Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия
Энергия. Кинетическая и потенциальная энергия
«Переворачивая каждый новый камень,
мы находим невообразимую странность,
ведущую нас к удивительным открытиям…»
Ричард Фейман
В этой теме познакомимся с очень важным физическим понятием – понятием энергии.
Люди часто употребляют слово энергия. Например, это электроэнергия, которая обеспечивает освещение в домах, освещение на улицах, да и работу различных приборов, таких, как компьютер, холодильник, микроволновая печь и так далее. Различные виды транспорта, такие как, автомобили, корабли, самолеты и так далее используют энергию топлива. Да и в самом человеке жизненные процессы поддерживаются за счет энергии, получаемой нами из пищи.
Понятие энергии связано с понятием работы. Например, человек может совершить работу, подняв рюкзак на некоторую высоту. На это он затрачивает энергию. Сам рюкзак не совершает работы, но если его резко отпустить, то он упадет и совершит работу, ударившись об землю. Также работу может совершать и движущийся автомобиль: его двигатель с некоторой силой тянет автомобиль, перемещая его на определенное расстояние. Более того, движущийся автомобиль может привести в движение какое-то неподвижное препятствие, оказавшееся у него на пути, а, значит, совершит работу.
Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией. Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. Таким образом, энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Энергию обозначают буквой E и в системе СИ измеряют в джоулях (так же, как и работу).
[E] = [Дж]
Совершенная работа равна изменению энергии. Энергия, как и работа, является скалярной величиной
(она не может быть куда-либо направлена).A = DE
Существует несколько видов энергии. В этой теме речь пойдёт только о двух видах энергии: кинетической энергией и потенциальной энергией. Кинетическая и потенциальная энергия, в общем случае, называется механической энергией.
Потенциальная энергия – это энергия, которая определяется взаимным расположением взаимодействующих тел (или же частей одного и того же тела). Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает всякое движущееся тело.
Рассмотрим потенциальную энергию. Название «потенциальная» происходит от латинского слова «потенциа», которое в переводе на русский означает «
A = –DEп
Работа равна произведению силы и пути. Сила, в данном случае – это сила тяжести, путь – это высота, на которую поднято тело.
A = Fs
A = Fтяжh
Таким образом, потенциальная энергия тела, поднятого над Землей на высоту h равна
Eп = mgh
Очень большой потенциальной энергией обладает вода в реках, которую удерживают плотинами.
Из-за своей огромной массы эта вода может совершить огромную работу, падая даже с небольшой высоты. Именно это и используется людьми для создания гидроэлектростанций. Вода совершает работу, тем самым, заставляя гидротурбины вращаться. Вследствие этого, генераторы на электростанциях вырабатывают электроэнергию, которая потом передается в жилые дома, фабрики, заводы и так далее.
Необходимо отметить, что потенциальной энергией обладает всякое упруго деформированное тело. Если сжать пружину, то при распрямлении она способна будет совершить работу. Наиболее наглядный пример – это дверь на пружине: когда её открывают, совершают работу, растягивая пружину и, тем самым, сообщая ей некоторую энергию. А когда дверь отпускают, уже пружина сама совершает работу, и за счет сжатия, закрывает дверь.
Рассмотрим кинетическую энергию. Слово «кинетическая» происходит от латинского слова «кинема», которое переводится на русский язык как «движение». Эту энергию обозначают Eк. Идущий человек, едущий велосипедист или автомобиль обладают кинетической энергией. Можно сказать, что кинетическая энергия движущегося тела равна работе, которую нужно совершить, чтобы остановить это тело. Для того, чтобы определить, от чего зависит кинетическая энергия, проведем несколько опытов. Возьмем наклонную плоскость, а на горизонтальную плоскость положим брусок. С наклонной плоскости скатим шарик. После столкновения шарик переместит брусок на некоторое расстояние, то есть, совершит работу. Если скатить шарик с большей высоты, то он переместит брусок на большее расстояние, то есть, совершит больше работы. Это говорит нам о том, что шарик обладал большей энергией, чем в предыдущий раз. В чем же причина? Очевидно, что скатываясь с большей высоты, шарик набрал большую скорость. Из этого можно сделать вывод, что кинетическая энергия тем больше, чем больше скорость тела. Если скатить более массивный шарик с той же высоты, то брусок окажется ещё дальше, то есть, шарик совершит ещё большую работу, чем во второй раз. Значит, кинетическая энергия тем больше, чем больше масса тела. Это вполне логично: известно, что более массивное тело более инертно, то есть его сложнее остановить. И, конечно, чем быстрее движется тело, тем труднее остановить его.
То есть, кинетическая энергия равна половине произведения массы тела и квадрата его скорости.
