Автономное учреждение

профессионального образования

Ханты-Мансийского автономного округа – Югры

«СУРГУТСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Кузмауль Мария Сергеевна, преподаватель физики

Тема урока: Лабораторная работа №3 " Изучение закона сохранения механической энергии".

Тип урока: лабораторно-практический

Приёмы: "Бортовой журнал", объяснительно-иллюстративный, алгоритмизация.

Цель урока: изучить закон сохранения энергии в ходе практической работы

Задачи урока:

Образовательные :

научить пользоваться приборами и снимать показания с приборов

научить измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Развивающие:

развитие мышления учащихся, формирование у них самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления;

развитие умения анализировать и делать выводы на основе экспериментальных данных.

Воспитательные:

побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, побуждать к толерантности и коллективизму;

формирование познавательного интереса к физике и технике.

Формы организации учебной деятельности: фронтальная; индивидуальная; групповая.

Ожидаемый результат урока:

В результате учебной деятельности, на запланированном уроке, учащиеся должны:

Закрепить знания по теме «Закон сохранения энергии и его применение».

Показать навыки индивидуальной работы, групповой работы;

Усовершенствовать приобретенные ранее умения и навыки при проведении опыта через использование физические приборов и измерительных инструментов для измерения физических величин: силы трения, веса тела.

Развивать умение анализировать, составлять отчёт о проделанной работе и делать вывод на основании полученного результата.

УМК: мультимедийный проектор, штатив с муфтой и лапкой; динамометр лабораторный; линейка; груз массой m на нити длиной l, описания лабораторной работы.

План урока:

1. Организационный момент - 2 мин (Название темы, цели)

2. Актуализация - 8 мин

Проверка д/з - фронтальный опрос - 3 мин.

Что такое потенциальная энергия? Её виды?

Что такое кинетическая энергия?

Что называется полной механической энергией?

Назовите закон сохранения механической энергии.

Приём "Бортовой журнал" - заполнение колонки что я знаю! (Коллективное обсуждение) - 5мин

3. Выполнение лабораторной работы - 50 мин.

Проведение инструктажа по технике безопасности;

Изучение л/р (познакомить учащихся с приборами, обратить внимание на порядок выполнения работы).

оформление работы учащимися в тетрадях: тема, цель, оборудование, порядок выполнения работы.

выполнение учащимися работы, учитель контролирует работу в группах.

Анализ и вывод по работе.

4. Закрепление - 10 мин.

Учащиеся индивидуально письменно отвечают на вопросы.

5. Рефлексия. - 8 мин.

Возврат к цели урока: обсуждение, как зависит сила трения от веса тела?

Заполнение "бортового журнала".

Вопросы группам:

"Кто считает, что работал активно на уроке? Поднимите руки"

Считаете ли вы, что достигли правильного результата?

6. Домашнее задание: выучить § - 2 мин.

Лабораторная работа № 3 Приложение 1.

Тема: Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы..

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой; динамометр лабораторный; линейка; груз массой m на нити длиной l .

Теоретическая часть

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l . Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина динамометра становится недеформированной и стрелка динамометра показывает ноль, при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз отпускают и он падает вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчета потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести переходит в потенциальную энергию деформации пружины динамометра:
mg (l+Δl) = kΔl 2 /2 , где Δl - максимальное удлинение пружины, k - ее жесткость.

Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации пружины, т. к. тело движется быстро.

Указания к работе

Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива.

1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F т = mg (в данном случае вес груза равен его силе тяжести).

2. Измерьте длину l нити, на которой привязан груз.

3. Поднимите груз до точки 0 (отмеченной на динамометре).

4. Отпустите груз, измерьте динамометром максимальную силу упругости F ynp и линейкой максимальное растяжение пружины Δl , отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

5. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + Δl (это высота, на которую смещается центр тяжести груза).

6. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза Е" п = mg (l + Δl) .

7. Вычислите энергию деформированной пружины E" п = kΔl 2 /2, где k = F упр /Δl

Подставив, выражение для k в формулу для энергии E" п получим E" п = ;F упр Δl/2

8. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

F т =mg			F упр	h = l + Δl	Е" п = mg (l + Δl)	E" п = F упр Δl/2

9. Сравните значения энергий Е" п и E" п . Подумайте, почему значения этих энергий совпадают не совсем точно.

10. Сделайте вывод о проделанной работе.

