Конспект интегрированного урока по физике и начальной

Шелухина С.Ф.
учитель физики
Конспект урока по физике
«По следам научных знаний, в глубину известных тайн…»
Тема Закон сохранения и превращения энергии
в механических и тепловых процессах
Эпиграф
«Опыт – вот учитель жизни вечной»
Иоганн Гете
Цели урока:
Предметный компонент:
1. Сформировать знания о законе сохранения энергии для тепловых процессов.
2. Показать универсальность закона сохранения энергии на примере
механических и тепловых процессов.
3. Совершенствовать навыки решения задач с использованием закона
сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.
4. Продолжить формирование умения учащихся применять изученные
формулы и законы в знакомой и измененной ситуациях.
Надпредметный компонент:
1. Развивать познавательную активность учащихся посредством постановки
проблемных экспериментов и вопросов.
2. Показать взаимосвязь теории и эксперимента как критерия истины.
3. Совершенствовать умения наблюдать, выдвигать гипотезы и проверять
их, используя физическое оборудование.
Тип урока: урок углубления знаний
Демонстрации:
1. Демонстрация перехода механической энергии во внутреннюю с помощью
маятника Максвелла.
2. Демонстрация перехода внутренней энергии в механическую с помощью
виртуального эксперимента.
3. Горение свечи.
Учебно-методическое обеспечение:
1. Маршрутная карта для выполнения экспериментальных мини-проектов.
Технические средства обучения:
 маятник Максвелла;
1
 блюдце с водой, свеча, стакан, монета;
 демонстрационный термометр;
 компьютер;
 мультимедийный проектор.
Самостоятельная деятельность учащихся: работа с лабораторным
оборудованием, таблицами.
Использование информационных технологий: интерактивное задание,
мультимедийная презентация.
План урока
Этапы урока
I. Мотивация учебной
деятельности и
формулирование цели урока.
II. Актуализация знаний.
Углубление изученного
материала.
Время, мин
Приемы и методы
2
Вступительное слово учителя.
Постановка фронтального и
демонстрационного
экспериментов и их
объяснение. Беседа по
вопросам. Решение
экспериментальной задачи.
Записи в тетради.
Использование интерактивной
доски.
Выполнение
экспериментальных минипроектов. Беседа. Записи в
тетради. Взаимопомощь и
взаимоконтроль.
Сообщение учителя.
Рефлексия.
13
III. Совершенствование
знаний, умений и навыков.
12
IY. Подведение итогов
занятия. Домашнее задание.
3
ХОД УРОКА
Презентация, слайд 1
I. Мотивация учебной деятельности и формулирование цели урока.
Учитель:
Здравствуйте, уважаемые гости. Мы рады Вас приветствовать в Андрея
Первозванного Кадетском морском корпусе. На уроке физики работает 8 «В»
класс.
Презентация, слайд 2
2
В природе много тайн. А физика – это наука о природе, разгадавшая больше
загадок мироздания, чем любая другая. И я предлагаю Вам приоткрыть одну из
таких тайн.
Жажда открытий была главной движущей силой, «действующей» на ученых
в их очень трудном, но и самом интересном деле – поиске истины.
Есть удивительные законы и один из них – закон сохранения энергии.
Многие ученые посвятили жизнь изучению этого закона, а мы с Вами еще
посмотрим, как он влияет на нашу жизнь. Попробуем понять, почему он
необходим нам в повседневной жизнедеятельности.
Презентация, слайд 3
Эпиграфом к нашему уроку будут слова немецкого поэта Иоганна Гете:
«Опыт – вот учитель жизни вечной».
В рабочих тетрадях записываем дату, вид работы, тему урока, эпиграф.
II. Актуализация знаний. Углубление изученного материала.
Учитель:
Мы живем в городе выдающегося немецкого философа Иммануила Канта.
Как не вспомнить и его слова: «Без сомнения, все наше знание начинается с
опыта». Опыт предполагает самостоятельность поиска знаний. А что такое
опыт объясняет другой древнегреческий мудрец Сократ:
«Скажи мне, и я забуду.
Покажи мне, и я запомню.
Дай сделать мне, и я пойму».
Сейчас я предлагаю Вам самим сделать открытие. Начинаем наше научное
волшебство.
Опыт «Сухим из воды»
Учитель:
Перед Вами на столе стоит оборудование. Необходимо монету достать
сухой из воды. Как это можно сделать? Кто из Вас догадался?
Учащиеся (предложения)
Учитель:
Какое предложение Вам понравилось больше всего? Подводя итоги всему,
мы можем установить алгоритм действий.
