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.

Уфимский государственный авиационный технический университет

Лабораторная работа №13

(по физике)

Изучение закона сохранения механической энергии

Факультет: ИРТ

Группа: Т28-120

Выполнил: Дымов В. В.

Проверил:

1. Цель работы: Изучение закона сохранения механической энергии и проверка его справедливости с помощью маятника Максвелла.

2. Приборы и принадлежности: маятник Максвелла.

Основание

Регулируемые ножки

Колонка, миллиметровая шкала

Неподвижный нижний кронштейн

Подвижный кронштейн

Электромагнит

Фотоэлектрический датчик №1

Вороток для регулирования длины бифилярной подвески маятника

Фотоэлектрический датчик №2

1. Заменные кольца

   Миллисекундомер

3. Таблица с результатами измерений и вычислений

3.1 Результаты измерений

3.2 Результаты опытов

4. Расчет результатов измерений и погрешностей

4.1. Прямое измерение времени полного падения маятника

t 1 =2,185c.

t 2 =3,163c.

t 3 =2,167c.

4.2. Расчет среднего времени полного падения

4.3. Расчет ускорения поступательного движения маятника

l =0,465м – длина нити

R =0,0525м – радиус кольца

h = l - R -0,01м=0,4025м – путь при падении маятника

4.4. Расчет высоты положения маятника в момент времени t ’

;

;
;

v ’ – скорость поступательного движения в момент времени t ’

- скорость вращательного движения оси маятника в момент времени t ’

r =0,0045м – радиус оси маятника

4.5. Вычисление момента инерции маятника

J 0 – момент инерции оси маятника

m 0 =0,033кг – масса оси маятника

D 0 =
– диаметр оси маятника

J д – момент инерции диска

m д =0,124кг – масса диска

D д =
– диаметр диска

J к – момент инерции накладного кольца

m к =0,258кг – масса накладного кольца

D к =0,11м – диаметр накладного кольца

4.6. Вычисление потенциальной энергии маятника относительно оси, проходящей вдоль оси

маятника, при положении в момент времени t ’

4.7. Вычисление кинетической энергии маятника в момент времени t ’

-кинетическая энергия поступательного движения

-кинетическая энергия вращательного движения

4.8. Расчет погрешности прямых измерений

4.9. Расчет погрешностей косвенных измерений

5. Конечные результаты:

Полная механическая энергия маятника в некоторый момент времени равна E = E n + E k

Для опыта №1: E ’= E n ’+ E k ’=0,8337Дж+1,288Дж=2,1217Дж

Для опыта №2: E ’’= E n ’’+ E k ’’=2,1216Дж+0=2,1216Дж

Для опыта №3: E ’’’= E n ’’’+ E k ’’’=0+2,1219Дж=2,1219Дж

Из данных опытов следует, что
(разница в 10 ­ ­ -3 Дж обусловлена несовершенством измерительных приборов), следовательно, закон сохранения полной механической энергии верен.

Ход лабораторной работы 5. Изучение закона сохранения механической энергии

1. Соберите установку, изображенную на рисунке.

2. Привяжите груз на нити к крючку динамометра (длина нити 12-15 см). Закрепите динамометр в зажиме штатива на такой высоте, чтобы груз, поднятый до крючка, при падении не доставал до стола.

3. Приподняв груз так, чтобы нить провисала, установите фиксатор на стержне динамометра вблизи ограничительной скобы.

4. Поднимите груз почти до крючка динамометра и измерьте высоту груза над столом (удобно измерять высоту, на которой находится нижняя грань груза).

5. Отпустите груз без толчка. Падая, груз растянет пружину, и фиксатор переместится по стержню вверх. Затем, растянув рукой пружину так, чтобы фиксатор оказался у ограничительной скобы, измерьте и

6. Вычислите: а) вес груза ; б) увеличение потенциальной энергии пружины в) уменьшение потенциальной энергии груза .

7. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу, помещенную в тетради для лабораторных работ.

8. Найдите значение отношения .

9. Сравните полученное отношение с единицей и запишите в тетради для лабораторных работ сделанный вывод; укажите, какие превращения энергии происходили при движении груза вниз.

Лабораторные работы. 2014

По физике за 9 класс (И.К.Кикоин, А.К.Кикоин, 1999 год),
задача №7
к главе «ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ».

