Урок 36. Энергия. Итоговое повторение

Физика, 7 класс · Работа и мощность. Энергия · ~45 минут

🎯 Что ты узнаешь

• Что такое энергия и как она связана с работой.
• Что такое потенциальная энергия (E_п = m·g·h) и кинетическая энергия.
• Как энергия превращается из одного вида в другой.
• Закон сохранения энергии.
• А ещё — повторишь всю физику 7 класса по «карте года» и решишь итоговые задачи.

📖 Разбираемся в теме

Сжатая пружина может выстрелить. Поднятый молоток может забить гвоздь. Текущая река крутит турбины. У всех этих тел есть что-то общее — запас «способности совершить работу». Это что-то называется энергией.

Что такое энергия

Энергия — это физическая величина, которая показывает, какую работу может совершить тело. Чем больше у тела энергии, тем большую работу оно способно совершить.

📌 Запомни: Энергия и работа измеряются в одних и тех же единицах — в джоулях (Дж). Когда тело совершает работу, его энергия уменьшается; когда над телом совершают работу, его энергия растёт.

В механике есть два главных вида энергии: потенциальная и кинетическая.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это энергия, которая зависит от положения тела (или от его деформации).

Поднятый над землёй груз обладает потенциальной энергией: отпусти его — он упадёт и совершит работу (например, забьёт сваю). Чем выше поднят и чем тяжелее — тем больше энергия.

⚡ Формула: Потенциальная энергия поднятого тела: E_п = m·g·h, где m — масса тела (кг), g ≈ 9,8 Н/кг, h — высота над землёй (м), E_п — потенциальная энергия (Дж).

Сжатая или растянутая пружина, натянутый лук, согнутая ветка — тоже обладают потенциальной энергией (энергией упругой деформации).

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это энергия движущегося тела. Летящий мяч, едущая машина, текущая вода — всё это обладает кинетической энергией.

Чем больше масса тела и чем быстрее оно движется, тем больше его кинетическая энергия. (Точную формулу E_к = m·v²/2 ты изучишь подробно позже, а пока запомни главное: энергия растёт с массой и особенно сильно — со скоростью.)

💡 Интересно: Если скорость машины вырастет вдвое, её кинетическая энергия станет в 4 раза больше (скорость входит в квадрате!). Вот почему на большой скорости авария настолько опаснее — тормозной путь и удар резко растут.

Превращение энергии и закон сохранения

Самое красивое: энергия умеет превращаться из одного вида в другой.

Подними мяч — у него потенциальная энергия. Отпусти — он падает, набирает скорость: потенциальная энергия превращается в кинетическую. У самой земли — почти вся энергия кинетическая. Подбрось мяч вверх — наоборот, кинетическая переходит обратно в потенциальную.

📌 Запомни — закон сохранения энергии: Энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а только переходит из одного вида в другой или передаётся от одного тела к другому. Полная энергия сохраняется.

🤔 А знаешь ли ты? На американских горках вагончик не имеет мотора почти всю дорогу! Его один раз поднимают на высокую горку (дают потенциальную энергию), а дальше он сам катится: вниз — разгоняется (кинетическая), вверх — тормозит (снова потенциальная). Чистая физика!

В реальности часть энергии всегда переходит в тепло из-за трения — поэтому маятник постепенно останавливается. Но энергия не пропадает: она просто превратилась в тепловую.

⏱ Прикинь сам: В какой точке качелей у тебя больше всего потенциальной энергии — в самом верху взлёта или внизу? А кинетической?

🗺️ Карта физики 7 класса (повторяем весь год)

1. Физика и измерения. Физика — наука о природе. Физическая величина, единицы измерения, цена деления прибора, погрешность.

2. Строение вещества. Молекулы и атомы, их движение (диффузия), притяжение и отталкивание молекул, три состояния вещества.

3. Механическое движение. Путь, время, скорость: v = s / t (м/с). Равномерное и неравномерное движение, средняя скорость.

4. Масса и плотность. Масса (кг), плотность: ρ = m / V (кг/м³). Масса: m = ρ·V.

5. Силы. Сила (Н), сила тяжести F = m·g, вес тела, сила упругости (закон Гука), сила трения, равнодействующая сил.