Тело может обладать, как потенциальной, так и кинетической энергией одновременно. Рассмотрим несколько примеров. Кот, сидящий на дереве, обладает только потенциальной энергией. Он не двигается, но находится на определенной высоте над поверхностью Земли. Автомобиль, едущий по дороге, наоборот, обладает только кинетической энергией (он двигается, но находится на поверхности Земли, то есть, на нулевой высоте). А вот летящий самолет обладает и потенциальной, и кинетической энергией. Ведь он двигается с определенной скоростью и находится на определенной высоте. То же самое можно сказать и о летящей птице. В этом случае, полная механическая энергия тела будет равна сумме потенциальной и кинетической энергии.
Упражнения.
Задача 1. Найдите потенциальную энергию яблока, висящего на яблоне, на высоте 3 м над землей. Масса яблока равна 350 г.
Задача 2. Автомобиль массой 1,5 т едет со скоростью 60 км/ч, а автомобиль массой 9 ц едет со скоростью 80 км/ч. Определите, какой автомобиль обладает большей кинетической энергией?
Задача 3. Истребитель массой 26 т летит со скоростью три 3600 км/ч. Известно, что полная механическая энергия истребителя составляет 15 ГДж. На какой высоте летит истребитель?
Основные выводы:
– Энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.
– Энергия, как и работа, является скалярной величиной и измеряется в Дж (джоулях).
– Механическая энергия делится на два вида: кинетическая и потенциальная
энергия.– Потенциальная энергия – это энергия, которая определяется взаимным расположением взаимодействующих тел (или же частей одного и того же тела).
Eп = mgh
– Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает всякое движущееся тело.
| 1. |
Кинетическая энергия велосипедиста
Сложность: лёгкое | 2 |
| 2. |
Определение, свойства, единицы измерения энергии
Сложность: лёгкое |
2 |
| 3. |
Словесные определения формул
Сложность: лёгкое |
1 |
| 4. |
Единицы величин
Сложность: лёгкое |
2 |
| 5. |
Формулы (выражение переменных)
Сложность: лёгкое |
1 |
| 6. |
Превращение одного вида энергии в другой
Сложность: лёгкое |
1 |
| 7. |
Кинетическая энергия метеорита
Сложность: среднее |
4 |
| 8. |
Изменение кинетической энергии
Сложность: среднее |
4 |
| 9. |
Потенциальная энергия, определение совершённой работы
Сложность: среднее |
3 |
| 10. |
Изменение потенциальной энергии
Сложность: среднее |
3 |
| 11. |
Потенциальная энергия камня
Сложность: среднее |
4 |
| 12. |
Механическая энергия
Сложность: среднее |
1 |
| 13. |
Неизвестная высота
Сложность: среднее |
2 |
| 14. |
Потенциальная энергия тела относительно земли или крыши
Сложность: среднее |
3 |
| 15. |
Изменение кинетической энергии (скорости)
Сложность: среднее |
4 |
| 16. |
Неизвестная скорость
Сложность: среднее |
3 |
| 17. |
Превращение одной энергии в другую
Сложность: среднее |
4 |
| 18. |
Неизвестная высота дирижабля
Сложность: сложное |
4 |
| 19. |
Потенциальная энергия коробок относительно пола
Сложность: сложное |
5 |
| 20. |
Сравнение энергий
Сложность: сложное |
3 |
Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия
625. Каким видом механической энергии обладает заведенная пружина механической игрушки?
Потенциальной энергией.
626. Деревянный и железный бруски одинакового объема находятся на одной высоте. Какой брусок обладает большей потенциальной энергией?
627. Могут ли два тела разной массы обладать одинаковой потенциальной энергией? В каком случае это возможно?
628. Могут ли два тела, находящиеся на разной высоте, обладать одинаковой потенциальной энергией? В каком случае это возможно?
Могут, если масса нижнего тела будет пропорционально больше массы тела, которое выше.
629. Сначала книга лежала на столе (пунктир на рис. 78). Затем ее поставили вертикально (рис. 78). Изменится ли потенциальная энергия книги?
630*. На полу лежат медные чайник и миска одинаковой массы. Их подняли и поставили на стол. Одинаково ли при этом изменилась их потенциальная энергия?
631. Какой потенциальной энергией относительно земли обладает человек массой 80 кг на высоте 20 м?
632. Три кубика, массы которых m1 = 20 г, m2 30 г, m3 = 40 г, расположены так, как показано на рисунке 59. Кубик m1 находится на высоте h1 = 0,5 м над поверхностью стола. Кубик m2 находится на столе, высота которого h2 = 1 м. Кубик m3 находится на полу. Определите потенциальную энергию каждого кубика относительно: а) поверхности пола; 6) поверхности стола; в) уровня, на котором находится кубик m1
633. На какую высоту нужно поднять кирпич массой 2 кг, чтобы его потенциальная энергия возросла на 19,6 кДж?
634. Дирижабль массой 1 т находится на высоте 50 м. На какую высоту ему надо подняться, чтобы его потенциальная энергия возросла на 245 кДж?
635. Линейка массой 30 г и длиной 20 см лежит на поверхности стола. Ее взяли за один конец и поставили вертикально. Насколько изменилась потенциальная энергия линейки?
