А5 Механическая энергия работа закон сохранения энергии



А5. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, РАБОТА, ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Обозначение задания в работе

Проверяемые элементы содержания

Коды элементов содержания по кодификатору элементов содержания

Коды проверяемых умений

Уровень сложности задания

Максимальный балл за выполнение задания

А5

Механическая энергия, работа, закон сохранения

энергии

1.4.4 – 1.4.9

1, 2.1–2.4

Б

1

Коды элементов содержания по кодификатору элементов содержания

1.4.4

Работа силы

1.4.5

Мощность

1.4.6

Работа как мера изменения энергии

1.4.7

Кинетическая энергия

1.4.8

Потенциальная энергия

1.4.9

Закон сохранения механической энергии

Коды проверяемых умений

1

Знатьонимать:

смысл физических величин:

работа, мощность, кинетическая энергия,

потенциальная энергия

смысл физических законов, принципов, постулатов.

Закон сохранения механической энергии

2.1

Уметь:

описывать и объяснять:

физические явления, результаты экспериментов

физические явления и свойства тел

2.2

описывать фундаментальные опыты, оказавшие существенное

влияние на развитие физики;

2.3

приводить примеры практического применения физических знаний

законов механики

2.4

определять характер физического процесса по графику, таблице,

формуле

3

использовать приобретенные знания и умения в практической

деятельности и повседневной жизни.

Формула

Название формулы

Физические величины

ДИНАМИКА

Работа

— мощность (Вт, Ватт)

А – работа (Дж, Джоуль)

E – энергия (Дж, Джоуль)

m – масса (кг, килограмм)

h – высота (м, метр)

скорость (м/с)

– изменение линейного размера тела (м, метр)

– жесткость пружины (Н/м)

– сила (Н, Ньютон)

Мощность

Кинетическая энергия тела

Потенциальная энергия деформированного тела

Потенциальная энергия поднятого тела

Закон сохранения энергии

1.4.4 РАБОТА СИЛЫ

Механической работой A (Дж, Джоуль), совершаемой постоянной силой , называется скалярная физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла α между векторами силы и перемещения

Работа силы

А – работа (Дж, Джоуль)

– сила (Н, Ньютон)

sпуть (м, метр)

Примеры:

α

α

Рис. 1. Механическая работа совершается при перемещении тела под действием силы, направленной под углом α горизонту.

Рис.2 Работа совершается при подъеме груза.

Задание: Напишите формулы для нахождения работы на рисунках 1 и 2.

Задание: Ящик тянут по земле за веревку по горизонтальной окружности длиной с постоянной по модулю скоростью. Модуль силы трения, действующей на ящик со стороны земли равен 50 Н. Чему равна работа силы тяги за один оборот?

1) 2) 3) 4)

Правильный ответ: 3.

Пример задачи 1: Тело массой 2 кг под действием силы F перемещается вверх по наклонной плоскости на расстояние расстояние тела от поверхности Земли при этом увеличивается на .

Вектор силы F направлен параллельно наклонной плоскости, модуль силы F равен 30 Н. Какую работу при этом перемещении в системе отсчета, связанной с наклонной плоскостью, совершила сила F? Ускорение свободного падения примите равным , коэффициент трения .

1) 150 Дж 2) 60 Дж 3) 40 Дж 4) — 40 Дж

Решение.Работа силы определяется как скалярное произведение вектора силы и вектора перемещения тела. Следовательно, сила F при подъеме тела вверх по наклонной плоскости совершила работу

.

Правильный ответ: 1.

Задание: Тело массой 2 кг под действием силы F перемещается вверх по наклонной плоскости на расстояние расстояние тела от поверхности Земли при этом увеличивается на .

Вектор силы F направлен параллельно наклонной плоскости, модуль силы F равен 30 Н. Какую работу при этом перемещении совершила сила тяжести? Ускорение свободного падения примите равным , коэффициент трения .

1) 150 Дж 2) 60 Дж 3) 40 Дж 4) — 60 Дж

Правильный ответ: 4.

Задание: Самолет летит горизонтально, двигаясь вперед с постоянной скоростью. На рисунке изображены векторы действующих на него сил.

Какая из этих сил при движении самолета совершает отрицательную работу в системе отсчета, связанной с Землей?

1) Подъемная сила 2) Сила тяги двигателя 3) Сила тяжести 4) Сила сопротивления воздуха

Правильный ответ: 4.

1.4.5 МОЩНОСТЬ

Скорость, с которой совершается работа, характеризуют физической величиной, которая называется «мощность».