Задачи

Образовательные:

· Формировать знания, умения, навыки по теме «Работа силы. Законы сохранения в механике»

· Обобщить и систематизировать знания учащихся по теме «Работа силы. Законы сохранения в механике»

· Осуществлять подготовку к итоговой аттестации, в ходе повторения ранее изученных тем

Воспитательная:

· Воспитывать самостоятельность через организацию самостоятельной работы на уроках

· Воспитывать стремление к овладению знаниями, к поиску интересных фактов

· Воспитывать внимательность, аккуратность

Развивающие:

· Формировать у учащихся оценочные умения, критическое отношение к уровню своей подготовки через самопроверку выполняемых на уроке заданий

· Развивать умение отбирать необходимые знания из большого объема информации, умение обобщать факты, делать выводы (составить по прошедшей теме схему-конспект, в которой отражены все понятия, явления и законы данного раздела и их взаимосвязь)

· Совершенствовать навыки самостоятельной работы (самостоятельное решение задач)

Основные подтемы

Структурно-логический анализ темы

Основные подтемы.

Закон сохранения энергии

§ 43. Работа силы

§ 44. Мощность

§ 45. Энергия

§ 46. Кинетическая энергия и ее изменение

§ 47. Работа силы тяжести

§ 48. Работа силы упругости

§ 49. Потенциальная энергия

§ 50. Закон сохранения энергии в механике

§ 51. Уменьшение механической энергии системы под действием сил трения

Тематическое планирование базового и профильного уровня

по физике 10 класс (2ч./нед. и 5ч./нед.)

В данной теме вводятся следующие формулы:

Здесь А- работа, F – модуль силы, совершающей работу, S – модуль перемещения, α – угол между векторами силы и перемещения, k – жесткость, х – деформация, N – мощность, v – скорость, t – время.

В формулах совершает работу или развивает мощность некоторое тело, которое действует на данное тело с определенной силой F. Это может быть сила тяги или сила натяжения или сила трения и т.д., но не равнодействующая всех сил, действующих на данное тело.

При изучении темы «Работа силы. Законы сохранения в механике» вводятся следующие понятия:

Физические понятия: Механическая работа, мощность, энергия, кинетическая энергия, потенциальная энергия, работа силы тяжести, работа силы упругости, абсолютно упругий удар, абсолютно неупругий удар.

Законы: закон сохранения импульса, закон сохранения энергии.

Фронтальные лабораторные работы

Изучение закона сохранения механической энергии

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины, сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный, линейка, груз массой m на нити длинной l, набор картонок, толщиной порядка 2 мм, краска и кисточка.

Задача

Шофер выключил двигатель в тот момент, когда скорость автомобиля была Через ∆t = 2 c скорость автомобиля упала до Чему был равен импульс автомобиля в момент выключения двигателя? Чему равно изменение импульса автомобиля ∆p? Чему равен импульс силы сопротивления движению автомобиля ? Сила сопротивления движению в течение времени ∆t была постоянна и составляет

Согласно основному уравнению динамики импульс силы, действовавшей на тело , равен изменению импульса этого тела, значит, ∆p = .

Изменение импульса ∆p равно разности конечного p импульса и начального . По определению импульса и , где m-масса автомобиля.

Учтем, что изменение импульса ∆p меньше нуля, ведь конечная скорость меньше начальной. Тогда -∆p = - , откуда масса автомобиля

Теперь найдем и начальный импульс автомобиля

Подставив данные в уравнения получим:

∆p = = 1,2 Н∙с,

Ответ: ∆p = = 1,2 Н∙с, кг

Качественная задача:

Зачем велосипедист приближаясь к подъему увеличивает скорость движения?

Если нет трения, то кинетическая энергия при подъёме велосипедиста переходит в потенциальную, и скорость надо вначале увеличить, чтобы кинетической хватило для подъёма до верхней точки (полная энергия остаётся постоянной).

Если кинетическая энергия не уменьшается, это означает, что обязательно кто-то совершает работу, и это компенсирует убыль кинетической энергии. В этой задаче работу должен совершать конечно велосипедист, т.е. при подъёме в гору велосипедист так усердно крутит педали, что совершаемая им работа в точности компенсирует убыль кинетической энергии. Если использовать формулы, то надо использовать теорему о механической энергии; конечная механическая энергия, минус начальная механическая энергия равна работе внешних неконсервативных сил, плюс работа силы трения (если она есть).Только при совершении велосипедистом работы по кручению педалей при подъёме кинетическая энергия может оставаться постоянной.

Использованная методическая литература:

Каменецкий «теория и методика обучения физики в школе. Частные вопросы.»

Мякишев 11 класс

Касаткина «Репетитор по физике»

Научно-популярная литература, и интернет-ресурсы, рекомендуемые учащимся:

Журнал «Квант»

Журнал «Потенциал»

Журнал «физика для школьников»

Приложение

Понятия

Механическая работа – физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения на косинус угла между ними.

Мощность – физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, в течение которого она была совершена.

Энергия – физическая величина, являющаяся количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи. Равна работе, которую может совершить тело или система тел при переходе из данного состояния на нулевой уровень.

Кинетическая энергия – энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.

Потенциальная энергия – энергия, обусловленная взаимодействием различных тел или частей одного тела. Зависит от взаимного расположения тел или величины деформации тела.

