Способ превращения потенциальной энергии в кинетическую. §68. Превращение одного вида механической энергии в другой. Использование энергии Солнца на Земле

1. Приведите примеры превращения кинетической энергии в потенциальную.

Ответ: взлет самолета.

2. Приведите примеры превращения потенциальной энергии в кинетическую.

Ответ: тело падает с высоты с начальной скоростью равной нулю.

3. Приведите примеры тел, которые одновременно обладают и потенциальной и кинетической энергией.

Ответ: водопад, набирающий высоту самолет.

4. Приведите примеры передачи энергии от одного тела к другому.

5. Мяч массой m =0,5 кг свободно падает на землю с высоты h=10 м. Определите его потенциальную энергию на этой высоте, кинетическую энергию и скорость мяча в момент удара о землю.

6. За счет какой энергии совершают работу гидравлические двигатели? Приведите примеры.

7. Какую энергию используют ветряные двигатели? Приведите примеры.

Ответ: ветряные двигатели используют энергию движущегося воздуха - ветра. Энергию ветра иногда называют энергией «голубого огня».

8. Почему ограничено применение ветряных двигателей?

Ответ: экономически целесообразно использовать ветродвигательные установки там, где ветры дуют часто и сильно. Например, в Поволжье, на Алтае.

9. В чем преимущества водяных и воздушных двигателей?

Итоговые тесты
Вариант 1

1. Тело массой 20 кг держат на высоте 0,5 м над столом. Какая работа совершается при этом за 10 с?

Ответ: 1. 10 Дж

2. Насос откачивает бассейн (25х6х2) м3 за 9,8 мин. его мощность

3. Ракета, летящая со скоростью u, разгоняется до вдвое большей скорости. В результате сгорания топлива полная масса ракеты уменьшается вдвое по сравнению с массой до разгона, а кинетическая энергия

Ответ: 1. увеличивается в 2 раза

4. Сможет ли автомобиль, разогнавшийся до скорости 108 км/ч, при отключенном двигателе въехать на холм высотой 30 м? какова скорость автомобиля на вершине холма?

Ответ: 3. да, 64 км/ч

5. Груз весом 20 Н находится на вытянутой руке. Длина руки 60 см. Расстояние от плеча до локтя 30 см. Момент силы относительно локтя и плеча равен

Ответ: 1. 6 Н·м, 12 Н·м

Итоговые тесты
Вариант 1

1. Пять словарей толщиной по 10 см и массой по 2 кг лежат рядом на столе высотой 1 м. Какая работа потребуется, чтобы уложить их друг на друга в одну стопку?

Ответ: 5. нет правильного ответа

2. Для разгона автомобиля массой 1,5 т до скорости 72 км/ч за 5 с требуется мощность

Ответ: 4. 100 кВт

3. Пружина, накопившая энергию при сжатии ее на 3 см, возвращается к положению равновесия. Затем происходит сжатие н а6 см. Энергия, накопленная пружиной при повторном сжатии, по сравнению с первоначальной

Ответ: 1. вдвое больше

4. Тележка, съезжая с горки без начальной скорости, приобретает у ее подножия скорость 12 м/с. Если тележка начинает движение с горки со скоростью 5 м/с, ее скорость у подножия становится равной

Ответ: 4. 13 м/с

5. Пренебрегая массой рычага, найдите показание стрелочных весов (см. рис.)

Базанова Наталья Геннадьевна,

учитель физики, МБОУ СОШ № 85, г. Хабаровск.

Урок. Физика. 7 класс

Тема: Превращение одного вида механической энергии в другой.

Цели:

Образовательная: познакомиться на примерах с превращением одного вида механиче-ской энергии в другой, познакомиться с законом сохранения механической энергии, законом сохранения энергии в природе, применением закона сохранения энергии.

Развивать внимание, память, мышление, любознательность, умение использовать ре-сурсы интернета.

Воспитывать чувство ответственности за сохранение окружающей среды, положитель-ную мотивацию к учению.

Тип урока: изучение нового материала.

План урока:

Организационный момент.

III. Закрепление материала.

IV. Подведение итогов.

V. Домашнее задание.

Ход урока:

I. Организационный момент.

На прошлом уроке мы изучили отдельно потенциальную энергию и кинетическую энергию и теперь сначала вспомним на опыте, который проделали в прошлый раз, что такое потенциальная и кинетическая энергия, а потом посмотрим, как они взаимосвязаны – превращаются один вид механической энергии в другой. Одновременно с опытом будем за-полнять ответы на вопросы в рабочей тетради.

II. Изложение нового материала.

1. Примеры превращения двух видов механической энергии, закон сохранения энергии.

