Energia mechaniczna - scenariusz lekcji

KONSPEKT LEKCJI NA TEMAT:

ENERGIA MECHANICZNA I JEJ RODZAJE
(Temat lekcji jest przeznaczony na 3 godziny lekcyjne)

I Cele operacyjne
Uczeń potrafi:
wyjaśnić pojęcie energii,
omówić rodzaje energii,
wyjaśnić od czego zależy: energia kinetyczna i energia potencjalna (ciężkości i sprężystości)
wyprowadzić jednostkę E ( Ep, Ek)
wyjaśnić jakie ciała posiadają Epc, Eps, Ek
podać przykłady urządzeń wykorzystujących Eps, Epc i Ek
liczyć zadania dotyczące energii kinetycznej i potencjalnej
Cele wychowawcze
uczeń wie, że cierpliwość i dokładność podczas doświadczeń przyniosą spodziewane efekty
uczeń wie, że istnieje związek między ich doświadczeniami i obserwacjami z życia codziennego, codziennego ważnymi odkryciami naukowymi

II Materiały i środki dydaktyczne
podręcznik,
nakręcona zabawka (np. samochodzik)
piłka, plastelina, gumka, metalowa kulka, plastikowa kulka, statyw, sprężyna, kilka jednakowych odważników, wale metalowy (może być słoik od dżemu: 1 pusty -2- pełen)
drewniany klocek i kreda

III Metody
wykład,
pogadanka,
pokaz,
ćwiczenia uczniowskie

IV Przebieg lekcji
1. Część nawiązująca
sprawdzenie obecności
sprawdzenie zadania domowego
przypomnienie wiadomości niezbędnych do przeprowadzenia lekcji dotyczących pracy mechanicznej i przyciągania ziemskiego
pytania zadawane uczniom
1. Kiedy w sensie fizyki zostanie wykonana praca mechaniczna?
2. Kiedy praca mechaniczna jest równa O?
3. Podaj wzór określający pracę, gdy przesunięcie jest równoległe do działającej stałej siły i ma ten sam zwrot co siła.
4. Podaj jednostkę pracy mechanicznej (zapis jednostki na tablicy)
5. Pod wpływem jakiej siły wszystkie ciała spadają na Ziemię?
6. Podaj wzór na siłę przyciągania ziemskiego.

2. Rozwinięcie
wykonanie doświadczenia wstępnego – puszczenie nakręconej zabawki (samochodzik)
magazynowanie pracy; wyjaśnienie znaczenia – „zmagazynować” wykonaną pracę
podanie przykładów, w których wykonana praca może być zmagazynowana
(nakręcony zegarek-podnosząc wagi w zegarze ściennym; podniesienie i położenie kulki na podstawku, następnie zepchnięcie tej kulki z podstawka; naciąganie kawałka gumy pasmanteryjnej)
podanie przykładu, w którym praca nie została zmagazynowana
wyjaśnienie układu oddziałujących ze sobą ciał
wyjaśnienie znaczenia siły zewnętrzne
wyjaśnienie znaczenia siły wewnętrzne
krótki wykład dotyczący pojęcia energii: formy energii; wyjaśnienie do czego potrzebna jest energia; z czym związana jest ona; co opisuje energia

wyjaśnienie sformułowania, że przyrost energii ciała równy jest wykonanej nad tym ciałem pracy ∆Ep = W
wyjaśnienie, że im większa jest praca wykonywana przez ciało tym większą energię posiada to ciało
podanie jednostki energii
rodzaje energii mechanicznej (potencjalna, kinetyczna)
wyjaśnienie występowania energii kinetycznej i potencjalnej

szczegółowe omówienie energii potencjalnej ciężkości Epc
wyjaśnienie z jakim rodzajem siły związana jest Epc
badanie zależności energii potencjalnej ciężkości o masy i wysokości, na jakiej się znajduje
dośw.27, podręcznik str. 74 – zależność od masy
dośw.28, podręcznik str 75 – zależność od wysokości
wyprowadzenie wzoru na Epc
wyprowadzenie jednostki na Epc
wykorzystywanie Epc
ćwiczenia w rozwiązywaniu zadań na Epc

szczegółowe omówienie energii potencjalnej sprężystości Eps
wyjaśnienie występowania Eps – przykłady
wykorzystywanie Eps
zależność energii potencjalnej sprężystości od odkształcenia
Energia potencjalna a budowa materii
wyprowadzenie wzoru na Eps
wyprowadzenie jednostki Eps

szczegółowe omówienie energii kinetycznej Ek
wyjaśnienie występowania Ek
badanie zależności Ek od masy ciała i prędkości z jaką dane ciało się porusza
(wykonanie doświadczenia za pomocą walców)
wyprowadzenie wzoru na Ek
wyprowadzenie jednostki na Ek
wykorzystywanie Ek
rozwiązywanie zadań rachunkowych wykorzystując wzory na Energię potencjalną ciężkości i Energię kinetyczną

3.Podsumowanie
określenie energii mechanicznej
podanie rodzaji energii mechanicznej i ich określenie
podanie jednostki energii
podanie zależności Epc od masy i wysokości
podanie zależności Ek od masy i prędkości

