Обобщающий урок по физике: "Применение закона сохранения энергии в механических процессах". 10 класс.
методическая разработка по физике (10 класс) по теме

Обобщающий урок по физике

 «ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ»

Ткаченко Н.Н., учитель физики МБОУ СОШ № 9

города Вилючинска Камчатского края

Пояснительная записка к уроку

Одной из актуальных проблем образования в настоящее время является развитие познавательных способностей личности. Решение данной проблемы требует применения новых технологий. Одной, из которых может являться технология проблемно-поисковых методов обучения.

Проблемное обучение следует вести по следующим направлениям:

1. Проблемные вопросы;
2. Проблемные задачи;
3. Проблемный эксперимент.

Проблемное обучение начинается с организации проблемной ситуации. При использовании проблемных ситуаций учителю необходимо все время давать возможность ученикам высказывать свои гипотезы по поводу решаемых задач или поставленных опытов. Применение такой технологии позволяет вовлечь учащихся в продуктивную познавательную деятельность при решении физических задач. Примером использования данной технологии может служить обобщающий урок «Применение закона сохранения энергии в механических процессах».

Дидактическая цель урока: осмысление практической значимости, пользы приобретенных знаний и умений по теме «Закон сохранения энергии в механике».

Задачи урока:

образовательные: сформировать умение применять полученные знания по теме в новых ситуациях;

развивающие: создать условия для развития исследовательских и творческих навыков, умений сопоставлять различные точки зрения, выделять главное, делать выводы;

воспитательные: воспитание настойчивости и целеустремленности в овладении знаниями; создать условия для повышения интереса к углублению и расширению знаний.

Тип урока: комплексное применение знаний.

Форма организации: фронтальная, парная, групповая, индивидуальная.

Место урока в учебной программе: урок проводится после изучения темы «Законы сохранения энергии в механике».

Аудитория: учащиеся 10 класса, изучение физики проводится на базовом уровне.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, интерактивная доска.

 Программное обеспечение: презентация по теме, выполненная на основе программы MS PowerPoint, интерактивная программа «Живая физика».

Приборы для эксперимента: штатив, линейка, теннисный мячик.

Демонстрационный эксперимент: «Связанные маятники».

ЭТАПЫ УРОКА

1. Организационный момент.

2. Мотивация и целеполагание.

3. Актуализация знаний.

4. Применение знаний и умений: решение качественных, количественных  и экспериментальных задач, мысленный эксперимент, компьютерное моделирование.

5. Выполнение тестового задания.

6. Подведение итогов урока и рефлексия.

7. Информация о домашнем задании.

Мотивация

Учитель. Посмотрите внимательно на этот фрагмент (слайд № 1).

 Вопрос: Почему нужно прыгать на согнутые ноги, а не на прямые, и как бы «пружинить» в момент приземления? Какие физические законы нужно применить для объяснения этой ситуации?

Подсказка:  На слайде (слайд № 3) приведено высказывание немецкого ученого Германа Гельмгольца: «Энергия не исчезает и не создаётся вновь, но энергия одного вида переходит в эквивалентное количество энергии другого вида». О каком законе идет речь?

Предлагает сформулировать тему и цель урока (слайд № 4).

Тема урока: «Применение закона сохранения энергии в механических процессах».

Цель урока: Научиться применять закон сохранения энергии при решении физических задач.

Актуализация знаний (слайд № 5).

Демонстрация опыта «связанные маятники»

 Это один из способов, как можно отнять энергию и потенциальную и кинетическую от одного маятника и отдать другому, а затем вернуть первому и так много раз. Движение маятников – это пример взаимного превращения потенциальной энергии в кинетическую энергию. Можно почти видеть движение энергии от одной части системы в другую. Здесь очевидно выполнение закона сохранения энергии.

IV этап урока. Применение знаний и умений: решение качественных, количественных  и экспериментальных задач, мысленный эксперимент, компьютерное моделирование. 

1. Решение проблемной задачи (слайд № 6).

