Потенциальная и кинетическая энергия

Слайд 1. Потенциальная и кинетическая энергия

Физика, 9 класс. Основы механической энергии и её превращения в природе и технике.

Слайд 2. Что такое энергия?

Энергия — это физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу. В механике мы выделяем два основных вида: энергию движения и энергию взаимодействия. Если тело способно прийти в движение или уже движется, оно обладает запасом энергии. Единица измерения в СИ — Джоуль (Дж).

Слайд 3. Кинетическая энергия $E_k$

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.

Зависит от массы тела $m$ и его скорости $v$.

Формула: $E_k=\frac{m{v}^2}{2}$.

Чем быстрее движется объект, тем больше его энергия.

При остановке ($v=0$) кинетическая энергия становится равной нулю.

Слайд 4. Потенциальная энергия $E_p$

Энергия, которая определяется взаимным положением тел или частей одного тела.

Гравитационная: $E_p=mgh$ (зависит от высоты $h$ над уровнем опоры).

Упругая: $E_p=\frac{k{x}^2}{2}$ (зависит от деформации $x$ пружины или тела).

Это «запасённая» энергия, готовая превратиться в движение.

Слайд 5. Зависимость $E_p$ от высоты

На графике представлена линейная зависимость потенциальной энергии от высоты подъема тела. При неизменной массе, увеличение высоты в два раза приводит к двукратному росту запаса энергии. Это наглядно подтверждает формулу $E_p=mgh$.

Слайд 6. Сравнение видов энергии

Обусловлена движением объекта. Не может быть отрицательной. Зависит от квадрата скорости: если скорость вырастет в 3 раза, энергия вырастет в 9 раз.

Обусловлена взаимодействием. Зависит от выбора нулевого уровня (высоты). Может быть превращена в кинетическую при падении или освобождении пружины.

Слайд 7. Энергия в практических примерах

Тормозной путь автомобиля зависит от $E_k$. Чем выше скорость, тем сложнее остановить машину.

Вода, падающая с плотины, превращает свою $E_p$ в энергию вращения турбин.

Лучник, натягивая тетиву, запасает энергию упругой деформации для выстрела.

Камнепады в горах — это процесс превращения потенциальной энергии камней в кинетическую.

Слайд 8. Превращение энергии при падении

Диаграмма показывает идеализированный процесс падения: в высшей точке вся энергия потенциальна, в середине пути они равны, а перед самым ударом вся энергия переходит в кинетическую.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Обладает ли энергией книга, лежащая на столе? От чего это зависит?

Почему при расчете $E_k$ скорость берется в квадрате?

Как изменится энергия прыгуна на батуте в самой верхней точке полета?

Может ли тело обладать кинетической и потенциальной энергией одновременно?

Куда исчезает энергия, когда катящийся мяч останавливается из-за трения?

Слайд 10. Итоги урока

Механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергий системы.

Кинетическая энергия связана со скоростью: $E_k=\frac{m{v}^2}{2}$.

Потенциальная энергия связана с положением: $E_p=mgh$ или $E_p=\frac{k{x}^2}{2}$.

Закон сохранения: энергия не возникает из ничего и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую.

В реальных условиях часть механической энергии переходит во внутреннюю (тепло) из-за трения.