Открытый урок "Закон сохранения энергии" в 8 классе

«Примеры при обучении полезнее правил»

И. Ньютон

Тема урока: «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах»

Тип урока: комбинированный урок с привлечением межпредметных связей

Цели урока:

• рассмотреть и систематизировать примеры превращений энергии в механических и тепловых процессах;

• показать универсальность ЗСЭ на примерах механических, тепловых процессов и процессов происходящих в живой и неживой природе, опираясь на уже имеющиеся знания и межпредметные связи;

• выяснить физическое содержание ЗСЭ;

• показать практическое применение ЗСЭ при решении задач.

Оборудование:

Мяч, заводная игрушка, математический маятник и маятник Максвелла, модели ДВС и паровой турбины, пробирка с водой, закрытая пробкой, спиртовка, компьютер, проектор, экран, презентация к уроку (приложение 4), пакеты заданий для учащихся

На каждом столе у учащихся – подготовленная для заполнения таблица (приложение 1), лист с задачами для урока (приложение 2).

Ход урока.

1. Актуализация знаний (фронтальный опрос)

1. Какие превращения энергии происходят при движении камня, брошенного вверх?

2. Резиновый мяч упал на пол и отскочил вверх. Какие превращения механической энергии произошли при этом?

3. Груз, подвешенный на нити совершает колебания. Какие превращения энергии происходят при этом?

4. Автомобиль движется равномерно и прямолинейно по горизонтальной дороге. На что расходуется энергия топлива?

5. Какие превращения энергии происходят при выстреле из пружинного пистолета?

6. Какие превращения энергии происходят при торможении автомобиля?

7. На каком физическом явлении основан способ получения огня трением?

8. Опишите превращения энергии, которые происходят при падении на пол пластилинового шарика?

9. Какие превращения энергии происходят при вылете пробки из пробирки с кипящей водой?

10. Сжатую металлическую пружину поместили в сосуд с кислотой и растворили её. Куда исчезла потенциальная энергия сжатой пружины?

1. Объяснение нового материала.

Слайд 1: Цитата Ломоносова и анимация «Колыбель Ньютона». Учитель обращается к обучающимся: « Это изобретение, придуманное английским актёром Саймоном Пребблом в 1967 году, сегодня часто встречаемое на письменных столах в кабинетах и офисах. На самом деле это устройство называется маятник Ньютона, и изобретено оно было для демонстрации «верховного закона природы» – как вы думаете, какого? - закона сохранения энергии. Сегодня мы будем говорить об энергии, энергетических превращениях и о самом фундаментальном законе природы – законе сохранения энергии. Мы будем наблюдать, рассуждать, анализировать энергетические превращения в живой и неживой природе во всём, что нас окружает. Этот анализ будет служить основой нашего вывода. Мы заново откроем ЗСЭ на основе наблюдений и обобщений опытных фактов.

Записываем тему урока «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах».

Какая цель на уроке? – изучить закон сохранения энергии.

Что мы для этого должны узнать? Какие задачи решить?

- определить виды механической энергии;

- узнать закон сохранения энергии;

- получить формулу для закона сохранения энергии;

- вспомнить размерность энергии в системе СИ;

- научиться применять знания на практике.

Итак, «энергия»… С этим понятием связана вся наша повседневная жизнь – она обогревает дома, приводит в движение и заставляет работать бытовые приборы.

Слайд 4: Какие 2 вида механической энергии вы знаете?

( потенциальная и кинетическая) . Приведите примеры перехода кинетической энергии в потенциальную и наоборот. ( вам поможет учебник, стр.32-33. Заполните самостоятельно первую колонку в таблице. (см. приложение 1).

Демонстрационный эксперимент 1 с падением резинового и пластилинового шарика с небольшой одинаковой высоты на одну и ту же поверхность.

Два шарика одинаковых размеров: один – резиновый, а второй – пластилиновый, свободно падают с одинаковой высоты на поверхность кафедры. Что происходит с шариками? – Резиновый шарик отскакивает от стола, а пластилиновый «прилипает» к столу.

Поднимается ли резиновый шарик на ту же высоту, с которой он упал? – Нет, он поднимается на меньшую высоту.

С чем это связано? – Часть его полной механической энергии при соударении с кафедрой перешла во внутреннюю энергию.

