План-конспект уроку "Закон збереження енергії. Вічний двигун" 8 клас

Материал из ЗапоВики
Перейти к: навигация, поиск

План-конспект

Содержание

Тема уроку

Закон збереження енергії. Вічний двигун

Автор розробки

Мартьянов Владислав Олександрович вчитель фізики та основ інформатики

Навчальний заклад

Куйбишевська спеціалізована ЗОШ І-ІІІ ступенів "Інтелект"

Клас

8

Назва навчальної програми, автори програми

Програма для загальноосвітніх навчальних закладів. Фізика. Астрономія. 7-11 класи. – К.: Ірпінь: Перун, 2005.

Тип уроку

урок закріплення знань

Компетенції учнів на уроці

Навчально-пізнавальна,загальнокультурна,комунікативна

Цілі уроку

навчити учнів застосовувати отримані знання для розв’язання конкретних задач; ознайомити з проектами "вічних двигунів", показати, яка від них була користь

Обладнання уроку

ПК з проектором,або компьютерний клас (вразі самостійної роботи учнів з інтерактивним плакатом "Вічні двигуни")

Дидактичні та методичні матеріали

[| Інтерактивний плакат "Вічні двигуни"]

The media player is loading...

Хід уроку

1. Організаційний момент.

2. Актуалізація опорних знань з теми "Закон збереження енергії"

Сума потенціальної й кінетичної енергій ізольованого тіла у будь-який момент часу завжди залишається сталою.

Механічна енергія ні з чого не виникає й не зникає безслідно. Вона тільки перетворюється із одного виду енергії у інший. Мірою перетворення одного виду енергії у інший являється робота.

Закон збереження й перетворення енергії являється досить важливим й загальним законом природи.

3. Вивчення нового матеріалу

По небу вічно рухається Сонце, Місяць і планети, вічно обертається навколо своєї осі Земля... Вічно течуть ріки, і вічно біжать гнані вітром хмари... Люди навчилися навіть використовувати вічний рух води й вітру, побудувавши водяні й вітряні млини.

Тому не дивно, що розумами вчених й інженерів заволоділа зухвала думка: якщо вічний рух існує в природі, виходить, і людина може створити вічний двигун і змусити його служити собі.

Міркування про створення вічного двигуна не давали спокою багатьом, навіть видатному італійському художникові й винахідникові Леонардо да Вінчі.

Чи слід всякого, хто в минулі століття намагався побудувати вічний двигун, уважати неуком чи божевільним?

З розвитком виробництва потреба у двигунах дедалі збільшувалася, а теплових двигунів ще не було. А після того, як їх винайшли, вони тривалий час залишалися занадто дорогими. Знаменита картина художника Іллі Рєпіна показує, як важко було обходитися без двигунів.

Однак всі спроби створити вічний двигун завжди закінчувалися невдачею. Учені й інженери довго не помічали принципового розходження між вічним рухом і вічним двигуном.

Вічний рух можливий, якщо повністю усунути тертя — таким, наприклад, є рух за інерцією, коли на тіло не діють інші тіла.

Однак вічний двигун, тобто пристрій, що виконував би роботу без споживання енергії, неможливий навіть за повної відсутності тертя.

Сьогодні ми знаємо, що це — наслідок закону збереження енергії. Але, як ми незабаром побачимо, цей великий закон зобов’язаний своїм відкриттям... саме вічним двигунам, що не відбулися.

Але чи були даремними всі спроби побудувати вічний двигун? Ні! Невдачі спонукали вчених по-новому глянути на проблему, що й призвело, зрештою, до відкриття закону збереження енергії.

4. Робота з інтерактивним плакатом "Вічні двигуни"

Плакат пропонує учням ознайомитись з моделями 13 вічних двигунів. Для кожної моделі є коротка історична та технічна справка, після показу якої пропонується проблемне питання для дітей - чи може працювати данний винахід і чому (так або ні)? Після обговорення проекту плакат показує наукове обгрунтування недієздатності вічних двигунів.

Найдавніший з відомих на сьогодні проектів вічного двигуна належить індійському поетові, математикові й астрономові Бхаскаре, що жив в ХІІ столітті.

Проект 1. Колесо з кулями, що перекочуються

Ідея винахідника: Колесо з важкими кульками, що перекочуються в нім. При будь-якому положенні колеса вантажі на правій його стороні знаходитимуться далі від центру, чим вантажі на лівій половині. Тому права половина повинна завжди перетягувати ліву і заставляти колесо обертатися. Значить, колесо повинне обертатися вічно.

Чому двигун не працює: Хоча вантажі на правій стороні завжди далі від центру, чим вантажі на лівій стороні, число цих вантажів менше рівно настільки, щоб сума сил тягарів вантажів, помножених на проекцію радіусів, перпендикулярну до напряму сили тягарю, справа і зліва були рівні (Fili = Fjlj).

Проект 2. Ланцюжок куль на трикутній призмі

Ідея винахідника: Через тригранну призму перекинутий ланцюг з 14 однакових куль. Зліва чотири кулі, справа — два. Останні вісім куль врівноважують один одного. Отже, ланцюг прийде у вічний рух проти годинникової стрілки.

Чому двигун не працює: Вантажі приводить в рух що лише становить сили тяжіння, паралельна похилій поверхні. На довшій поверхні більше вантажів, але і кут нахилу поверхні пропорційно менше. Тому сила тяжіння вантажів справа, помножена на синус кута, дорівнює силі тяжіння вантажів зліва, помноженою на синус іншого кута.