636*. Недеформированную пружину, коэффициент жесткости которой равен 40 Н/м, сжали на 5 см. Какой стала потенциальная энергия пружины?
637. Тело, масса которого 5 кг, находится на высоте 12 м нал поверхностью земли. Вычислите его потенциальную энергию:
а) относительно поверхности земли;
б) относительно крыши здания, высота которого 4 м.
638*. Недеформированную пружину динамометром растянули на 10 см, и ее потенциальная энергия стала 0,4 Дж. Каков коэффициент жесткости пружины?
639*. Стальную пружину из недеформированного состояния а сначала сжали на 7 см до состояния б, а затем растянули на 7 см до состояния в (рис. 80). Найдите отношение потенциальных энергии деформированной пружины в состоянии б к потенциальной энергии пружины в состоянии в.
640*. Пружину из недеформированного состояния а растянули сначала на 10 см (рис. 81, состояние б), потом на 15 см (рис. 81, состояние в). Коэффициент жесткости пружины 800 Н/м. Сравните потенциальные энергии пружины в состоянии б и в. В каком случае и насколько потенциальная энергия пружины больше?
641. Какой станет потенциальная энергия пружины длиной 0,4 м при растяжении на ¼ ее длины? Коэффициент жесткости пружины 300 Н/м.
642. В каком случае два тела разной массы обладают одинаковой кинетической энергией?
643. Скорость плывущего по реке бревна и скорость течения воды в реке одинаковы. Что обладает большей кинетической энергией: 1м3 воды или 1 м3 древесины бревна?
644. Какой кинетической энергией обладает космический корабль массой 10 т при движении по орбите вокруг Земли со скоростью 3,07 км/с?
645. Автомобиль «Мерседес» массой 1 т едет со скоростью 108 км/ч. Определите его кинетическую энергию.
646. Артиллерийский снаряд массой 10 кг летит в цель со скоростью 800 м/с. Какова его кинетическая энергия?
647. Если скорость тела увеличить в 3 раза, во сколько раз изменится его кинетическая энергия?
648. Во сколько раз изменилась скорость тела, если его кинетическая энергия уменьшилась в 16 раз?
649. Мотоцикл массой 100 кг разогнался из состояния покоя так, что его кинетическая энергия стала 3200 Дж. До какой скорости разогнался мотоцикл?
650. Кинетическая энергия вагона, движущегося с некоторой скоростью, равна 98 000 Дж. Какова будет кинетическая энергия вагона, если его скорость возрастает в три раза?
651. Трамвайный вагон, масса которого 7500 кг, движется со скоростью 1 м/с. Определите кинетическую энергию вагона.
652. Пуля, масса которой 10 г, вылетает из винтовки со скоростью 860 м/с. Какова кинетическая энергия пули? Сравните ее с кинетической энергией вагона в предыдущей задаче.
653*. Шарик, масса которого 100 г, катится по горизонтальной плоскости со скоростью 50 см/с. Может ли он подняться вверх по уклону на высоту 2,5 см? Трение в расчет не принимать.
654*. Пуля, масса которого 10 г, попадает в дерево толщиной 10 см, имея скорость 400 м/с. Пробив дерево, пуля продолжает движение со скоростью 200 м/с. Определите силу сопротивления, которую встречает пуля, пробивая дерево.
655. Чугунная «баба» массой 300 кг, падает с высоты 8м и ударяет в сваю, забивая ее в землю. Найдите кинетическую энергию «бабы» в момент удара о сваю.
656. Тело, масса которого 100 г, брошено вертикально вверх со скоростью 40 м/с. Определите кинетическую энергию тела в начале движения и потенциальную энергию на наибольшей высоте. Сравните полученные величины. Определите сумму потенциальной и кинетической энергии через 3 с от начала движения. Сравните эту сумму с кинетической энергией в начале движения. Сделайте вывод.
657. Масса грузовика «БелАз» в 20 раз больше массы легкового автомобиля «Таврия», а скорость грузовика в 5 раз меньше скорости «Таврии». Сравните кинетические энергии автомобилей.
658. Бегущая со скоростью 10 м/с собака массой 10 кг снизила скорость бега до 8 м/с. На сколько изменилась ее кинетическая энергия?
659. Тело произвело работу, при этом его кинетическая энергия уменьшилась на 20 Дж. Какую работы совершило тело?
660*. Товарный состав массой 2000 т начал тормозить под действием тормозящей силы 200 кН, и его тормозной путь до остановки составил 500 м. С какой первоначальной скоростью двигался поезд?
Потенциальная и кинетическая энергия | 7 класс РФ
Конспект по физике для 7 класса «Потенциальная и кинетическая энергия».
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Потенциальная и кинетическая энергия
В разделе физики «Механика» различают два вида энергии, которой может обладать тело. Энергию, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или взаимным расположением частей одного и того же тела, называют потенциальной энергией. А энергию, которой обладает тело вследствие своего движения, называют кинетической.
