Тип урока: комбинированный (применение знаний в нестандартных ситуациях)
Цели урока:
- Обучающая: формирование умения комплексного применения знаний при решении задач;
- Развивающая: развитие практических умений и навыков учащихся, исследовательских умений; развитие общеучебных умений и навыков: самостоятельной работы, самоконтроля; формирование интереса к предмету;
- Воспитательная: формирование навыков самостоятельной работы, коммуникативности, аккуратности, внимательности, умения принимать решения.
Форма урока: практикум.
Методы: беседа, ТСО, самостоятельная работа, лабораторная работа, демонстрационный эксперимент.
Оборудование: направляющая рейка, каретка, тележка, монорельс, штатив, электронный секундомер, линейка.
План урока:
- Разминка – 7 мин;
- Демонстрационный эксперимент – 3 мин;
- Анализ эксперимента – 20 мин;
- Самостоятельная работа (решение экспериментальной задачи) – 7 мин;
- Подведение итогов урока – 3 мин.
I.Организационный момент
Здравствуйте, ребята! Садитесь.
II.Ход урока
Эпиграфом сегодняшнего урока я выбрала строку из поэмы «О природе вещей» древнеримского ученого Лукреция Карра:
«…вещам невозможно
Из ничего возникать и, родившись, в ничто
обращаться…»
Лукреций Карр
«О природе вещей»
Эти строки относятся к закону сохранению массы, но эту идею с успехом можно применить и к энергии, и к импульсу тел. На сегодняшнем уроке мы с вами продолжаем решать задачи с применением законов сохранения энергии и импульса. Начнем урок с небольшой разминки.
- Назовите условия выполнения ЗСИ?
- замкнутая система тел
- В каких случаях он может выполняться для незамкнутых систем?
- когда сумма внешних сил в направлении какой-то оси равна нулю, а общая сумма сил, действующих на систему, не равна нулю;
- время действия внешних сил на систему мало ;
- сумма внешних сил, действующих на систему значительно меньше внутренних.
- Сформулируйте условия выполнения ЗСЭ?
- замкнутость системы;
- действие только консервативных сил внутри неё.
- Что такое консервативные силы? Приведите примеры.
- Это силы, работа которых не зависит от формы траектории – гравитационные и упругости.
- Если в системе будут действовать неконсервативные силы, будет ли выполняться ЗС механической энергии?
- Не будет, т.к. механическая энергия будет убывать. Выполняется ЗС полной энергии<
- Куда девается энергия?
Она превращается в другие виды энергии – внутреннюю, тепловую, электрическую и т.д.
Спасибо, разминка окончена.
То, что мы сейчас с вами повторили, пригодится для того, чтобы описать эксперимент, который я предлагаю вашему вниманию.
На демонстрационном столе вы видите установку. Направляющая рейка при помощи штатива установлена под некоторым углом к горизонту. По этой рейке скользит каретка. Тележка, которую вы видите в моих руках, будет скользить по монорельсу, установленному на столе горизонтально. Проведем эксперимент. Будьте внимательны!
Ещё раз посмотрите…
Проанализируем увиденное с точки зрения ЗС (см. приложение).
Слайд 2. Vo=0 в момент времени to=0.
E пот = mgh
В первоначальный момент времени каретка, находясь на вершине направляющей рейки, относительно основания наклонной плоскости обладает только какой энергией? Потенциальной, т.к. Vo=0.
Слайды 3-8. Тело соскальзывает по рейке. Почему? Какие превращения энергии происходят при этом?
(Потенциальная переходит в кинетическую)
Будет ли при этом Е кин в момент отрыва = E пот в начале? (Нет, т.к. система хоть и замкнута, но в ней действует неконсервативная сила трения. Поэтому часть механической энергии пойдет на совершение работы против сил трения)
Слайды 9. После отрыва движение каретки будет… (продолжите фразу). (Это движение тела, брошенного под углом к горизонту). Если сила сопротивления воздуха = 0, то какая составляющая скорости остается неизменной при падении каретки?
Слайды 10-17. Каретка падает в тележку. В результате этого взаимодействия тела начинают движение со скоростью V2. Совершив перемещение S в горизонтальном направлении, они останавливаются. Обратите внимание на то, что движение тележки ограничено монорельсом.
Поэтому она может двигаться только в горизонтальном направлении. Внимание – вопрос: будет ли выполняться ЗСИ при взаимодействии каретки с тележкой?
ОТВЕТ: В этом случае ЗСИ выполняется в проекции только на горизонтальную ось, т.к. в этом направлении силы, действующие на тела, скомпенсированы. Тогда ЗСИ будет иметь вид:
mV1x = (m+M) V2x
Какой энергией обладает система каретка – тележка после взаимодействия?
Только Е кин , т.к. Е пот = 0 (если нулевой уровень - тележка).
Вопрос: Выполняется ли ЗС механической энергии при движении системы тел по монорельсу?
Ответ: Нет, т.к. в этой системе действует неконсервативная сила трения.
Вопрос: Что происходит с Е кин?
Ответ: Она тратится на работу против силы трения.
Подводя итог анализу проведенного эксперимента, разделите его на логически завершенные этапы:
- Движение каретки по направляющей рейке (превращение энергии)
- Взаимодействие каретки с тележкой (ЗСИ)
- Движение системы тел по монорельсу (опять превращение энергии).
Теперь сформулируйте задачи, исходя из данных нашего эксперимента по первому этапу.
Слайд 18. (рисунок)
Обозначения: h-высота наклонной плоскости,
L – длина наклонной плоскости,
T – время скатывания каретки
(фиксируется электронным секундомером);
m и M – известные массы тел;
S – модуль перемещения тележки.
Формулировка задачи: Чему равна работа силы трения при движении каретки по направляющей рейке?
Формируем данные к условию задачи: масса каретки, высота и длина наклонной плоскости, время движения.
Всё необходимое экспериментальное оборудование находится на ваших столах. Время выполнения эксперимента – 7 минут. Приступайте!
Слайд 18. (условие и решение задачи). Проверим ваше решение:
ВЫВОД: Работа силы трения при расчете получается со знаком « - ». Это свидетельствует об убыли механической энергии, т.к. система неконсервативная. Следовательно, механическая энергия не сохраняется, а переходит во внутреннюю энергию.
Итоги - оценки за ответы.
Домашнее задание – творческое – сформулировать и решить задачи по второму и третьему этапам эксперимента. Необходимые данные вы видите на слайде 19 (М – масса тележки, S – путь).
Урок окончен. Спасибо за работу!