Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии

Предмет: Физика

Класс: 10

Тема: «Закон сохранения энергии»

Проблемный вопрос: Как закон сохранения энергии может пригодиться нам в жизни?

Цели: Изучение закона сохранения энергии и получение сведений о  его применимости  в науке и жизни.

Задачи:

  1. Создать условия для формирования умений, обеспечивающих самостоятельное успешное применение закона сохранения механической энергии в жизни.
  2. Провести опыты, помогающие выяснить, значение закона сохранения энергии в нашей жизни.

 Гипотеза: Знание  закона сохранения энергии может пригодиться  школьникам при решении задач по физике и инженерам на производстве.

Этапы:

  1. Изучение литературы, поиск информации в интернете
  2. Проведение эксперимента
  3. Результаты исследований
  4. Выводы

 

I. Изучая различную литературу и информацию в интернете, мы узнали:

Мы установили, что потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, а кинетическая энергия — движущиеся тела.
И потенциальная, и кинетическая энергия изменяются только в результате такого взаимодействия тел, при котором действующие на тела силы совершают работу, отличную от нуля.

При взаимодействиях тел, образующих замкнутую систему: если несколько тел взаимодействуют между собой только силами тяготения и силами упругости и никакие внешние силы на них не действуют, то при любых взаимодействиях тел работа сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

. (1)

Вместе с тем по теореме о кинетической энергии работа тех же сил равна изменению кинетической энергии:

. (2)

Из сравнения равенств (1) и (2) видно, что изменение кинетической энергии тел в замкнутой системе равно по абсолютному значению изменению потенциальной энергии системы тел и противоположно ему по знаку:

или

. (3)

Из равенства (3) следует, что сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упру гости, остается постоянной. Это утверждение называется законом сохранения энергии в механических процессах.
Сумма кинетической и потенциальной энергии тел называется полной механической энергией.
Для полной механической энергии закон сохранения энергии имеет следующее выражение: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения и упругости, остается неизменной.
Основное содержание закона сохранения энергии заключается не только в установлении факта сохранения полной механической энергии, но и в установлении возможности взаимных превращений кинетической и потенциальной энергии тел в равной количественной мере при взаимодействии тел.
Закон сохранения энергии раскрывает физический смысл понятия работы.
Работа сил тяготения и сил упругости, с одной стороны, равна увеличению кинетической энергии, а с другой стороны, — уменьшению потенциальной энергии тел.   Следовательно, работа равна энергии, превратившейся из одного вида в другой.
Закон сохранения полной механической энергии в процессах с участием сил упругости и гравитационных сил является одним из основных законов механики. Знание этого закона упрощает решение многих задач, имеющих большое значение в практической жизни.

II. Мы нашли простые иллюстрации закона сохранения энергии:

 

       Механическая энергияНаиболее часто встречающаяся нам в повседневной жизни – механическая энергия. Это энергия непосредственного взаимодействия и движения физических тел и их частей. В рамках Механики (раздела Физики), механическую энергию подразделяют на потенциальную (для покоящихся тел) и кинетическую (для движущихся).

Суммарно потенциальная и кинетическая энергия системы тел составляют полную механическую энергию для этой системы тел.Механическая энергия широко известна Человеку с древнейших времен и применяется в таких устройствах, как: стрела, копье, нож, топор, праща, баллиста, повозка, маятник, журавль, ветряная мельница, водяное колесо, парус, гончарный круг, часы, и другие самые разнообразные механизмы…Приведем примеры наиболее распространенных и используемых источников механической энергии:ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов, сельскохозяйственные животные, и сам человек.Зачастую механическая работа используется как промежуточный этап при выработке электроэнергии. Преобразование механической энергии в электрическую энергию осуществляется генераторами тока. В генераторе происходит превращение вращательного движения вала в электричество. Для вращения вала применяют следующие источники механической энергии: течение рек, океанские и морские приливы-отливы, ветер.Однако основное количество генераторов тока по-прежнему работает на тепловых станциях. Здесь химическая энергия ископаемого топлива преобразуется в тепловую энергию пара, которая затем превращается в электрическую энергию тока – универсальный стандарт, удобный для использования и передачи на большие расстояния.

    1. Рассмотрим закон сохранения механической энергии на примере колебаний нитяного маятника :
    2. III.  Провели эксперимент с известным «маятником Максвелла»
                                                                                                                                                                                                                                         
Изучили информацию из опытов программы «Галилео»:

IV. Анализ результатов и выводы:

  1. Проведя эксперименты, мы изучили закон сохранения энергии и выявили возможные его применения в повседневной жизни. 
  2. Энергия тела никогда не исчезает и не появляется вновь: она лишь превращается из одного вида в другой.
  3. Полностью внутреннюю энергию нельзя превратить в механическую.
  4. Закон сохранения энергии используется не только инженерами, но и в нашей повседневной жизни: наиболее распространенных и используемых источников  энергии можно встретить в таких явлениях,как :ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов.
  5. Мы выяснили, что школьники решая задачи на закон сохранения энергии, могут лучше понять, как применять его  в жизни.

Дополнительные материалы:                                                                                                                                                                                        

Закон сохранения энергии
буклет