1). Движение тела по наклонной плоскости.

Предлагается пронаблюдать превращение одного вида механической энергии в другой на примере движения металлического цилиндра по наклонной плоскости.

На подставку штатива положили пластмассовую линейку, чтобы получить наклонную плоскость. У основания наклонной плоскости, на небольшом расстоянии положили брусок. На вершину наклонной плоскости положили цилиндр и отпустили его. Цилиндр, скатывается с наклонной плоскости, ударяется о брусок и перемещает его.

Предлагается ответить на вопросы в Рабочей тетради:

Какой энергией обладает цилиндр, поднятый на высоту наклонной плоскости относи-тельно стола? (Потенциальной.)

Потенциальная энергия цилиндра при движении по наклонной плоскости превраща-ется в (кинетическую) энергию.

У основания наклонной плоскости относительно стола цилиндр обладает (нулевой по-тенциальной и максимальной кинетической) энергией.

За счет чего цилиндр приобретает потенциальную энергию при подъеме на вершину наклонной плоскости? (E п =mgh. За счет поднятия над поверхностью стола на высоту наклонной плоскости h.)

При движении цилиндра по наклонной плоскости вниз потенциальная энергия умень-шается. Что при этом происходит? (Высота цилиндра над поверхностью стола уменьша-ется и у основания наклонной плоскости равна 0. Потенциальная энергия цилиндра рав-на 0.)

Что происходит с кинетической энергией цилиндра при его движении вниз по наклон-ной плоскости? (E к =mv 2 /2. При движении вниз по наклонной плоскости скорость цилин-дра увеличивается и его кинетическая энергия увеличивается. У основания наклонной плоскости скорость максимальная и кинетическая энергия максимальная.)

Сделайте вывод о превращении механической энергии цилиндра при его движении по наклонной плоскости. (Произошло постепенное преобразование потенциальной энергии в кинетическую энергию. У основания наклонной плоскости вся потенциальная энергия перешла в кинетическую энергию.)

В идеале, если бы не было потерь энергии на преодоление силы трения, сопротивление воздуха, потенциальная энергия цилиндра до начала движения и кинетическая энергия в конце были бы равны E п =E к. . В промежуточных точках полная механическая энергия цилиндра остается постоянной E=E п +E к. В этом состоит закон превращения одного вида механической энергии в другой вид, закон сохранения механической энергии.

2). Колебание маятника.

Предлагается пронаблюдать опыт из Работы дома в Рабочей тетради - превращение по-тенциальной энергии в кинетическую (и обратно) при колебании маятника. Показ компью-терной анимации на экране.

Подвесили шарик на нити к опоре, получится маятник. Если шарик отклонить в сторо-ну, поднять на некоторую высоту и отпустить, то шарик качнется в другую сторону, пройдет серединную точку и отклонится в другую сторону. Маятник совершает колебания.

Нужно ответить на вопросы:

Какие превращения энергии происходят при колебаниях маятника? (При движении вниз под действием силы тяжести потенциальная энергия шарика уменьшается, кинетическая энергия возрастает, потенциальная энергия превращается в кинетическую.)

В каком положении маятник имеет наибольшую потенциальную энергию? (В верхней крайней точке, когда высота максимальная.)

Наименьшую потенциальную энергию? (При прохождении нижней, серединной точки, когда высота минимальная.)

(На диаграмме компьютерной анимации видно преобразование потенциальной энергии в кинетическую и обратно.)

В каком положении маятник имеет наибольшую кинетическую энергию? (В нижней, серединной точке. когда скорость максимальная.)

Наименьшую кинетическую энергию? (В верхней крайней точке, когда скорость ну-левая.)

Сделайте вывод о превращении и сохранении энергии при колебательном движении. (В нижней точке шарик обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять качнуться почти до прежней высоты. При движении вверх, кинетическая энергия превращается в потенциальную. Поднявшись вверх, шарик вновь качнется вниз, а затем снова вверх. Периодически два вида механической энергии переходят друг в друга. Общая механическая энергия маятника сохраняется.)

Показ видеоролика о работе Маятника Максвелла, описанного в учебнике. Прибор де-монстрирует явление превращения потенциальной и кинетической энергии. Видеоролик опыта взят с сайта «Классная физика» http://class-fizika.narod.ru.

4). Удар резинового мячика об пол.

В учебнике приведен еще один опыт - пример превращения потенциальной энергии в кинетическую для шарика, который бросают с какой-то высоты над уровнем стола. Показ фрагмента видео урока http://class-fizika.narod.ru.