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ПОДНЯТОГО НАД ЗЕМЛЕЙ ТЕЛА
Вычислим потенциальную энергию Еп тела массой m, поднятого над поверхностью Земли на высоту h. Будем считать потенциальную энергию тела, лежащего на поверхности Земли, равной нулю (так как без приложения какой–либо силы к этому телу оно не может совершить механическую работу). Тогда потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту, будет определяться работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на поверхность Земли: Еп = А.
Работа, как известно, равна А = Fтяжh, а сила тяжести = mg. Тогда Еп = mgh, где g — ускорение свободного падения, m — масса тела, h — высота, на которую поднято тело.
ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Обратимся ещё раз к примеру использования тарана. Очевидно, что, чем толще и крепче стона, которую необходимо разрушить, тем большую механическую работу нужно совершить. При одной и той же скорости движения чем больше масса тарана, тем большей разрушительной силой он обладает. Следовательно, кинетическая энергия тела зависит от его массы.
С другой стороны, чем быстрее таран движется, тем сильнее разрушения, которые он производит. Однако при появлении тяжёлых орудий на замену тарану пришли пушки. Почему? Всё дело в скорости, с которой движется пушечное ядро или снаряд. Невзирая на то, что их масса уступает массе тарана, разрушения, производимые ими, намного сильнее. Значит, чем больше скорость движущегося тела, тем больше его кинетическая энергия.
Интуитивно понятно, что в данном случае зависимость кинетической энергии от скорости сильнее, чем зависимость от массы. Таким образом, чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется, тем больше его кинетическая энергия.
ТОРМОЗНОЙ ПУТЬ АВТОМОБИЛЯ
Умение определять кинетическую энергию тела помогает в решении огромного количества практических задач.
Пусть машина массой m, движущаяся со скоростью ʋ, начинает тормозить, чтобы остановиться. Путь s, который пройдёт машина с момента начала торможения до полной остановки, называют тормозным путём. На этом пути сила трения совершает отрицательную работу: А = –Fтр s, так как направление действия силы трения и движения противоположны.
Кинетическая энергия машины изменяется от максимального значения Ек = mʋ2/2 до 0. Изменение кинетической энергии также отрицательно и равно, как показывает опыт, совершённой работе, т. е.
Тормозной путь автомобиля пропорционален массе автомобили и квадрату скорости, с которой автомобиль двигался до начала торможения. Таким образом, чем тяжелее автомобиль, тем длиннее будет его тормозной путь, если предположить, что до начала торможения движение происходило с одинаковой скоростью.
С другой стороны, чем выше скорость движения автомобиля, тем длиннее будет его тормозной путь. Причем, если скорость автомобиля вырастет в 2 раза, тормозной путь в случае экстренного торможения увеличится в 4 раза.
Кинетическая энергия тел с древности использовалась людьми не только для технических нужд, но и в военном деле. Стрела, выпущенная из лука, обладает достаточной кинетической энергией. Именно поэтому она способна пробить даже металлические латы воина. Использование кинетической энергии объясняет принцип действия древних ударных машин, баллист и катапульт.
Катапульты представляли собой лук очень больших размеров и использовались для разрушения укреплений и кораблей. Выпущенное машиной окованное бревно пробивало четыре ряда частокола по отлогой траектории. Натяжение тетевы производилось несколькими воинами и занимало от 15 мин до 1 ч.
Баллисты посылали снаряд, который летел на расстояние до 400 м. Начальная скорость полета снаряда была около 45 м/с. В качестве снарядов применялись камни, горшки и бочки с горючей смесью. При запуске снаряд летел круто вверх и, попав в корабль, пробивал палубу и днище.
ПОЛНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ТЕЛА
Часто тело обладает одновременно как кинетической, так и потенциальной энергией. Сумму кинетической и потенциальной энергий тела обычно называют полной механической энергией тела.
Так, например, летящий самолёт обладает как потенциальной, так и кинетической энергией: Е = Еп + Ек.
Видеоуроки по теме «Потенциальная и кинетическая энергии»
Вы смотрели Конспект по физике для 7 класса «Потенциальная и кинетическая энергия»: .
Вернуться к Списку конспектов по физике (В оглавление).
Пройти онлайн-тест «»
Конспект урока для 7 класса «Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия»
7 класс
§ 62, 63 Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия.
Тип урока:
по основной дидактической цели: урок повторения изученного и урок ознакомления с новым материалом.
По основным этапам учебного процесса: комбинированный
Цели урока:
Учебная:
Познакомить учащихся с понятием «Энергия», с видами механической энергии, с формулами для расчета кинетической и потенциальной энергиями.
Развивающая и воспитывающая:
содействовать развитию речи, учить анализировать, сравнивать, способствовать развитию памяти, логического мышления.
способствовать дисциплинированности, аккуратности, культуры общения.
Оборудование: компьютер, мультимедийные средства (презентация), шарик, наклонная плоскость, брусок.
