II klasa gimnazjum Temat: Jak znajomość praw fizyki m

SCENARIUSZ LEKCJI FIZYKI
Autor: Katarzyna Budzanowska
Etap edukacyjny: II klasa gimnazjum
Temat: Jak znajomość praw fizyki mogła się przydać średniowiecznemu rycerzowi oraz
dlaczego znajomość zasady zachowania energii jest przydatna podczas strzelania z łuku
Czas: 2 godziny dydaktyczne
Cel ogólny: zapoznanie uczniów z zasadą zachowania energii
Cele szczegółowe:
Uczeń:
 wyjaśnia, jak rozumie pojęcie energii mechanicznej
 zapisuje zasadę zachowania energii w postaci równania
 podaje przykłady ciał posiadających energię mechaniczną
 opisuje przemiany energii kinetycznej w potencjalną i potencjalnej w kinetyczną
w różnych sytuacjach
 wymienia warunki, jakie muszą być spełnione, aby całkowita energia mechaniczna ciała
lub układu ciał nie zmieniała się
 analizuje przemiany energetyczne zachodzące w różnych sytuacjach
 rozwiązuje problemy ilościowe i jakościowe dotyczące zasady zachowania energii
mechanicznej
Kształtowane umiejętności:
 rozwiązywanie zadań z fizyki
 stosowanie w praktyce wzorów z zakresu fizyki
 przekładanie wiedzy teoretycznej z fizyki na wiedzę „życiową”
Metody i formy pracy (wg Cz. Kupisiewicza):
 oparte na posługiwaniu się słowem (dyskusja, pogadanka, wykład)
 oparte na obserwacji (pokaz)
 praca całej klasy
 praca indywidualna
 praca w grupach
Środki dydaktyczne i materiały:
 łuk, strzała, tarcza wykonana ze styropianu
 samochodzik-zabawka z mechanizmem napędzającym
 metalowa kulka
 folia z treścią zadania domowego
 rzutnik pisma
 rozsypanka (Załącznik 1)
 kartki z przygotowanymi zadaniami
 film Krzyżacy w reżyserii Aleksandra Forda
Przebieg zajęć:
1. Sprawdzenie poprawności wykonania zadań domowych (treść zadań napisana na folii
i wyświetlona na ekranie za pomocą rzutnika pisma) – uczniowie przedstawiają
rozwiązania.
Praca domowa:
a) ciało o masie 2 kg ma energię kinetyczną równą 25 J; oblicz wartość prędkości tego ciała
b) jak zmieni się energia kinetyczna ciała, jeżeli jego prędkość wzrośnie trzykrotnie?
1
c) oblicz, o ile wzrośnie energia potencjalna chłopca o masie 70 kg, który wszedł na szczyt
wieży Eiffla; przyjmij, że wysokość wieży wynosi 300 m.
2. Oglądanie fragmentu filmu Krzyżacy w reżyserii Aleksandra Forda, opartego na powieści
Henryka Sienkiewicza pod tym samym tytułem, przedstawiającego przekazanie mieczy
przez posłańców krzyżackich królowi Jagielle.
3. Przypomnienie wiadomości o energii kinetycznej, energii potencjalnej i pracy
mechanicznej z uwzględnieniem odpowiedzi na pytania:
a) jaki rodzaj energii mechanicznej został zaprezentowany w przedstawionym fragmencie
filmu Krzyżacy? (jaki rodzaj energii mają miecze podczas przekazywania ich przez
posłów krzyżackich królowi Jagielle?)
b) kiedy miecz ma energię kinetyczną?
c) kiedy miecz ma energię potencjalną?
d) kiedy miecz ma energię potencjalną sprężystości?
e) co to jest praca mechaniczna?
f) w jakich jednostkach wyrażamy energię i pracę?
Odpowiadając na pytania drugie, trzecie i czwarte w kolejności, uczniowie podają
przykłady innych ciał mających te rodzaje energii.
4. Przedstawienie tematyki zajęć; nauczyciel pyta uczniów, czy strzelali kiedyś z łuku oraz
czy uważają, że znajomość praw fizyki mogła się przydać średniowiecznemu rycerzowi,
a jeśli tak – to do czego. Pyta też, jak uczniowie rozumieją temat i informuje, że zajęcia
będą dotyczyły zasady zachowania energii oraz pomogą ustalić odpowiedź na drugie
pytań zawarte w temacie.
5. Przypomnienie fragmentu powieści Henryka Sienkiewicza Krzyżacy w celu wyróżnienia
rodzajów broni używanej w bitwie pod Grunwaldem; czyta nauczyciel lub wybrany
uczeń.
