Конспект урока по физике для 9 класса 'Закон сохранения энергии'

Открытый урок для 9 класса

по теме «Закон сохранения энергии»

Урок объяснения нового материала

Цели и задачи урока:

- показать фундаментальность понятия энергии;

-рассказать исторические предпосылки возникновения закона сохранения энергии;

-сформировать у учащихся представление о законе сохранения энергии;

-наглядно показать превращения одного вида энергии в другой;

-выявить главные следствия, вытекающие из закона сохранения энергии;

-обосновать на основе закона сохранения энергии невозможность создания вечного двигателя;

научить видеть проявление закона сохранения энергии в окружающем нас мире;

-стимулировать познавательную активность и повысить интерес к физике в целом.

Ход урока:

1. Организационный момент (Взаимное приветствие, постановка целей урока)

2. Объяснение нового материала (Рассказ с элементами беседы и дискуссии, работа с текстом)

3. Подведение итогов урока

Демонстрации: маятник Галилея, маятник Максвелла, движение тела в поле тяготения земли.

Конспект урока.

1. Исторические предпосылки закона сохранения энергии.

При освещении вопроса энергии естественно следовать историческому ходу событий. Следует отметить, что понятие работы сложилось раньше, чем понятие энергии. Поэтому вначале формируется понятие работы, затем устанавливается, что всякая работа имеет определенный энергетический эффект: работа ускоряющей силы приводит к возникновению равного количества - кинетической энергии, работа против силы тяготения или упругости приводит к появлению потенциальной энергии.

Закон сохранения энергии имеет очень сложную историю:

На первых этапах физики открывали отдельные следствия закона сохранения энергии, не подозревая о существовании общего закона.
Первым следствием был закон рычага, который можно сформулировать так: произведение силы на расстояние, пройденное точкой приложения силы, есть величина постоянная. Это было известно еще Архимеду. Следующий шаг был сделан Галилеем, который во время своих опытов с падением тел по наклонной плоскости обнаружил, что скорость тела у основания наклонной плоскости зависит лишь от высоты, с которой падает тело.
Это поразительное открытие заинтересовало Галилея, и он поставил задачу исследовать, существует ли независимость скорости от длины пути для криволинейных форм пути. Исследования проводились на маятнике. ( Демонстрация на маятнике Галилея зависимости конечной высоты тела только от начальной высоты.)

Потом были Гюйгенс, Лейбниц, Бернулли и Гейльмгольц, который ввел понятие кинетической (живая сила) и потенциальной (количество сил напряжения) энергии, а закон сохранения энергии он представлял в двух формах.

2. Закон сохранения энергии.

2.1 Закон сохранения полной механической энергии.

Рассмотрим пример: (В системе действуют только силы тяготения и упругости)

Т ело массой m поднято на высоту h над поверхностью Земли обладает потенциальной энергией Еp. Тело начинает падать и так как высота уменьшается, то и потенциальная энергия тоже уменьшается на величину равной работе силы тяжести по перемещению тела.

С другой стороны эта работа равна изменению кинетической энергии Tак как у тела увеличивается скорость v, а значит увеличивается кинетическая энергия Ek. Значит насколько

E_k

E_п

E_р=mgh

E_k=mv²/2

E_k=mv²/2

E_k + E_р = mv²/2+ mgh_а

уменьшилась потенциальная энергия настолько же увеличилась кинетическая энергия.

h↓ → E_p↓ v↑ → E_k↑

В замкнутой системе полная механическая энергия не изменяется. Происходит лишь переход потенциальной энергии в кинетическую и наоборот.

или

Изменение суммы кинетической и потенциальной энергии системы равна нулю.

2.2. Закон сохранения общей энергии

Если в системе действуют кроме сил тяготения и упругости, другие силы: силы трения или внешние силы, например, сила тяги, то полная механическая энергия системы может изменяться.

Изменение полной механической энергии системы происходит за счет работы внешних сил и работы системы против сил сопротивления.

За счет сил трения уменьшается кинетическая энергия, а значит и полная энергия убывает. За счет уменьшения полной энергии уменьшается и потенциальная энергия. Наглядно это можно увидеть на примере колебаний маятника Максвелла: за счет сил сопротивления уменьшается максимальная высота его подъема.

Демонстрация маятника Максвелла.

3. Следствие закона сохранения энергии.

Главное следствие закона сохранения энергии: невозможность создания Вечного двигателя.

Вечный двигатель перпетуум-мобиле (лат. вечное движение), воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, работала бы сама по себе вечно, не требуя вмешательства извне. Неудивительно, что многие изобретатели были увлечены созданием такой машины, что не могло не отразиться на страницах литературных произведений.

Обратимся к одному из них:

М. Е. Салтыков-Щедрин. «Современная идиллия».

Изобретатель Презентов построил вечный двигатель.

«Презентов вынул палку- колесо не шелохнулось.

- Капризится!- повторил он,- надо импет дать. Он обеими руками схватился за обод, несколько раз повернул его верх и вниз и, наконец, с силой раскачал и пустил, - колесо завертелось. Несколько оборотов оно сделало довольно быстро плавно, - слышно было, однако ж, как внутри обода мешки с песком то напирают на перегородки, то отваливаются от них; потом начало вертеться тише, тише; послышался треск, скрип, и, наконец, колесо совсем остановилось.

- Зацепочка, стало быть, - сконфуженно объяснил изобретатель и опять напрягся и размахнул колесо.

Но во второй раз повторилось, то, же самое.

- Трения, может быть, в расчет не приняли?

- И трение в расчете было…Что трение? Не от трения это, а так… Иной раз словно порадует, а потом вдруг… закапризничает, заупрямится - и шабаш!»

Вопрос: Почему невозможно создание Вечного двигателя?

Для того чтобы ответить на этот вопрос обратимся к следующей схеме:

Вывод: Для того чтобы двигатель совершал работу необходимо поступление энергии из вне, а это не было предусмотрено проектом Вечного двигателя.

Еще примеры Вечных двигателей:

Пожалуй, остроумнее всех поступил некий изобретатель "вечного" двигателя, показавший своё изобретение в шестидесятых годах прошлого столетия на Парижской выставке. Двигатель состоял из большого колеса с перекатывавшимися в нём шарами, причём изобретатель утверждал, что никому не удастся задержать движение колеса. Посетители один за другим пытались остановить колесо, - но оно немедленно, же возобновляло вращение, как только отнимали руки. Никто не догадывался, что колесо вращается именно благодаря стараниям посетителей остановить его; толкая его назад, они тем самым заводили пружину искусно скрытого механизма.

Т.е. чтобы тело некоторое время могло само совершать работу ему необходим запас энергии. Например, для работы часов требуется запас потенциальной энергии сжатой пружины либо потенциальной энергии поднятых гирь.

4. Фундаментальность закона сохранения энергии.

Закон сохранения энергии это фундаментальный закон не только механики и техники, но всей природы. Никогда ничего не проходит бесследно

Вы сжали стальную пружину. Затраченная вами работа превратилась в потенциальную энергию упругодеформированной пружины. Вы можете вновь получить израсходованную энергию, если заставите распрямляющуюся пружину поднимать грузик, вращать колесо и т.п.; часть энергии возвратится в форме полезной работы, часть же уйдет на работу силы сопротивления.

Но вы поступаете с согнутой пружиной иначе: опускаете в серную кислоту, и стальная пружина растворяется. Вопрос только один, куда же девалась потенциальная энергия пружины? А путей исчезновения несколько:

Т.е. бесследного исчезновения энергии не происходит.

А закон сохранения выполняется всегда.

Д/з конспект урока.