Оглавление:

Урок «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах»

Разделы: Физика

1. дидактическая (образовательная)

  • обеспечить в ходе урока закрепление ранее изученных видов энергии: кинетической, потенциальной, внутренней.
  • выяснить физическое содержание закона сохранения энергии в механических и тепловых процессах.

2. воспитательная

  • при рассмотрении конкретных примеров превращения одного вида энергии в другой продолжить формирование мировоззрения учащихся, указать познаваемость мира и его закономерности.
  • в процессе работы на уроке развивать чувство коллективизма, ответственности и навыки самостоятельного труда.

3. развивающая

  • в целях развития мышления учащихся научить выделять главное в тексте, сравнивать и выявлять общее и отличительное в изучаемых явлениях. – в целях развития познавательного интереса привести интересные исторические справки об учёных открывших закон сохранения и превращения энергии. – развитие самостоятельности, усидчивости и трудолюбия.

Тип урока: комбинированный.

Девиз урока: получить нечто из ничего!

Методы обучения: словесный, наглядный, репродуктивный, поисковый.

Содержание урока: тема урока не сообщается, учитель задаёт вопрос: “Что такое perpetuum mobile?”… Давайте разберёмся вместе.

  1. Проверка знаний по пройденному материалу (фронтальный опрос) : Работа двигателей подразумевает использование топлива.

– напишите формулу горения топлива;

– как вычисляют количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива?

– что такое удельная теплота сгорания топлива?

– по таблице 2 (стр. 26) назовите более экономичные виды топлива, более экологически чистые.

Энергия топлива превращается в механическую энергию, т.о. речь сегодня на уроке пойдёт о превращениях одного вида энергии в другой.

2. Совместное составление обобщающей схемы:

превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Опыт с маятником Максвелла

Екин –– Епот –– Екин…, но Е = Екин + Епот = const

(если действуют Fупр и Fтяг)

пример: полёт мяча

Вывод: кинетическая и потенциальная энергии преврящаются друг в друга.

1. из пар.2 (падение свинцового шара на свинцовую плиту) Екин –– Епот

2. теплообмен (горячее тело отдаёт Q, а холодное получает)

Q1 = Q2—условие теплообмена

3. тепловые двигатели: Евнутр –– Емех

Вывод: механическая и внутренняя энергии превращаются друг в друга.

Закон сохранения и превращения энергии

Во всех явлениях природы, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом её значение сохраняется.

(Деятельность учащихся при заполнении схемы: повторение пройденного материала, проговаривание выводов, рассмотрение примеров)

3. Историческая справка: (сообщение учащегося)

закон сохранения энергии был открыт в середине 19 века немецким учёным Р.Майером, английским учёным Д.Джоулем и получил наиболее точную формулировку в трудах немецкого учёного Г.Гельмгольца. Джоуль первым осуществил точные измерения механического эквивалента теплоты. Опыты Джоуля доказали, что механическая энергия не пропадает бесследно. Опускаются гири, вращающие лопасти в сосуде с ртутью, и температура ртути повышается на строго определённое число градусов. Во время пребывания в тропиках в качестве судового врача Майер при эпидемии легочных заболеваний лечил моряков обычным в то время методом: обильным кровопусканием из вены руки. Он обратил внимание на то, что цвет венозной крови значительно светлее, чем при плавании в северных широтах. Её можно спутать с артериальной. Между разностью температур тела и окружающей средой и степенью окисления крови существовала очевидная связь. Отсюда Майер сделал вывод о связи между потреблением пищи и образованием теплоты в организме. Гельмгольц впервые математически обосновал закон сохранения энергии. Проанализировав большинство известных в то время физических явлений, он показал его всеобщность.

4. Самостоятельная работа по учебнику.

Исследуя явления природы, учёные всегда руководствуются этим законом. Теперь мы можем сказать, что энергия не может появиться у тела, если оно не получило её от другого тела. В пар. 11 найдите несколько примеров иллюстрации этого закона (в какие виды энергии превращается энергия солнечных лучей?)

а) работа в группах. Задание: опишите превращение энергии по рисункам. (см. приложения)

б) работа у доски. Задание: по составленной схеме опишите превращение энергии в механических и тепловых процессах.

в) вопросы классу: можно ли создать вечный двигатель? можно ли получить нечто из ничего?

Пар. 11; Упр. 6; по желанию индивидуальные карточки с уровневыми задачами.

Выводы о проделанной работе, оценки учеников, краткая перспектива на следующий урок.