Henryk Sienkiewicz Krzyżacy (fragment)
„Lecz Litwa ugięła się pod straszliwą nawałą Niemców. (…) I jakże mogło być inaczej,
gdyż z jednej strony walczyło rycerstwo całkiem zakute w stalowe zbroje i na koniach stalą
osłonione, z drugiej lud, rosły wprawdzie i silny, ale na drobnych konikach i skórami jeno
okryty?... Próżno też szukał uporny Litwin, jak do skóry niemieckiej się dobrać. Sulice,
szable, ostrza oszczepów, pałki nasadzone krzemieniem lub gwoździami odbijały się tak
o żelazne blachy jak o skałę lub jak o mury zamkowe. Ciężar ludzi i koni gniótł nieszczęsne
Witoldowe zastępy, cięły ich miecze i topory, bodły i kruszyły kości berdysze, tratowały
kopyta końskie”.
Po wysłuchaniu fragmentu powieści uczniowie nazywają rodzaje broni rycerskiej (nie
tylko wymienione przez autora Krzyżaków). W razie potrzeby nauczyciel przypomina, że po
obu stronach walczyli także kusznicy i łucznicy. Świadczą o tym zabytki znalezione przez
archeologów na polu bitwy.
6. Pogadanka na temat różnych rodzajów energii i przemian energii występujących
w przyrodzie
a) Nauczyciel przypomina, że wokół nas, w przyrodzie, bezustannie coś się dzieje: jeżdżą
samochody, latają samoloty, w naszych żyłach płynie krew, pada deszcz i śnieg, świeci
2
słońce. Wszystkie te zjawiska (oraz wiele innych) zachodzą dzięki przemianom energii.
Energia jest źródłem aktywności. Jest dużo rodzajów energii.
b) Pogadanka. Uczniowie szukają odpowiedzi na pytanie: jakie znasz rodzaje energii?
Następnie w dwuosobowych zespołach układają rozsypankę (Załącznik 1).
c) Sprawdzenie poprawności ułożenia rozsypanki i ustalenie odpowiedzi na pytanie: które
z rodzajów energii wymienionych w rozsypance są rodzajami energii mechanicznej?
7. Zademonstrowanie przykładów ciał mających energię mechaniczną powstającą po
przekształceniu jednego rodzaju energii w inny rodzaj energii. Nauczyciel wykonuje
eksperyment pokazowy, a uczniowie obserwują zachowanie się ciała i udzielają
odpowiedzi na pytania.
Eksperyment – nauczyciel zakłada strzałę na łuk, delikatnie napina cięciwę i wypuszcza
strzałę, która wbija się w tarczę
Pytania:
 skąd strzała uzyskała energię?
 jaką energię ma łuk wprawiający strzałę w ruch?
 jaką energię ma strzała?
 skąd łuk uzyskał energię?
8. Analiza zasady zachowania energii mechanicznej na podstawie spadku swobodnego
(pomijamy opory ruchu). Nauczyciel mówi: wyobraźcie sobie, że z muru malborskiego
zamku spada swobodnie kula strzelnicza.
a) Jeden uczeń wykonuje eksperyment pokazowy, a pozostali odpowiadają na pytania.
Eksperyment – uczeń podnosi kulę na pewną wysokość h, a następnie puszcza swobodnie na
podłogę
Pytania:
 jaki rodzaj energii ma kula na tej wysokości?
 skąd kula uzyskała tę energię?
b) Omówienie eksperymentu: wspólna analiza przemian energetycznych zachodzących
podczas ruchu kuli w dół (swobodny spadek) – nauczyciel na tablicy wykonuje rysunek
1, na którym na wysokości h (poziom A) znajduje się kula o masie m, która zaczyna
spadać.
3
Rysunek 1
A
h
B
V
h1
C
Na poziomie A
- całkowita energia mechaniczna
EA  E p A  EkA
ponieważ
- wartość prędkości wynosi V  0 , zatem EkA  0 J
czyli
- kula ma jedynie energię potencjalną grawitacji
E pA  m  g  h
ostatecznie całkowita energia mechaniczna na poziomie A
EA  E pA  m  g  h
Na poziomie B
- kula spada na wysokość h1 i porusza się z pewną prędkością V
zatem całkowita energia mechaniczna
EB  EkB  E pB
Na poziomie C
- całkowita energia mechaniczna
EC  E p C  EkC
ponieważ
- kula znajduje się na wysokości h  0m , zatem E pC  0 J
czyli
- kula ma jedynie energię kinetyczną
m V 2
EkC 
2
zatem całkowita energia mechaniczna na poziomie C wynosi
m V 2
EC  EkC 
2
4
Ponieważ kula swobodnie spadająca porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym
z przyspieszeniem ziemskim g, to prędkość kuli obliczymy ze wzoru:
V  g t
zatem, podstawiając
m  g2  t2
EC 
2
więc
m  g  g  t2
EC 
2
a drogę przebytą przez tę kulę obliczymy ze wzoru:
g  t2
h
2
zatem
EC  m  g  h
Ostatecznie energia mechaniczna na poziomie A jest równa energii mechanicznej na
poziomie C
EA  EC
c) Podsumowanie eksperymentu i wysunięcie wniosku, że wartość energii nie ulega
zmianie, ale zmienia się rodzaj energii. Podczas swobodnego spadania energia
potencjalna kuli zamieniła się całkowicie w energię kinetyczną.
