Тема урока: Закон сохранения полной механической энергии

Тема урока: Закон сохранения полной механической энергии.

Цели: Образовательные: ввести понятие о полной механической энергии.

Воспитательные: расширить знания учащихся о связи физики с жизнью.

Развивающие: с целью развития устойчивости внимания учащихся чередовать объяснение нового материала с решением задач.

Тип урока: комбинированный урок. После изучения понятий кинетическая энергия, потенциальная энергия и работа и их преобразований, предлагается урок изучения закона сохранения полной механической энергии.

План урока:

1.  Организационный момент, приветствие учащихся.

2.  Повторение ранее пройденного материала.

3.  Мотивация.

4.  Изучение нового материала.

5.  Закрепление, запись основных понятий в тетрадь.

6.  Решение задачи у доски.

7.  Самостоятельное решение задачи в тетрадях.

8.  Домашнее задание.

9.  Выводы по уроку.

Ход урока:

Здравствуйте, присаживайтесь.

1 этап. Повторение ранее пройденного материала.

Повторим некоторые понятия, которые были изучены на предыдущих занятиях: кинетическая энергия, потенциальная энергия, работа и выражения для них.

2 этап. Мотивация. Показ опыта.

На предыдущих уроках мы изучали такие физические понятия, как кинетическая и потенциальная энергия. Вопрос: если мел поднять над поверхностью пола (которая берётся за нулевой уровень), то он будет обладать кинетической энергией. Если его отпустить, то он начнёт двигаться под действием силы тяжести. Когда он достигнет пола, то вся его потенциальная энергия перейдёт в кинетическую. Когда же он окажется на полу, то он не будет обладать не кинетической, не потенциальной энергией. Показывается видеофрагмент, где подбрасывают шарик вертикально вверх. Во время просмотра, видео останавливают, задаются вопросы (каковы потенциальная/кинетическая энергия в данной точке (вверху, внизу)? Куда же делась эта энергия, когда тело упало? и т. д.). Слушаются мнения учащихся, делаются выводы.

3 этап. Изучение нового материала.

Рассмотрим, как изменяется энергия замкнутой системы тел. Напомните, что такое замкнутая система? (ученики отвечают) Такая система может обладать и кинетической, и потенциальной энергией. Кинетической - потому, что тела системы могут двигаться, потенциальной - потому, что тела системы взаимодействуют друг с другом. И та и другая энергия системы может изменяться с течением времени.

Обозначим через Еp1, потенциальную энергию системы в какой-то момент времени, а через Ек1, общую кинетическую энергию системы тел в тот же момент времени. Потенциальную и кинетическую энергии этих же тел в какой-нибудь другой момент времени обозначим соответственно через Еp2 и Еk2.

На предыдущих уроках мы установили, что, когда тела взаимодействуют друг с другом силами тяжести или упругости, совершенная этими силами работа равная взятому с противоположным знаком изменению потенциальной энергии тел системы:

А= - (Ер2 - Ep1).

С другой стороны, согласно теореме о кинетической энергии, эта же работа равна изменению кинетической энергии:

А=Еk2 - Еk1

В левых частях равенств стоит одна и та же величина - работа сил взаимодействия системы. Значит, и правые части равны друг другу:

Еk2 - Ek1= - (ЕР2 - Ep1)

Из этого равенства видно, что кинетическая и потенциальная энергия в результате взаимодействия и движения тел изменяется так, что увеличение одной из них равно уменьшению другой. На сколько одна из них возрастает, на столько же другая уменьшается. Дело выглядит так, как будто бы происходит превращение одного вида энергии в другой. В этом состоит важная особенность величины, называемой энергией: есть различные формы энергии, и они могут превращаться одна в другую. Но ни об одной из них нельзя сказать, что она сохраняется.

Если из двух видов энергии один уменьшается ровно на столько, на сколько увеличивается другой, то это значит, что сумма энергий обоих видов остаётся неизменной. Это видно из предыдущей формулы, которую можно переписать в следующем виде:

Ek1 + Ep1=Ek2 + ЕР2

В левой части равенства мы видим сумму кинетической и потенциальной энергии системы тел в какой-то момент времени, в правой - ту же сумму в другой момент времени. Эта сумма называется полной механической энергией системы. Для системы двух тел, в которой действует сила тяжести, например для системы «Земля - падающее тело» или «Земля - тело, брошенное вверх», она равна:

Если между телами системы действует сила упругости, то полная механическая энергия запишется так:

Равенство энергий в разные промежутки времени означает, что полная механическая энергия замкнутой системы тел остаётся неизменной, сохраняется. В этом состоит закон сохранения энергии.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остаётся неизменной при любых движениях тел системы.

Тот факт, что одна и та же работа приводит к увеличению кинетической или к такому же уменьшению потенциальной энергии, означает, что работа равна энергии, превратившейся из одного вида в другой. Мы видели, например, что положительная работа силы равна уменьшению потенциальной энергии. Но, согласно закону сохранения полной энергии, потенциальная энергия не может уменьшаться, не превратившись в энергию кинетическую!

4 этап. Закрепление материала. Подведение итогов.

А теперь запишем закон сохранения энергии в тетрадь (ученики открывают тетради и записывают).

Закон сохранения энергии, как и закон сохранения импульса, можно использовать для решения многих механических задач. Этим способом многие задачи решаются более просто, чем при прямом применении законов движения. Рассмотрим следующую задачу:

Какой высоты достигает тело, брошенное по вертикали вверх с начальной скоростью v0? Решим эту задачу у доски.

А теперь самостоятельно найдите такую высоту, при которой потенциальная и кинетическая энергии будут равны.

Домашнее задание: прочитать параграф 48 учебника (Кикоин), решить упражнения 4, 5 к этому параграфу. На следующем уроке будут собраны тетради на проверку.

Делаются выводы по уроку, выставляются оценки по итогам урока.

Деятельность учителя	Деятельность ученика
1 этап – повторение ранее изученного. Мотивация. Показ опыта. 2 этап – лекция. 3 этап – диктовка определений и понятий для записи в тетрадь. 4 этап – решение задачи у доски. Подведение итогов.	1 этап – обсуждение опыта с учителем. 2 этап – прослушивание нового материала. 3 этап – запись изученного материала в тетрадь. 4 этап – просмотр примера решения и самостоятельное решение задачи в тетради
Сочетание четырёх элементов дидактического цикла позволяет лучше усваивать знания учениками, чем при обычном прослушивании лекции или решении задач.