GIÁO ÁN (KHBD) - KHTN - VẬT LÍ 9 (KẾT NỐI TRÍ THỨC) - BÀI 3. Cơ năng

1. Kiến thức Sau bài học này, HS sẽ: - Nêu được cơ năng là tổng động năng và thế năng của vật. - Vận dụng khái niệm cơ năng phân tích được sự chuyển hóa năng lượng trong một số trường hợp đơn giản. 2. Năng lực Năng lực chung: - Năng lực tự chủ và tự học: Chủ động, tích cực thực hiện những công việc của bản thân trong học tập thông qua việc tham gia đóng góp ý tưởng, đặt câu hỏi và trả lời các yêu cầu của GV đưa ra. - Năng lực giao tiếp hợp tác: Thảo luận nhóm, tiến hành thí nghiệm và hỗ trợ các thành viên trong nhóm khi tìm hiểu về cơ năng và sự chuyển hóa năng lượng. - Năng lực giải quyết vấn đề: Xác định và phân tích được các ví dụ về cơ năng, biết đặt các câu hỏi khác nhau về nội dung bài học.

Ngày soạn:…/…/…

Ngày dạy:…/…/…

BÀI 3: CƠ NĂNG

I MỤC TIÊU

1 Kiến thức

Sau bài học này, HS sẽ:

- Nêu được cơ năng là tổng động năng và thế năng của vật

- Vận dụng khái niệm cơ năng phân tích được sự chuyển hóa năng lượng trong một

số trường hợp đơn giản

2 Năng lực

Năng lực chung:

- Năng lực tự chủ và tự học: Chủ động, tích cực thực hiện những công việc của bản

thân trong học tập thông qua việc tham gia đóng góp ý tưởng, đặt câu hỏi và trả lời các yêu cầu của GV đưa ra

- Năng lực giao tiếp hợp tác: Thảo luận nhóm, tiến hành thí nghiệm và hỗ trợ các

thành viên trong nhóm khi tìm hiểu về cơ năng và sự chuyển hóa năng lượng

- Năng lực giải quyết vấn đề: Xác định và phân tích được các ví dụ về cơ năng, biết

đặt các câu hỏi khác nhau về nội dung bài học

Năng lực đặc thù:

- Nhận thức khoa học tự nhiên:

+ Nhận biết và nêu được khái niệm cơ năng.

+ Nêu được biểu thức xác định cơ năng.

- Tìm hiểu tự nhiên:

+ Phân tích ví dụ để tìm hiểu về cơ năng.

- Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học:

+ Vận dụng được kiến thức và kĩ năng về khoa học tự nhiên để giải thích những

hiện tượng thường gặp trong cuộc sống có liên quan tới cơ năng

3 Phẩm chất

- Chăm chỉ, trung thực, trách nhiệm trong học tập.

II THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU:

1 Đối với giáo viên:

- SGK, SGV, Kế hoạch bài dạy.

- Hình vẽ và đồ thị trong SGK: Hình ảnh búa máy đóng cọc, hình ảnh người chơi

tung hứng bóng, hình ảnh thí nghiệm chuyển động của con lắc đơn, hình ảnh xe thế năng,…

- Máy chiếu, máy tính (nếu có).

2 Đối với học sinh:

- HS mỗi nhóm: Dụng cụ thí nghiệm về sự chuyển hóa động năng – thế năng: con

lắc đơn treo vào giá thí nghiệm

- HS cả lớp: Hình vẽ liên quan đến nội dung bài học và các dụng cụ học tập theo

yêu cầu của GV

III TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

A HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

a Mục tiêu: HS phân tích hiện tượng đơn giản trong đời sống và rút ra sự chuyển hóa

giữa động năng và thế năng

b Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận theo nhóm về nội dung phần khởi động, từ

đó định hướng HS vào nội dung của bài học

c Sản phẩm học tập: HS nêu được sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của ví dụ

mở đầu

d Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV nêu câu hỏi: Khi sử dụng búa máy để đóng cọc, đầu bía được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi thả cho rơi xuống cọc cần đóng Trong quá trình rơi, động năng và thế năng của đầu búa chuyển hóa qua lại lẫn nhau như thế nào?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận, dự đoán, đưa ra các câu hỏi và câu trả lời