Цель работы: сравнить две величины-уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

Средства измерения:

1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка

измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг.

Материалы: 1) фиксатор;

2) штатив с муфтой и лапкой.

Для работы используется установка, показанная на рисунке 180. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.

Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно - помечен цифрой 2) - это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.

Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.

Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgH. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

а энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Порядок выполнения работы

1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.

2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите опыт пять раз.

5. Подсчитайте

6. Результаты занесите в таблицу:

Номер опыта

7. Сравните отношение

с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.

Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы

Рассмотрим такое тело (в нашем случае рычаг). На него действуют две силы: вес грузов P и сила F (упругости пружины динамометра), чтобы рычаг находился в равновесии и моменты этих сил должны быть равны по модулю меду собой. Абсолютные значения моментов сил F и P определим соответственно:

Рассмотрим груз, прикрепленный к упругой пружине таким образом, как показано на рисунке. Вначале удерживаем тело в положении 1, пружина не натянута и сила упругости, действующая на тело равна нулю. Затем отпускаем тело и оно падает под действием силы тяжести до положения 2, в котором сила тяжести полностью компенсируется силой упругости пружины при удлинении ее на h (тело покоится в этот момент времени).

Рассмотрим изменение потенциальной энергии системы при переходе тела из положения 1 в положение 2. При переходе из положения 1 в положение 2 потенциальная энергия тела уменьшается на величину mgh, а потенциальная энергия пружины возрастает на величину

Целью работы является сравнение этих двух величин. Средства измерения: динамометр с известной заранее жесткостью пружины 40 Н/м, линейка, груз из набора по механике.

Выполнение работы:

Лабораторная работа № 2 Экспериментальное изучение закона сохранения механической энергии. Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнить два значения потенциальной энергии системы. Оборудование: штатив с муфтой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити. Указания к работе. Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива. Жесткость пружины равна 40 Н/м Порядок выполнения работы. 1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра. 2. Измерьте расстояние l от крючка динамометра до центра тяжести груза. 3. Поднимите груз до высоты крючка динамометра и отпустите l его. Поднимая груз, расслабьте пружину и укрепите фиксатор около ограничительной скобы. 4. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение l пружины. 5. Найдите высоту падения груза. Она равна h  l  l . 6. Вычислите потенциальную энергию системы в первом положении груза, т. е. перед началом падения, приняв за нулевой уровень учение потенциальной энергии Δl груза в конечном его положении: E p1  mgh  mg(l  l) . В конечном положении груза его потенциальная энергия равна нулю. Потенциальная энергия системы в этом состоянии определяется лишь энергией упруго деформированной пружины: E p 2 kl 2  Вычислите ее. 2 7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. № опыта l, м Δl, м h, м hср m, кг Еp1, Дж Еp2, Дж 1 2 3 4 5 8. Сравните значения потенциальной энергии в первом и втором состояниях системы и сделайте вывод. Лабораторная работа № 2 Экспериментальное изучение закона сохранения механической энергии. Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнить два значения потенциальной энергии системы. Оборудование: штатив с муфтой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити. Указания к работе. Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива. Жесткость пружины равна 40 Н/м Порядок выполнения работы. 1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра. 2. Измерьте расстояние l от крючка динамометра до центра тяжести груза. 3. Поднимите груз до высоты крючка динамометра и отпустите l его. Поднимая груз, расслабьте пружину и укрепите фиксатор около ограничительной скобы. 4. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение l пружины. 5. Найдите высоту падения груза. Она равна h  l  l . 6. Вычислите потенциальную энергию системы в первом положении груза, т. е. перед началом падения, приняв за нулевой уровень учение потенциальной энергии Δl груза в конечном его положении: E p1  mgh  mg(l  l) . В конечном положении груза его потенциальная энергия равна нулю. Потенциальная энергия системы в этом состоянии определяется лишь энергией упруго деформированной пружины: E p 2 kl 2  Вычислите ее. 2 7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. № опыта l, м Δl, м h, м hср m, кг Еp1, Дж Еp2, Дж 1 2 3 4 5 8. Сравните значения потенциальной энергии в первом и втором состояниях системы и сделайте вывод.