6. Давление. Давление: p = F / S (Па). Давление газов, давление жидкости: p = ρ·g·h. Сообщающиеся сосуды, атмосферное давление, закон Паскаля, гидравлический пресс.

7. Закон Архимеда. Плавание тел. Выталкивающая сила: F_А = ρ_ж·g·V. Условия плавания тел.

8. Работа, мощность, энергия (наш блок). Работа A = F·s; мощность N = A/t; рычаг F1·l1 = F2·l2; момент силы M = F·l; блоки и «золотое правило»; КПД η = (A_полезн/A_затрач)·100%; энергия потенциальная E_п = m·g·h и кинетическая, закон сохранения энергии.

📌 Запомни главные формулы блока: A = F·s · | · N = A/t · | · F1·l1 = F2·l2 · | · M = F·l · | · η = (A_полезн/A_затрач)·100% · | · E_п = m·g·h.

✍️ Разбор задач

Пример 1. Камень массой 2 кг подняли на высоту 5 м. Какова его потенциальная энергия? (g ≈ 9,8 Н/кг.)

Дано: m = 2 кг, h = 5 м, g = 9,8 Н/кг. Найти: E_п — ? Решение: E_п = m·g·h = 2 · 9,8 · 5 = 98 Дж. Ответ: E_п = 98 Дж.

Пример 2. Мяч подняли на высоту 3 м (потенциальная энергия 30 Дж) и отпустили. Какой будет его кинетическая энергия у самой земли (трением пренебрегаем)?

Решение: По закону сохранения энергии вся потенциальная энергия у земли превратится в кинетическую: E_к = E_п = 30 Дж. Ответ: E_к = 30 Дж.

Пример 3. Какова потенциальная энергия воды массой 1000 кг, поднятой плотиной на высоту 20 м? (g ≈ 9,8 Н/кг.)

Дано: m = 1000 кг, h = 20 м. Найти: E_п — ? Решение: E_п = m·g·h = 1000 · 9,8 · 20 = 196 000 Дж = 196 кДж. Ответ: E_п = 196 000 Дж ≈ 196 кДж (эту энергию ГЭС превратит в электричество).

💡 Запомни главное

• Энергия — способность тела совершать работу; измеряется в джоулях (Дж).
• Потенциальная энергия (от положения/деформации): E_п = m·g·h, где m — масса (кг), g ≈ 9,8 Н/кг, h — высота (м).
• Кинетическая энергия — энергия движущегося тела; растёт с массой и скоростью.
• Закон сохранения энергии: энергия не исчезает и не появляется из ничего, а превращается из одного вида в другой.

📝 Домашнее задание (итоговое — по всем темам года)

1. Чемодан массой 15 кг подняли на полку высотой 2 м. Найди потенциальную энергию чемодана. (g ≈ 9,8 Н/кг.)
2. Тело движется равномерно и за 10 с проходит 40 м. Найди скорость.
3. Найди плотность тела, если его масса 240 г, а объём 30 см³. Что это за вещество (примерно)?
4. На тело действуют две силы вдоль одной прямой в одну сторону: 12 Н и 8 Н. Найди равнодействующую.
5. Давление на пол под ножкой стола 4000 Па, площадь ножки 0,002 м². С какой силой ножка давит на пол?
6. На тело объёмом 0,003 м³, целиком погружённое в воду, действует выталкивающая сила. Найди её. (ρ_воды = 1000 кг/м³, g ≈ 9,8 Н/кг.)
7. Рабочий толкает ящик с силой 250 Н на 8 м (сила вдоль движения). Найди работу.
8. Двигатель совершил работу 90 000 Дж за 1 минуту. Найди мощность.
9. На рычаге слева сила 60 Н на плече 0,5 м. Справа плечо 0,3 м. Найди силу справа для равновесия.
10. Груз весом 700 Н поднимают подвижным блоком. С какой силой тянут верёвку? На сколько вытянут верёвку, если груз поднялся на 2 м?
11. Полезная работа механизма 360 Дж, затраченная 450 Дж. Найди КПД.
12. ⭐ Тележку массой 4 кг втащили по наклонной плоскости длиной 2,5 м на высоту 0,8 м, прикладывая силу 18 Н. Найди: а) полезную работу; б) затраченную работу; в) КПД; г) потенциальную энергию тележки наверху. (g ≈ 9,8 Н/кг.)