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Механическая энергия сохраняется только при отсутствии трения и других сопротивлений. Действие сил трения ведет к уменьшению механической энергии. Действительно, после выключения двигателя автомобиль постепенно теряет кинетическую энергию и останавливается; скатившись с горы, санки постепенно теряют скорость и т. д. Нетрудно сообразить, что бесследное исчезновение энергии в такого рода случаях является лишь кажущимся: при этом всегда происходит выделение некоторого количества теплоты. Таким образом, при трении и вообще при любом сопротивлении движению происходит превращение механической энергии во внутреннюю энергию.

Как известно, мерой уменьшения механической энергии в подобного рода случаях является работа А, а мерой увеличения внутренней энергии — полученная теплота Q. Опыты Джоуля доказали, что А и Q при этом прямо пропорциональны друг другу, а если их измерять в одинаковых единицах (в джоулях), то и равны друг другу. Следовательно, уменьшение механической энергии тел при действии сил трения в точности равно увеличению внутренней энергии всех тел, участвующих в таком процессе.

Это означает, что сумма механической и внутренней энергий всех тел, составляющих замкнутую систему, есть величина постоянная. Иначе говоря, суммарное изменение механической и внутренней энергий всех тел замкнутой системы в любом процессе, найденное по выполненной работе и переданной теплоте, равно нулю.

Изучение явлений природы показало, что изменение энергии тела происходит только при выполнении работы и при теплообмене. Следовательно, работа и количество теплоты — единственно возможные формы обмена энергией между телами. Таким образом, переданное телу количество теплоты Q и выполненная этим телом работа А над другими телами однозначно определяют изменение его внутренней энергии в любом процессе.

Немецкий врач Р. Майер в 1842 г. обратил внимание на взаимную превращаемость всех форм движения материи друг в друга и пытался распространить принцип сохранения энергии на все явления природы. Однако научно обосновал этот принцип в 1847 г. немецкий ученый Г. Гельмгольн.

Сформулируем теперь закон сохранения и превращения энергии: энергия замкнутой системы никогда не исчезает и не создается из ничего. При всех явлениях внутри системы она только превращается из одного вида в другой или передается от одного тела к другому, не изменяясь количественно.

Закон сохранения энергии является всеобщим законом природы, на котором базируется все современное естествознание. С его помощью проверяются новые теории и оцениваются результаты новых экспериментов. Нарушение этого закона в каких-либо явлениях природы привело бы к полной перестройке всех естественных наук и к изменению нашего миропонимания.

homework.net.ua

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Успейте воспользоваться скидками до 50% на курсы «Инфоурок»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Потенциальная энергия – это энергия которой обладают предметы в состоянии покоя. Кинетическая энергия – это энергия тела приобретенная при движении. СУЩЕСТВУЕТ ДВА ВИДА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ: КИНЕТИЧЕСКАЯ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ, КОТОРЫЕ МОГУТ ПРЕВРАЩАТЬСЯ ДРУГ В ДРУГА.

Превращение потенциальной энергии в кинетическую. ПОДБРАСЫВАЯ ВВЕРХ МЯЧ, МЫ СООБЩАЕМ ЕМУ ЭНЕРГИЮ ДВИЖЕНИЯ – КИНЕТИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ. ПОДНЯВШИСЬ, МЯЧ ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ, А ЗАТЕМ НАЧИНАЕТ ПАДАТЬ. В МОМЕНТ ОСТАНОВКИ (В ВЕРХНЕЙ ТОЧКЕ) ВСЯ КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ПОЛНОСТЬЮ ПРЕВРАЩАЕТСЯ В ПОТЕНЦИАЛЬНУЮ. ПРИ ДВИЖЕНИИ ТЕЛА ВНИЗ ПРОИСХОДИТ ОБРАТНЫЙ ПРОЦЕСС.

ПОЛНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, Т.Е. СУММА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ И КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛА, ОСТАЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ, ЕСЛИ ДЕЙСТВУЮТ ТОЛЬКО СИЛЫ УПРУГОСТИ И ТЯГОТЕНИЯ И ОТСУТСТВУЮТ СИЛЫ ТРЕНИЯ Е=ЕК +ЕП В ЭТОМ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

