Методические страницы

Работа, мощность и энергия

Указанная тема – одна из важнейших в курсе физики, позволяющая выйти на практическое применение с учётом КПД механизмов. Эти знания и понятия надо накапливать и отрабатывать начиная с 7-го класса. Уже много лет я это делаю следующим образом. На изучение темы отводится 11 ч (§ 53–64 по учебнику А.В.Пёрышкина, Е.М.Гутник), а самое неприятное – это приходится на конец учебного года, когда дети уже живут ожиданием каникул.

Понятие КПД вводится только в § 61 и, конечно, за оставшееся время в головах не укладывается, научить решать задачи на КПД практически не удаётся. Я сразу после изучения § 52, 54 «Механическая работа и мощность» приступаю к изучению § 55 «Простые механизмы» и начинаю с лабораторной работы «Определение КПД при подъёме тела по наклонной плоскости», вводя последовательно основные понятия путём сравнения экспериментальных данных, полученных в ходе измерений и вычислений.

1. Определяем работу по поднятию тела весом Р:

A_п = P · h – работа полезная. (Что надо сделать?)

2. Определяем работу при подъёме тела по наклонной плоскости: A_с = F_с · l – работа совершённая. (За счёт чего она сделана?)

3. Делаем выводы:

– Сравните F₁ и F₂: F₁ > F₂ → применяя наклонную плоскость, получаем выигрыш в приложенной силе.

– Сравните l и h: l > h → применяя наклонную плоскость, проигрываем в расстоянии.

– Сравните A_п и A_с: A_с > A_п → Почему? Объясняем это существованием F_тр и потерей A_с на работу против F_тр.

4. Вводим понятие КПД: КПД = A_п · 100%/A_с.

5. Вычисляем КПД в ходе лабораторной работы, раскрываем физический смысл понятия КПД. Например:

КПД = 63% → 63% A_с пошло на A_п;

→ 37% A_с потеряно на A_тр.

На последующих уроках можно провести исследования, решая экспериментальные задачи:

1. Зависит ли КПД (при α = const) от P (веса тела)?

2. Зависит ли КПД (при P = const) от α (угла наклона)? И т.д.

Закрепляем изученное решением задач № 797–802 из «Сборника задач по физике» В.И.Лукашика (М.: Просвещение, 2004). Изучив § 56–58, решаем № 786–789, изучив § 59, решаем № 790–794.

По «Сборнику задач по физике-7–9» А.В.Пёрышкина можно решать задачи № 438–446, 478. Закончить тему можно уроком-практикумом, решая задачи III уровня III.1–III.15 из сборника «Опорные конспекты и дифференцированные задачи по физике» А.Е.Марон, Е.А.Марон (М.: Просвещение, 2007, § 7.5 «Механическая работа и мощность. Простые механизмы»).

Так же следует работать и в 8-м классе при изучении темы «Тепловые явления», начиная с лабораторной работы «Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры»:

– Q_отд > Q_получ → Почему? Какая часть Q_отд используется полезно?

– КПД = Q_получ · 100%/Q_отд → Какая часть Q_отд теряется и почему? Как уменьшить тепловые потери?

После изучения «Энергии топлива» решаем задачи № 665–667 по А.В.Пёрышкину, а после изучения «Тепловые машины» – № 691–714 по А.В.Пёрышкину и № 1140–1146 по В.И.Лукашику. Завершаем уроком-практикумом: задачи III.1–III.10 по А.Е.Марон, § 8.13 «Энергия топлива».

Аналогично работаем, изучая тему «Электрические явления», после введения и изучения понятий «работа и мощность тока», «электронагревательные приборы», «электродвигатель постоянного тока».

При такой отработке материала и накапливании знаний учащиеся сознательно усваивают алгоритм решения задач любого вида с учётом КПД на потерю энергии механизмами и т.д. Буду рада, если кто-то воспользуется моим опытом изучения этих разделов физики.