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời 1 – 2 bạn ngẫu nhiên đứng dậy trình bày suy nghĩ của mình

Gợi ý trả lời:

+ Khi búa máy nâng lên vị trí cao nhất so với mặt đất, thế năng đạt cực đại, động năng bằng 0 Khi búa máy rơi, thế năng giảm dần, động năng tăng dần Khi búa máy chạm đất, thế năng bằng 0, động năng cực đại.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Sau khi HS trao đổi, phát biểu ý kiến, GV nhận xét vào nội dung bài học: Để trả lời

câu hỏi này chúng ra vào bài học ngày hôm nay: Bài 3: Cơ năng.

B HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1 Tìm hiểu về khái niệm cơ năng

a Mục tiêu: HS nhận biết được khái niệm cơ năng và nêu được biểu thức xác định cơ

năng của vật

b Nội dung: GV hướng dẫn HS phân tích các ví dụ để tìm hiểu về đặc điểm của cơ

năng

c Sản phẩm: Kết quả HS thực hiện các yêu cầu, gợi ý, dẫn dắt của GV để mô tả được

sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của vật

d Tổ chức thực hiện:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS DỰ KIẾN SẢN PHẨM Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh người chơi tung hứng bóng

(hình 3.1) cho HS quan sát

- GV giới thiệu về quá trình chuyển hóa giữa

động năng và thế năng trong trường hợp này: Khi

xét giai đoạn vật chuyển động lên trên, độ cao

của vật tăng dần nên thế năng của vật tăng dần,

đồng thời tốc độ của vật giảm dần nên động năng

của vật giảm dần Xét giai đoạn vật rơi xuống,

thế năng của vật giảm dần, động năng của vật lại

tăng dần Động năng và thế năng có thể chuyển

hóa qua lại lẫn nhau.

- GV yêu cầu HS làm việc cá nhân và trả lời nội

dung Hoạt động (SGK – tr18)

Lấy ví dụ về trường hợp vậy vừa có động năng,

vừa có thế năng Mô tả sự chuyển hóa (nếu có)

giữa động năng và thế năng của vật đó.

- Sau khi HS trả lời, GV yêu cầu HS nêu công

thức tính cơ năng

- GV cho HS quan sát hình ảnh búa máy và đưa

thêm bài tập tính toán đơn giản

I CƠ NĂNG

- Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau

- Tổng động năng và thế năng được gọi là cơ năng của vật

W c=W đ+W t= 1

2

Đơn vị của cơ năng là jun (J)

Ví dụ: Một búa máy có khối lượng m = 3000 kg

được thả rơi từ độ cao h = 2 m, lấy g = 10 m/s 2

Tính tốc độ của búa máy khi chạm mặt đất, biết

toàn bộ thế năng hấp dẫn của bía chuyển hóa

thành động năng của búa.

- GV tổng kết về khái niệm và biểu thức tính cơ

năng

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS thảo luận

theo nhóm đôi và trả lời nội dung Câu hỏi (SGK

– tr19)

Một vật có khối lượng m = 1,5 kg được thả rơi từ

độ cao h = 4 m so với mặt đất Chọn gốc thế

năng ở mặt đất, tính tốc độ của vật vừa đến chạm

mặt đất Biết toàn bộ thế năng của vật chuyển

hóa thành động năng của vật.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, thảo luận trả lời các câu

hỏi mà GV đưa ra và nhận xét để đưa ra kết luận

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo

luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của

bản thân về các nội dung:

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr18)

Ví dụ: Khi quả bóng rơi xuống, độ cao của quả

bóng giảm dần, vận tốc của quả bóng tăng dần.

Như vậy thế năng của quả bóng giảm dần còn

động năng của nó tăng lên Khi chạm đất, quả

bóng nảy lên, ta có quá trình ngược lại.

