План занятия
1. Проверка домашней работы
Выполни микродиагностику до просмотра разбора. Подготовь фотографию своего решения задачи о кране и энергетической цепочки из домашней работы.
5. Подъёмный кран равномерно поднял груз массой 200 кг на высоту 5 м за 20 с. Прими g = 10 Н/кг. Введи результаты своего решения.
6. Мяч свободно падает без начальной скорости. Сопротивлением воздуха пренебрегают. Укажите правильную последовательность превращения энергии.
Разбор задачи о кране — открыть после проверки
F = mg = 200·10 = 2000 Н
A = Fh = 2000·5 = 10 000 Дж
N = A/t = 10 000/20 = 500 Вт
При равномерном подъёме сила натяжения троса по модулю равна силе тяжести, действующей на груз. Время в условии дано в секундах.
2. Закон сохранения механической энергии
Сумму кинетической и потенциальной энергий тела называют его полной механической энергией:
Если при движении тела действуют только сила тяжести и сила упругости, а трением и сопротивлением среды можно пренебречь, полная механическая энергия остаётся постоянной:
Кинетическая и потенциальная энергии могут изменяться и превращаться одна в другую. При указанных условиях их сумма не изменяется. Для применения закона необходимо указать рассматриваемое тело или систему тел и два состояния движения.
Алгоритм энергетической задачи
Пример решения задачи
Шар массой 2 кг свободно падает без начальной скорости с высоты 5 м. Определим потенциальную и кинетическую энергии шара, а также его скорость на высоте 1,8 м. Сопротивлением воздуха пренебрегаем; g = 10 Н/кг. Уровень земли принимаем за нулевой уровень потенциальной энергии.
Eп1 = 2·10·5 = 100 Дж
Eк2 = 100 − 36 = 64 Дж
v² = 64
v = 8 м/с
Проверка результата. При падении высота и потенциальная энергия шара уменьшаются, а его скорость и кинетическая энергия увеличиваются. Полная механическая энергия равна 36 + 64 = 100 Дж.
3. Интерактивная лаборатория: энергетический баланс падения
Меняй массу, начальную и текущую высоту. Модель показывает, как распределяется неизменная механическая энергия. Сопротивлением воздуха пренебрегаем, g = 10 Н/кг.
Шар находится в начальной точке.
Eмех = 200 Дж
Исследуй модель
Какой вывод подтверждает модель при удвоении массы?
4. Задачи первого урока — решаем в тетради
Запиши «Дано», выбери нулевой уровень потенциальной энергии, составь энергетический баланс и выполни вычисления.
Сдача: сфотографируй полное решение одной назначенной учителем задачи и отправь фотографию в чат урока или прикрепи в электронном журнале.
После перерыва выясним, куда переходит механическая энергия при трении и почему КПД реального механизма меньше 100%.
5. Работа силы трения. Превращение механической энергии во внутреннюю
При прямолинейном движении сила трения направлена противоположно перемещению тела. Если сила трения постоянна, её работа равна:
Вследствие трения механическая энергия системы уменьшается. Соответствующая часть механической энергии превращается главным образом во внутреннюю энергию взаимодействующих тел.
Механическая энергия системы может уменьшаться. При этом полная энергия замкнутой системы сохраняется. Поэтому следует говорить не о потере энергии, а о превращении механической энергии во внутреннюю.
Интерактивная модель «Скольжение с трением»
Длина показанного участка — 20 м. При любых доступных значениях брусок остановится в пределах участка.
Движение в модели воспроизводится замедленно.
Брусок остановился вследствие действия силы трения. Что произошло с его начальной кинетической энергией?
6. Коэффициент полезного действия механизма
Работу, совершённую для достижения поставленной цели, называют полезной работой. Всю работу, совершённую приложенной силой, называют полной (затраченной) работой.
Отношение полезной работы к полной работе называют коэффициентом полезного действия механизма:
Для реального механизма Aп < Aз, поэтому его КПД меньше 100%.
Полная (затраченная) работа AзРабота, совершённая приложенной силой. Она включает полезную работу и работу по преодолению трения и других сопротивлений.
Интерактивная модель КПД
Механизм совершил полезную работу 600 Дж, затратив 750 Дж. Чему равен КПД?
7. Тренажёр «Превращения энергии»
Для каждого процесса укажите вид энергии, в который преимущественно превращается исходная энергия.
8. Самостоятельные задачи в тетради
Обязательный минимум: задачи 1–4. Задачи 5–8 предназначены для дополнительной работы. Решение следует оформить полностью. Фотографию решения назначенной задачи необходимо отправить в чат урока или прикрепить в электронном журнале.
Ответы для самопроверки — открыть после отправки фотографии
- 150 Дж; увеличение внутренней энергии — 90 Дж.
- Eп = 128 Дж; Eк = 72 Дж; v ≈ 8,5 м/с.
- η = 80%; работа по преодолению сопротивлений — 0,5 кДж.
- 300 Дж; 360 Дж; η ≈ 83%.
- 4 м.
- 150 Дж.
- 80% и 62,5%; 100 Дж и 240 Дж.
- 2400 Дж; 3000 Дж; 80%.
9. Мини-работа в формате ВПР
Выполни три задания самостоятельно. В расчётных заданиях сначала запиши решение в тетради, затем введи ответы.
1. При торможении автомобиля его механическая энергия уменьшается. Какое утверждение верно?
2. Груз массой 4 кг падает без начальной скорости с высоты 7 м. Какова его кинетическая энергия на высоте 2 м? Сопротивлением воздуха пренебреги; g = 10 Н/кг.
3. В опыте один и тот же груз подняли на одинаковую высоту тремя механизмами. Полезная работа во всех опытах равна 200 Дж. Затраченная работа: механизм A — 250 Дж, B — 320 Дж, C — 400 Дж. Какой механизм имеет наибольший КПД и чему он равен?
10. Итог и домашняя работа
Основные положения
- при отсутствии трения и сопротивления среды полная механическая энергия сохраняется;
- вследствие трения часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию;
- полная энергия замкнутой системы сохраняется;
- КПД механизма равен отношению полезной работы к полной работе.
Домашняя работа
- Повторить закон сохранения механической энергии и формулу КПД.
- Решить задачи 4 и 6 из блока «Самостоятельные задачи», если они не выполнены на уроке.
- Составить последовательность превращений энергии для одного бытового устройства. Указать полезное превращение энергии и превращение энергии вследствие действия сил сопротивления.