Эти опыты демонстрируют закон сохранения механической энергии: «Энергия при механических процессах превращается из одного вида в другой и сохраняется неизменной для замкнутой системы тел».

Замкнутой системой называют тела, которые условно считают изолированными от других воздействий. Если еще учесть другие посторонние воздействия – силу трения и др., то получится более сложная система. Поэтому условно ограничивают тела, которые рассматривают и называют эту систему тел замкнутой.

Вернемся к нашему опыту движения металлического цилиндра по наклонной плоско-сти. Цилиндр, скатившись по наклонной плоскости, ударяется о брусок и перемещает его. Энергия может передаваться от одного тела к другому. Закон превращения одного вида ме-ханической энергии в другой касается не только одного движущегося тела, но и нескольких взаимодействующих тел.

С таким превращением энергии мы встречаемся не только в механических процессах, но и более широко во всех явлениях природы. Механическая энергия может переходить и в другие виды энергии – тепловую, электрическую, причем полная энергия замкнутой системы остается постоянной. В этом состоит более общий закон сохранения энергии в природе: «Полная энергия замкнутой системы остается постоянной при всех изменениях, происходящих внутри этой системы». Закон сохранения энергии является фундаментальным законом природы: «Энергия не создается и не уничтожается, а только переходит от одного тела к другому, превращается из одного вида в другой» . Такое превращение различных видов энергии в природе используется в технике.

2. «Энергия движущейся воды и ветра» - сообщение ученика с презентацией по до-полнительному материалу к параграфу учебника «Это любопытно…» и интернета. О гидравлических и ветряных двигателях, об использовании экологически чистых источников энергии, создании экологически чистых двигателей.

Показ моделей ветряного генератора и гидрогенератора.

3. Решение задачи на превращение энергии.

«Мяч массой 5 кг свободно падает на землю с высоты 5 м. Определите кинетическую энергию и скорость мяча в момент удара о землю.»

Объяснение решения задачи: Для нахождения кинетической энергии есть масса тела, а скорости нет. Используем закон сохранения механической энергии. Когда мяч находился на высоте h над землей он обладал потенциальной энергией и вся потенциальная энергия при падении мяча перешла в кинетическую. E к =E п =mgh=5х10х5=250 Дж. Скорость находим из формулы кинетической энергии E к =mv 2 /2, v 2 =2E к /m, v= = =100 Дж.

На следующем уроке будем мы решать задачи на примеры тел, обладающих одновременно кинетической и потенциальной энергией.

Закон сохранения механической энергии касается проблемы создания вечного двигате-ля.

4. «Механический вечный двигатель» - сообщение учеников с презентацией по до-полнительному материалу. О многочисленных безуспешных попытках создания механических устройств, которые после запуска могли бы совершать работу неограниченно долгое время. Машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого времени полностью израсходует имевшийся в ней запас на преодоление сил сопротивления и остановится. Согласно закону сохранения энергии, создание вечного двигателя невозможно.

Показ модели механического вечного двигателя.

Показ устройства модели механического вечного двигателя и объяснение, почему дви-гатель не работает. Показ поддельных компьютерных анимаций, видеосъемки из интернета, демонстрирующих работу вечного двигателя.

III. Закрепление материала.

Тест (выбрать один из вариантов ответов):

1. Камень падает на землю. Какие превращения энергии происходят?

Кинетическая энергия камня превращается в его потенциальную энергию,

Потенциальная энергия камня превращается в его кинетическую энергию,

2. Мальчик завел ключиком игрушечный автомобиль. Пружина стала обладать механи-ческой энергией. Какой переход энергии происходит при движении автомобиля?

Никаких превращений энергии не происходит.

3. Какие превращения энергии происходят при движении маятника из точки В в точку А?

Кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию,

Потенциальная энергия камня превращается в кинетическую энергию,

Никаких превращений энергии не происходит.

4. Теннисный шарик падает на стальную плиту и подскакивает на такую же высоту. На каком участке траектории его потенциальная энергия увеличивается, а кинетическая умень-шается?

При движении от верхней точки траектории вниз,

При движении от нижней точки траектории вверх,

На любом участке траектории,

Такого участка траектории не имеется.

(Сайт «Классная физика» http://class-fizika.narod.ru)

IV. Подведение итогов.

С помощью различных опытов мы познакомились с превращением и сохранением ме-ханической энергии. Познакомились с законом превращения и сохранения энергии в приро-де. Применением закона сохранения энергии в технике, для решения задач. На следующем уроке мы продолжим решать задачи на превращение и сохранение энергии.

