Законы сохранения в механике
план-конспект урока по физике (10 класс) на тему

Название предмета: физика

Класс: 10 Л

Урок № 41

Дата: 28.11.03

Тема:

Законы сохранения в механике

Образовательные цели: 

Сформировать  представление о применении законов сохранения импульса и энергии, при решении теоретических и экспериментальных задач, показать  практическую значимость, полезность приобретаемых знаний.   

Развивающие цели:

Создать условия для формирования  навыков самостоятельной работы  с раздаточным материалом, с оборудованием; умений сравнивать, анализировать и обобщать;

формировать исследовательскую компетентность;

формировать коммуникативную  и проблемную компетенции  через организацию работы в группах.

Воспитательные цели:

Воспитывать навыки адекватной самооценки работы по заранее оговоренным условиям;

формировать  умение концентрировать внимание, вести диалог;

способствовать привитию  навыков умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому предмету.

Место урока в системе уроков данного раздела: 

Урок конкретизации полученных знаний

Тип урока: 

Комбинированный

Основные термины и понятия: 

 Энергия, импульс, работа, упругий и неупругий удар, масса, скорость, давление

Межпредметные связи:  

Физика и техника, физика и история физики, астрономия

Познавательные УУД:  

Умение выделять главное в тексте, структурировать учебный материал, грамотно формулировать вопросы, готовить сообщения

Коммуникативные УУД:  

Планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками, определение  цели, функции, степени участия и способов взаимодействия; инициативное сотрудничество в поиске, отборе,

Регулятивные УУД:

Умения организовать выполнение заданий учителя согласно установленным правилам работы в кабинете. Развитие навыков самооценки и самоанализа.

Личностные УУД:

Умение применять полученные на уроке знания на практике.

№

Этап урока

Форма/приемы

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

Ресурс

1

Организационный

1 мин

Коллективная/монолог

Проверяет готовность класса к уроку. Проверяет присутствие и готовность действующих лиц

Девиз урока: «Не подумав не отвечай, не проверив на опыте не утверждай»

Ученики готовятся к работе: организуют рабочее место

2

Активизация

Мышления 2 мин

Коллективная/фронтальный опрос

1.Что мы наблюдаем?

(сл.1)

2. Какие виды взаимодействия вам известны?

Дайте определение.

3. Запишите в индивидуальных листах закон сохранения импульса для  упругого и неупругого столкновения

4. (слайд 2)

закон сохранения импульса для  упругого и неупругого столкновения

1. Ответ обучающихся: (взаимодействие шаров)

2. Ответ (упругое и неупругое)

     Определение.

а) Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы. Наряду с законом сохранения импульса выполняется закон сохранения механической энергии.

 б) Абсолютно неупругим ударом  называется столкновение, при котором, тела соединяются друг с другом  и движутся дальше как одно целое тело. При абсолютно неупругом ударе механическая энергия не сохраняется. Она полностью или частично переходит во внутреннюю.

    3. записывают в индивидуальных листах формулы.

4. самопроверка, работа над ошибками

Слайд 1

Слайд 2.

3

Мотивация 5 мин

коллективная/обмен информацией между участниками

Создание проблемной ситуации

1. Может ли человек сидящий в лодке, сдвинуться с места не используя при этом весла?

 2.Благодаря чему это возможно?

3. Эксперимент «Большой жук»

(Интерактивная доска)

а) Что произойдет с тележкой, если жук будет двигаться вдоль тележки?

б) Как увеличить скорость тележки?

4. Эксперимент

«Остановите тележки»

(интерактиная доска)

а) подберите массы и скорости тележек так, чтобы  после удара они остановились.

б) при каких условиях тележки после столкновения  едут направо?

5. На основе какого закона вы сделали свои предположения и выводы?

6. Вокруг нас происходят различные явления, связанные с удивительным законом природы. Этот закон вам  хорошо известен, как он называется.

1. ответ (Да)

2.Ответ ( если выбросить вдоль лодки какой-нибудь предмет, или перейти с кормы на нос лодки.)