А почему пластилиновый шарик не отскочил от кафедры? – Его полная механическая энергия при соударении и деформации пластилинового шарика полностью перешла во внутреннюю энергию шарика.

Благодаря каким силам в первом эксперименте механическая энергия маятника преобразуется во внутреннюю? – Механическая энергия маятника преобразуется во внутреннюю благодаря действию сил трения.

А во втором эксперименте какие силы преобразуют механическую энергию шариков во внутреннюю? – Силы трения и силы упругости.

Какой же вывод мы с Вами можем сделать из всех поставленных экспериментов? Что энергия не исчезает и не появляется вновь. Она только переходит от одного тела к другому и из одного вида в другой.

Проверяем ответы (слайд 5)

Слайд 6. Иллюстрация перехода кинетической энергии в потенциальную и наоборот.

Кроме механической какой ещё энергией могут обладать тела? (внутренней).

Могли бы Вы привести пример перехода внутренней энергии в механическую энергию? –При сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания машины, внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию движения этой машины.

Вспомните лабораторную работу №1, которую мы с Вами делали "Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры".

Демонстрационный эксперимент 2 – смешивание воды разной температуры.

Какие превращения энергии происходили в этой лабораторной работе? – Внутренняя энергия горячей воды переходила во внутреннюю энергию холодной воды.

Заполните самостоятельно вторую колонку в таблице. (см. приложение 1).

Проверяем ответы (слайд 7). Слайд 8. Иллюстрация перехода внутренней энергии в механическую.

Изучение явлений превращения одного вида энергии в другой привело к открытию в середине 19 века одного из основных законов природы — закона сохранения и превращения энергии.

Слайд 9:

немецким учёным, врачом Робертом Майером,

английским учёным и промышленником Джеймсом Джоулем,

немецким учёным, физиологом Германом Гельмгольцем

Попробуем пойти по тому же пути и сделать анализ энергетических превращений. Вы спросите «а что же писать в третей колонке?». Всё очень просто : мы живём, дышим, думаем, едим, светит Солнце, идёт дождь, дует ветер и т д. А ведь все эти явления связаны с превращениями энергии. (слайд 10), заполняем 3 колонку.

Теперь можно сказать, что энергия не может появиться у тела, если оно не получило её у другого тела.

Делаем вывод на основе анализа энергетических превращений: (слайд 11)

Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом её значение сохраняется.

Записываем определение в тетрадь.

Джоуль в течении почти 40 лет проводил самые разнообразные опыты, в которых за счёт механической работы происходило выделение тепла, и на основе измерений подсчитывал механический эквивалент теплоты. Сравните записанную формулировку с формулировкой Джоуля - слайд 12 - «Теплота, живая сила и притяжение на расстоянии (потенциальная энергия) взаимно превратимы друг в друга, причём, в этом превращении ничего не теряется»

Как выглядит математическое выражение всеобщего закона сохранения и превращения энергии? (слайд 13)

Прежде, чем мы перейдем к решению задач, проведем физкультминутку. Пишем носом формулы.

1. Решение задач слайды 14-16

1. Рефлексия

Наш урок подходит к концу. Мы с Вами в очень активной форме изучили всеобщий закон сохранения энергии, вспомнили основные формулы. Вы учились применять свои знания в новых ситуациях. И у Вас это получилось. Напишите одно предложение, выбирая начало фразы из списка:

Я узнал...

Я научился...

Я понял, что могу...

Мне понравилось...

Для меня стало новым...

Меня удивило...

У меня получилось...

Подведём итоги урока:

• энергия существует во множестве различных форм (механическая, тепловая, химическая, электрическая, ядерная и даже энергия массы – оказывается, любой объект обладает энергией уже потому, что существует);

• все явления природы взаимосвязаны: одно явление порождает другое;

• мы сформулировали ЗСЭ, опираясь на множество наблюдений, опытных фактов, при этом опирались и на имеющиеся знания по физике и на знания из других наук (напомню, что именно биология помогла физике открыть ЗСЭ: Майер установил этот закон при изучении количества тепла, выделяемого и поглощаемого живым организмом);

V. Домашнее задание

Домашнее задание: §11, упр.10, прочесть раздел «Это любопытно» после §11. Посмотреть в беседе образец заданий на кр.р.

