РОБОТА Й ЕНЕРГІЯ

ТЕМА 3. РУКОТВОРНІ СИСТЕМИ

УРОК 23

ТЕМА. РОБОТА Й ЕНЕРГІЯ

Мета уроку: навчальна – сформувати в учнів розуміння таких понять, як “робота”, “енергія”; пояснити, у результаті яких природних процесів відбувається перетворення енергії з одного виду на інший; розвиваюча – підвести учнів до розуміння значення енергії в житті людини та закону збереження енергії; виховна – виховувати бережливе ставлення до джерел енергії.

Основні поняття: види енергії: сонячна, світлова, теплова, електрична, механічна.

Методи

уроку: словесний (бесіда), створення яскравих навчально-образних уявлень, практичний (складання схеми перетворення енергії).

Обладнання: молоток, велосипедний насос, мисочка з піском і важкий предмет (наприклад, шматок цегли тощо).

Тип уроку: засвоєння нових знань та вмінь.

Міжпредметні зв’язки: фізика (7 клас).

Структура уроку

І. Перевірка домашнього завдання

II. Повідомлення теми, мети й завдань уроку

III. Актуалізація опорних знань учнів, їхнього попереднього досвіду

IV. Викладення основного матеріалу

1. Що таке механічна робота, за якою формулою її обчислюють.

2.

Що таке енергія, механічна енергія.

3. Приклади перетворення енергії.

V. Підбиття підсумків уроку

VI. Домашнє завдання

Хід уроку

І. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

– Запитання і завдання до учнів

1. Наведіть сім прикладів простих механізмів. Навіщо людина створює й використовує прості механізми?

2. Чим складні механізми відрізняються від простих?

3. Завдання для виконання на дошці “Знайди пару”: з’єднайте лініями слова з лівого й правого стовпчиків.

Блок Колодязь

Важіль Свердло дриля

Клин Сходи

Гвинт Підіймальний кран

Коловорот Весло

Похила площина Сокира

ІІ. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ Й ЗАВДАНЬ УРОКУ

III. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ УЧНІВ, ЇХНЬОГО ПОПЕРЕДНЬОГО ДОСВІДУ

– Бесіда

Слово “робота” дуже часто звучить у нашій мові.

– Як ви гадаєте, хто виконує роботу? (Людина.)

– Яке слово є синонімом до слова “робота”? (Праця.) Отже, у повсякденній мові роботою називають працю людини.

– Що робить людина, аби відновити витрачені під час роботи сили? (Відпочиває, їсть.)

– Що дають людині продукти харчування для того, аби вона могла виконувати роботу? (Енергію.)

IV. ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Що таке механічна робота, за якою формулою її обчислюють

– Слово вчителя

У науці слово “робота” має трохи інакше значення. Його використовують у тому разі, коли під дією сили тіло переміщається з одного місця в інше. Таку дію сили називають механічною роботою.

– Завдання у робочому зошиті

Розглянемо, від чого залежить механічна робота.

Приклад 1

Припустімо, нам потрібно підняти з підлоги й поставити на стіл відро з водою і чашку з водою.

– У якому разі ми будемо застосовувати більшу силу: при підніманні чашки чи при підніманні відра? (Коли будемо піднімати відро з водою.)

Ми виконуємо більшу роботу, піднімаючи відро, оскільки застосовуємо при цьому більшу силу.

Отже, робота залежить від величини застосовуваної сили.

Приклад 2

Припустімо, нам потрібно підняти з підлоги два відра з водою, але одне треба поставити на стілець, а інше – на стіл. Сили, які ми будемо застосовувати для піднімання відер, будуть однакові, оскільки їхня маса однакова.

– У якому ж випадку виконувана робота буде більшою й чому? (Робота буде більшою тоді, коли ми будемо піднімати відро на стіл, оскільки відстань, на яку ми переміщуємо тіло, буде більшою, ніж для підняття його на стілець.)

Отже, робота залежить від відстані, на яку переміщається тіло.

Механічна робота визначається величиною сили й відстанню, на яку переміщається тіло під дією цієї сили. Це визначення записують такою формулою:

A = F ∙ S.

Робота дорівнює силі, помноженій на відстань.

– Яку роботу виконує тіло, що падає на поверхню Землі (наприклад, камінь)? Як побачити результат його роботи? (Після падіння тіла на поверхні Землі залишається заглиблення – це означає, що частинки грунту або піску були зміщені тілом, що падало.)

Учитель демонструє дослід, кидаючи предмет у посудину з піском.

Якщо камінь кинути на кілочок, він заб’є його в землю. Можна сказати, що камінь має механічну енергію.

– Де використовують роботу тіла, що падає на поверхню Землі? (Щоб забити цвях, ми піднімаємо молоток і “кидаємо” (опускаємо) його на головку цвяха, виконуючи при цьому роботу. Те саме відбувається тоді, коли людина рубає дрова сокирою.)

– Завдання у робочому зошиті

2. Що таке енергія, механічна енергія

Енергія – це здатність тіла виконувати роботу.