Презентация, слайд 4
3
Порядок выполнения задания:
1) В центр блюдечка с налитой водой помещаем свечу.
2) Зажигаем свечу.
3) Пустым стаканом накрываем горящую свечу.
Учитель:
Заканчиваем работу. Что мы с Вами наблюдаем?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Через некоторое время свеча гаснет. Вода как бы «втягивается» стаканом и
вскоре собирается под ним, обнажив дно тарелки.
Учитель:
Чудеса? Нет, физика!
Сейчас потребуются умы, умеющие объяснять наблюдаемые явления с
научной точки зрения.
Давайте объясним результаты опыта. Я помогу Вам, задавая наводящие
вопросы.
 Что представляет собой процесс горения?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
В процессе горения каждый атом углерода, содержащийся в топливе,
соединяется с двумя атомами кислорода, содержащимися в воздухе. При этом
образуется молекула углекислого газа и выделяется энергия в виде тепла.
 Почему свеча гаснет? Какое условие горения нарушается?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Недостаток кислорода.
 Итак, топливо – это вещество, при сгорании которого выделяется
большое количество теплоты. Откуда внутри топлива взялась энергия?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
В некоторых веществах под действием света происходят различные
химические реакции, т.е. происходит превращение лучистой энергии в
фотохимическую.
Одним из примеров такой реакции является фотосинтез.
Часть энергии солнечных лучей поглощается листьями растений. В
процессе фотосинтеза растительный мир пополняет свою внутреннюю энергию
за счет энергии излучения Солнца. А в результате горения окаменевших
остатков растений (каменного угля) внутренняя энергия топлива преобразуется
в тепловую энергию.
 Почему вода собирается внутри стакана? Объясните физику процесса.
Учащиеся (предполагаемый ответ):
При приближении стакана к зажженной свече, содержащийся в нем воздух
нагрелся, расширился, и часть его вышла наружу. Как только был израсходован
4
весь содержащийся в стакане кислород, свеча погасла. Воздух в стакане в
результате теплообмена стал охлаждаться, а его давление уменьшаться. Вода
под стаканом испытывает меньшее давление, чем в открытой части тарелки.
Под действием атмосферного давления вода вдавливается под стакан извне.
 Теперь, когда Вам известна причина происходящих здесь явлений,
видоизмените этот опыт так, чтобы не пользоваться горящей свечой.
Опыт должен получиться столь же хорошо. Что Вам для этого
понадобится и что необходимо будет сделать?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Понадобится горячая вода и достаточно будет сполоснуть стакан ею.
 Вы можете удивить этим опытом своих родственников: выпив чаю,
опрокиньте стакан, пока он еще горяч, над блюдцем, в котором заранее
налито немного остывшего чаю. И вы станете волшебниками.
Презентация, слайд 4
 Мне нравится, что в этом опыте задействована свеча. Свеча – вечный
спутник человека по дороге жизни. Она – символ добра, надежды,
самопожертвования, символ человеческой души. Недаром выдающийся
английский физик Майкл Фарадей как-то сказал: «Чтобы согреть других,
свеча должна сгореть».
 Мы привели с Вами только один из множества примеров превращения
лучистой (солнечной) энергии в тепловую. А какие еще превращения
энергии бывают? Чтобы ответить на этот вопрос обратимся к
следующему демонстрационному эксперименту.
Постановка проблемного эксперимента
Учитель:
Перед Вами маятник Максвелла: твердое тело, подвешенное на двух нитях,
и способное вращаться вокруг своей оси. Проделаем с ним эксперимент:
поднимем маятник до крайнего верхнего положения и отпустим его. Маятник
начинает двигаться.
 Какими энергиями обладает маятник в крайних верхнем и нижнем
положениях?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
В крайней верхней точке маятник обладает только потенциальной энергией,
т.к. он поднят на некоторую высоту над нулевым уровнем. Кинетическая
энергия равна нулю, т.к. маятник неподвижен.
В крайней нижней точке траектории потенциальная энергия равна нулю, а
кинетическая энергия движущегося тела максимальна.
5
 Какие превращения энергии происходят при вращении маятника?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Происходят взаимные превращения потенциальной энергии взаимодействия
маятника с Землей в кинетическую энергию движения маятника и наоборот.
 Что произойдет с маятником через некоторое время?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Маятник остановится.
 Чему будет равна полная механическая энергия маятника?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Полная механическая энергия маятника равна нулю.
Проблемный вопрос:
 Неужели энергия «исчезла»? Я предлагаю Вам выдвинуть гипотезу
(предположение).