1. Ответ а)( тележка будет двигаться в противоположную сторону)

Б) ответ (увеличить скорость жука)

1. а)  ответ (массы и скорости равны)

б) ответ _(если массы  тележек равны, скорость тележки справа больше скорости тележки слева или

скорости тележек равны, а масса тележки слева больше массы тележки справа)

5.Ответ (на основе закона сохранения импульса)

6. ответ (закон сохранения энергии)

 7. Формулируют тему урока (Законы сохранения в механике)

Слайд 3

Интерактивная доска

4

Закрепление  изученного материала 15 мин

Групповая/ исследование

Учитель организует деятельность

обучающихся по выполнению задания в группах.

Наблюдает за поведением участников

Помогает, если возникла необходимость

1. Выполняют задания в группах

   Задание 1 группе: 

    «Вечный двигатель»

Оборудование: ноутбук, модель, рисунок

1. Создайте замкнутый цикл движения воды на модели, с помощью ноутбука. Можно менять сечение выходного отверстия путем смены насадок и угол наклона насадок.
2. Вопрос1. Возможна ли реальная реализация модели? Если нет, то почему?
3.   Рисунок  

Один из проектов «вечного двигателя». Почему эта машина не будет работать?

Ответ: Нет.  История хранит немало проектов «вечного двигателя». И в наше время все эти попытки обречены на неудачу, т.к. закон сохранения и превращения энергии запрещает получение работы без затрат энергии.

4. Дополнительные вопросы:

а) скользящая по льду шайба, остановилась, нет ли здесь противоречия с законом сохранения энергии? (нет, часть механической энергии из-за сил трения превратилась во внутреннюю)

б) камень и теннисный мяч ударяют палкой, почему теннисный мяч летит дальше? (F* t = р2- p1), т.к. масса камня больше массы мяча, то скорость камня меньше скорости мяча, учитывая, что из состояния покоя тела получили одинаковые импульсы, следует из закона сохранения импульса.

     Задание 2 группе:  

   Экспериментальная задача.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, желоб лабораторный, линейка измерительная, шарик, электронные весы.

Проделайте эксперимент.

С наклонной плоскости скатывается стальной шарик, затем некоторое время он движется по горизонтальному участку желоба.

Ответьте на вопросы:

 Вопрос 1.  Какие превращения энергии происходят при движении шарика по наклонной поверхности?

 Вопрос 2.  Куда «исчезает» кинетическая энергия шарика, когда он останавливается после качения по горизонтальной поверхности желоба?  

Вопрос 3. Не нарушается ли здесь закон сохранения и превращения энергии?

 Вопрос 4.  Определите кинетическую энергию шарика в момент, когда он достигает основания наклонной поверхности?

(Еп = Ек, mgh= Ек, измерить высоту наклонной плоскости и массу с помощью электронных весов)

Задание 3 группе

 «Теоретики»

Применение закона сохранения энергии в гидродинамике

Оборудование: раздаточный материал, сборник задач по физике 10-11 класс. А. П. Рымкевич

Ответьте на вопросы,

используя дополнительный материал «Элементы гидро- и аэродинамики.

Вопрос1. Как закон сохранения энергии можно применить к движению жидкости?

Ответ:

Применим закон сохранения энергии к движению жидкости и газа. Из этого закона следует, что в местах потока жидкости (или газа), где скорость ее движения, а вместе с ней и кинетическая энергия меньше, потенциальная энергия должна быть больше. Что это за потенциальная энергия? Если поток жидкости горизонтален, то энергия взаимодействия жидкости с Землей будет везде одинаковой. Поэтому речь здесь может идти только о потенциальной энергии упругого взаимодействия частей жидкости друг с другом. Эта энергия обусловлена существованием в жидкости давления, вызванного незначительным ее сжатием. Там, где потенциальная энергия больше, больше сжатие и соответственно связанное с ним давление

Вопрос2. Какой вывод был сделан на основе  закона сохранения энергии?

Ответ: При движении идеальной жидкости  т. е. (без внутреннего трения между движущимися слоями)

не происходит превращения механической энергии во внутреннюю, поэтому выполняется закон сохранения механической энергии.

давление текущей жидкости больше в тех местах потока, в которых скорость ее движения меньше, и, наоборот, в тех местах, где скорость больше, давление меньше.

Вопрос3. Кем была установлена эта закономерность?

Ответ: эта закономерность была установлена в первой половине XVIII в. пербургским академиком Даниилом Бернулли и носит название закона Бернулли.

Справедлив этот закон как для жидкостей, так и для газов.

После обсуждения 1 ученик решает у доски задачу, в это время отчитывается  группа у доски.

