Конспект по физике 7 класс параграф 59 + Ответы на вопросы. Краткое содержание § 59. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ по учебнику Пёрышкина (базовый уровень). Конспект по пунктам параграфа. Код материалов: Физика Конспект №59.
Вернуться к Списку конспектов
Конспект §59. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Энергия — это физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу. Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. При совершении работы энергия тела уменьшается, а сама работа равна убыли энергии. Энергию обозначают буквой Е и измеряют в джоулях.
В механике изучают два вида механической энергии:
1. Кинетическая энергия — энергия движущегося тела. Она зависит от массы и скорости тела. Формула: Ек = (mv²)/2. Работа равна убыли кинетической энергии.
2. Потенциальная энергия — энергия взаимодействия тел или их частей. Ею обладают, например, тело, поднятое над землёй (Еп = mgh), и упруго деформированная пружина. Потенциальная энергия зависит от взаимного положения тел.
Механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергий тела или системы тел.
Пример. Тело массой 3 кг, падающее с высоты 10 м, пролетев половину расстояния до земли, приобрело скорость 10 м/с. Чему равна в этот момент потенциальная и кинетическая энергия тела? Запишем условие задачи и решим её.
Вопросы на странице 201
❓ 1. Что такое энергия?
Ответ: Энергия — это физическая величина, тесно связанная с понятием работы. Если тело или система тел могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией.
❓ 2. В каких единицах измеряется энергия? Почему единицы энергии и работы одинаковы?
Ответ: Энергия измеряется в джоулях. Единицы энергии и работы одинаковы, потому что совершённая работа равна убыли энергии, то есть работа и изменение энергии — это количественно связанные процессы.
❓ 3. Какие виды энергии вам известны? Чем они отличаются друг от друга?
Ответ: В документе упоминаются механическая, внутренняя, электрическая и атомная энергия. Они отличаются природой явлений, которые их вызывают: механическая связана с движением и взаимодействием тел, внутренняя — с движением частиц вещества, электрическая — с электрическими зарядами, атомная — с ядерными реакциями.
❓ 4. Приведите примеры тел, обладающих кинетической энергией. Как кинетическую энергию уменьшить до нуля?
Ответ: Примером тела, обладающего кинетической энергией, является движущийся молоток или стальной шарик, скатывающийся с наклонной плоскости. Чтобы уменьшить кинетическую энергию до нуля, нужно остановить тело, то есть сделать его скорость равной нулю, так как кинетическая энергия зависит от скорости.
❓ 5. Какие тела обладают потенциальной энергией?
Ответ: Потенциальной энергией обладают тела, поднятые над землёй (например, поднятый груз), а также упруго деформированные тела, такие как сжатая или растянутая пружина.
❓ 6. Почему потенциальная энергия зависит от взаимного положения тел или частей тела?
Ответ: Потенциальная энергия определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Например, чем выше поднято тело над землёй, тем большую работу оно может совершить при падении, и чем сильнее сжата пружина, тем больше её энергия.
❓ 7. Как экспериментально доказать, что тело, поднятое над землёй, обладает потенциальной энергией?
Ответ: Если поднятое над землёй тело отпустить, то, падая, оно сможет совершить работу, например, передвинуть другое тело. Это доказывает, что такое тело обладает энергией, которая называется потенциальной.
❓ 8. Почему потенциальная энергия не изменяется при движении тела по горизонтали?
Ответ: Потенциальная энергия тела, поднятого над землёй, вычисляется по формуле Еп = mgh, где h — высота над землёй. При движении по горизонтали высота h не меняется, поэтому потенциальная энергия остаётся неизменной.
❓ 9. Что называют механической энергией тела?
Ответ: Сумму кинетической и потенциальной энергии тела (или системы тел) называют механической энергией.
№ 1. Определите характер зависимости потенциальной энергии тела, поднятого над землёй, от ускорения свободного падения, массы тела, высоты, на которую поднято тело.
Решение: Потенциальная энергия тела, поднятого над землёй, вычисляется по формуле:
Eп = mgh
где:
─ m — масса тела,
─ g — ускорение свободного падения,
─ h — высота над землёй.
Проанализируем зависимость:
1. От массы m: Прямо пропорциональная зависимость. Чем больше масса, тем больше потенциальная энергия (если g и h не меняются).
2. От ускорения свободного падения g: Прямо пропорциональная зависимость. Чем больше g(например, на другой планете), тем больше потенциальная энергия.
3. От высоты h: Прямо пропорциональная зависимость. Чем выше поднято тело, тем больше его потенциальная энергия.
✅ Ответ: Потенциальная энергия прямо пропорциональна массе тела, ускорению свободного падения и высоте подъёма.
№ 2. На одной и той же высоте находятся кусок мрамора и кусок свинца одинакового объёма. Какое из этих тел обладает большей потенциальной энергией?
Решение:
1. Потенциальная энергия зависит от массы: Eп = mgh. Высота h и ускорение g одинаковы для обоих тел. Значит, энергия больше у того тела, у которого больше масса.
2. Масса тела находится по формуле: m = ρ V, где ρ — плотность вещества, V — объём. Объёмы тел одинаковы, поэтому масса больше у того вещества, у которого больше плотность.
3. Плотность свинца (ρ_{св} ≈ 11300 кг/м³) больше плотности мрамора (ρ_{мр} ≈ 2700 кг/м³). Значит, кусок свинца имеет большую массу.
✅ Ответ: Большей потенциальной энергией обладает кусок свинца.