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Механическая энергия преобразовалась во внутреннюю.
 Итак, мы выдвигаем с Вами гипотезу: механическая энергия не исчезла.
Она перешла в другой вид энергии. Чтобы подтвердить или опровергнуть
эту гипотезу, вспомним, что называется внутренней энергией тела?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Внутренняя энергия – это скалярная физическая величина равная сумме
кинетической энергии теплового движения молекул и потенциальной энергии
взаимодействия молекул между собой.
 Благодаря каким силам механическая энергия маятника преобразуется во
внутреннюю?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Механическая энергия маятника преобразуется во внутреннюю благодаря
действию сил трения, т.к. при движении на тело действует сила сопротивления
со стороны воздуха.
 Внутренняя энергия каких тел увеличивается при движении маятника?
Почему?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Увеличивается внутренняя энергия воздуха, окружающего маятник, и
твердого тела, т.к. при движении, в результате действия сил трения,
взаимодействующие тела нагреваются.
Учитель:
С целью узнать, а возможен ли обратный процесс превращения внутренней
энергии в механическую, обратимся к виртуальному эксперименту.
6
Виртуальный эксперимент
Учитель:
Закрытую пробирку с воздухом поместим в горячую воду. Почему через
некоторое время пробка вылетает из пробирки?
 ЭНП МФ-I, №20
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Воздух в пробирке нагревается. Кинетическая и потенциальная энергия
молекул воздуха увеличивается, следовательно, увеличивается его внутренняя
энергия. При расширении воздух толкает пробку, и она вылетает из пробирки.
Учитель:
Действительно, внутренняя энергия воздуха превращается в механическую
энергию пробки.
 Из всех поставленных экспериментов какой вывод можно сделать?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Энергия не исчезает и не появляется вновь. Она только переходит от одного
тела к другому или из одного вида в другой.
Учитель:
Презентация, слайд 5
А теперь все, что мы открыли, зафиксируем в тетради. Запишем
формулировку всеобщего закона природы:
Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не исчезает и не
появляется вновь. Она только переходит от одного тела к другому или из
одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.
Учитель:
И опять вернемся к маятнику Максвелла. Посмотрим, как можно применить
закон сохранения энергии к решению экспериментальных задач.
 Оценим, на сколько нагрелось стальное твердое тело в опыте. По какой
формуле это можно сделать?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
По формуле расчета количества теплоты, необходимого для нагревания
тела:
Q = c ∙ m ∙ ∆t
(1)
Презентация, слайд 6
 За счет какой энергии происходило нагревание?
7
Учащиеся (предполагаемый ответ):
За счет изменения потенциальной энергии.
 Можно сделать вывод: суммарное изменение потенциальной энергии тела
будет равно изменению его внутренней энергии. Как найти изменение
потенциальной энергии тела?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
∆Е = m ∙ g ∙ h
Презентация, слайд 6
 Но маятник опустился и поднялся N-раз. Тогда необходимо уточнить
формулу для расчета изменения потенциальной энергии. Сделайте это.
Учащиеся (предполагаемый ответ):
∆Е = N ∙ m ∙ g ∙ h
Презентация, слайд 6
 Но, решая так, мы допускаем значительную погрешность. Подумайте,
ведь при последующих подъемах маятник не достигает первоначальной
высоты. И я вам подскажу, какую же высоту необходимо взять для
h
расчетов в этом случае. Надо взять среднюю высоту .
2
∆Е =
N ∙m ∙g ∙ h
2
(2)
Презентация, слайд 6
 А теперь применим закон сохранения энергии. Он устанавливает, что
энергия не исчезает и не создается. Она только превращается из одного
вида в другой или переходит от одного тела к другому, при этом ее
значение сохраняется. Так как же дальше решается задача?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
В уравнениях (1) и (2) левые части равны, значит, равны и правые. Тогда:
Q = ∆Е
Презентация, слайд 7
c ∙ m ∙ ∆t =
N ∙ m ∙ g ∙ h
2

Презентация, слайд 7
8
∆t =
N ∙ g ∙ h
2 ∙ с
Учитель:
Измерения дают следующие значения физических величин:
h = 0,32 м
N = 70
Дж
с = 500
кг ∙ ℃
Презентация, слайд 8
Учитель:
Я предлагаю Вам самостоятельно выполнить
количественный ответ.
Учащиеся (предполагаемый ответ):
∆𝐭 ≈ 𝟎, 𝟐 ℃
вычисления
и
дать
Презентация, слайд 8
Учитель:
Законы не открываются сами по себе, их открывают люди. Не случайно
бельгийский поэт Эмиль Верхарн сказал:
«Да святы будут те, кто в творческом пылу,
Исследуя весь мир, открыли в нем законы».