ВСПОМНИМ: ПОСЛЕ УДАРА СВИНЦОВОГО ШАРА О СВИНЦОВУЮ ПЛИТУ ИЗМЕНИЛОСЬ СОСТОЯНИЕ ЭТИХ ТЕЛ — ОНИ ДЕФОРМИРОВАЛИСЬ И НАГРЕЛИСЬ. ЕСЛИ ИЗМЕНИЛОСЬ СОСТОЯНИЕ ТЕЛ, ТО ИЗМЕНИЛАСЬ И ЭНЕРГИЯ ЧАСТИЦ, ИЗ КОТОРЫХ СОСТОЯТ ТЕЛА. ПРИ НАГРЕВАНИИ ТЕЛА УВЕЛИЧИВАЕТСЯ СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ ЗНАЧИТ, УВЕЛИЧИВАЕТСЯ И КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ. КОГДА ТЕЛО ДЕФОРМИРОВАЛОСЬ, ТО ИЗМЕНИЛОСЬ РАСПОЛОЖЕНИЕ ЕГО МОЛЕКУЛ, А ЗНАЧИТ, ИЗМЕНИЛАСЬ ИХ ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ. КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ВСЕХ МОЛЕКУЛ, ИЗ КОТОРЫХ СОСТОИТ ТЕЛО, И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СОСТОВЛЯЮТ ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ ТЕЛА

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ЗАВИСИТ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА, АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА И ДРУГИХ ФАКТОРОВ. ПОДНИМЕМ МЯЧ НАД СТОЛОМ. ПРИ ЭТОМ РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ МЯЧА НЕ МЕНЯЕТСЯ. ЗНАЧИТ, НЕ МЕНЯЕТСЯ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ. СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ПОДНИМАЯ МЯЧ, МЫ НЕ ИЗМЕНЯЕМ ЕГО ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ТЕЛА НЕ ЗАВИСИТ НИ ОТ МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА, НИ ОТ ПОЛОЖЕНИЯ ЭТОГО ТЕЛА ОТНОСИТЕЛЬНО ДРУГИХ ТЕЛ. ТЕЛО, ИМЕЯ ЗАПАС ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ, ОДНОВРЕМЕННО МОЖЕТ ОБЛАДАТЬ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ. НАПРИМЕР, ПУЛЯ, ЛЕТЯЩАЯ НА НЕКОТОРОЙ ВЫСОТЕ НАД ЗЕМЛЕЙ, КРОМЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ, ОБЛАДАЕТ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ – ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ И КИНЕТИЧЕСКОЙ

НАГРЕВАНИЕ ТЕЛ ПРОИСХОДИТ ПРИ УДАРАХ, РАЗГИБАНИИ И СГИБАНИИ, Т.Е. ПРИ ДЕФОРМАЦИИ. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ТЕЛА УВЕЛИЧИВАЕТСЯ. СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ ТЕЛА МОЖНО УВЕЛИЧИТЬ, СОВЕРШАЯ НАД ТЕЛОМ РАБОТУ. ЕСЛИ РАБОТУ СОВЕРШАЕТ САМО ТЕЛО, ТО ЕГО ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ УМЕНЬШАЕТСЯ. ПРОДЕЛАЕМ ОПЫТ ЧТОБЫ ВЫЯСНИТЬ, КАКИМ СПОСОБОМ МОЖНО УВЕЛИЧИТЬ ИЛИ УМЕНЬШИТЬ СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ: УКРЕПИМ ЛАТУННУЮ ТОНКОСТЕННУЮ ТРУБКУ НА ПОДСТАВКЕ. НАЛЬЕМ В ТРУБКУ НЕМНОГО ЭФИРА И ЗАКРОЕМ ПРОБКОЙ. ЗАТЕМ ТРУБКУ ОБОВЬЕМ ВЕРЕВКОЙ И НАЧНЕМ БЫСТРО ДВИГАТЬ ЕЁ ИЗ СТОРОНЫ В СТОРОНУ. ЧЕРЕЗ НЕКОТОРОЕ ВРЕМЯ ЭФИР ЗАКИПИТ, И ПАР ВЫТОЛКНЕТ ПРОБКУ. ОПЫТ ПОКАЗЫВАЕТ, ЧТО ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ЭФИРА УВЕЛИЧИЛАСЬ: ОН НАГРЕЛСЯ И ЗАКИПЕЛ. УВЕЛИЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ПРОИЗОШЛО В РЕЗУЛЬТАТЕ СОВЕРШЕНИЯ РАБОТЫ ПРИ НАТИРАНИИ ТРУБКИ ВЕРЕВКОЙ.

ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ МОЖНО ИЗМЕНИТЬ И ДРУГИМ СПОСОБОМ, БЕЗ СОВЕРШЕНИЯ РАБОТЫ. НАПРИМЕР, ВОДА В ЧАЙНИКЕ, ПОСТАВЛЕННОМ НА ПЛИТУ, ЗАКИПАЕТ. ВОЗДУХ И ПРЕДМЕТЫ В КОМНАТЕ НАГРЕВАЮТСЯ ОТ РАДИАТОРА ЦЕНТРАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ В ЭТИХ СЛУЧАЯХ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ, Т.К. ПОВЫШАЕТСЯ ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛ. НО ПРИ ЭТОМ РАБОТА НЕ СОВЕРШАЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ МОЖЕТ ПРОИСХОДИТЬ НЕ ТОЛЬКО В РЕЗУЛЬТАТЕ СОВЕРШЕНИЯ РАБОТЫ. ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ ТЕЛ МОЖНО ИЗМЕНИТЬ ПУТЕМ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОТ ТЕЛ С БОЛЕЕ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ К ТЕЛАМ С БОЛЕЕ НИЗКОЙ. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ТРЕМЯ СПОСОБАМИ: ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, КОНВЕКЦИЯ, ИЗЛУЧЕНИЕ.

ВЫВОД: МЕХАНИЧЕСКАЯ И ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ МОГУТ ПЕРЕХОДИТЬ ОТ ОДНОГО ТЕЛА К ДРУГОМУ. ЭТО СПРАВЕДЛИВО ДЛЯ ВСЕХ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. ПРИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ, ТЕЛО БОЛЕЕ НАГРЕТОЕ ОТДАЕТ ЭНЕРГИЮ, А ТЕЛО МЕНЕЕ НАГРЕТОЕ ПОЛУЧАЕТ ЭНЕРГИЮ. ПРИ ПЕРЕХОДЕ ЭНЕРГИИ ОТ ОДНОГО ТЕЛА К ДРУГОМУ ИЛИ ПРИ ПРЕВРАЩЕНИИ ОДНОГО ВИДА ЭНЕРГИИ В ДРУГОЙ ЭНЕРГИЯ СОХРАНЯЕТСЯ

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЙ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОДНОГО ВИДА ЭНЕРГИИ В ДРУГОЙ ПРИВЕЛО К ОТКРЫТИЮ ОДНОГО ИЗ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ ПРИРОДЫ – ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ВО ВСЕХ ЯВЛЕНИЯХ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ПРИРОДЕ, ЭНЕРГИЯ НЕ ВОЗНИКАЕТ И НЕ ИСЧЕЗАЕТ. ОНА ТОЛЬКО ПРЕВРАЩАЕТСЯ ИЗ ОДНОГО ВИДА В ДРУГОЙ, ПРИ ЭТОМ ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ СОХРАНЯЕТСЯ.

ИСЛЕДУЯ ЯВЛЕНИЯ ПРИРОДЫ, УЧЕНЫЕ ВСЕГДА РУКОВОДСТВУЮТСЯ ЗАКОНОМ СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ

ВЫВОД ЭНЕРГИЯ НЕ МОЖЕТ ПОЯВИТЬСЯ У ТЕЛА, ЕСЛИ ОНО НЕ ПОЛУЧИЛО ЕЁ ОТ ДРУГОГО ТЕЛА.

ДЛЯ ИЛЛЮСТРАЦИИ ЭТОГО ЗАКОНА ПРИРОДЫ РАСМОТРИМ ПРИМЕР: СОЛНЕЧНЫЕ ЛУЧИ НЕСУТ ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ЗАПАС ЭНЕРГИИ. ПАДАЯ НА ЗЕМЛЮ, ЛУЧИ НАГРЕВАЮТ ЕЁ. ЭНЕРГИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ ПРЕВРАЩАЕТСЯ ВО ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ ПОЧВЫ И ТЕЛ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ. ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ, НАГРЕВШИСЬ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ, ПРИХОДЯТ В ДВИЖЕНИЕ – ПОЯВЛЯЕТСЯ ВЕТЕР. ПРОИСХОДИТ ПРЕВРАЩЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ, КОТОРОЙ ОБЛАДАЮТ ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ, В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ.

ЧАСТЬ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ ПОГЛАЩАЕТСЯ ЛИСТЬЯМИ РАСТЕНИЙ. ПРИ ЭТОМ В РАСТЕНИЯХ ПРОИСХОДЯТ СЛОЖНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ОБРАЗУЮТСЯ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, Т.Е. ПРОИСХОДИТ ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ, ПЕРЕНОСИМОЙ СОЛНЕЧНЫМИ ЛУЧАМИ, В ХИМИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ.

