Мета: з’ясувати суть поняття енергії як фізичної величини, що описує стан тіла і зміна якої визначає роботу; розпочати формування поняття потенціальної енергії; дати учням знання про кінетичну енергію рухомого тіла; показати залежність кінетичної енергії від маси тіла і його швидкості; виховувати позитивне ставлення учнів до навчально – пізнавальної діяльності.
Тип уроку: комбінований.
Унаочнення: падіння важка з різної висоти; переміщення бруска під дією деформованої пружини; переміщення циліндра під дією кульки,
Обладнання: кулька, жолоб, пісок, візки, похила площина, бруски.
Очікувані результати
Після уроку учні:
– будуть знати характерні ознаки енергії як фізичної величини, понять потенціальної та кінетичної енергій;
– навчаться розраховувати числове значення потенціальної та кінетичної енергій.
ХІД УРОКУ
І. ПЕРЕВІРКА ЗНАНЬ
Самостійна робота
Автомобіль рухається прямолінійно рівномірно. Швидкість автомобіля та його сила, яку розвиває двигун, показані на рисунку. Обчисліть потужність двигуна.
ІІ.
1. Потенціальна енергія – енергія нерухомих тіл у взаємодії
Поняття енергії в системі наукового світогляду є одним з найважливіших. Поняття енергії належить до фундаментальних понять, тому вичерпного означення цьому поняттю відразу дати неможливо. Зазвичай під час уведення таких понять ведуть мову про їх прояви і показують можливість пояснення на їх основі явищ і понять частинного підпорядкування. Для енергії таким поняттям є робота і всі явища механічного руху.
Проводимо демонстрацію, підвішуємо на штативі за допомогою тонкої нитки важок певної маси, а під ним розміщуємо ящик з піском. Звертаємо увагу, що тіло роботи не виконує, оскільки під час дії сили тяжіння тіло не переміщується. Питання: “Коли буде виконана робота за цих умов?” Учні дадуть відповідь, що це буде тоді, коли перерізати нитку. Отже, знаючи стан системи, можна передбачити умови виконання роботи. Для підтвердження зробленого висновку перепалюємо нитку і показуємо, що тіло падає, а на піску залишається ямка. Робота з утворення ямки на піску була виконана внаслідок того, що тіло було підняте на певну висоту.
Подібний дослід можна провести зі стиснутою пружиною, яка штовхає візок, і при цьому виконується робота.
Повідомляємо, що про тіла, під час зміни стану яких може бути виконана робота, кажуть, що вони мають енергію. Енергію має підняте над поверхнею Землі тіло, стиснута пружина тощо.
Потенціальною енергією називають енергію, яка визначається взаємним положенням тіл, що взаємодіють, або частин того самого тіла.
Увівши поняття енергії, потрібно повернутися до розглянутих вище прикладів і з’ясувати, що підняте над поверхнею Землі тіло має енергію внаслідок взаємодії із Землею. Стиснута пружина має енергію внаслідок взаємодії окремих її частин.
Енергія має кількісну міру, яка визначається значенням роботи, що може бути виконана у разі переміщення цього тіла. Отже, якщо ставити завдання визначити енергію тіла, то потрібно обчислити роботу, яка може бути виконана під час його переміщення.
2. Потенціальна енергія тіла, піднятого над поверхнею землі
Як приклад показуємо розрахунок потенціальної енергії тіла, піднятого над поверхнею Землі. Якщо тіло масою m підняти на висоту h над поверхнею землі, то робота, яка буде виконана силою тяжіння, дорівнюватиме
A = gmh.
Отже, потенціальна енергія тіла, на яке діє сила тяжіння, дорівнює
Ep = gmh.
А потенціальна енергія деформованого тіла 
Означивши потенціальну енергію, потрібно розв’язати задачу, яка передбачає обчислення потенціальної енергії тіла, що підняте над поверхнею Землі, відносно поверхні Землі і відносно поверхні стола чи дна шахти.
3. Залежність потенціальної енергії тіла, піднятого над поверхнею Землі, від вибору “нульового” рівня
Одержавши різні результати, розв’язуємо проблему, суть якої в тому, що для одного й того самого тіла значення потенціальної енергії може бути різним. Пояснюємо це тим, що потрібно враховувати розміри Землі. Тому, щоб не було неоднозначностей, вибирають так званий “нульовий” рівень енергії. Для розглянутого в задачі прикладу з тілом, що падає, “нульовим” було обрано рівень поверхні Землі і рівень дна шахти.
4. Кінетична енергія
Для введення поняття кінетичної енергії необхідно використати знання учнів про механічну роботу. Учні наводять приклади виконання роботи внаслідок руху тіла. Це буде підставою для введення нового для учнів поняття кінетичної енергії.
Енергія, яку має тіло внаслідок свого руху, називають Кінетичною.
5. Залежність кінетичної енергії від маси тіла та його швидкості
Наступним етапом уроку буде встановлення залежності кінетичної енергії від маси тіла та його швидкості. Для цього потрібно провести досліди, з яких видно, що рухоме тіло виконує певну роботу. Зазвичай це переміщення другого тіла. Сталева кулька скочується з похилої площини і, вдаряючись у металевий циліндр, виконує роботу, переміщаючи його на певну відстань. Оскільки в учнів недостатньо знань, щоб зробити висновок про залежність швидкості руху кульки від шляху, пройденого нею по похилій поверхні, потрібно спочатку продемонструвати учням скочування кульки. При цьому потрібно звернути увагу учнів на візуальне сприймання того, що швидкість кульки після скочування буде більшою для кульки, яка пройшла більший шлях по похилій площині.
Після такої пропедевтики можна покласти металевий циліндр з набору калориметричних тіл на горизонтальній площині і здійснити запуск кульок так, щоб вони вдарилися в циліндр. За переміщенням циліндра встановлюється, що більшу кінематичну енергію кулька має тоді, коли її швидкість буде більшою. Замінивши кульку на іншу, більшої маси, повторюємо досліди, у ході яких встановлюємо, що кінетична енергія залежить від маси тіла. Виконана кулькою робота буде більшою, ніж у першій частині експерименту.
Нарівні з експериментом потрібно залучити приклади з повсякденного досвіду учнів. Наприклад, куля масою 5,6 г легко пробиває дошку, оскільки має велику швидкість. Молоток же масою 500 г залишає невелику вм’ятину на поверхні.
ІІІ. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Відповісти на запитання
1. Яку енергію називають потенціальною?
2. Наведіть приклади тіл, що мають потенціальну енергію.
3. Яку енергію називають кінетичною?
4. Наведіть приклади тіл, що мають кінетичну енергію.
Розв’язати задачу
Яку потенціальну енергію має тіло масою 100 кг на висоті 10 м? Яку енергію матиме це саме тіло, якщо воно здійснює падіння з тієї ж висоти в шахту глибиною 10 м?
ІV. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ
Опрацювати відповідний параграф підручника, виконати задачі та вправи до параграфа.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)