План урока
1. Организационный момент (1-2 мин)
2. Проверка домашнего задания (10 мин)
3. Изучение нового материала (20 мин)
4. Закрепление материала (10-20 мин)
5. Домашнее задание (2 мин)
Здравствуйте ребята! Давайте отметим отсутствующих на уроке.
На прошлом уроке вам была задана задача. Один ученик решает задачу у доски, все остальные повторяют пройденную тему.
Изучение нового материала.
В повседневной жизни мы часто используем слово «энергия». Как правило, оно связано с работой электростанцией и мощных машин. На заводах и фабриках работают станки и машины, расходуя электрическую энергию. Автомобили, самолеты, тепловозы и теплоходы при работе расходуют энергию сгорающего топлива. Люди возобновляют свой запас энергии при помощи пищи.
В физике понятие «энергия» является одним из самых важных. Это понятие связывает механические явления с тепловыми, электрическими, а также с явлениями, которые происходят внутри молекул и атомов вещества. Что же такое энергия?
Рассмотрим несколько примеров.
Сжатая пружина,
Шарик, который катится по поверхности стола,
Мяч находится над Землей.
При определенных условиях эти тела могут совершить механическую работу. Итак, сила упругости совершает работу при распрямлении пружины, поднимая при этом груз.
Шарик, скатываясь с наклонной плоскости и ударившись о брусок, передвинет его на некоторое расстояние.
Сила тяжести может совершить работу, если шарик опустить и дать ему упасть на Землю.
Про тела, которые могут совершить работу, говорят, что они обладают энергией.
Энергия – это физическая величина, характеризующая способность тела совершить работу.
Энергию выражают в СИ в тех же единицах, что и работа, то есть в Джоулях.
Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает.
От чего же зависит энергия поднятого мяча? Как вы думаете ребята. Звучат ответы учеников. Очевидно, что от высоты, на которой находится мяч, и от его массы. То есть можно сказать, что энергия зависит от взаимного расположения тел – мяча и Земли.
От чего же зависит энергия сжатой пружины?
От деформации пружины, то есть от взаимного расположения ее витков, а витки пружины — это часть одного тела.
Энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела называется потенциальной.
Энергия поднятого над Землей камня, деформированной пружины, сжатого газа, воды в реках удерживаемой плотинами – все это примеры тел, обладающих потенциальной энергией.
Вычислим потенциальную энергию Еп тела массой m, поднятого над Землей на высоту h. Будем считать потенциальную энергию тела, лежащего на поверхности Земли, равной нулю. Тогда Еп тела, поднят поднятого на некоторую высоту, будет определяться работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю: Еп = А, А = Fh, сила F = mg, тогда Еп = mgh
m – масса тела,
g – ускорение свободного падения,
h – высота, на которую поднято тело.
Движущийся автомобиль может совершить работу, а это значит, что он обладает энергией даже при выключенном моторе.
Энергией обладают движущийся вагон, летящая пуля.
Допусти шарик, скатившись с наклонной плоскости, движется по горизонтальной поверхности стола. Столкнувшись с бруском он совершает работу против силы трения между бруском и столом. Брусок передвинется. Следовательно, шарик во время своего движения обладает энергией.
Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией.
Движущаяся вода, приводя во вращение турбины гидроэлектростанций, расходует свою кинетическую энергию и совершает работу. Кинетической энергией обладает и движущийся воздух – ветер.
Рассмотрим, от каких физических величин зависит кинетическая энергия тела. Проводим еще раз опыт с шариком и наклонной плоскостью.
Чем больше высота, с которой скатывается шарик, тем больше его скорость и тем дальше он передвигает брусок, то есть совершает большую работу. Значит кинетическая энергия тела зависит от его скорости.
Если скатывать с одной и той же высоты тела разной массы, то можно увидеть, что, чем больше масса шарика, тем на большее расстояние при столкновении переместится брусок, то есть совершается большая работа. Следовательно, чем больше масса движущегося тела, тем больше его кинетическая энергия.
Таким образом, чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется тем больше его кинетическая энергия.
Для того чтобы определить кинетическую энергию тела, применяют формулу
m – масса тела, v – скорость его движения.
Пусть машина массой m, движущаяся со скоростью v, начинает тормозить, чтобы остановиться. Пусть S, который пройдет машина с момента начала торможения до полной остановки, называется тормозным путем.
На этом пути сила трения совершает работу А=FтрS.
Кинетическая энергия машины изменяется от максимального значения до 0.
Это изменение кинетической энергии равно совершенной работе, то есть
Если силу трения принять постоянной для всех транспортных средств, то чем больше кинетическая энергия, тем длиннее их тормозной путь.
Чем больше кинетическая энергия транспортного средства, тем длиннее его тормозной путь.
Пусть S1 – тормозной путь машины массой m1, движущейся со скоростью v1 = 50 км/ч.
Тормозной путь грузовика массой 2m1, движущегося со скоростью v = 50 км/ч, составляет 2S.
