Physics 10: Week 12

Aidin Biibosunov

Created: 2024-10-30 Wed 19:02

Работа и энергия

Тема: Виды механической энергии (кинетическая и потенциальная), закон сохранения энергии, использование энергии ветра и воды, связь работы и энергии.

### Цели урока:

  1. Освоить понятия кинетической и потенциальной энергии.
  2. Понять закон сохранения энергии и связь работы с энергией.
  3. Изучить примеры использования энергии ветра и воды.

—

Задание 1: Введение в тему и целеполагание

#### Материал для прочтения:

  • Работа — в физике это действие силы на тело на расстоянии, пройденное этим телом в направлении силы. Формула для расчета работы: \[ A = F \cdot s \cdot \cos \theta \] где \( F \) — сила, \( s \) — пройденное расстояние, \( \theta \) — угол между направлением силы и движением тела. Единица измерения работы — джоуль (Дж).
  • Механическая энергия — энергия, связанная с движением и положением тела. Она бывает двух видов: кинетическая энергия и потенциальная энергия.

#### Задание:

  1. Прочитайте материал выше.
  2. Ответьте на вопросы:
    • Что такое работа? В каких случаях мы можем говорить, что работа выполнена?
    • Какие виды механической энергии вы знаете?
  3. video lesson

—

Задание 2: Кинетическая энергия

#### Материал для прочтения:

  • Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает тело благодаря своему движению. Она рассчитывается по формуле: \[ E_k = \frac{mv^2}{2} \] где:

    • \( m \) — масса тела,
    • \( v \) — скорость тела.

    Примеры кинетической энергии: движущийся автомобиль, летящий мяч. Чем больше масса или скорость тела, тем больше его кинетическая энергия.

#### Задание:

  1. Прочитайте материал о кинетической энергии.
  2. Решите задачу: Найдите кинетическую энергию автомобиля массой 1000 кг, движущегося со скоростью 20 м/с.
  3. Подумайте и запишите: Как кинетическая энергия зависит от массы и скорости тела?

—

Задание 3: Потенциальная энергия

#### Материал для прочтения:

  • Потенциальная энергия — это энергия, которую тело имеет благодаря своему положению в поле сил (например, гравитационном). Потенциальная энергия гравитационного поля определяется формулой: \[ E_p = mgh \] где:

    • \( m \) — масса тела,
    • \( g \approx 9.8 \, м/с^2 \) — ускорение свободного падения,
    • \( h \) — высота тела над землей.

    Потенциальная энергия увеличивается, когда тело поднимается на большую высоту или при увеличении его массы.

#### Задание:

  1. Прочитайте материал о потенциальной энергии.
  2. Решите задачу: Рассчитайте потенциальную энергию тела массой 5 кг, находящегося на высоте 10 м над землей.
  3. Вопрос для размышления: Как потенциальная энергия зависит от высоты и массы тела?

—

Задание 4: Связь работы и энергии

#### Материал для прочтения:

  • Связь работы и энергии — работа, выполненная над телом или системой, приводит к изменению энергии тела. Например, если над телом совершается положительная работа, то его энергия увеличивается. Наоборот, если над телом совершается отрицательная работа, то его энергия уменьшается.

    Формула связи работы и изменения кинетической энергии: \[ A = \Delta E_k \] где \( \Delta E_k \) — изменение кинетической энергии тела.

#### Задание:

  1. Прочитайте материал о связи работы и энергии.
  2. Решите задачу: Если тело движется с увеличением скорости, какая работа выполняется над ним? Как это отражается на его кинетической энергии?

—

Задание 5: Закон сохранения энергии

#### Материал для прочтения:

  • Закон сохранения энергии — один из фундаментальных законов физики. В замкнутой системе полная механическая энергия сохраняется, то есть сумма кинетической и потенциальной энергии остается постоянной, если не происходит потерь на трение или другие силы.

    Например, в системе «маятник» потенциальная энергия в верхней точке траектории постепенно переходит в кинетическую при движении вниз и обратно при движении вверх, но их сумма всегда остаётся неизменной.

#### Задание:

  1. Прочитайте материал о законе сохранения энергии.
  2. Пример для анализа: Представьте себе маятник. Как энергия маятника меняется во время его движения?
  3. Решите задачу: Маятник имеет потенциальную энергию 20 Дж в самой высокой точке траектории. Какова его кинетическая энергия в нижней точке, если учесть, что потерь энергии нет?

