Механічна енергія

2-й семестр

МЕХАНІЧНІ ЯВИЩА

3. Робота й енергія

Урок 3/37

Тема. Механічна енергія

Мета уроку: з’ясувати фізичний зміст поняття “енергія”; сформувати поняття потенціальної й кінетичної енергії.

Тип уроку: комбінований урок.

План уроку

Контроль знань

10 хв.

Самостійна робота № 16 “Механічна робота. Потужність”

Демонстрації

5 хв.

1. Зміна енергії тіла під час виконання роботи.

2. Потенціальна енергія піднятого над землею тіла.

3. Потенціальна енергія деформованої пружини.

4. Залежність кінетичної енергії тіла від його маси й швидкості

Вивчення нового матеріалу

23 хв.

1. Енергія.

2. Потенціальна енергія.

3. Кінетична енергія

Закріплення вивченого матеріалу

7 хв.

1. Контрольні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі.

3. Поміркуй і відповідай

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Енергія

Розглянемо кілька прикладів, коли роботу виконують сили, що діють із боку деяких тел.

А) При розпрямленні стиснутої пружини сила пружності, що діє з боку пружини, виконує роботу. Виходить, стиснута (деформована) пружина має здатність виконувати роботу. Цю властивість пружини використовують, наприклад, у пружинних годинниках і заводних іграшках.

Б) Вантаж, що опускається з деякої висоти, також виконує роботу: це використовують, наприклад, у годинниках з гирями й на гідроелектростанціях, де роботу виконує падаюча з греблі вода. Отже, піднятий на деяку висоту вантаж має здатність виконувати роботу.

В) Якщо візок, що рухається, зіштовхується з пружиною, він деформує пружину. Отже, тіло, що рухається, має здатність виконувати роботу.

Повідомляємо учням, що про тіла, при зміні стану яких може бути виконана робота, говорять, що вони мають енергію.

Фізичну величину, що характеризує здатність тіла або системи тіл виконувати роботу, називають енергією.

Коли тіло виконує роботу, його енергія зменшується на величину, рівну виконаній роботі: якщо позначити енергію тіла в початковому стані Епоч, в кінцевому Екін, а виконану тілом роботу А, то

Механічна енергія

Звідси випливає, що одиниця енергії така сама, як й одиниця роботи,- джоуль.

2. Потенціальна енергія

Спортсмен перед пострілом натягає тятиву лука. Натягнута тятива лука може виштовхнути стрілу, виконуючи при цьому роботу.

Тіло, підняте на деяку висоту над землею, взаємодіючи з нею, так само може при падінні виконати деяку роботу.

Всі ці тіла мають енергію, тому що взаємодіють із іншими тілами (або частинами тіла).

Потенціальною енергією називають частину механічної енергії, що обумовлена взаємодією тіл або частин того самого тіла.

Оскільки тіло, підняте відносно поверхні Землі, взаємодіє з нею (притягується), то воно має потенціальну енергію Еп. Будемо вважати потенціальну енергію тіла, що лежить на поверхні Землі, рівною нулю, тоді потенціальна енергія тіла, що перебуває на висоті h, визначається роботою, яку виконає сила ваги при падінні на Землю. А робота може бути визначена за формулою А = mgh.

Виходить, у цьому випадку й потенціальна енергія буде виражатися рівністю: Еп = mgh.

Потенціальною енергією володіє будь-яке пружне деформоване тіло. Енергію стиснутих і закручених пружин використовують, наприклад, у ручних годинниках, різноманітних заводних іграшках й ін. Потенціальна енергія деформованої пружини визначається як

Механічна енергія

3. Кінетична енергія

Дуже часто ми бачимо, що механічна робота виконується внаслідок того, що тіло має деяку швидкість.

Тепловоз, що рухається, зіштовхуючись із вагоном, переміщає його на деяку відстань. При цьому виконується робота. Коли куля пробиває дошку, також виконується робота.

Енергія, якою володіє тіло, що рухається, називається кінетичною.

Кінетичною енергією називають частину механічної енергії, що визначається рухом тіла.

Кінетична енергія тіла, що рухається з деякою швидкістю, дорівнює роботі, яку треба виконати, щоб передати тілу в стані спокою таку саму швидкість.

Кінетична енергія Ек тіла масою m, що рухається зі швидкістю v, визначається формулою:

Механічна енергія

Значення кінетичної енергії залежить від вибору системи від відліку: адже кінетична енергія тіла залежить від його швидкості, а швидкість тіла в різних системах відліку різна. Якщо система відліку явно не зазначена, звичайно мають на увазі систему відліку, пов’язану із Землею.

З погляду різних спостерігачів кінетична енергія того самого тіла може бути різною.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

Наведіть приклади тіл, здатних виконати роботу при переході з одного стану в інший.

Чи змінюється механічний стан тіла або системи тіл під час виконання роботи?

Які тіла мають потенціальну енергію? Наведіть приклади.

Які тіла мають кінетичну енергію? Наведіть приклади.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Вертоліт підняв вантаж масою 1,5 т на висоту 800 м над поверхнею землі. Визначте потенціальну енергію вантажу відносно поверхні землі й відносно дна шахти глибиною 100 м.

2. Швидкість автомобіля збільшилася від 5 м/с до 25 м/с. У скільки разів збільшилася його кінетична енергія?

3. На яку висоту треба підняти тіло масою 15 кг, щоб потенціальна енергія тіла збільшилася на 45 Дж?

2). Поміркуй і відповідай

1. Чому спортсмен перед стрибком робить розбіг?

2. Два електропоїзди рухаються з однаковою відносно землі швидкістю, але перший має шість, а другий – дев’ять вагонів. Який з них має більшу кінетичну енергію?

3. Яким молотком – легким або важким – можна забити цвях за меншу кількість ударів? Чому?

Домашнє завдання-1

1. У-1: §18 (п. 1,2).

2. Сб-1:

Рів1 – № 21.1, 21.2, 21.4, 21.9, 21.10.

Рів2 – № 21.15, 21.17, 21.18, 21.25, 21.26.

РівЗ – № 21.30, 21.31, 21.32, 21.33, 21.37.

Домашнє завдання-2

1. У-2: §§ 28, 29.

2. Сб-2:

Рів1 – № 24.1, 24.2, 24.3, 24.4, 24.5.

Рів2 – № 24.16, 24.17, 24.18, 24.19, 24.22.

Рів3 – № 24. 29, 24.31, 24.33, 24.34, 24.35.


Механічна енергія - Плани-конспекти уроків по фізиці