей тела) и
расстояния между ними. Например, чем большая сила упругости древка натягивает тетиву и чем
дальше она оттянута, тем больше потенциальная энергия.
Слайд 11. Взгляните – катящийся шар сбивает кегли, и они разлетаются по сторонам. Только
что выключенный вентилятор еще некоторое время продолжает вращаться, создавая поток
воздуха. Обладают ли эти тела энергией?
И шар, и лопасти вентилятора, совершают механическую работу. Значит, обладают энергией.
И шар, и лопасти вентилятора обладают энергией потому, что движутся. Энергию движущихся тел
в физике называют кинетической энергией (греч. "кинема" – движение) (щелчок мышью).
Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией.
Слайд 12. Кинетическая энергия зависит от массы тела и скорости его движения
(перемещения в пространстве или вращения). Например, чем больше будет масса шара (щелчок
мышью), тем больше энергии он передаст кеглям при ударе, тем дальше они разлетятся (щелчок
мышью).
Чем больше будет скорость вращения лопастей вентилятора (щелчок мышью), тем на
большее расстояние переместит вентилятор струю воздуха.
Слайд 13. С точки зрения различных наблюдателей кинетическая энергия одного и того же
тела может быть различной. Например, с точки зрения нас, читателей этой книги, кинетическая
энергия пня на дороге равна нулю, так как пень не движется. Однако по отношению к
велосипедисту пень обладает кинетической энергией, так как стремительно приближается. В
случае столкновения он совершит очень неприятную механическую работу – погнет детали
велосипеда.
Слайд 14. Кинетическая энергия обозначается буквой Ек (щелчок мышью). Для того, чтобы
определить кинетическую энергию тела, применяют формулу (щелчок мышью): Ек =mv2 /2.
Кинетическую энергию тел используют в технике. Удерживаемая плотиной вода, обладает,
как было уже сказано, большой потенциальной энергией. При падении с плотины вода движется и
имеет такую же большую кинетическую энергию.
Слайд 15. Все тела в природе относительно условного нулевого значения обладают либо
потенциальной, либо кинетической энергией, а иногда той и другой вместе. Например,
опускающийся при помощи парашюта груз (щелчок мышью), обладает относительно Земли и
кинетической, и потенциальной энергией.
Слайд 16. Мы познакомились с кинетической и потенциальной энергией тел. Это два вида
(щелчок мышью) механической энергии. Механической энергией тела в физике называют
(щелчок мышью) сумму кинетической и потенциальной энергий тела. Иные виды энергии
(электрическая, внутренняя и др.) будут рассмотрены в других разделах курса физики.
4
IV Исследовательский этап.
Групповая работа:
1. Решение интерактивной задачи "Вычисление потенциальной энергии тела при действии
силы тяжести".
2. Решение интерактивной задачи "Вычисление кинетической энергии".
V Подведение итогов урока
К какому выводу мы пришли в результате решения интерактивных задач?
Как влияют масса тела и его высота над землёй на величину потенциальной энергии?
Как влияют масса тела и его скорость на величину кинетической энергии?
VI Домашнее задание §62, 63, упр. 32(1,4)