Проект 3. «Пташка Хоттабича»

Ідея винахідника: Тонка скляна колба з горизонтальною віссю посередині упаяна в невелику ємність. Вільним кінцем колба майже стосується її дна. У нижню частину іграшки налито трохи ефіру, а верхня, порожня, обклеєна зовні тонким шаром вати. Перед іграшкою ставлять стаканчик з водою і нахиляють її, заставляючи «попити». Пташка починає два-три рази в хвилину нахилятися і занурювати голівку в стаканчик. Раз по раз, безперервно, вдень і вночі кланяється пташка, поки в стаканчику не кінчиться вода.

Чому це не вічний двигун: Голова і дзьоб пташки покриті ватою. Коли пташка «п'є воду», вата просочується водою. При випарі води температура голови пташки знижується. У нижню частину тулуба пташки налитий ефір, над яким знаходяться пари ефіру (повітря відкачане). При охолоджуванні голови пташки тиск пари у верхній частині знижується. Але тиск в нижній частині залишається тим же. Надлишковий тиск пари ефіру в нижній частині піднімає рідкий ефір по трубочці вгору, голова пташки тяжчає і нахиляється до стакана.

Як тільки рідкий ефір дотече до кінця трубочки, пари теплого ефіру з нижньої частини попадуть у верхню, тиск пари порівняється і рідкий ефір потече вниз, а пташка знову підніме дзьоб, при цьому захопивши воду із стакана. Випар води починається знову, голова охолоджується і все повторюється. Якби вода не випаровувалася, то пташка б і не рухалася. Для випару з навколишнього простору споживається енергія (зосереджена у воді і навколишньому повітрі).

«Справжній» вічний двигун повинен працювати без витрати зовнішньої енергії. Тому пташка Хоттабича насправді не є вічним двигуном.

Проект 4. Ланцюжок поплавців

Ідея винахідника: Висока башта наповнена водою. Через шківи, встановлені вгорі і внизу башти, перекинутий канат з 14 порожнистими кубічними ящиками із стороною 1 метр. Ящики, що знаходяться у воді, під дією сили Архімеда, направленої вгору, повинні послідовно спливати на поверхню рідини, захоплюючи за собою весь ланцюг, а ящики, що знаходяться зліва, сходять вниз під дією сили тяжіння. Таким чином ящики потрапляють поперемінно з повітря в рідину і навпаки.

Чому двигун не працює: Ящики, що входять в рідину, зустрічають вельми сильну протидію з боку рідини, причому робота на проштовхування їх в рідину не менше роботи, здійснюваною силою Архімеда при спливанні ящиків на поверхню.

Проект 5. Архимедов гвинт і водяне колесо

Ідея винахідника: Архимедов гвинт, обертаючись, піднімає воду у верхній бак, звідки вона витікає з лотка струменем, що потрапляє на лопатки водяного колеса. Водяне колесо обертає точильний камінь і одночасно рухає, за допомогою ряду зубчастих коліс, той самий Архимедов гвинт, який піднімає воду у верхній бак. Гвинт повертає колесо, а колесо — гвинт! Цей проект, винайдений ще в 1575 році італійським механіком Страдою Старшим, потім повторювався в багаточисельних варіаціях.

Чому двигун не працює: Велика частина проектів вічних двигунів дійсно могла б працювати, коли б не існування сили тертя. Якщо це двигун — мають бути і рухомі частини, значить, недостатньо двигуну обертати самого себе: потрібно виробляти ще і надлишкову енергію для подолання сили тертя, яку ніяк не прибереш.

Проект 6. Машина Орфіреуса

Mobile6.gif

Ідея винахідника: Деякі винахідники вічних двигунів були просто шахраями, що вправно надували легковірну публіку. Одним з найбільш видатних «винахідників» був якийсь доктор Орфіреус (справжнє прізвище — Бесслер). Основним елементом його двигуна було велике колесо, яке ніби то не лише оберталося само собою, але і піднімало при цьому важкий вантаж на значну висоту.

Чому двигун не працює: «Вічний двигун» виявився далеко не вічним — його приводили в дію брат Орфіреуса і служниця, смикаючи за майстерно захований шнурок.


Проект 7. Магніт і жолоби

Mobile7.gif

Ідея винахідника: Сильний магніт поміщається на підставці. До неї притулено два похилі жолоби, один під іншим, причому верхній жолоб має невеликий отвір в своїй верхній частині, а ніжній на кінці зігнутий. Якщо на верхній жолоб покласти невелику залізну кульку, то унаслідок тяжіння магнітом він покотиться вгору, проте, дійшовши до отвору, провалиться в нижній жолоб, скотиться по ньому, підніметься по кінцевому закругленню і знов попаде на верхній жолоб. Таким чином, кулька бігатиме безперервно, здійснюючи тим самим вічний рух. Проект цього магнітного perpetuum mobile описав в XVII столітті англійський єпископ Джон Вілкенс.

Чому двигун не працює: Пристрій працював би, якби магніт діяв на металеву кульку лише під час його підйому на підставку по верхньому жолобу. Але вниз кулька скачується сповільнено під дією двох сил: тягаря і магнітного тяжіння. Тому до кінця спуску він не придбає швидкість, необхідну для піднімання по закругленню нижнього жолоба і початку нового циклу.

5. Висновок

Головний висновок стосовно неможливості створення вічного двигуна зробив Роберт Майєр. Він писав, що роздуми й нові спостереження й призвели його до відкриття закону збереження енергії.

Герман Гельмгольц, інший із учених, що відкрили закон збереження енергії, також говорив, що на думку про збереження енергії його навели багатовікові невдалі спроби створити вічний двигун.

Список використаних джерел

  • Усі уроки фізики. 8 клас./ Кирик Л. А.— Х.: Вид. група «Основа», 2008.— 352 с.

Додатки

Фотогалерея уроку