УПРАЖНЕНИЕ 38
№ 1. Два тела массами m и 2m имеют одинаковые скорости. Сравните кинетические энергии этих тел. Сделайте вывод.
Решение: Формула кинетической энергии: E_k = (mv²)/2.
1. Для первого тела (масса m, скорость v): E_{k1} = (m v²)/2.
2. Для второго тела (масса 2m, скорость v): E_{k2} = (2m v²)/2 = 2 • (m v²)/2 = 2 E_{k1}.
Получается, что E_{k2} в 2 раза больше, чем E_{k1}.
Вывод: При одинаковых скоростях кинетическая энергия прямо пропорциональна массе тела. Во сколько раз больше масса, во столько же раз больше кинетическая энергия.
✅ Ответ: Кинетическая энергия тела массой 2m в 2 раза больше.
№ 2. Два тела имеют одинаковые массы, но у первого тела скорость в 2 раза больше. Сравните кинетические энергии этих тел. Сделайте вывод.
Решение: Пусть масса каждого тела m. Скорость второго тела v, тогда скорость первого тела 2v.
1. E_{k1} = (m(2v)²)/2 = (m • 4v²)/2 = 2 m v².
2. E_{k2} = (m v²)/2.
Сравниваем: E_{k1} = 2 m v², а E_{k2} = 0,5 m v². Значит, E_{k1} в 4 раза больше, чем E_{k2}.
Вывод: При одинаковых массах кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости. Если скорость увеличивается в 2 раза, энергия увеличивается в 4 раза.
✅ Ответ: Кинетическая энергия первого тела в 4 раза больше.
№ 3. Чему равна кинетическая энергия мяча массой 0,5 кг, если он летит со скоростью 72 км/ч?
Решение: Переведем скорость в м/с: 72 км/ч = 72 • 1000/3600 = 20 м/с.
Масса m = 0,5 кг.
E_k = (m v²)/2 = (0,5 • 20²)/2 = 0,5 • 400/2 = 200/2 = 100 Дж.
✅ Ответ: 100 Дж.
№ 4. С какой скоростью должен бежать человек массой 50 кг, чтобы его кинетическая энергия была равна 1,6 кДж? Как изменится кинетическая энергия человека, если его скорость изменится вдвое?
Решение. Переведем энергию в Дж: 1,6 кДж = 1600 Дж.
Формула: E_k = (m v²)/2. Выразим скорость: v² = 2E_k/m.
v² = 2 • 1600/50 = 3200/50 = 64.
v = √64 = 8 м/с.
Теперь разберемся с изменением скорости вдвое.
Если скорость станет в 2 раза больше (v₂ = 16 м/с), то новая энергия:
E_{k2} = (50 • 16²)/2 = 50 • 256/2 = 12800/2 = 6400 Дж.
Сравним: 6400 / 1600 = 4. Энергия увеличится в 4 раза.
Если скорость станет в 2 раза меньше (v₃ = 4 м/с), то новая энергия:
E_{k3} = (50 • 4²)/2 = 50 • 16/2 = 800/2 = 400 Дж.
Энергия уменьшится в 4 раза.
✅ Ответ: Скорость должна быть 8 м/с. При изменении скорости вдвое кинетическая энергия изменяется в 4 раза (увеличивается или уменьшается).
№ 5. Какую работу должен совершить человек, чтобы его кинетическая энергия изменилась на 50 Дж?
Решение. По теореме о кинетической энергии: работа, совершенная над телом, равна изменению его кинетической энергии.
A = Δ E_k = E_{k2} ─ E_{k1}.
По условию изменение равно 50 Дж. Значит, работа тоже равна 50 Дж.
✅ Ответ: 50 Дж.
№ 6. Два шара массами m и 2m подняли на высоту 2h и h соответственно. Сравните их потенциальные энергии. Сделайте вывод.
Решение: Формула потенциальной энергии в поле тяжести: E_p = mgh.
1. Для первого шара (масса m, высота 2h): E_{p1} = m g • 2h = 2 m g h.
2. Для второго шара (масса 2m, высота h): E_{p2} = 2m g h.
Сравниваем: E_{p1} = 2 m g h, E_{p2} = 2 m g h. Они равны.
Вывод: Потенциальная энергия зависит и от массы, и от высоты. Если одно тело тяжелее, но находится ниже, их энергии могут быть одинаковыми.
✅ Ответ: Потенциальные энергии шаров равны.
№ 7. На сколько увеличивается потенциальная энергия ведра с водой массой 10 кг при подъёме из колодца на высоту 6 м?
Решение: Изменение потенциальной энергии: Δ E_p = m g h.
Масса m = 10 кг, g ≈ 10 Н/кг, высота h = 6 м.
Δ E_p = 10 • 10 • 6 = 600 Дж.
✅ Ответ: Увеличивается на 600 Дж.
ЗАДАНИЕ 40.
Определите изменение потенциальной энергии вашего тела при подъёме с первого этажа на второй.
Решение: Для расчета нужны моя масса и высота этажа. Обычно высота одного этажа в жилом доме около 3 метров. Моя масса (как ученика 7 класса) примерно 40 кг. Ускорение свободного падения g ≈ 10 Н/кг.
Изменение высоты h ≈ 3 м.
Δ E_p = m g h = 40 • 10 • 3 = 1200 Дж.
✅ Ответ: Моя потенциальная энергия увеличится примерно на 1200 Дж (при массе 40 кг и высоте этажа 3 м).
Вы смотрели: конспект по физике к учебнику 7 класса §59. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ. Краткое содержание темы учебника. Ответы на вопросы в конце параграфа. Код материалов: Физика Конспект №59.