В каком направлении надо бросить мяч с высоты h, с начальной скоростью V0 , чтобы он упал на Землю с максимальной скоростью?

А) вертикально вверх   Б) вертикально вниз   В) горизонтально

Учитель предлагает учащимся, не решая задачу попробовать предположить вариант правильного ответа.

После высказанных предположений учащиеся приступают к проверке высказанных гипотез, применяя закон сохранения энергии. Групповая форма работы. Каждая группа представляет решение одной ситуации. Результаты решений каждой группы записываются на доске. На слайде демонстрируется правильное решение (слайд № 7). Учащиеся делают вывод: во всех трёх случаях результат должен быть одинаковым. Модуль скорости в момент падения не зависит от направления начальной скорости.

2. Экспериментальная задача (слайд № 8).

На сколько процентов уменьшится энергия свободно падающего упругого теннисного мячика, при одном соударении с поверхностью стола. Оборудование: штатив с лапкой, линейка, теннисный мячик.

Учащиеся работают в группах. Решают задачу, применяя закон сохранения энергии, получают физическую формулу, проводят эксперимент, делают необходимые измерения и представляют результат в числовом виде. По результатам опыта потери энергии составили около 25%. Делая вывод, учащиеся отвечают на вопросы: Можно ли сказать, что эта часть энергии исчезла? Значит ли это, что закон сохранения энергии нарушается?

(Ответ: полная механическая энергия уменьшается и её 25% переходит в теплоту, но всеобщий закон сохранения механической энергии выполняется всегда).

Учитель предлагает учащимся отдохнуть и посмотреть презентацию

 «А так ли хорошо знаком вам «перпетуум мобиле»?» подготовленную одним из учащихся.

(Слайд № 9).  А так ли хорошо знаком вам перпетуум мобиле ?

 Что означает перпетуум мобиле и причем здесь закон сохранения энергии?

(Слайд № 10).  Перпетуум мобиле – «вечный двигатель». Это машина, которая должна непрерывно совершать работу не получая энергию извне.

Согласно закону сохранения энергии: «Энергия не возникает из ничего, а переходит из одной формы в другую», это значит невозможно создать машину, которая станет работать без дополнительного потребления энергии. И действительно существование  «вечных двигателей» противоречит закону сохранения энергии. Создание «вечного двигателя» было бы чудом, но чудес не бывает.

(Слайд № 11).  Все проекты «вечных двигателей» содержат ошибки, указывающие на то, что их авторы недостаточно хорошо знают  законы физики.

(Слайд № 12).  Предлагаю вам представить себя в роли консультантов бюро изобретений, мысленно провести эксперимент и выяснить в чем заключается ошибка предложенного проекта «вечного двигателя».  Автор проекта предполагал, что больший вес воды в сосуде слева заставляет воду подниматься по узкой трубке, увеличивая ее потенциальную энергию. При падении вниз потенциальная энергия воды превращается в кинетическую энергию. Падая на колесо, вода заставляет его вращаться, следовательно, совершает полезную работу.

Что неверно в таком рассуждении?

(Слайд № 13).  Вывод:

энергия не может появиться у тела, если оно не получило его от другого тела.

3. Решение задачи «Длина тормозного пути» с использованием интерактивной модели (слайд № 14). 

Автомобиль, двигавшийся со скоростью V0 начал экстренное торможение. Найти тормозной путь автомобиля, если тормозной путь шин о дорогу равен µ. 

Учащиеся решают задачу, применяя закон сохранения энергии, и получают результат S=V02/2µg. Решение задачи записывается на доске. Учитель: Эту формулу мы получили, применяя закон сохранения энергии, и если она справедлива, т.е. «работает», следовательно, закон сохранения энергии выполняется. Проверим это на интерактивной модели. (Используется интерактивная программа «Живая физика», раздел «Применение закона сохранение энергии»). Модель автомобиля движется по дороге. В момент, когда автомобиль выезжает на коричневый участок дороги, включаются тормоза, на автомобиль начинает действовать сила трения. Задавая начальные значения величин m0=10 кг, V0=10 м/с, µ=0,4 получают тормозной путь =12,5 м. Вопросы учащимся: Зависит ли длина тормозного пути от того нагружен автомобиль или нет? Как зависит тормозной путь автомобиля от  его скорости, коэффициента трения? Предположения учащихся проверяются на интерактивной модели.