– Яке космічне тіло є джерелом енергії для всього живого на Землі? (Сонце.)

– Завдання у робочому зошиті

3. Приклади перетворення енергії

– Який процес перетворює сонячну енергію на енергію хімічних зв’язків? (Фотосинтез.)

Далі учні разом із учителем складають схему перетворення енергії в результаті природних процесів та людської діяльності.

Отже, енергія не зникає безслідно й не утворюється з нічого, а перетворюється з одного виду на інший.

– Завдання у робочому зошиті

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

– Що означає поняття “механічна робота”? (Здатність сили переміщати тіло з одного місця на інше.)

– Від яких двох характеристик залежить робота? (Робота визначається величиною сили та відстанню, на яку переміщається тіло під дією цієї сили.)

– Що означає поняття “енергія”? (Енергія – це здатність тіла виконувати роботу.)

– Які види енергії вам уже відомі з попередніх уроків природознавства? (Сонячна, світлова, теплова, енергія хімічних зв’язків, електрична енергія.)

VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

ДОДАТКОВИЙ МАТЕРІАЛ ДО УРОКУ

Енергія

Недарма кажуть: “Енергія – хліб промисловості”. Зростаючи людина потребує продуктів харчування (інакше кажучи, “хліба насущного”) для виконання роботи. Чим більше розвинені промисловість і техніка, тим більше енергії вони потребують. Існує навіть спеціальне поняття – “випереджальний розвиток енергетики”. Це означає, що жодне промислове підприємство, жодне нове місто або просто будинок не можна побудувати до того, як буде визначене або створене заново джерело енергії, яке вони стануть споживати. Ось чому за кількістю енергії, яка добувається й використовується, можна досить точно судити про технічну та економічну потужність, а простіше кажучи, про багатство будь-якої держави.

Природа має величезні запаси енергії. Її дають сонячні промені, вітри й рухомі маси води, вона є в деревині, покладах газу, нафти, кам’яного вугілля та в інших видах паливних корисних копалин. Майже безмежна енергія закладена в ядрах атомів речовини. Однак для прямого використання людиною придатні не всі форми енергії.

За довгу історію енергетики створено чимало технічних засобів і способів добування енергії та перетворення її в необхідні для людей форми. Власне, людина й стала людиною тільки тоді, коли навчилася одержувати й використовувати теплову енергію. Вогонь багать запалили перші люди, які ще не розуміли його природи, однак цей спосіб перетворення хімічної енергії на теплову та світлову зберігається й удосконалюється вже впродовж тисячоліть.

До енергії власних м’язів і вогню люди додали м’язову енергію тварин. Вони винайшли техніку для видалення хімічно зв’язаної води із глини за допомогою теплової енергії вогню – так звані гончарні печі, у яких одержували міцні керамічні вироби. Але процеси, що відбуваються при випалюванні глиняного посуду, в організмах тварин і людини при роботі, людина вивчила тільки через багато тисячоліть потому.

Потім люди винайшли млин – техніку для перетворення енергії водяних потоків та вітру на механічну енергію обертового вала. Однак тільки з винаходом парової машини, а пізніше двигуна внутрішнього згоряння, гідравлічної парової та газової турбін, електричних генератора й двигуна людство одержало у своє розпорядження досить потужні технічні пристрої. Вони здатні перетворити природну енергію на її інші види, які зручні для застосування й можуть виконувати важку роботу. Пошук нових джерел енергії на цьому не завершився: були винайдені акумулятори, паливні елементи, перетворювачі сонячної енергії на електричну, реактивні двигуни, а вже в середині XX ст.- атомні реактори.

За допомогою енергетичних машин добувають і перетворюють один вид енергії (первинний) на інший (вторинний). Дуже часто машина одного типу з такою переробкою одного виду енергії в інший, потрібний, не може впоратися. Тоді енергію потрібного виду одержують шляхом послідовних перетворень у ланцюжку енергетичних машин різного виду.

Наприклад, якщо генератор, що перетворює механічну енергію на електричну, розкручує парова турбіна, то в енергетичній установці мають бути присутні ще парові котли з топкою – вони перетворюють хімічну енергію палива на теплову енергію пари, або парогенератори з атомними реакторами – тут пара утворюється за рахунок енергії, що виділяється при поділі ядер атомів.

Однак чим більше машин у ланцюжку, тим вищі втрати енергії. Інакше кажучи, тепла можна одержати набагато більше від спалювання вугілля в печі, що побудована в будинку, ніж у тому випадку, коли де вугілля нагріє спочатку паровий котел електростанції, а потім за допомогою отриманої електрики буде працювати обігрівач, обігріваючи той самий будинок, замість печі. Тому перед ученими й інженерами стоїть важливе завдання: створити машини й технологічні процеси (порядок дій), у яких небажані втрати енергії будуть щонайменшими.

Кінцевими споживачами отриманої енергії є: найрізноманітніші транспортні й робочі машини, джерела світла, пристрої керування, засоби передачі й обробки інформації, джерела тепла – одним словом, майже всі підприємства, установи й житлові будинки на планеті.