ПРЕВРАЩЕНИЕ ВНУТРИ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ В ДРУГИЕ ВИДЫ ЭНЕРГИИ НАХОДИТ ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРАКТИКЕ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРЕДСТАВЛЯЕТ НАУЧНУЮ ОСНОВУ ДЛЯ РАЗНООБРАЗНЫХ РАСЧЕТОВ ВО ВСЕХ ОБЛАСТЯХ НАУКИ И ТЕХНИКИ. ПОЛНОСТЬЮ ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ НЕЛЬЗЯ ПРЕВРАТИТЬ В МЕХАНИЧЕСКУЮ.

  • Аблахимов Айтбай Биболатович
  • 1632
  • 28.03.2016

Номер материала: ДВ-562802

Свидетельство о публикации данного материала автор может скачать в разделе «Достижения» своего сайта.

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Благодарность за вклад в развитие крупнейшей онлайн-библиотеки методических разработок для учителей

Опубликуйте минимум 3 материала, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную благодарность

Сертификат о создании сайта

Добавьте минимум пять материалов, чтобы получить сертификат о создании сайта

Грамота за использование ИКТ в работе педагога

Опубликуйте минимум 10 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Свидетельство о представлении обобщённого педагогического опыта на Всероссийском уровне

Опубликуйте минимум 15 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данное cвидетельство

Грамота за высокий профессионализм, проявленный в процессе создания и развития собственного учительского сайта в рамках проекта «Инфоурок»

Опубликуйте минимум 20 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Грамота за активное участие в работе над повышением качества образования совместно с проектом «Инфоурок»

Опубликуйте минимум 25 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Почётная грамота за научно-просветительскую и образовательную деятельность в рамках проекта «Инфоурок»

Опубликуйте минимум 40 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную почётную грамоту

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

infourok.ru

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

На сегодняшнем уроке мы изучим закон сохранения энергии и вспомним о преобразованиях одних типов механической энергии в другие при движении тел, повторим такое понятие, как полная механическая энергия тела. Затем поговорим о процессах, в которых будут иметь место одновременно преобразования механической энергии и внутренней и их взаимные превращения. Также вспомним понятия «замкнутая система» и «теплоизолированная система». На протяжении урока мы неоднократно будем обращаться к истории исследования физических явлений и вспомним величайших ученных, которые внесли свой вклад в развитие представлений об изучаемом разделе физики.

Примеры взаимного превращения видов механической энергии

Ранее мы уже рассматривали возможность превращения одного вида механической энергии в другой, например, потенциальной в кинетическую или, наоборот, кинетической в потенциальную. Также мы приводили пример периодического превращения потенциальной и кинетической энергии друг в друга.

Пример 1. Переход потенциальной энергии в кинетическую

Этот пример мы уже рассматривали в курсе 7 класса и в начале изучения этого раздела. Если представить себе тело, закрепленное на некоторой высоте, то оно имеет некую потенциальную энергию относительно уровня поверхности. Потом, если это тело отпустить, то оно начнет падать, т. е. его высота будет уменьшаться, и ускоряться, т. е. увеличивать свою скорость. Следовательно, его потенциальная энергия будет уменьшаться, а кинетическая – увеличиваться (рис. 1), энергии будут превращаться друг в друга. В момент перед самым соприкосновением с землей вся потенциальная энергия тела переходит в кинетическую.

Рис. 1. Превращение потенциальной энергии в кинетическую

Пример 2. Периодические превращения типов механической энергии (маятники). Рассмотрим по очереди три вида маятников: математический, пружинный, маятник Максвелла.

1. Маятник Максвелла – представляет собой диск, закрепленный на оси, на которую наматываются две нити (рис. 2).

Рис. 2. Маятник Максвелла

Принцип работы этого маятника следующий: сначала нити наматываются на ось, тем самым поднимая маятник вверх и сообщая ему дополнительную потенциальную энергию, затем диск маятника отпускают и он начинает, раскручиваясь, двигаться вниз, нить разматывается до конца, затем наматывается снова по инерции и т. д.

Таким образом, можно наблюдать следующие преобразования механической энергии: начальное накопление потенциальной энергии – превращение ее в кинетическую энергию – превращение в потенциальную и т. д. (рис. 3).

Рис. 3. Переход потенциальной энергии маятника в кинетическую и наоборот

2. Математический маятник (груз на нити) – материальная точка, совершающая колебания под действием силы тяжести на длинной нерастяжимой нити (рис. 4).

