Закон збереження та перетворення енергії в механічних і теплових процесах

РОЗДІЛ IV

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

УРОК № 18/63

Тема уроку. Закон збереження та перетворення енергії в механічних і теплових процесах

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Мета уроку: продовжити формування знань учнів про перетворення механічної енергії у внутрішню; домогтися засвоєння учнями змісту закону збереження та перетворення енергії, підкреслити загальність цього закону, використовуючи міжпредметні зв’язки; продовжити формувати вміння спостерігати та аналізувати фізичні явища.

План уроку

Хід уроку

I. Актуалізація опорних знань

Бесіда

Повторимо матеріал, необхідний для вивчення закону збереження

Питання класу

– Яку енергію називають внутрішньою енергією тіла?

– Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла?

– Наведіть приклади, коли внутрішня енергія тіла змінюється внаслідок виконання роботи (наприклад, при будівництві пірамід у Давньому Єгипті величезні камені перевозили на спеціальних полозах. При цьому полози розігрівалися так сильно, що рабам доводилося поливати їх водою).

– Наведіть приклади, коли внутрішня енергія тіла змінюється внаслідок теплопередачі. (Біля багаття ми гріємося завдяки випромінюванню, повітря у приміщенні нагрівається від батарей у результаті конвекції, а каструля на вогні нагрівається внаслідок теплопровідності.)

– Що спільного у всіх розглянутих випадках? (У всіх розглянутих випадках відбувається зміна внутрішньої енергії тіла.)

– Як саме змінювалася внутрішня енергія? (Енергія одних тіл зменшувалася, а інших у той же час збільшувалася.)

Головне в цих процесах – саме одночасне зменшення енергії одних тіл і збільшення енергії у других. Сьогодні ми розглянемо закон перетворення й збереження енергії.

II. Вивчення нового матеріалу

Бесіда

Ми вже розглянули з вами закон перетворення та збереження енергії стосовно механічних процесів.

Питання класу

– Наведіть приклади перетворення та збереження енергії в механічних процесах. (При падінні м’яча його потенціальна енергія перетворюється на кінетичну.)

– Чи підстрибуватиме м’яч безкінечно? (Ні, з часом м’яч зупиниться.)

– Чи означає це, що його механічна енергія зникла? (Ні. При ударах тіла нагріваються. Це означає, що механічна енергія м’яча з часом перейшла у внутрішню енергію м’яча й поверхні, на яку він упав.)

Висновок. Механічна енергія може перетворюватися у внутрішню енергію тіла.

Питання класу: Наведіть свої приклади перетворення механічної енергії тіла у внутрішню. (При обробці деталі на верстаті вона нагрівається. Механічна енергія різця, яким обробляють деталь, перетворюється у внутрішню.)

На підставі точних дослідів встановлено, що при будь-яких перетвореннях енергії її значення зберігається. Згадаємо результати лабораторної роботи № 13 “Вивчення теплового балансу при змішуванні води різної температури”.

Питання класу: Що ви спостерігали під час виконання роботи? (Учні пояснюють, що вони змішували холодну і гарячу воду, при цьому гаряча вода охолоджувалася, її внутрішня енергія зменшувалася, а холодна нагрівалася, її внутрішня енергія збільшувалася. Якщо врахувати всі теплові втрати, які відбулися в ході досліду, то можна записати рівність: Q1 = Q2.)

Закон збереження та перетворення енергії був відкритий всередині XIX століття. Найбільший внесок у відкриття й дослідну перевірку цього закону зробили німецький учений Р. Майер, англійський учений Д. Джоуль. Р. Майер уперше кількісно показав, як механічна енергія може перетворюватися у внутрішню (він був лікарем на судні, неодноразово помічав, що після шторму температура морської води підвищується). Д. Джоуль проводив досліди, у ході яких механічна енергія тіла перетворювалася у внутрішню (опис досліду наведено на с. 175), і показав рівність між виконаною механічною роботою і кількістю теплоти, отриманою тілом. Закон збереження та перетворення енергії – основний закон природи і застосовний не тільки до фізичних, але й до хімічних, біологічних процесів.

Учні, які одержали напередодні завдання, роблять короткі повідомлення (суть повідомлення – показати, що всі живі істоти на Землі використовують внутрішню енергію поживних речовин, у яку перетворилася енергія Сонця; пригадуються процеси фотосинтезу, умови протікання хімічних реакцій, теплокровні та холоднокровні тварини).

III. Закріплення нового матеріалу

Для закріплення матеріалу пропонуються такі завдання.

Завдання класу

1. Розгляньте рисунок. На рисунку представлені шість куль однакової маси, виготовлені з однієї й тієї самої речовини.

А) Вкажіть кулі з однаковою внутрішньою енергією;

Б) вкажіть кулі з однаковою кінетичною енергією;

В) вкажіть кулі з однаковою потенціальною енергією.

2. Виконайте невелике тестове завдання.

1) Яку механічну енергію має літак, що летить?

A. Потенціальну.

Б. Кінетичну.

B. Кінетичну і потенціальну.

Г. Ніяку.

2) Які перетворення енергії відбуваються при гальмуванні автомобіля?

A. Кінетичної у потенціальну.

Б. Потенціальної у кінетичну.

B. Механічної у внутрішню.

Г. Внутрішньої у механічну.

3) У чому полягає суть закону перетворення і збереження енергії?

А. Енергія не зникає.

Б. Енергію не можна створити.

В. Енергія перетворюється з одного виду в інший.

Г. Енергія перетворюється з одного виду в інший або переходить від одного тіла до іншого, при цьому значення її зберігається.

(Відповіді: 1) В; 2) В; 3) Г.)

3. Наведіть приклади, що підтверджують закон збереження і перетворення енергії в механічних і теплових процесах (це можуть бути як свої власні оригінальні приклади, так і повторення прикладів, наведених на уроці).

IV. Домашнє завдання

[1]: § 30.

[2]: § 27.

Подумайте на дозвіллі. На 3-й поверх підняли в’язку дров. У дров з’явилася певна потенціальна енергія. Дрова згоріли. За законом збереження енергії виходить, що ці дрова мають виділити більше тепла. Чи так це?

Скарбничка цікавих фактів

O Хай живе прогрес!

У середині XIX століття енергія, яку використовувала людина, на 94 % була енергією м’язової сили людини і тварин; на 6 % – енергією, що одержується від водних і вітряних коліс, млинів; менше 1 % енергії припадало на парові машини.

У наш час на “частку мускулів” припадає тільки 1 % використовуваної енергії.

O Енергія як запас

На питання, у чому ж суть поняття енергії й чому ми не можемо “розгледіти” у тілі приховану в ньому енергію, відомий фізик Альберт Ейнштейн відповів, що, подібно до того, як про масштаби багатства людини ми ніколи не дізнаємося, доки її гроші лежать без руху на рахунку в банку, так і про розмір запасеної тілом енергії не можна судити доти, поки вона не перетвориться, приміром, у роботу.