d) Nauczyciel zapisuje na tablicy zasadę zachowania energii oraz informuje, że zasada ta
obowiązuje, pod warunkiem że nie ma oporów ruchu. Jeśli opory występują, to energia
mechaniczna jest częściowo zamieniana na inne formy energii.
„W układzie izolowanym ciał całkowita energia mechaniczna układu nie ulega
zmianie”.
EC  Ek  E p  consans
EC – całkowita energia mechaniczna
Ek – całkowita energia kinetyczna
E p – całkowita energia potencjalna
czyli
E  0 J E – przyrost energii mechanicznej
e) Zastosowanie zasady zachowania energii w zadaniach
Zadanie 1
Oblicz prędkość, z jaką należy rzucić kulę pionowo do góry, aby osiągnęła wysokość 5 m.
Pomiń opory ruchu.
Zadanie 2 (uczniowie wykonują samodzielnie)
Łucznik napiął łuk i wypuścił strzałę. Jakie przemiany energii zaszły w łuku i strzale?
Uzupełnij luki w tekście.
Napięty łuk ma energię potencjalną ……….. i energię potencjalną ……….. . Strzała przed
wystrzeleniem jest nieruchoma. Ma wtedy energię ……….. , lecz nie ma energii …………
5
W chwili, w której łuk się rozpręża, cięciwa prostuje się gwałtownie. Łuk wyzwala swoją
energię. Jest to energia ……….. , którą łuk przekazuje cięciwie i strzale w postaci energii
……….. . Dzięki pobranej energii strzała uzyskuje dużą prędkość. Podczas lotu jej energia
……….. zmienia się w zależności od wysokości nad ziemią. Na skutek działania oporu
powietrza zmienia się prędkość strzały, czyli zmienia się również energia ……….. . Strzała,
uderzając ostrzem w tarczę, napotyka na duży opór i na krótkiej drodze traci energię ………..
Energia ……….. została zużyta na rozsunięcie włókien najczęściej w drewnianej tarczy i na
przesunięcie się strzały wzdłuż rozsuniętych włókien. Włókna mocno naciskają na strzałę,
powodując dużą siłę tarcia. Wbita strzała ma energię……….. .
9. Podsumowanie
a) Przypomnienie wniosków z obserwowanych eksperymentów pokazowych i obliczeń
dokonanych z wykorzystaniem formuł matematycznych.
b) Ustalenie odpowiedzi na pytanie: czy znajomość praw fizyki mogła się przydać
średniowiecznemu rycerzowi? Do czego?
Praca domowa:
Opisz przemiany energii mechanicznej podczas skoku o tyczce.
Wykaz załączników:
Rysunek 1
Załącznik 1 (rozsypanka)
6
Załącznik 1 (rozsypanka)
Rodzaj energii
Energia kinetyczna
Energia potencjalna grawitacji
Energia potencjalna sprężystości
Energia wewnętrzna
Energia elektryczna
Energia chemiczna
Energia jądrowa
Energia świetlna
Jak i gdzie się przejawia?
Mają ją ciała będące w ruchu; energia ta jest tym
większa, im szybciej porusza się ciało
Jest to energia ciała wynikająca z jego położenia
względem innego ciała, z którym oddziałuje, np. ziemia
To energia jaką mają odkształcone ciała sprężyste,
np. naciągnięta cięciwa łuku
Jest to energia cząsteczek ciała związana z jego
temperaturą i stanem skupienia; jest sumą energii
kinetycznych i potencjalnych cząsteczek, z których
składają się ciała
Większość urządzeń zasilana jest tą energią; jest to
postać energii najłatwiejsza do przesyłania i zamiany na
inny rodzaj, np. na energię świetlną
Wydziela się podczas reakcji chemicznych; jest
głównym źródłem energii człowieka, który żyje dzięki
energii zawartej w pożywieniu
Jest to energia wydzielająca się podczas reakcji
jądrowych; Słońce świeci dzięki jej przemianom
zachodzącym w jego wnętrzu
Energia niesiona przez fale elektromagnetyczne,
np. światło, promienie rentgenowskie, mikrofale
w kuchence mikrofalowej, fale radiowe, powodujący
opaleniznę ultrafiolet
7