3. Решите задачу, используя следствие из уравнения Бернулли , № 404 стр. 58, Рымкевич,

Указание : а) установите зависимость между скоростью и площадью поперечного сечения  трубы, зная как зависит скорость течения воды в трубе от давления.

б) запишите формулу площади поперечного сечения (круга) через диаметр круга.

в) установите зависимость  скорости течения от диаметра трубы.

г) составьте пропорцию, найдите скорость течения в узкой трубе.

д) v- скорость течения воды в широкой трубе;

v1- скорость течения воды в узкой трубе;

      d- диаметр широкой трубы;

d1- диаметр узкой трубы;

Ответ: 1.6 м/с

У доски написать пропорцию, пояснить на основании чего вы ее составили и показать решение.

Решение:

V/ V1= p/p1,   следует V/ V1= S/S1,   т.к. S= пR2,

R=D/2, следует S=пD2/4, значит площадь пропорциональна  D2, тогда V1/V=D2/(D1)2, т.к.

Диаметр узкой трубы в 4 раза меньше, то

тогда V1 V /V==D2/ (D/4)2

V1=16 V= 16*0,1м/с=1,6 м/с

Ответ: 1.6 м/с

Задание 4 группе:

«Теоретики -практики»

Применение закона сохранения энергии в аэродинамике

Оборудование: раздаточный материал, сборник задач по физике 10-11 класс. А. П. Рымкевич, штатив с лапкой, лист бумаги, теннисный мяч, фен,  плакат, маркеры

Продемонстрируйте Закон Бернулли на простом опыте.

Опыт:

Возьмите листок бумаги и используя фен направьте  воздушный поток вдоль его верхней поверхности.

Что вы увидели?

Ответ:

(Мы увидим, что бумага начнет подниматься вверх.)

Ответьте на вопросы,

используя дополнительный материал «Элементы гидро- и аэродинамики

Вопрос 1.

Почему это происходит?

Ответ.

Это будет происходить из-за того, что давление в струе воздуха над листом бумаги меньше, чем под листом, где воздух спокоен. Действующая снизу преобладающая сила давления и заставит лист подниматься.

Вопрос 2.

Объясните и возникновение подъемной силы, действующей на крылья самолета, используя дополнительный материал?

Ответ.

Каждое крыло у самолета в сечении имеет несимметричную форму. Поэтому при движении самолета воздушный поток обтекает крыло так, что из-за разной скорости обтекания крыла сверху и снизу давления под крылом и над крылом также оказываются различными. Давление над крылом оказывается меньше давления над крылом. Благодаря этому и возникает сила, поднимающая самолет в воздух.

Вопрос 3. Кем была разработана теория возникновения подъемной силы крыла?

Ответ:

Теория возникновения подъемной силы крыла самолета была разработана русским ученым Николаем Егоровичем Жуковским (1847-1921).

Вопрос 4. Где зависимость в потоке жидкости (или газа)

от скорости ее течения находит применение, в каких приборах используется?

Ответ:

Зависимость давления в потоке жидкости (или газа) от скорости ее течения, (там где эта скорость больше, давление меньше, и наоборот) являющаяся следствием закона сохранения энергии, находит широкое применение в различных устройствах: пульверизаторе, водоструйном насосе, карбюраторе.  

5.Решите задачу, используя следствие из уравнения Бернулли , № 406 стр. 58, Рымкевич, рис.51

Указание:

3. Изобразите на плакате рисунок и объясните почему шарик парит в струе и при движении шланга будет следовать за ним. Объяснение дайте на основе давления. Установите, как изменяется давление от центра к переферии потока, растет или убывает, если мячик не падает в сторону?

Ответ: (давление в потоке меньше там, где больше скорость движения. В данном случае давление растет от центра к переферии  потока, и шарик удерживается в центре потока.

ноутбук

Интерактивная модель

Оборудование для эксперимента

доска

Оборудование для эксперимента

5

Защита  12 мин

Сообщение обучающихся

2 мин

Индивидуальная/отчет групп

Слово предоставляется 1, 2, 3, 4 группам

Во время отчета групп

Во время отчета групп 1 ученик 3-ей группы решает задачу у доски

Слово предоставляется 3-й группе

Вопрос. Как вы думаете всегда ли выполняется  закон сохранения энергии?