Тормозной путь автомобиля массой m1/2, движущегося со скоростью v = 50 км/ч, составляет S/2.
Тормозной путь автомобиля массой m1/2, движущегося со скоростью v = 100 км/ч, составляет 2S.
Часто тело обладает одновременно как кинетической, так и потенциальной энергией, например летящий самолет.
Сумма кинетической и потенциальной энергией тела обычно называют полной механической энергией тела Е = Еп + Ек.
Закрепление материала.
Решите задачу:
Птичка массой 120 гр. при полете достигает скорости 72 км/ч. Определите энергию движения этой птички.
Дано: m=120 гр, v= 72 км/ч.
Найти: Ек -?
Решение:
Переводим в СИ 120 гр=0,12кг, 72 км/ч = 20 м/с
Ек = m v2 /2
Ответ: Ек =24 Дж
Что мы узнали на уроке?
Про какое тело говорят, что оно обладает энергией?
Какую энергию называют потенциальной?
Какую энергию называют кинетической?
Спасибо всем за работу, сегодня активно работали….
Домашнее задание:
§ 62, 63, упражнение 40
Решите задачи:
Белый медведь массой 750 кг перепрыгивает препятствие высотой 1,2 м. Какую энергию он затрачивает при таком прыжке? (Еп = 9000 Дж)
Акула массой 250 кг плывет со скоростью 18 км/ч. Определите ее кинетическую энергию. (3125 дж)
7
I. Самоопределение к деятельности Цель: включение детей в деятельность на личностно-значимом уровне. | Приветствует обучающихся, создаёт эмоциональный настрой на урок, мотивирует их к уроку. Здравствуйте, ребята! Хочу сообщить приятную новость. На сегодняшнем уроке вам предстоит стать не учениками, а, настоящими учёными. А учёные, как известно, знают много и умеют много. -Проверим, с каким же научным багажом вы пришли на урок. | Приветствуют учителя, настраиваются на урок. Воспринимают информацию, сообщаемую учителем. | II. Актуализация знаний Цель: повторение изученного материала, необходимого для «открытия нового знания» | Обсуждает с обучающимися ранее изученное, делает акцент на основных моментах. Подведение итога. | Обучающиеся называют физическую величину, ее определение и единицы измерения. | Обучающимся предлагается заполнить таблицу
Взаимопроверка выставление оценок друг другу. | Владение научной терминологией, ключевыми понятиями. | Принимать и сохранять учебную цель и задачу | III. Постановка учебной задачи Цель: формулирование темы урока. | Постановка проблемы. Учитель: Перед нашей научной лабораторией поставлена проблема. Вы должны выполнить эксперименты и ответить на вопрос: При каких условиях тела способны совершать работу и работа каких сил совершается в каждом из приведенных случаев? . | Обучающиеся формулируют ответ на поставленный вопрос учителя. | Обучающимся Опыт 1. Опыт 1. Гиря массой, подвешенная над столом, после того как перерезать нить падает . Опыт 2. Металлический шар, скатываясь сверху по наклонному желобу, ударяет по лежащему в этом желобе деревянному цилиндру и совершает работу по его перемещению Опыт 3. Сжатая пружина, распрямляясь, приводит в движение тележку. | Владение научной терминологией, ключевыми понятиями. | Способность ставить новые учебные цели и задачи | IV. «Открытие» учащимися новых знаний Цель: познакомить с понятием энергии, как способностью тела совершать работу; дать определение потенциальной и кинетической энергии. | 1.Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел обладают возможностью совершать работу, то принято говорить, что они обладают чем? 2. Предлагает обучающимся сформулировать тему и цель урока 3. Запись на доске и в тетрадях темы урока. Вывести на доску цели урока. Совместно проговорить задачи урока. Демонстрирует примеры термина «энергия» (слайд 2). Демонстрирует слайд 3 и задает вопрос. Запись на доске Энергия – физическая величина, характеризующая способность тела совершить работу. Обозначение: Е Единицы измерения: Дж Уважаемые коллеги, у вас на столах имеются маршрутные листы, по которым вы поработаете самостоятельно, обратившись к источнику наших знаний — учебнику на стр.153 Внимательно изучите данные вопросы и сделайте вывод. Выступление докладчика 1 группы Демонстрирует слайд 5. Вводит понятие «потенциальная энергия тела, поднятого над Землей». Закрепление: 1.Какую энергию называют потенциальной? 2.Приведите примеры тел, обладающих потенциальной энергией. 3.Как рассчитать потенциальную энергию тела, поднятого над Землёй? Подводит обучающихся к формулировке определения «потенциальная энергия» (слайд 11). Выводит обучающихся на относительность потенциальной энергии. Выступление докладчика 2 группы Закрепление: 1.Какую энергию называют кинетической? 2.Приведите примеры тел, обладающих кинетической энергией. 3.