Задача №1.

Вода падает с высоты 1200 метров. Насколько повысится температура воды, если на её нагревание идёт 60% работы силы тяжести?

Решение :

0,6Е_п = Q

0,6mgh = mc∆t

∆t = 0,6gh/c

Ответ: 1.7⁰С

Задача№2.

Двигатель мощностью 50 Вт в течение 10 минут вращает лопасти вентилятора внутри калориметра с водой. Насколько повысится за это время температура воды, если её масса 2 кг? Потерями тепла пренебречь.

Решение:

А = Q

NΤ = mc∆t

∆t = NΤ/mc

Ответ: 3,6⁰С

Задача №3.

При выстреле из ствола винтовки пуля массой 9г приобретает скорость 800 м/с. Определить массу порохового заряда, если КПД выстрела 24%.

(q_пороха = 3,8×10⁶ Дж/кг )

Решение:

0,24Q = Е_к

0,24m₁q = m₂v²/2

m₁ = m₂v²/0,48q

Ответ: 4 г.

1. Какие превращения энергии происходят при движении камня, брошенного вверх?

2. Резиновый мяч упал на пол и отскочил вверх. Какие превращения механической энергии произошли при этом?

3. Груз, подвешенный на нити, совершает колебания. Какие превращения энергии происходят при этом?

4. Автомобиль движется равномерно и прямолинейно по горизонтальной дороге. На что расходуется энергия топлива?

5. Какие превращения энергии происходят при выстреле из пружинного пистолета?

6. Какие превращения энергии происходят при торможении автомобиля?

7. На каком физическом явлении основан способ получения огня трением?

8. Опишите превращения энергии, которые происходят при падении на пол пластилинового шарика.

9. Какие превращения энергии происходят при вылете пробки из пробирки с кипящей водой?

10. Сжатую металлическую пружину поместили в сосуд с кислотой и растворили её. Куда исчезла потенциальная энергия сжатой пружины?

1.Какие превращения энергии происходят при движении камня, брошенного вверх?

2.Резиновый мяч упал на пол и отскочил вверх. Какие превращения механической энергии произошли при этом?

3.Груз, подвешенный на нити, совершает колебания. Какие превращения энергии происходят при этом?

4.Автомобиль движется равномерно и прямолинейно по горизонтальной дороге. На что расходуется энергия топлива?

5.Какие превращения энергии происходят при выстреле из пружинного пистолета?

6.Какие превращения энергии происходят при торможении автомобиля?

7.На каком физическом явлении основан способ получения огня трением?

8.Опишите превращения энергии, которые происходят при падении на пол пластилинового шарика.

9.Какие превращения энергии происходят при вылете пробки из пробирки с кипящей водой?

10.Сжатую металлическую пружину поместили в сосуд с кислотой и растворили её. Куда исчезла потенциальная энергия сжатой пружины?

Примеры превращений энергии

Вывод:

Фронтальный опрос

1. Какие превращения энергии происходят при движении камня, брошенного вверх?

2. Резиновый мяч упал на пол и отскочил вверх. Какие превращения механической энергии произошли при этом?

3. Груз, подвешенный на нити совершает колебания. Какие превращения энергии происходят при этом?

4. Автомобиль движется равномерно и прямолинейно по горизонтальной дороге. На что расходуется энергия топлива?

5. Какие превращения энергии происходят при выстреле из пружинного пистолета?

6. Какие превращения энергии происходят при торможении автомобиля?

7. На каком физическом явлении основан способ получения огня трением?

8. Опишите превращения энергии, которые происходят при падении на пол пластилинового шарика?

9. Какие превращения энергии происходят при вылете пробки из пробирки с кипящей водой?

10. Сжатую металлическую пружину поместили в сосуд с кислотой и растворили её. Куда исчезла потенциальная энергия сжатой пружины?

Задача №1.

Вода падает с высоты 1200 метров. Насколько повысится температура воды, если на её нагревание идёт 60% работы силы тяжести?

Решение :

Ответ:

Задача№2.

Двигатель мощностью 50 Вт в течение 10 минут вращает лопасти вентилятора внутри калориметра с водой. Насколько повысится за это время температура воды, если её масса 2 кг? Потерями тепла пренебречь.

