Физика 8 класс — занятие 1
Физика · 8 класс · занятие 1

Работа, мощность и энергия

Повторяем ключевую тему 7 класса: как описать передачу и превращение энергии с помощью физических величин и формул.

Маршрут занятия

5 минСтартРазличаем знакомые величины
15 минДиагностикаФормулы, единицы, график, расчёты
20 минРабота и мощностьСмысл, формулы и модель
20 минВиды энергииEк, Eп и превращения
20 минПрактикумЗадачи и итог занятия
Результат занятия. Ты сможешь различать работу, мощность и энергию; вычислять A, N, Eк и Eп; переводить единицы и объяснять превращения механической энергии.

1. Входная диагностика

Выполни задания без подсказок. Это не контрольная на отметку: результат покажет, какие инструменты нужно восстановить в первую очередь.

7. Задача ВПР. Ящик перемещают по горизонтальному полу на 4 м, действуя постоянной горизонтальной силой 25 Н. Чему равна работа этой силы?

8. Задача ВПР. Подъёмник совершил работу 36 кДж за 2 мин. Определи его мощность.

2. Механическая работа

Механическая работа показывает, сколько энергии передано телу или отнято у него действующей силой при перемещении.

Если сила направлена вдоль движения и постоянна:

A = F·sA — работа, F — сила, s — путь

Единица работы: 1 Дж = 1 Н·м. Один джоуль — работа силы 1 Н на пути 1 м.

Fs

В этой модели сила и перемещение сонаправлены, поэтому используется формула A = Fs.

Когда работа положительна, отрицательна или равна нулю?

A > 0Сила помогает движению: сила тяги разгоняет тележку.
A < 0Сила направлена против движения: трение уменьшает механическую энергию.
A = 0Нет перемещения или сила перпендикулярна ему: груз держат неподвижно.

Важно. Усталость человека не доказывает совершение механической работы над грузом. Если груз не переместился, его перемещение равно нулю и работа силы над ним равна нулю.

Быстрая проверка

В каком случае сила тяжести совершает положительную работу?

3. Мощность

Мощность показывает, какая работа совершается за единицу времени, то есть насколько быстро передаётся энергия.

N = A/tN — мощность, A — работа, t — время

Единица мощности: 1 Вт = 1 Дж/с.

Два механизма могут выполнить одинаковую работу, но более мощный сделает это быстрее.

ВеличинаОбозначениеЕдиница СИ
СилаFньютон (Н)
Путьsметр (м)
РаботаAджоуль (Дж)
Времяtсекунда (с)
МощностьNватт (Вт)

Интерактивная модель «Работа и мощность»

Измени силу, путь и время. Сравни, какие параметры влияют на работу, а какие — на мощность.

Fs
Работа200 Дж
Мощность20 Вт

Силу и путь не изменили, но работу выполнили вдвое быстрее. Что произошло?

Перерыв
Первый урок завершён.
Перед вторым уроком отдохни 10 минут и вернись к вопросу: где может «храниться» способность тела совершить работу?

4. Механическая энергия

Энергия — физическая величина, характеризующая способность тела или системы тел совершить работу. Работа описывает передачу энергии, а энергия — состояние системы.

Кинетическая энергияЭнергия движения. Зависит от массы и квадрата скорости.
Eк = mv2/2
Если скорость увеличить в 2 раза, Eк увеличится в 4 раза.
Потенциальная энергияЭнергия взаимодействия, связанная с положением тела. Вблизи Земли:
Eп = mgh
На занятии принимаем g ≈ 10 Н/кг. Нулевой уровень высоты нужно выбрать.

Общая единица: работа, кинетическая и потенциальная энергия измеряются в джоулях. Но это разные понятия: работа — процесс передачи энергии, энергия — характеристика состояния.

От чего зависит энергия?

Кинетическая энергия тела
Потенциальная энергия поднятого тела
Мощность механизма

5. Превращения механической энергии

Когда тело падает без сопротивления воздуха, его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая увеличивается. В идеальной модели их сумма остаётся постоянной.

Eмех = Eп + EкПодробно закон сохранения энергии будет изучаться на следующем занятии.

Интерактивная модель «Вертикальное падение без потерь»

Передвигай бегунок вручную или нажми «Пуск», чтобы наблюдать медленное падение и превращение потенциальной энергии в кинетическую.

Шарик находится на высоте 10 м.

Модель: шарик свободно падает без начальной скорости с высоты 10 м; сопротивлением воздуха пренебрегаем; g = 10 Н/кг. Анимация намеренно замедлена, чтобы изменения энергии были хорошо видны.
10 м0 мhh = 10 м
Скорость0 м/с
Высота10 м
Eп
200 Дж
Eк
0 Дж

Полная механическая энергия: 200 Дж

Тело спускается без потерь энергии. Что происходит по мере уменьшения высоты?

6. Расчётный практикум

1. Рабочий толкает тележку с постоянной силой 60 Н по направлению движения. Тележка проходит 8 м за 12 с. Найди работу и среднюю мощность.

2. Мяч массой 0,5 кг начинает свободно падать без начальной скорости с высоты 3,6 м над землёй. Сопротивлением воздуха пренебреги, потенциальную энергию на уровне земли считай равной нулю. На какой высоте кинетическая энергия мяча станет равна его потенциальной энергии? Найди значение каждой энергии. Прими g = 10 Н/кг.

3. Установи соответствие между ситуацией и основной величиной, которую находят.

Насколько изменилась энергия груза при подъёме силой
Насколько быстро двигатель передаёт энергию
Энергия движущегося автомобиля
Энергия поднятого над полом груза

7. Итог занятия

Теперь я могу

  • объяснить различие между работой, мощностью и энергией;
  • использовать формулы A = Fs и N = A/t;
  • вычислять Eк = mv²/2 и Eп = mgh;
  • переводить кДж в Дж, минуты в секунды;
  • описывать превращение потенциальной энергии в кинетическую.

Домашняя работа

  1. Повторить определения и четыре формулы: A, N, Eк, Eп.
  2. Решить: подъёмный кран равномерно поднял груз массой 200 кг на высоту 5 м за 20 с. Найти работу силы крана и мощность. Принять g = 10 Н/кг.
  3. Составить собственный пример превращения потенциальной энергии в кинетическую и изобразить энергетическую цепочку.
Подсказка к оформлению задачи: «Дано» → перевод в СИ → формула → подстановка с единицами → вычисление → ответ.