Вот о таких людях мы и поговорим.
Немного из истории
Учитель:
Презентация, слайд 9
Закон сохранения энергии был открыт экспериментальным путем
независимо друг от друга тремя учеными: Робертом Майером (немецкий физик
и врач), Джеймсом Прескоттом Джоулем (английский физик) и Германом
Гельмгольцем (немецкий ученый).
Почти за сто лет к открытию этого закона очень близко подошел
выдающийся русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов.
Презентация, слайд 10
Однажды Роберт Майер услышал от моряка, что во время сильной бури
вода нагревается. Эти слова его заинтересовали. А в 1840 году судно, на
котором работал Майер судовым врачом, стояло у берегов тропического
острова Ява. Одному из матросов от жары стало плохо. Желая помочь, Майер
вскрывает ему вену, чтобы уменьшить избыточное кровяное давление (тогда
9
такой прием был распространен). И, к своему ужасу, обнаруживает, что вместо
темной крови потекла алая.
Испуг врача объяснялся тем, что алая кровь течет в артериях. Своим цветом
она обязана высокому содержанию кислорода: это «свежая» кровь, которая
только что омыла легкие. А по венам кровь течет уже после того, как она
разнесла кислород по телу. В венозной крови кислорода мало, поэтому она
темно-красная. Для кровопускания можно вскрывать только вену –
кровотечение же из артерии смертельно опасно.
К счастью, Майер не ошибся: он вскрыл больному вену. Но ученый задается
вопросом: почему же в вене течет алая кровь? Удивление Майера усилилось,
когда местные врачи сказали ему, что здесь это – обычное явление: в тропиках
венозная кровь у людей такая же алая, как и артериальная.
Учитель:
 А как бы Вы ответили на вопрос с точки зрения физики? Почему у
людей, живущих в тропиках, в вене течет алая кровь?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Температура воздуха почти равна температуре человеческого тела.
Организму не нужно расходовать энергию на поддержание температуры тела,
поэтому кислород остается в крови – ведь энергию дает именно сгорание
кислорода. А это значит, что энергия сохраняется: она только превращается из
одного вида в другой, но никогда не исчезает и не появляется из ничего.
III. Совершенствование знаний, умений и навыков.
Учитель:
В начале урока я говорила Вам о том, что физические законы имеют прямое
отношение к нам – людям. Я предлагаю Вам убедиться в этом.
Человек как биологическое существо также получает энергию и
взаимодействует с внешней средой посредством передачи энергии и вещества.
 Что же является для нас топливом?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Роль топлива играет пища.
 Действительно, энергия, за счет которой поддерживаются обменные
функции организма человека, выделяется в ходе химических реакций
окисления, содержащихся в пище углеводов, белков и жиров.
 Мы с Вами мало зависим от внешних источников тепла, т.к. благодаря
высокой интенсивности обмена веществ вырабатывается достаточное
количество тепла, которое может сохраняться.
10
 Как известно, разные виды пищи, как и разные виды топлива, содержат
различный запас энергии. Посмотрите на таблицу №1. Зная удельную
теплоту сгорания пищевых продуктов и массу нашего тела, можно
рассчитать количество теплоты, которое выделяется в результате распада
и окисления белков, жиров и углеводов, в клетках организма с
высвобождением скрытой в них внутренней энергии.
 Какие продукты, из приведенных в таблице, обладают наибольшей
удельной теплотой сгорания?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
МДж
Удельная теплота сгорания сливочного масла 31,5
.
Удельная теплота сгорания шоколада 20
МДж
кг
кг
.
 Что означает это число?
Учащиеся (предполагаемый ответ):
Если съесть 1 кг шоколада, то выделится 20 МДж теплоты.
 Какова же математическая запись закона сохранения энергии для
человека? Я помогу Вам ответить на этот вопрос. Сейчас мы запишем
формулу, позволяющую рассчитать, чему равно изменение внутренней
энергии человека:
∆U = Q пищи − Q теплообмена − Ат
Учитель:
Эта формула позволит каждому из Вас контролировать получение и
расходование энергии при выполнении любого действия.
Я предлагаю Вам прямо сейчас, используя маршрутные карты, рассчитать:
 первому варианту: количество теплоты, отдаваемого Вашим
организмом в окружающую среду;
 второму варианту: количество энергии, затраченной на урок физики.
Работа учащихся по вариантам.