Полученные результаты опыта убеждают учащихся, что реально формула тормозного пути справедлива, они делают вывод, что закон сохранения энергии выполняется.

5 этап урока. Выполнение тестового задания. (Демонстрация слайдов на интерактивной доске с использованием шторки).

Т1.Запись закона сохранения механической энергии (слайд № 15) 

Какое из приведенных ниже выражений может соответствовать закону сохранения механической энергии?

А) F∆t=mv2-mv1

Б) A=mgh2-mgh1

В) mgh=mv2/2

Г) A=mv22/2 - mv12/2

Т2.Запас энергии тележки, движущейся по холмам (слайд № 16) 

Какую из вершин тележка сможет преодолеть после спуска с «горки», если потерями энергии можно пренебречь? Начальная скорость тележки равна нулю.

А) Только I         Б) I и II        В) I и III

Т3. Изменение полной механической энергии груза совершающего колебания на пружине (слайд № 17) 

Максимальное значение кинетической энергии свободно колеблющегося на пружине груза равно 5 Дж, максимальное значение его потенциальной энергии 5 Дж. Как изменяется полная механическая энергия груза?

А) Не изменяется и равна 5 Дж.

В) Не изменяется и равна 10 Дж.

Б) Не изменяется и равна 0.

Г) Изменяется от 0 до 10 Дж.

Т4. График зависимости полной механической энергии от времени (слайд № 18).  Тело, брошенное под углом к горизонту, движется по параболе (1). Какой из графиков (2,3,4) соответствует графику зависимости полной механической энергии, от времени движения тела?

Объяснение вопроса мотивации. Почему нужно прыгать на согнутые ноги, а не на прямые, и как бы «пружинить» в момент приземления? Какие физические законы нужно применить для объяснения этой ситуации?

(Закон сохранения энергии. Увеличивается путь торможения, уменьшается сила удара. Это убережет нас от травматизма. Аналогично: не ходите зимой по гололёду на прямых ногах, ходите на ногах чуть при согнутых, как бы «пружиня»).

6 этап урока. Учитель: Какие выводы по уроку вы бы сделали? Что на ваш взгляд было важным, главным и полезным на уроке?

Выводы учащихся могут быть такими:

• Важно знать, что тормозной путь пропорционален квадрату  начальной скорости, чем больше скорость, тем больше тормозной путь. Вот почему нельзя перебегать дорогу перед близко идущим транспортом.
• Знание закона сохранения может пригодиться в повседневной жизни, (может уберечь от травматизма).
• Знания закона сохранения энергии помогают понять, почему нельзя создать «вечный двигатель».
• В опыте «связанные маятники» можно было видеть «движение» энергии от одной части системы к другой.
• Использование закона сохранения энергии намного упрощает решение задач.
• Все задачи, решенные во время урока, убеждают в том, что закон сохранении энергии выполняется в любом случае.

7 этап урока. Информация о домашнем задании (слайд № 19) 

Задача-исследование. 

Два упругих мячика разной массы  при падении на стол отскакивают на высоту, чуть меньшую начальной высоты и вы знаете теперь почему (экспериментальная задача). Это очевидно. А если положить легкий мячик на тяжелый и отпустить их вместе. Как выдумаете, на какую высоту поднимется легкий мячик после удара о стол?  Попробуйте угадать результат. Учащиеся высказывают свои предположения. Затем учитель предлагает проверить это на компьютерной модели (слайд № 20). 

 Учащиеся видят, что после отскока, теннисный мячик поднимается на высоту в несколько раз большую первоначальной. Это кажется «невероятным».

Не нарушается ли здесь закон сохранения энергии?

Во сколько раз высота подъёма легкого мячика больше первоначальной? Исследуйте явление.