От каких физических величин зависит кинетическая энергия тела | Обучающиеся отвечают на поставленный вопрос учителя. Энергией. Проговаривают задачи урока Просмотр слайда. Перечисляют ситуации, в которых встречается термин «энергия». Обучающиеся отвечают на поставленный вопрос учителя. Обучающиеся делают записи в тетради. Обучающиеся отвечают на поставленные им вопросы. Заполняют маршрутные листы (приложение) Выступление докладчика 1 группы потенциальной энергии тела запись на доске Потенциальная энергия(Еп)-энергия взаимодействия тел или частей тела Еп=mgh m – масса тела (кг) , h – высота тела над Землёй (м), g = 9,8 Н/кг Единицы измерения: Дж. Примеры: Обучающиеся отвечают на вопрос учителя Кинетическая энергия(Ек)-энергия движения тела Eк=mV2/2 Единицы измерения: Дж. Примеры: | Обучающимся предлагается перечислить случаи из жизни, где бы использовался термин «энергия». При каких условиях тела способны совершать работу и работа каких сил совершается в каждом из приведенных случаев? Обучающимся предлагается сформулировать определение термина «энергия» и вспомнить, чем характеризуется физическая величина. Обучающимся предлагается определить от каких величин зависит потенциальная энергия тела, поднятого над Землей. Обучающимся предлагается определить от каких величин зависит потенциальная энергия упруго деформированного тела. В распоряжении обучающихся набор пружин различной жесткости. Обучающимся предлагается сформулировать определение термина «потенциальная энергия». Обучающимся предлагается выяснить от чего зависит кинетическая энергия. | Владение ключевыми понятиями. Формирование представлений об энергии Формирование представлений о кинетической энергии, устанавливать причинно-следственные связи Формирование представлений о потенциальной энергии тела, поднятого над Землей, устанавливать причинно-следственные связи Формирование представлений о потенциальной энергии упруго деформированного тела, устанавливать причинно-следственные связи Формирование представлений о потенциальной энергии и ее относительности | Умение аргументировать свою точку зрения. Давать определение понятиям Умение оперировать гипотезами как отличительным инструментом научного рассуждения, самостоятельность в приобретении новых знаний. Умение оперировать гипотезами как отличительным инструментом научного рассуждения, самостоятельность в приобретении новых знаний. Давать определение понятиям | ФИЗКУЛЬТМИНУТКА | V. Первичное закрепление изученного материала Цель: закрепить полученные знания | Предлагает сделать расчеты по полученным знаниям. Решение задач | Обучающиеся отвечают на вопросы 1.Кирпич массой 4 кг лежит на высоте 5 м от поверхности земли. Чему равна потенциальная энергия кирпича? 2.Камень массой 2 кг летит со скоростью 10 м/с. Чему равна кинетическая энергия камня? | Обучающимся предлагается решить задачи с опорой на записи в тетради. | Поиск и выделение необходимой информации | Осуществлять познавательную рефлексию в отношении действий по решению учебных и познавательных задач | VI. Работа с самопроверкой по эталону Цель: проверка степени усвоения учебного материала | Демонстрирует слайды, задает вопросы | Отвечают на вопросы | Обучающимся предлагают провести самопроверку. | Поиск и выделение необходимой информации | Формирование навыков самооценки | VII. Постановка домашнего задания | § 62-63. Упр. 32 | Записывают домашнее задание в дневник. | Записать домашнее задание на следующий урок | VII. Подведение итогов занятия Включение нового знания в систему изученного материала. | Задает вопросы. Вот и закончилась наша работа. — Что вы узнали? — Что показалось самым интересным? — Что вызвало затруднения? Выставление оценок по итогам проверки ваших знаний присваиваются звания старших научных сотрудников, младших научных сотрудников, лаборантов. | Отвечают на вопросы учителя. Выдаются бейджики старших научных сотрудников, младших научных сотрудников, лаборантов | Поиск и выделение необходимой информации | Осуществлять познавательную рефлексию в отношении действий по решению учебных и познавательных задач | VIII. Рефлексия Цель: осознание учащимися своей учебной деятельности, самооценка результатов деятельности своей и всего класса. | Демонстрирует слайд 14 | Оценивают свою работу на уроке | Заполнение рефлексивной карты | Формирование навыков рефлексии |
Урок физики в 7 классе «Потенциальная и кинетическая энергия»
Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия.
Цели урока:
Познакомить учащихся с понятием «Энергия», с видами механической энергии, с формулами для расчета кинетической и потенциальной энергиями.
Развивающая и воспитывающая:
содействовать развитию речи, учить анализировать, сравнивать, способствовать развитию памяти, логического мышления.
способствовать дисциплинированности, аккуратности, культуры общения.
Оборудование: компьютер, мультимедийные средства (презентация), шарик, наклонная плоскость, брусок.
План урока
1. Организационный момент (1-2 мин)
2. Проверка домашнего задания (10 мин)
3. Изучение нового материала (20 мин)
4. Закрепление материала (10-20 мин)
5. Домашнее задание (2 мин)
Здравствуйте ребята! Давайте отметим отсутствующих на уроке.