МОЩНОСТЬ (Вт, Ватт) – физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени , за который она совершена

Мощность

— мощность (Вт, Ватт)

А – работа (Дж, Джоуль)

скорость (м/с)

– сила (Н, Ньютон) t – время (с, секунда)

Пример задачи 2: Модуль скорости тела, движущегося под действием постоянной силы по прямой, изменяется в соответствии с графиком на рис. 1. Какой из графиков на рис. 2 правильно отражает зависимость мощности этой силы от времени?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

Решение.Мощность силы — это скорость совершения этой силой работы. Мощность некоторой силы равна скалярному произведению этой силы и скорости тела: . Поскольку тело движется прямолинейно, и скорость его движения увеличивается, заключаем, что в любой момент времени вектор скорости и вектор силы сонаправлены, а значит . Так как сила постоянна, получаем, что график зависимости мощности силы от времени должен выглядеть точно так же, как график скорости тела от времени. Этому критерию удовлетворяет только график под номером 1. Правильный ответ: 1.

Задание: Лебедка равномерно поднимает груз массой 200 кг на высоту 3 м за 5 с. Какова мощность двигателя лебедки?1) 120 Вт 2) 3000 Вт 3) 333 Вт 4) 1200 Вт

Правильный ответ: 4.

Задание: Под действием силы тяги в 1 000 H автомобиль движется с постоянной скоростью . Мощность двигателя равна

1) 2) 3) 4)

Правильный ответ: 2.

1.4.6 РАБОТА КАК МЕРА ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

1.4.7 КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

1.4.8 ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

1.4.9ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГИЯ Е (Дж, Джоуль) – физическая величина, измеряемая работой, которую может совершить тело или система тел.

Виды механической энергии

Кинетическая энергия энергия

движущегося тела

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

энергия взаимодействия тел

h

h

Потенциальная энергия тяготения

Потенциальная энергия деформированных тел

x 0

x 0

ПОЛНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ — сумма потенциальной и кинетической энергии тела или системы.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ — в замкнутой системе полная механическая энергия постоянна

Закон сохранения энергии

Пример задачи 3: Скорость брошенного мяча непосредственно перед ударом об абсолютно гладкую стену была вдвое больше его скорости сразу после удара. Какое количество теплоты выделилось при ударе, если перед ударом кинетическая энергия мяча была равна 20 Дж?

1) 5 Дж 2) 10 Дж 3) 15 Дж 4) 17,5 Дж

Решение.Кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости. Поскольку скорость после удара уменьшилась в 2 раза, кинетическая энергия мяча уменьшилась в 4 раза и стала равна 5 Дж. По закону сохранения, количество теплоты, выделившееся после удара равняется убыли кинетической энергии:

.

Примечание: Для приведенного здесь решения задачи существенно, что стенка, о которую ударяется мяч, абсолютно гладкая. Действительно, в противном случае на мяч во время удара может действовать еще и сила трения со стороны стенки, которая приведет к тому, что мяч после удара будет вращаться поэтому кинетическая энергия шара после удара будет состоять из энергии поступательного и вращательного движений. Следовательно, судить о величине выделившегося тепла будет невозможно. Правильный ответ: 3.

Пример задачи 4: Закрепленный пружинный пистолет стреляет вертикально вверх. Какой была деформация пружины перед выстрелом, если жесткость пружины k, а пуля массой m в результате выстрела поднялась на высоту h. Трением пренебречь. Считать, что .

1) 2) 3) 4)

Решение.Для системы пружина пистолета — пуля выполняется закон сохранения энергии, поскольку трением можно пренебречь. Следовательно,

.

Отсюда находим деформацию пружины перед выстрелом:

.

Правильный ответ: 4.

Пример задачи 5: Мальчик столкнул санки с вершины горки. Высота горки 10 м, у ее подножия скорость санок равнялась . Трение санок о снег пренебрежимо мало. Какой была скорость санок сразу после толчка?

1) 2) 3) 4)

Решение.Поскольку трением санок о снег можно пренебречь, для них выполняется закон сохранения полной механической энергии. Пусть m — масса санок, — высота горки, — скорость санок у подножия горки, а v — искомая скорость санок сразу после толчка. Выпишем закон сохранения энергии:

.

Пример задачи 6: Небольшой шарик подвешен на невесомом стержне, который может вращаться вокруг точки подвеса O. Какую минимальную горизонтальную скорость нужно сообщить шарику, чтобы он сделал полный оборот вокруг точки подвеса? Длина стержня L. Сопротивлением пренебречь.

1) 2) 3) 4)

Решение.Для шарика на стержне выполняется закон сохранения полной механической энергии, поскольку сопротивлением воздуха и трением в подвесе можно пренебречь. Для того, чтобы совершить полный оборот, шарику должно хватать начальной скорости для достижения точки максимального подъема. Найдем искомую минимальную скорость из закона сохранения энергии, вся кинетическая энергия шарика переходит в потенциальную энергию: . Отсюда, . Правильный ответ: 4.



Страницы: 1 | 2 | Весь текст




sitemap
sitemap