4. Omówienie zadania domowego

V Notatka w zeszycie ucznia: Energia mechaniczna i jej rodzaje

Temat: Energia mechaniczna i jej rodzaje

1. Energia ( E) opisuje stan fizyczny układu ciał w danej chwili.
Energia - jest to zdolność do wykonania pracy.
2. Ciało zdolne do wykonania pracy posiada energie mechaniczną.
3. Aby układ ( lub ciało) zyskał energię musi zostać wykonana praca nad nim przez
siły zewnętrzne.
4. Układ traci energię gdy sam wykonuje pracę
5. W fizyce wyróżniamy 2 rodzaje energii:
a) energie potencjalną (Ep ) – związaną z oddziaływaniem wzajemnym
energię potencjalną ciężkości (Epc)
energię potencjalną sprężystości (Eps)
b) energie kinetyczną (Ek ) związana z ruchem ciała
6. Przyrost energii ciała jest równy wykonanej nad tym ciałem pracy.
∆E = W
7. Jednostką energii jest jednostka pracy, a więc dżul.
[ E ] = J ( dżul )

Energia potencjalna ciężkości
1. Energia potencjalna ciężkości (energia potencjalna grawitacji, energia grawitacyjna )- jest związana z oddziaływaniem grawitacyjnym
2. Miarą zmiany energii jest wykonana praca ( E = W )
3. Obliczanie energii potencjalnej

Przy podnoszeniu ciała wykonujemy pracę.

W = F·r W = F·h gdzie, Fg – wartość siły przyciągania ziemskiego

Fg = m·g gdzie, m – masa ciała
g- przyspieszenie ziemskie
W = mg·h
W = Epc
Epc = m·g·h wzór na energię potencjalną ciężkości
Energia potencjalna grawitacji zależy od: masy ciała i wysokości nad układem odniesienia ( Ziemia )- jest proporcjonalna do tych wielkości

4. Jednostka energii potencjalnej
[m] = kg
[g ] = m/s2
[h] = m
więc, [Epc] = kg·m/s2·m = N·m = J ( dżul}

5. Praktyczne wykorzystywanie energii potencjalnej ciężkości:
do wbijania pali w Ziemię ( kafar )
w elektrowniach wodnych, w młynach wodnych wykorzystuje się E spiętrzonej wody
6. Zmiana Ep w pracę dla człowieka nieużyteczną a nawet szkodliwą:
przy upadku na podłogę np. porcelanowego naczynia
przy przewróceniu się np. stosu cegieł
zadania do obliczenia
zad.1
Jaką energię posiada ciało o masie 1,5 kg znajdujące się na wysokości 80 cm?
Dane Szukane Wzory
m = 1,5 kg Epc = ? Epc = m·g·h
h = 80 cm = 0,8 m
g = 9,81 m/s2 = 10 m/s2
Rozwiązanie
[Epc] = kg·m/s2·m = N·m = J
Epc = 1,5·0,8·10 = 12 J
Odp. Ciało o masie 1,5 kg znajdujące się na wysokości 80 cm posiada energię 12 J
zad. 2
Na jaką wysokość wzbiła się piłka o masie 0,5 kg, jeżeli jej energia potencjalna w najwyższym punkcie lotu wynosiła 50 J.

II Energia potencjalna sprężystości
1. Eps mają ciała:
które uległy odkształceniu sprężystemu, np. wygięty łuk, nakręcona sprężyna zegara, rozciągnięta guma
gazy, które rozprężając mogą wykonać pracę
2. Ep jest podstawą działania : zegarków, łuku, kuszy, zabawek nakręcanych
3. Energia potencjalna sprężystości to energia spożytkowana na pokonanie sił międzycząsteczkowych.

Eps = Es
Es = W W = F śrr·
r = x

Fśr = Fp + Fk / 2 Fp -0

Fśr = Fk / 2 = F / 2

W = F /2 ·x
Es = W = 1/2· F·x I wzór
lub gdzie, k – współczynnik sprężystości
F = k·x
Es = k·x·x czyli
Es = k·x2 II wzór
Energia potencjalna sprężystości zależy od wydłużenia i rodzaju sprężyny ( ciała sprężystego)
4. Jednostka energii potencjalna sprężystości
(ze wzoru I)
[Es] = N·m = J

III Energia kinetyczna
1. Energię, jaką posiadają ciała na skutek swojego ruchu nazywamy energią kinetyczną Ek posiadają ciała będące w ruchu.
2. 2.Przejście ciała ze spoczynku wymaga zawsze wykonania pewnej pracy.
3. Ek poruszającego się ciała zależy od:
masy ciała
wartości prędkości ciała
4. Obliczanie energii kinetycznej ciała

Wyprowadzenie wzoru
Ek = W
W = F·r
z II zasady dynamiki Newtona, F = m·a
W = F·r = m·a
wzór na drogę w ruchu jednostajnie przyspieszonym s = a·t2 / 2 r = s
W = m ·a2t·2 / 2 = m(a·t)2 / 2;
wzór na prędkość w ruchu jednostajnie przyspieszonym V = a·t

W = m·v2 / 2 wzór na energię kinetyczną
5.Jednostka energii kinetycznej
[m] = kg,
[V] = m / s
[Ek] = kg·m2 / s2 = kg·m·m/s2 = kg·m/ s2· m = N·m = J

6. Ek posiadają wiatr i wszystkie poruszające się ciała
7. Wykorzystywanie energii kinetycznej:
w elektrowniach wiatrakowych
żaglówki
bojery
szybowce
zad.1
Jaką energie kinetyczną posiada ciało o masie 10 kg poruszające się z prędkością 36 km/h

Zadanie domowe
Zad. Czy większą energie ma:
a) skowronek skowronek masie 50 g latający na wysokości 500 m?
b) koń o masie 500 kg, idący z prędkością 3,6 km/h?
c) dziecko o masie 20 kg jadące na nartach z prędkością 18 km/h?