Экспериментальный мини-проект
Задание №1
Определение количества теплоты, отдаваемого организмом
в окружающую среду
1) Измерьте с помощью
окружающей среды (tв).
демонстрационного
11
термометра
температуру
2) Зная массу (m) и температуру Вашего тела (tт), рассчитайте количество
теплоты, которое отдает тело в окружающее пространство:
Q = cт ∙ m ∙ t т − t в
3) Т.к. человек на 80% состоит из воды, то удельную теплоемкость тела можно
считать равной:
ст  0,8 ∙ св
Дж
где св = 4200
кг ∙ ℃
Задание №2
Определение количества энергии, затраченной на урок физики
1) Рассчитайте свои энергетические затраты за занятие (приблизительно,
приняв свою массу равной 70 кг). Длительность урока 30 минут.
2) Применив знания элементарной математики, оцените, сколько шоколада
Вам нужно съесть, чтобы восполнить энергию, которую Вы затратили за 30
минут занятия.
3) Необходимые данные возьмите из таблиц №1 и №2.
Учитель:
А теперь подведем итог наших расчетов. Назовем несколько результатов.
Вы убедились, что расход энергии у каждого свой, т.к. все мы уникальны. И
правила расхода энергии позволяют нам сохранять здоровье. Я от всей души
желаю нам всем здоровья.
IV. Подведение итогов занятия. Домашнее задание.
Учитель:
Наш урок подходит к концу. Мы с Вами в очень активной форме изучили
всеобщий закон сохранения энергии, вспомнили основные формулы. Вы
учились применять свои знания в новых ситуациях. И у Вас это получилось.
 Что нового Вы узнали сегодня на уроке?
 Чему научились?
Наше занятие я хотела бы закончить притчей о Мастере и ученике.
Презентация, слайд 11
В старинном городе жил Мастер, окруженный учениками. Самый
способный из них однажды задумался: «А есть ли вопрос, на который наш
Мастер не смог бы ответить?».
12
Он пошел на цветущий луг, поймал самую красивую бабочку и спрятал ее
между ладонями. Бабочка цеплялась за его руки, и ученику было щекотно.
Улыбаясь, он подошел к Мастеру и спросил:
- Скажите, какая бабочка у меня в руках, живая или мертвая?
Он крепко держал бабочку в сомкнутых ладонях и готов был в любое
мгновение раскрыть или сжать их ради своей истины.
Не глядя на ученика, Мастер ответил:
- Все в твоих руках.
Сейчас перед каждым из Вас на столе сидит самая маленькая и самая
красивая бабочка. Возьмите ее.
Она Ваша... Она в Ваших руках…
Всѐ в Ваших руках...
Ведь Вы сами строите свою жизнь и все, что в ней случается. Ваша
успешность будет во многом зависеть, от тех знаний, которые Вы получите. А
знания – это великая сила. Все наши открытия в наших руках.
Учитель:
В дневниках запишем дифференцированное домашнее задание.
Домашнее задание:
Презентация, слайд 12
1. § 11 2*. Учебник Физика-7. Перышкин А.В.
2. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7-9 классов.
№1043, 1044, 1046.
3. *Кирик Л.А. Физика-8. Разноуровневые самостоятельные и контрольные
работы. С.р. 7 ВУ №3
Учитель:
Благодарю всех за урок. До свидания.
Учитель физики
С.Ф. Шелухина
13
Приложение
Таблица 1
Удельная теплота сгорания некоторых пищевых продуктов
МДж
Хлеб ржаной
8,884
кг
МДж
Борщ
2,234
кг
МДж
Мясо отварное
6,048
кг
МДж
Картофель
3,478
кг
МДж
Каша гречневая
4,732
кг
МДж
Винегрет
1,92
кг
МДж
Молоко
2,796
кг
МДж
Масло сливочное
31,5
кг
Яйцо (1 шт.)
0,265 Дж
МДж
кг
МДж
2,47
кг
МДж
0,966
кг
МДж
1,29
кг
МДж
9,25
кг
МДж
2,94
кг
МДж
20
кг
МДж
13,02
кг
Морковь
1,72
Смородина черная
Плод папайи
Плод банана
Финики
Плод манго
Шоколад
Мед
14
Таблица 2
Энергозатраты человека, массой 70 кг, за 1 час при различных видах
деятельности
Чтение про себя
0,38 МДж
Чтение вслух
0,35 МДж
Стояние
0,35 МДж
Сидение (в покое)
0,42 МДж
Подготовка к урокам
0,38-0,4 МДж
Физическая зарядка
1-1,4 МДж
15