Решение:

Ответ:

Задача №3.

При выстреле из ствола винтовки пуля массой 9г приобретает скорость 800 м/с. Определить массу порохового заряда, если КПД выстрела 24%.

(q_пороха = 3,8×10⁶ Дж/кг )

Решение:

Ответ:

Задача №4.

Стальной шарик массой 50 г падает с высоты 1,5 м на каменную плиту и, отскакивая от неё, поднимается на высоту 1,2 м. Почему шарик не поднялся на прежнюю высоту? Сколько механической энергии превратилось во внутреннюю? На сколько градусов нагрелся шарик? (удельная теплоёмкость стали 460 Дж/кг ⁰С)

Решение:

Ответ:

Задача №5.

Кусок свинца испытывает абсолютно неупругое столкновение с препятствием, двигаясь со скоростью 350 м/с . Какая часть свинца расплавилась, если всё количество теплоты, выделившееся при ударе, поглощается свинцом? Температура свинца перед ударом 27⁰С, удельная теплоёмкость свинца 130 Дж/кг ⁰С , удельная теплота плавления свинца 25кДж/кг, температура плавления свинца 327⁰С.

Решение:

Ответ:

“ Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте”.

М.В. Ломоносов

Это устройство называется маятник Ньютона, и изобретено оно было для демонстрации «верховного закона природы» . Какого?

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Разработала: учитель физики

МБОУ Лопандинской СОШ

Иксанова Т.Э.

«Примеры при обучении полезнее правил»

И. Ньютон

Цель урока:

Изучить закон сохранения энергии (ЗСЭ).

Задачи:

• Определить виды механической энергии;
• Узнать закон ЗСЭ;
• Получить формулу для ЗСЭ;
• Вспомнить размерность энергии в системе СИ;
• Научиться применять знания на практике.

СУЩЕСТВУЕТ ДВА ВИДА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ: КИНЕТИЧЕСКАЯ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ, КОТОРЫЕ МОГУТ ПРЕВРАЩАТЬСЯ ДРУГ В ДРУГА.

Потенциальная энергия – это энергия которая определяется взаимным положением тел или частей одного и того же тела.

Кинетическая энергия – это энергия которой обладают движущиеся тела.

E кин = mv 2 /2

Е пот = mgh

Е пот = kx 2 /2

Энергетические превращения

• Е пот Е кин
• падение мяча;
• движение маятника;
• выстрел из пружинного пистолета;
• выстрел из лука;
• движение заводной механической игрушки.

Энергетические превращения

• Е мех U
• падение свинцового шара на свинцовую плиту;
• торможение автомобиля у светофора;
• нагревание при трении;
• работа тепловых двигателей ;
• выстрел из огнестрельного оружия.

Другие примеры превращения энергии в живых организмах и в природе

• теплообмен;
• тепловые эффекты химических реакций (сгорание топлива)
• процесс фотосинтеза;
• обмен и превращение энергии в живых организмах;
• пищевые цепочки;
• ураганы, ветры, круговорот воды в природе.

Закон сохранения и превращения энергии:

• Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.

Из работ Джоуля:

«Теплота, живая сила и притяжение на расстоянии (потенциальная энергия) взаимно превратимы друг в друга, причём в этом превращении ничего не теряется».

Математическое выражение закона сохранения энергии:

• Закон сохранения энергии: Полная механическая энергия, т.е. сумма потенциальной и кинетической энергии тела, остается постоянной, если действуют только силы упругости и тяготения и отсутствуют силы трения.

Е полн.мех. = Е кин + E пот = const

• Е = mgh; E кин = mv 2 /2; Е пот = kx 2 /2
• E - E = A ; U + A = Q

мех 2

мех 1

Задача

• На какую высоту поднимется тело, подброшенное вертикально вверх, с начальной скоростью 20 м/с? При решении задачи не учитывается сопротивление воздуха.

Ответ: высота подъема тела 20 метров.

Напишите одно предложение, выбирая начало фразы из списка: Я узнал... Я научился... Я понял, что могу... Мне понравилось... Для меня стало новым... Меня удивило... У меня получилось...

Домашнее задание : §11, упр.10, прочесть раздел « Это любопытно » после §11.

Посмотреть в беседе образец заданий на кр.р.