V. Домашнее задание: п. 64, упр. 33 № 1-3, задания в рабочей тетради.

Литература:

1. Физика. 7 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / А.В. Перышкин. - М.: Дрофа, 2008.

2. УМК. Рабочая тетрадь по физике: 7 класс: к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 7 класс» / Р.Д. Минькова, В.В. Иванова. - М.: Издательство «Экзамен», 2008.

4. УМК. Тесты по физике: 7 класс: к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 7 класс» / А.В. Чеботарёва. - М.: Издательство «Экзамен», 2008.

5. Сборник задач по физике для 7-9 классов / В.И. Лукашик, Е.В. Иванова. - М.: Просвещение, 2008.

6. Тематическое и поурочное планирование по физике: 7-й кл.: к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 7 класс» / Р.Д. Минькова, Е.Н. Панаиоти. - М.: Издательство «Экзамен», 2008.

На сегодняшнем уроке мы изучим закон сохранения энергии и вспомним о преобразованиях одних типов механической энергии в другие при движении тел, повторим такое понятие, как полная механическая энергия тела. Затем поговорим о процессах, в которых будут иметь место одновременно преобразования механической энергии и внутренней и их взаимные превращения. Также вспомним понятия «замкнутая система» и «теплоизолированная система». На протяжении урока мы неоднократно будем обращаться к истории исследования физических явлений и вспомним величайших ученных, которые внесли свой вклад в развитие представлений об изучаемом разделе физики.

Вопросами преобразований механической и внутренней энергий очень активно занимались в XIX веке. Основные исследования были проведены следующими учеными.

Немецкий ученый Юлиус Майер (рис. 8) показал в своих экспериментах, что возможны взаимные превращения внутренней и механической энергий и что изменения внутренней энергии в таких процессах эквивалентно совершенной работе.

Отдельный интерес составляет работа английского ученого Джеймса Джоуля (рис. 9), который с помощью ряда экспериментов получил доказательство того, что между совершенной над телом работой и его изменением внутренней энергии существует точное равенство.

Особый интерес представляет тот факт, что 1843 году французский инженер Густав Гирн (рис. 10) с помощью серии своих экспериментов попытался развенчать то, что доказывали Майер и Джоуль, но результаты его экспериментов только еще раз доказали соответствие в превращениях механической энергии во внутреннюю.

Для возможности корректного описания процессов теплообмена важно, чтобы система, в которой они происходят, была теплоизолированной и внешние теплообменные процессы не влияли на тела, находящиеся в рассматриваемой системе (рис. 11).

Рис. 11. Замкнутая система

В таком случае выполнен закон сохранения энергии : если система является замкнутой и теплоизолированной, то энергия в этой системе остается неизменной.

Замечание . Данный закон еще очень часто именуют основным законом природы.

Сегодня мы поговорили о взаимных превращениях различных типов механической энергии друг в друга: механической в тепловую, тепловой в механическую. Кроме того, мы рассмотрели важнейший закон физики - закон сохранения энергии.

На следующем уроке мы изучим уравнение теплового баланса.

Список литературы

Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

Интернет-портал «sch119comp2.narod.ru» ()
Интернет-портал «youtube.com» ()

Домашнее задание

1. Приведите примеры превращения кинетической энергии в потенциальную.
Взлет самолета

2. Приведите примеры превращения потенциальной энергии в кинетическую
Тело падает с высоты с начальной скоростью равной нулю

3. Приведите примеры тел, которые одновременно обладают и потенциальной и кинетической энергией.
Водопад, набирающий высоту самолет

4. Приведите примеры передачи энергии от одного тела к другому.

5. Мяч массой m =0,5 кг свободно падает на землю с высоты h=10 м. Определите его потенциальную энергию на этой высоте, кинетическую энергию и скорость мяча в момент удара о землю.

6. За счет какой энергии совершают работу гидравлические двигатели? Приведите примеры.

7. Какую энергию используют ветряные двигатели? Приведите примеры.
Ветряные двигатели используют энергию движущегося воздуха – ветра. Энергию ветра иногда называют энергией «голубого огня».

8. Почему ограничено применение ветряных двигателей?
Экономически целесообразно использовать ветродвигательные установки там, где ветры дуют часто и сильно. Например, в Поволжье, на Алтае.

9. В чем преимущества водяных и воздушных двигателей?