Рис. 4. Математический маятник

Для начала колебательного процесса в этом маятнике нужно отвести тело, подвешенное на нити, от положения равновесия (придаем ему потенциальную энергию) и отпустить. После этого будут наблюдаться горизонтальные колебания в вертикальной плоскости и мы можем видеть похожие на предыдущий пример превращения энергии: подъем – переход кинетической энергии в потенциальную, опускание – переход потенциальной в кинетическую и т. д.

3. Пружинный маятник – груз, совершающий колебания на пружине под действием силы упругости (рис. 5).

Рис. 5. Пружинный маятник

Если подвесить груз к пружине и оттянуть ее вниз (придать пружине потенциальную энергию), а затем отпустить, то будут наблюдаться более сложные превращения энергии: потенциальная энергия пружины будет переходить в кинетическую и потенциальную энергию груза и наоборот.

Закон сохранения механической энергии

Все приведенные примеры экспериментов говорят о том, что мы уже знаем: полная механическая энергия тела (сумма кинетической и потенциальной) не меняется или, как говорят по-другому, сохраняется. Это мы называем законом сохранения механической энергии:

Замечание. Важно помнить, что этот закон выполнен только для замкнутой системы тел.

Определение. Замкнутая система тел – это та система, в которой не действуют внешние силы.

Примеры перехода механической энергии во внутреннюю и наоборот

Пример 3. Теперь перейдем к основной части нашей сегодняшней темы и вспомним, каким образом механическая энергия может переходить во внутреннюю. Происходит этот процесс путем совершения механической работы над телом, например, при сгибании и разгибании проволоки она будет нагреваться, при нескольких ударах молотка о наковальню нагреется и молоток, и наковальня.

Пример 4. Возможен и обратный процесс, когда внутренняя энергия будет переходить в механическую. Например, подобные процессы происходят в двигателе внутреннего сгорания (рис. 6). Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии сгорания топлива в механическую энергию движения поршней, которая затем через передаточные механизмы преобразуется в энергию вращения колес автомобиля.

Рис. 6. Двигатель внутреннего сгорания

Аналогичный принцип превращения внутренней энергии в механическую происходит и в паровых двигателях (рис. 7).

Рис. 7. Паровой двигатель на паровой машине (Источник)

История изучения преобразования механической и тепловой энергии

Вопросами преобразований механической и внутренней энергий очень активно занимались в XIX веке. Основные исследования были проведены следующими учеными.

Немецкий ученый Юлиус Майер (рис. 8) показал в своих экспериментах, что возможны взаимные превращения внутренней и механической энергий и что изменения внутренней энергии в таких процессах эквивалентно совершенной работе.

Рис. 8. Юлиус Майер (1814-1878) (Источник)

Отдельный интерес составляет работа английского ученого Джеймса Джоуля (рис. 9), который с помощью ряда экспериментов получил доказательство того, что между совершенной над телом работой и его изменением внутренней энергии существует точное равенство.

Рис. 9. Джеймс Джоуль (1819-1889) (Источник)

Особый интерес представляет тот факт, что 1843 году французский инженер Густав Гирн (рис. 10) с помощью серии своих экспериментов попытался развенчать то, что доказывали Майер и Джоуль, но результаты его экспериментов только еще раз доказали соответствие в превращениях механической энергии во внутреннюю.

Рис. 10. Густав Гирн (Источник)

Закон сохранения энергии

Для возможности корректного описания процессов теплообмена важно, чтобы система, в которой они происходят, была теплоизолированной и внешние теплообменные процессы не влияли на тела, находящиеся в рассматриваемой системе (рис. 11).

Рис. 11. Замкнутая система

В таком случае выполнен закон сохранения энергии: если система является замкнутой и теплоизолированной, то энергия в этой системе остается неизменной.

Замечание. Данный закон еще очень часто именуют основным законом природы.

Сегодня мы поговорили о взаимных превращениях различных типов механической энергии друг в друга: механической в тепловую, тепловой в механическую. Кроме того, мы рассмотрели важнейший закон физики – закон сохранения энергии.

На следующем уроке мы изучим уравнение теплового баланса.