Работа силы тяжести – не зависит от траектории движения тела и всегда равна изменению потенциальной энергии тела, взятому с противоположным знаком.

Работа силы упругости – равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком.

Абсолютно упругий удар – столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел.

Абсолютно неупругий удар – такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.

Тема: Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы..

Оборудование:

• штатив с муфтой и лапкой;
• динамометр лабораторный;
• линейка;
• груз массой m на нити длиной l ;
• набор картонок, толщиной порядка 2 мм;
• краска и кисточка.

Теоретическая часть

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l . Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина динамометра становится недеформированной и стрелка динамометра показывает ноль, при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз отпускают и он падает вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчета потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести переходит в потенциальную энергию деформации пружины динамометра:
mg (l+Δl) = kΔl 2 /2 , где Δl - максимальное удлинение пружины, k - ее жесткость.

Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации пружины, т. к. тело движется быстро.

Указания к работе

Для выполнения работы собирают установку, показанyую на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива.

1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F т = mg (в данном случае вес груза равен его силе тяжести).

2. Измерьте длину l нити, на которой привязан груз.

3. На нижний конец груза нанесите немного краски.

4. Поднимите груз до точки закрепления нити.

5. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что груз не касается его при падении.

6. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не появятся следы краски.

7. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой и измерьте динамометром максимальную силу упругости F ynp и линейкой максимальное растяжение пружины Δl , отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

8. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + Δl (это высота, на которую смещается центр тяжести груза).

9. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза Е" п = mg (l + Δl) .

10. Вычислите энергию деформированной пружины E" п = kΔl 2 /2, где k = F упр /Δl

Подставив, выражение для k в формулу для энергии E" п получим E" п = ;F упр Δl/2

11. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

F т =mg	l	Δl	F	h = l + Δl	Е" п = mg (l + Δl)	E" п = F упр Δl/2
1

12. Сравните значения энергий Е" п и E" п . Подумайте, почему значения этих энергий совпадают не совсем точно

Практическая работа

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Цель работы: экспериментальная проверка закона сохранения ме­ханической энергии.

Приборы и материалы: два штатива с муфтами и лапками, динамометр, линейка измерительная, шар, нитки.

Краткие теоретические сведения

Если в замкнутой системе отсутствует сила трения, а действуют только консервативные силы (сила упругости и сила всемирного тяготения), то полная механическая энергия системы сохраняется при любых взаимодействиях тел системы. На сколько уменьшается энергия одного тела, на столько же увеличивается энергия других тел системы. Если уменьшается потенциальная энергия, то на столько же увеличивается кинетическая энергия и наоборот.

Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей (или над нулевым уровнем), равна:

Е П = mgh , где т - масса тела, g - ускорение свободного падения,

h - высота над нулевым уровнем.

Кинетическая энергия движущегося тела равна: Ек= mv 2 /2

т - масса тела, v - скорость тела.

Выполнение работы.

Соберите установку, изображенную на рисунке.

Отодвиньте шар на столько, чтобы динамометр показывал при­мерно 2-4 Н.

Запишите показания динамометра.

Отпустите шар, при этом потенциальная энергия пружины пере­ходит в кинетическую энергию шара. Заметьте место его падения. Повторите опыт 5 раз. Найдите среднее значение S ср

S ср =(S 1 +S 2 +S 3 + S 4 + S 5 )/5

5. Измерьте удлинение пружины при показании динамометра F из пункта 3.

Вычислите потенциальную энергию растянутой пружины:

Е п =kx 2 /2=Fx/2

Измерьте массу шара.

Измерьте высоту h , с которой падал шар.

v =S /t a t = 2h /g , и v =S g /2h (таким образом

начальная скорость движения выражается через измеряемые в опыте величины) g =9,8м/с 2

Вычислите кинетическую энергию шара в начале движения:

Е к =mv 2 /2=mS 2 g/4h

Результаты вычислений занесите в таблицу.

F упр (Н)

S ср (м)

m(кг)

h (м)

v (м/с)

E к(Дж)

E п(Дж)

E к/E п

1. Сравните E к/E п с единицей.

∆Е п =Е п ε Е п

Е п =Fx/2

ε Е =ε F + ε x =∆F/F+∆x/x

∆Е к =Е к ε Ек

Е к = mS 2 g/4h

ε Ек =ε m +2ε ср +ε q +ε h

Погрешностями ε m ε h ε q по сравнению с погрешностью ε S ср можно пренебречь

ε Ек 2 ε =2∆S ср /S

Сделайте вывод о проделанной роботе.

Контрольные вопросы:

Сформулируйте условия, при которых выполняется закон сохранения механической энергии.

Сформулируйте теорему о кинетической энергии.

Сформулируйте закон сохранения и преобразования энергии.