На прошлом уроке вам была задана задача. Один ученик решает задачу у доски, все остальные повторяют пройденную тему.
Изучение нового материала.
Рассмотрим несколько примеров.
Сжатая пружина,
Шарик, который катится по поверхности стола,
Мяч находится над Землей.
При определенных условиях эти тела могут совершить механическую работу. Итак, сила упругости совершает работу при распрямлении пружины, поднимая при этом груз.
Шарик, скатываясь с наклонной плоскости и ударившись о брусок, передвинет его на некоторое расстояние.
Сила тяжести может совершить работу, если шарик опустить и дать ему упасть на Землю.
Про тела, которые могут совершить работу, говорят, что они обладают энергией.
Энергия – это физическая величина, характеризующая способность тела совершить работу.
Энергию выражают в СИ в тех же единицах, что и работа, то есть в Джоулях.
Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает.
От чего же зависит энергия поднятого мяча? Как вы думаете ребята. Звучат ответы учеников. Очевидно, что от высоты, на которой находится мяч, и от его массы. То есть можно сказать, что энергия зависит от взаимного расположения тел – мяча и Земли.
От чего же зависит энергия сжатой пружины?
От деформации пружины, то есть от взаимного расположения ее витков, а витки пружины — это часть одного тела.
Энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела называется потенциальной.
Энергия поднятого над Землей камня, деформированной пружины, сжатого газа, воды в реках удерживаемой плотинами – все это примеры тел, обладающих потенциальной энергией.
Вычислим потенциальную энергию Еп тела массой m, поднятого над Землей на высоту h. Будем считать потенциальную энергию тела, лежащего на поверхности Земли, равной нулю. Тогда Еп тела, поднят поднятого на некоторую высоту, будет определяться работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю: Еп = А, А = Fh, сила F = mg, тогда Еп = mgh
m – масса тела,
g – ускорение свободного падения,
h – высота, на которую поднято тело.
Движущийся автомобиль может совершить работу, а это значит, что он обладает энергией даже при выключенном моторе.
Энергией обладают движущийся вагон, летящая пуля.
Допусти шарик, скатившись с наклонной плоскости, движется по горизонтальной поверхности стола. Столкнувшись с бруском он совершает работу против силы трения между бруском и столом. Брусок передвинется. Следовательно, шарик во время своего движения обладает энергией.
Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией.
Движущаяся вода, приводя во вращение турбины гидроэлектростанций, расходует свою кинетическую энергию и совершает работу. Кинетической энергией обладает и движущийся воздух – ветер.
Рассмотрим, от каких физических величин зависит кинетическая энергия тела. Проводим еще раз опыт с шариком и наклонной плоскостью.
Чем больше высота, с которой скатывается шарик, тем больше его скорость и тем дальше он передвигает брусок, то есть совершает большую работу. Значит кинетическая энергия тела зависит от его скорости.
Если скатывать с одной и той же высоты тела разной массы, то можно увидеть, что, чем больше масса шарика, тем на большее расстояние при столкновении переместится брусок, то есть совершается большая работа. Следовательно, чем больше масса движущегося тела, тем больше его кинетическая энергия.
Таким образом, чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется тем больше его кинетическая энергия.
Для того чтобы определить кинетическую энергию тела, применяют формулу
m – масса тела, v – скорость его движения.
Пусть машина массой m, движущаяся со скоростью v, начинает тормозить, чтобы остановиться. Пусть S, который пройдет машина с момента начала торможения до полной остановки, называется тормозным путем.
На этом пути сила трения совершает работу А=Fтр S.
Кинетическая энергия машины изменяется от максимального значения до 0.
Это изменение кинетической энергии равно совершенной работе, то есть
Если силу трения принять постоянной для всех транспортных средств, то чем больше кинетическая энергия, тем длиннее их тормозной путь.
Сумма кинетической и потенциальной энергией тела обычно называют полной механической энергией тела Е = Еп + Ек.
Закрепление материала.
Птичка массой 120 гр. при полете достигает скорости 72 км/ч. Определите энергию движения этой птички.
Дано: m=120 гр, v= 72 км/ч.
Найти: Ек -?
Решение:
Переводим в СИ 120 гр=0,12кг, 72 км/ч = 20 м/с
Ек = m v2 /2
Ответ: Ек =24 Дж
Что мы узнали на уроке?
Про какое тело говорят, что оно обладает энергией?
Какую энергию называют потенциальной?
Какую энергию называют кинетической?
Спасибо всем за работу, сегодня активно работали….
Домашнее задание:
§ 62, 63, упражнение 40
Решите задачи:
Белый медведь массой 750 кг перепрыгивает препятствие высотой 1,2 м. Какую энергию он затрачивает при таком прыжке? (Еп = 9000 Дж)
Акула массой 250 кг плывет со скоростью 18 км/ч. Определите ее кинетическую энергию. (3125 дж)