Итоговые тесты

Вариант 1

1. Тело массой 20 кг держат на высоте 0,5 м над столом. Какая раьота совершается при этом за 10 с?
1. 10 Дж

2. Насос откачивает бассейн (25х6х2) м3 за 9,8 мин. его мощность
5 нет правильного ответа

4. Сможет ли автомобиль, разогнавшийся до скорости 108 км/ч, при отключенном двигателе въехать на холм высотой 30 м? какова скорость автомобиля на вершине холма?
3 да, 64 км/ч

5. Груз весом 20 Н находится на вытянутой руке. Длина руки 60 см. Расстояние от плеча до локтя 30 см. Момент силы относительно локтя и плеча равен
1. 6 Н·м, 12 Н·м

Вариант 2

1. Пять словарей толщиной по 10 см и массой по 2 кг лежат рядом на столе высотой 1 м. Какая работа потребуется, чтобы уложить их друг на друга в одну стопку?
5. нет правильного ответа

2. Для разгона автомобиля массой 1,5 т до скорости 72 км/ч за 5 с требуется мощность
4. 100 кВт

5. Пренебрегая массой рычага, найдите показание стрелочных весов (см. рис.)

В природе, технике и быту можно часто наблюдать превращения одного вида механической, энергии в другой: потенциальной в кинетическую и кинетической в потенциальную, например, при падении воды с плотины ее потенциальная энергия превращается в кинетическую. В качающемся маятнике периодически эти виды энергии переходят друг в друга.

Очень удобно явление превращения одного вида механической энергии в другой наблюдать на приборе, изображенном на рисунке 176. Накручивая на ось нить, поднимают диск прибора. Диск, поднятый вверх, обладает некоторой потенциальной энергией. Если его отпустить, то он, вращаясь, начнет падать. По мере.падения потенциальная энергия диска уменьшается, но вместе, с тем.возрастает его кинетическая энергия. В конце падения диск обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять подняться почти до прежней высоты. Поднявшись вверх, диск снова падает, а затем снова поднимается. В этом опыте при движении диска вниз его потенциальная энергия превращается в кинетическую , а при движении вверх кинетическая энергия превращается в потенциальную.

Превращение энергии из одного вида в другой происходит также при ударе двух каких-нибудь упругих тел, например резинового мяча о пол или стального шарика о стальную плиту.

Если поднять над стальной плитой стальной шарик (рис. 177) и выпустить затем его из рук, то он будет падать. По мере падения шарика его потенциальная энергия убывает, а кинетическая растет, так как увеличивается скорость движения шарика. При ударе шарика о плиту произойдет сжатие, как шарика, так и плиты, и кинетическая энергия, которой шарик обладал, превратится в потенциальную энергию сжатой плиты и сжатого шарика. Затем благодаря действию упругих сил плита и шарик примут свою первоначальную форму, шарик отскочит от плиты, а их потенциальная энергия вновь превратится в кинетическую энергию шарика: шарик отскочит вверх со скоростью, равной скорости, которой обладал в момент удара о плиту. При подъеме вверх скорость шарика, а следовательно, и его кинетическая энергия уменьшается, потенциальная энергия растет. Отскочив от плиты, шарик поднимается почти до той же высоты, с которой начал падать. В верхней точке подъема вся его кинетическая энергия вновь превратится в потенциальную.

Явления природы обычно сопровождаются превращением одного вида энергии в другой.

Энергия может и передаваться от одного тела к другому. Так, например, при стрельбе из лука потенциальная энергия натянутой тетивы переходит в кинетическую энергию летящей стрелы.

Вопросы. 1. Как на опыте можно показать превращение одного вида механической энергии в другой? 2. Какие превращения энергии происходят при ударе стального шарика о стальную плиту? 3. Какие превращения энергии происходят при падении воды с плотины?

Упражнения.

Укажите превращение одного вида энергии в другой в следующих ду случаях:

при падении воды водопада;
при бросании мяча вертикально вверх;
при закручивании пружины наручных часов;
на примере дверной пружины.

Массы падающих тел одинаковы. Одинаковы ли значения потенциальной энергии тел на одной и той же высоте и одинаковы ли значения кинетической энергии на этой высоте?
Приведите примеры тел, обладающих одновременно кинетической и потенциальной энергией.

Задания.

Изготовьте нитяной и пружинный маятники. Пронаблюдайте за их колебаниями. Кратко опишите превращения энергии, происходящие при колебании этих маятников.

Указание.

Нитяной маятник состоит из нити, на конце которой укреплен груз.

Пружинный маятник представляет собой пружину, к концу которой подвешен груз. Во время опыта верхний конец пружины укрепляют или держат в руке, груз слегка оттягивают вниз и отпускают.

Прочтите в конце учебника параграф «Энергия движущейся воды и ветра. Гидравлические и ветряные двигатели». Подготовьте доклады на темы:

От водяных колес до современных гидротурбин.
Ветряные двигатели и их применение .