—

Задание 6: Применение энергии ветра и воды

#### Материал для прочтения:

  • Энергия ветра и воды — это примеры возобновляемой энергии, которые могут преобразовываться в электрическую с помощью турбин.

    • Ветряные турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую, которая затем преобразуется в электрическую энергию. Высокие башни турбин позволяют лопастям эффективно захватывать ветер, вращая генератор.
    • Гидроэлектростанции используют потенциальную энергию воды, находящейся на высоте. При падении вода превращает свою потенциальную энергию в кинетическую, вращая турбины, которые производят электричество.

    Преимущества этих видов энергии — их экологичность и доступность.

#### Задание:

  1. Прочитайте материал о возобновляемых источниках энергии.
  2. Примеры для размышления:
    • Как работает гидроэлектростанция?
    • Какие задачи можно решать с помощью ветряных турбин?
  3. Вопрос для размышления: Какие преимущества имеет использование возобновляемых источников энергии по сравнению с традиционными?

—

Задание 7: Закрепление и обобщение

#### Тапшырма:

  1. Повторите ключевые формулы и понятия:
    • Кинетическая энергия, потенциальная энергия, закон сохранения энергии, связь работы и энергии.
  2. Ответьте на вопросы:
    • Как связаны между собой работа и изменение энергии тела?
    • В каких случаях происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую?
  3. Напишите вывод: Что нового вы узнали? Какие примеры можно привести для иллюстрации законов механики?

Жумуш жана энергия

Тема: Механикалык энергия түрлөрү (кинетикалык жана потенциалдык), энергиянын сакталуу закону, шамал жана суунун энергиясын пайдалануу.

### Сабактын максаттары:

  1. Кинетикалык жана потенциалдык энергия түшүнүктөрүн өздөштүрүү.
  2. Энергиянын сакталуу мыйзамын түшүнүү.
  3. Шамал жана суунун энергиясын пайдалануу мисалдарын изилдөө.

—

Тапшырма 1: Тема менен таанышуу жана максат коюу

#### Окуу материалы:

  • Жумуш — физикада бул күчтүн денеге тийгизген таасири жана анын күч багытында өткөн аралыкка көбөйтүлүшү. Жумушту эсептөө формуласы: \[ A = F \cdot s \cdot \cos \theta \] мында \( F \) — күч, \( s \) — өткөн аралык, \( \theta \) — күч багыты менен дененин кыймыл багытынын ортосундагы бурч. Жумуштун өлчөө бирдиги — джоуль (Дж).
  • Механикалык энергия — дененин кыймылы жана ордуна байланышкан энергия. Ал эки түргө бөлүнөт: кинетикалык энергия жана потенциалдык энергия.

#### Тапшырма:

  1. Жогорудагы материалды окуп чыгыңыз.
  2. Суроолорго жооп бериңиз:
    • Жумуш деген эмне? Жумуш жасалган учурларды айтып бериңиз.
    • Механикалык энергиянын кайсы түрлөрүн билесиз?
  3. Ойлонуу үчүн суроо: Сиздин оюңузча, шамал жана суунун энергиясын пайдалануу принциби эмнеде?

—

Тапшырма 2: Кинетикалык энергия

#### Окуу материалы:

  • Кинетикалык энергия — дене кыймылда болгондуктан ээ болгон энергия. Аны эсептөө формуласы: \[ E_k = \frac{mv^2}{2} \] мында:

    • \( m \) — дененин массасы,
    • \( v \) — дененин ылдамдыгы.

    Кинетикалык энергиянын мисалдары: кыймылдап жаткан унаа, учуп бараткан топ. Дене массасы жана ылдамдыгы чоң болгон сайын, кинетикалык энергия көбөйөт.

#### Тапшырма:

  1. Кинетикалык энергия тууралуу материалды окуп чыгыңыз.
  2. Мисал тапшырма: Массасы 1000 кг болгон унаа 20 м/с ылдамдыкта кыймылдап жаткан болсо, анын кинетикалык энергиясын табыңыз.
  3. Жазып чыгыңыз: Кинетикалык энергия дененин массасына жана ылдамдыгына кандай көз каранды?