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «sch119comp2.narod.ru» (Источник)
  2. Интернет-портал «youtube.com» (Источник)
  3. Интернет-портал «youtube.com» (Источник)

  1. Стр. 29: вопросы № 1-5; упражнения № 1–4. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа. 2010.
  2. Двигатель мощностью 25 Вт в течение 7 мин заставляет вращаться лопасти винта внутри заполненного водой калориметра. За счет сопротивления вода нагревается на . Сколько воды находится в калориметре?
  3. С высоты 14 м на песок падает свинцовый шар. На сколько градусов нагреется шар, если 50 % его потенциальной энергии перейдет во внутреннюю?
  4. *Реактивный самолет имеет четыре двигателя, развивающих силу тяги 20 000 Н каждый. Сколько керосина израсходуют двигатели на перелет 5000 км? Удельная теплота сгорания керосина , КПД двигателя 25 %.

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

interneturok.ru

Закон сохранения превращения энергии в механических и тепловых процессах

РАЗДЕЛ IV

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

УРОК № 18/63

Тема урока. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Тип урока: усвоение новых знаний.

Цель урока: продолжить формирование знаний учащихся о превращении механической энергии во внутреннюю; добиться усвоения учащимися содержания закона сохранения и превращения энергии, подчеркнуть всеобщность этого закона, используя межпредметные связи; продолжить формировать умения наблюдать и анализировать физические явления.

Приемы и методы

I. Актуализация опорных знаний

II. Изучение нового материала

Беседа; сравнение и анализ явлений; сообщения учащихся

III. Закрепление нового материала

Вопросы и задачи класса; выполнение теста

III. Домашнее задание

Комментарий учителя; записи в дневниках и на доске

Повторим материал, необходимый для изучения закона сохранения и превращения энергии.

• Какую энергию называют внутренней энергией тела?

• Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

• Приведите примеры, когда внутренняя энергия тела изменяется в результате выполнения работы (например, при строительстве пирамид в Древнем Египте огромные камни перевозили на специальных полозьях. При этом полозья разогревались так сильно, что рабам приходилось поливать их водой).

• Приведите примеры, когда внутренняя энергия тела изменяется в результате теплопередачи. (У костра мы греемся благодаря излучению, воздух в помещении нагревается от батарей в результате конвекции, а кастрюля на огне нагревается в результате теплопроводности.)

• Что общего во всех рассмотренных случаях? (Во всех рассмотренных случаях происходит изменение внутренней энергии тела.)

• Как именно изменялась внутренняя энергия? (Энергия одних тел уменьшалась, а других в то же время увеличивалась.)

Главное в этих процессах — именно одновременное уменьшение энергии одних тел и увеличение энергии во вторых. Сегодня мы рассмотрим закон преобразования и сохранения энергии.

II . Изучение нового материала

Мы уже рассмотрели с вами закон превращения и сохранения энергии применительно к механическим процессам.

• Приведите примеры превращения и сохранения энергии в механических процессах. (При падении мяча его потенциальная энергия превращается в кинетическую.)

• Мяч будет подпрыгивать бесконечно? (Нет, со временем мяч остановится.)

• Означает ли это, что его механическая энергия исчезла? (Нет. При ушибах тела нагреваются. Это означает, что механическая энергия мяча со временем перешла во внутреннюю энергию мяча и поверхности, на которую он упал.)

Вывод. Механическая энергия может превращаться во внутреннюю энергию тела.

Вопрос классу: Приведите свои примеры превращения механической энергии тела во внутреннюю. (При обработке детали на станке она нагревается. Механическая энергия резца, которым обрабатывают деталь, превращается во внутреннюю.)

На основании точных опытов установлено, что при любых превращениях энергии ее значение сохраняется. Вспомним результаты лабораторной работы № 13 «Изучение теплового баланса при смешивании воды разной температуры».

Вопрос классу: Что вы наблюдали во время выполнения работы? (Учащиеся объясняют, что они смешивали холодную и горячую воду, при этом горячая вода охлаждалась, ее внутренняя энергия уменьшалась, а холодная нагревалась, ее внутренняя энергия увеличивалась. Если учесть все тепловые потери, которые произошли в ходе опыта, то можно записать равенство: Q 1 = Q 2 .)

Закон сохранения и превращения энергии был открыт в середине XIX века. Наибольший вклад в открытие и опытную проверку этого закона сделали немецкий ученый Г. Майер, английский ученый Д. Джоуль. Г. Майер впервые количественно показал, как механическая энергия может превращаться во внутреннюю (он был врачом на судне, неоднократно замечал, что после шторма температура морской воды повышается). Д. Джоуль проводил опыты, в ходе которых механическая энергия тела превращалась во внутреннюю (описание опыта приведен на с. 175), и показал равенство между выполненной механической работой и количеством теплоты, полученной телом. Закон сохранения и превращения энергии — основной закон природы и применим не только в физических, но и химических, биологических процессов.