Отчитываются:

1, 2, 3, 4 группа

Во время отчета групп, остальные заполняют в индивидуальных картах таблицу

Дети высказывают свои предположения.

Сообщения обучающихся «Это интересно»

1. Закон сохранения энергии с одинаковым успехом применяется как в физике микромира – мира элементарных частиц, где законы Ньютона уже несправедливы, так и в физике мегамира – при изучении Вселенной в целом. Проиллюстрируем это двумя примерами один из которых как раз относится к микромиру, а другой – к мегамиру.

Пример 1

При изучении в 20-х годах нашего века радиоактивного распада некоторых атомных ядер, сопровождающихся вылетом электронов, было обнаружено “нарушение” закона сохранения энергии: часть энергии куда-то исчезла. Было высказано предположение, что в микромире закон сохранения энергии не выполняется. Но несколько позже, в начале 30-х гг., известный физик-теоретик Вольфганг Паули, верящий в незыблемость закона сохранения энергии, предположил, что в этом распаде наряду с электронами и атомными ядрами, известными к тому времени, участвует еще одна, “новая” частица, которая и уносит недостающую энергию. Эту частицу назвали нейтрино, что в переводе с итальянского означает “нейтрончик”. Однако благодаря исключительно слабому взаимодействию этой частицы с веществом ее не удавалось зарегистрировать вплоть до 1953 г., когда она все-таки была обнаружена. Открытие нейтрино явилось триумфом закона сохранения энергии в микромире.

Пример 2

Чему равна полная энергия всей Вселенной? Чтобы ответить на этот вопрос, представим себе сначала, что все тела Вселенной разнесены на бесконечно большое расстояние друг от друга. Тогда гравитационного взаимодействия между ними не будет, и потому потенциальную энергию этого взаимодействия можно считать равной нулю. На самом деле силы тяготения стремятся сблизить тела, причем направлены эти силы, как мы знаем, в сторону уменьшения потенциальной энергии. Поэтому на любом реальном расстоянии друг от друга, меньшем бесконечности, потенциальная энергия гравитационного взаимодействия тел во Вселенной будет отрицательной. А раз так, то в сумме с остальными положительными энергиями тел Вселенной (кинетической и т.д.) она может дать нуль! Именно такое значение полной энергии Вселенной рассматривается в современной теории эволюции Вселенной. Согласно этой теории, наша Вселенная могла возникнуть из вакуума, и закон сохранения энергии (при энергии Вселенной, равной нулю) этому не препятствует!

1. Интерактивная модель

2. Оборудование

для эксперимента

3. доска

4. оборудование для эксперимента

6.

Контроль и самопроверка знаний

3 мин

Индивидуальная/ тест

Презентация «Тест»

(слайд1-6)

 вопросы ЕГЭ

Выполняют тест, самопроверка, самооценка, заполняют индивидуальный лист

Презентация

тест

(слайд 1-6)

7

Постановка домашнего задания

1мин

Коллективная/монолог

Д/З выполняют по желающие ученики класса

(слайд 7)

1.Творческое:

Представьте, что мы живем в мире, где нет трения.

Создайте свой проект «Вечного двигателя»

2.  № 1,2 в индивидуальных листах

№1

1) На сколько градусов нагреется кусок меди массой 1 кг, если он упадет с высоты 500 м? Считать, что вся механическая энергия куска меди полностью превращается во внутреннюю.

2) Сравните температуру воды у основания водопада с ее температурой у его вершины. Высота водопада 60 м. Считать, что вся энергия падающей воды идет на ее нагревание.

№2. . Творческое:  Создайте свой проект «Вечного двигателя»

Презентация (слайд 7)

8

Подведение  итогов урока

1 мин

Коллективная/монолог

Учитель подводит итоги:

Древняя мудрость гласит

«Скажи мне- и я забуду,

 покажи мне – и я запомню,

дай мне действовать самому – и я научусь».

Сегодня вы действовали, приобрели опыт  и, следовательно, вы научились.

9.

Рефлексия 1мин

Индивидуальная/ на отдельных листах

Продолжить предложение

Заполняют на отдельных листах.

 Уходя с урока сдают учителю

1.Тема урока ...
2.Что понял …
3.Что не понял..
4.Что было особенно интересно….
5.Что еще необходимо повторить, чтобы справиться с домашним заданием?