—

Тапшырма 3: Потенциалдык энергия

#### Окуу материалы:

  • Потенциалдык энергия — бул дененин күч талаасындагы ордуна жараша ээ болгон энергиясы (мисалы, гравитация талаасында). Гравитациялык талаанын потенциалдык энергиясын эсептөө формуласы: \[ E_p = mgh \] мында:

    • \( m \) — дененин массасы,
    • \( g \approx 9.8 \, м/с^2 \) — эркин түшүү тездөөсү,
    • \( h \) — дененин жерден бийиктиги.

    Потенциалдык энергия дене бийиктиги же массасы чоң болгон сайын көбөйөт.

#### Тапшырма:

  1. Потенциалдык энергия тууралуу материалды окуп чыгыңыз.
  2. Мисал тапшырма: Массасы 5 кг болгон дене 10 м бийиктикте жайгашкан болсо, анын потенциалдык энергиясын эсептеңиз.
  3. Ойлонуу үчүн суроо: Потенциалдык энергия дененин бийиктиги жана массасына кандай көз каранды?

—

Тапшырма 4: Энергиянын сакталуу закону

#### Окуу материалы:

  • Энергиянын сакталуу закону — физиканын негизги мыйзамдарынын бири. Жабык система ичинде жалпы механикалык энергия сакталат, башкача айтканда, кинетикалык жана потенциалдык энергиянын суммасы дайыма туруктуу болот, эгерде сүрүлүү же башка күчтөрдөн улам энергия жоготуу болбосо.

    Мисалы, маятник системасында траекториянын эң жогорку чекитиндеги потенциалдык энергия кыймылдаган сайын кинетикалык энергияга өтөт жана кайра артка өтүп, энергиянын суммасы дайыма туруктуу калат.

#### Тапшырма:

  1. Энергиянын сакталуу закону тууралуу материалды окуп чыгыңыз.
  2. Мисал анализи: Маятниктин кыймылы учурунда энергиясы кандай өзгөрөт?
  3. Мисал тапшырма: Маятниктин эң жогорку чекитинде потенциалдык энергиясы 20 Дж. Эгерде энергия жоголбой сакталса, анын ылдыйкы чекиттеги кинетикалык энергиясы канча болот?

—

Тапшырма 5: Шамал жана суунун энергиясын пайдалануу

#### Окуу материалы:

  • Шамал жана суунун энергиясы — бул энергиянын кайра жаралуучу түрлөрү, алар турбиналар аркылуу электр энергиясына айландырылат.

    • Шамал турбиналары шамалдын кинетикалык энергиясын механикалык энергияга, андан кийин электр энергиясына айлантат. Жогорку мунаралар турбиналарга шамалды натыйжалуу кармап, генераторду айландырууга шарт түзөт.
    • Гидроэлектростанциялар бийиктикте жайгашкан суунун потенциалдык энергиясын пайдаланышат. Суу түшкөндө потенциалдык энергия кинетикалык энергияга айланып, турбиналарды айлантып, электр энергиясын өндүрөт.

    Бул энергиянын түрлөрү экологиялык жактан таза жана жеткиликтүү.

#### Тапшырма:

  1. Жогорудагы материалды окуп чыгыңыз.
  2. Ойлонуп көрүңүз:
    • Гидроэлектростанция кандай иштейт?
    • Шамал турбиналары менен кандай тапшырмаларды чечүүгө болот?
  3. Ойлонуу үчүн суроо: Кайра жаралуучу энергия булактарынын салттуу булактарга салыштырмалуу кандай артыкчылыктары бар?

—

Тапшырма 6: Жыйынтыктоо жана жалпылоо

#### Тапшырма:

  1. Негизги формулаларды жана түшүнүктөрдү кайталаныз:
    • Кинетикалык энергия, потенциалдык энергия, энергиянын сакталуу закону.
  2. Суроолорго жооп бериңиз:
    • Потенциалдык жана кинетикалык энергия жабык системада бири-бири менен кандайча байланышта болот?
    • Потенциалдык энергия качан кинетикалык энергияга айланат?
  3. Жыйынтык жазыңыз: Жаңы эмне билдим? Механиканын мыйзамдарын түшүндүрүү үчүн кандай мисалдар келтирсе болот?

—