Ученики, которые получили накануне задания, делают короткие сообщения (суть сообщения — показать, что все живые существа на Земле используют внутреннюю энергию питательных веществ, в которую превратилась энергия Солнца; вспоминаются процессы фотосинтеза, условия протекания химических реакций, теплокровные и хладнокровные животные).

III. Закрепление нового материала

Для закрепления материала предлагаются следующие задания.

1. Рассмотрите рисунок. На рисунке представлены шесть шаров одинаковой массы, изготовленные из одного и того же вещества.

а) Укажите шара с одинаковой внутренней энергией;

б) укажите шара с одинаковой кинетической энергией;

в) укажите шара с одинаковой потенциальной энергией.

2. Выполните небольшое тестовое задание.

1) Какую механическую энергию имеет самолет, что летит?

B. Кинетическую и потенциальную.

2) Какие превращения энергии происходят при торможении автомобиля?

A. Кинетической в потенциальную.

Бы. Потенциальной в кинетическую.

B. Механической во внутреннюю.

Г. Внутренней в механическую.

3) В чем заключается суть закона превращения и сохранения энергии?

А. Энергия не исчезает.

Бы. Энергию нельзя создать.

В. Энергия превращается из одного вида в другой.

Г. Энергия превращается из одного вида в другой или переходит от одного тела к другому, при этом значение ее сохраняется.

(Ответы: 1) В; 2) В; 3) Г.)

3. Приведите примеры, подтверждающие закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах (это могут быть как свои собственные оригинальные примеры, так и повторение примеров, приведенных на уроке).

IV . Домашнее задание

Подумайте на досуге. На 3-й этаж подняли вязанку дров. В дров появилась определенная потенциальная энергия. Дрова сгорели. По закону сохранения энергии выходит, что эти дрова должны выделить больше тепла. Так ли это?

Копилка интересных фактов

Ø Да здравствует прогресс!

В середине XIX века энергия, которую употреблял человек, на 94 % была энергией мышечной силы человека и животных; на 6 % — энергией, получаемой от водных и ветряных колес, мельниц; менее 1 % энергии приходилось на паровые машины.

В наше время на долю мускулов» приходится только 1 % используемой энергии.

Ø Энергия как запас

На вопрос, в чем же суть понятия энергии и почему мы не можем «разглядеть» в теле скрытую в нем энергию, известный физик Альберт Эйнштейн ответил, что, подобно тому, как о масштабах богатства человека мы никогда не узнаем, пока ее деньги лежат без движения на счету в банке, так и о размере запасенной телом энергии нельзя судить до тех пор, пока она не превратится, например, в работу.

schooled.ru

Это интересно:

  • Лож и лаж правило Правописание чередующихся гласных А-О в корнях -лаг- , -лож-, -раст-(-ращ-), -рос, 5-й класс Цели урока : 1.Закрепить правописание чередующихся гласных а-о в корнях –лаг- -лож- раст-(- ращ-) -рос-; 2. Сформировать умение […]
  • Ростовская областная коллегия адвокатов в 2 Ростовская Областная Коллегия Адвокатов № 2 информация актуальна на 10.08.2018 на карточке организациис учетом всех используемыхисточников данных."> разделы Анкета Ликвидация Реквизиты Учредители Арбитраж Связи […]
  • Закон джоуля единица измерения Закон джоуля единица измерения Каталог статей Справочная информация Справочник по электротехнике Currently 3.79/5 1 2 3 4 5 Рейтинг 3.8/5 (194 голосов) Закон Джоуля-Ленца определяет меру теплового действия […]
  • Уплата ндфл за патент Удерживаем с иностранца НДФЛ за патент Как удержать НДФЛ у иностранца, работающего на основании патента Размер фиксированных платежей за патент При приобретении патента на трудовую деятельность в России иностранец самостоятельно […]
  • Вопросы судебно медицинской экспертизы вещественных доказательств Судебно-медицинская экспертиза вещественных доказательств : лекция Судебно-медицинская экспертиза вещественных доказательств : лекция // Судебная медицина: Курс лекций / В.Б. Кан, И.Е. Беликов. – Екатеринбург: Изд-во Уральского […]
  • Оперативный прокурор Прокуратура Московской области Условия и порядок приёма на службу в органы прокуратуры, требования, предъявляемые к лицам, назначаемым на прокурорские должности в прокуратуре, определены Федеральными законами «О прокуратуре […]