*Trả lời Ví dụ

W t = P.h = 3000.10.2 = 60 000 J

Khi búa máy chạm đất, thế năng chuyển hóa

thành động năng nên W t = W đ

W đ= 1

2

→ v=√2W đ

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr19)

W t = P.h = 10m.h = 10.1,5.4 = 60 J

Khi vật chạm đất, thế năng chuyển hóa thành

động năng nên W t = W đ

W đ= 1

2

→ v=√2W đ

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ

học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết nội dung Cơ

năng và chuyển sang nội dung Sự chuyển hóa

năng lượng.

Hoạt động 2 Tìm hiểu sự chuyển hóa năng lượng

a Mục tiêu: HS tìm hiểu về thí nghiệm con lắc đơn và rút ra sự bảo toàn cơ năng.

b Nội dung: GV hướng dẫn HS phân tích các ví dụ để nêu được sự chuyển hóa năng

lượng

c Sản phẩm: Kết quả HS thực hiện các yêu cầu, gợi ý, dẫn dắt của GV để nêu được ơ

năng của vật được bảo toàn

d Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành nhóm 4 – 5 HS

- GV phát dụng cụ thí nghiệm cho các nhóm và yêu cầu HS

thảo luận theo nhóm, hoàn thành nội dung Hoạt động

(SGK – tr19)

Thí nghiệm về sự chuyển hóa động năng – thế năng

Chuẩn bị: Con lắc đơn (gồm vật nặng, sợi dây không dãn)

được treo vào giá thí nghiệm

Tiến hành:

- Kéo vật nặng đến vị trí A ở độ cao h rồi thả nhẹ, vật nặng

chuyển động đến vị trí thấp nhất O rồi tiếp tục đi lên và

dừng lại tại điểm B (Hình 3.2), sau đó chuyển động ngược

lại

- So sánh độ cao điểm B với độ cao điểm A

- Quan sát vật nặng chuyển động qua lại điểm O sau một

khoảng thời gian

Trả lời các câu hỏi sau:

1 Có nhận xét gì về sự chuyển hoá giữa động năng và thế

năng của vật nặng?

II SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG

- Nếu cơ năng của vật không chuyển hoá thành dạng năng lượng khác thì tổng động năng và thế năng của vật luôn không đổi, cơ năng của vật được bảo toàn

- Trong nhiều trường hợp, cơ năng có thể chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác, khi đó cơ năng không được bảo toàn

2 Sau một thời gian chuyển động, vì sao độ cao của vật

nặng giảm dần?

- Sau khi HS thực hiện thí nghiệm và trả lời câu hỏi, GV kết

luận về trường hợp cơ năng của vật được bảo toàn và không

được bảo toàn

- GV yêu cầu HS đọc nội dung Em có biết (SGK – tr20) để

tìm hiểu về quá trình cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng

trong quá trình chuyển động

- GV yêu cầu HS tiếp tục thảo luận theo nhóm và trả lời nội

dung Câu hỏi (SGK – tr19)

Nếu bỏ qua lực cản của không khí, hãy mô tả sự chuyển

hoá động năng và thế năng của các vật được ném với cùng

tốc độ ban đầu (Hình 3.3) trong hai trường hợp:

- Ném theo phương ngang, vật chuyển động theo quỹ đạo

(1).

- Ném theo hướng chếch lên trên, vật chuyển động theo quỹ

đạo (2).

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, thực hiện thí nghiệm, thảo luận trả

lời các câu hỏi mà GV đưa ra và nhận xét để đưa ra kết

luận

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân về

các nội dung:

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr19)

1 Vận tốc của con lắc tăng khi con lắc đi từ A về O và

giảm khi con lắc đi từ O đến B Ở vị trí cao nhất (A hoặc B)

thì thế năng lớn nhất, còn động năng nhỏ nhất và bằng 0.

Như vậy ta thấy, khi trở về vị trí thấp nhất thì động năng

chuyển hoá hoàn toàn thành thế năng (hình bên).

2 Do lực cản không khí làm cho con lắc chuyển động chậm

dần, độ cao của vật giảm dần.

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr19)

- Vật ném ngang: thế năng giảm dần, động năng tăng dần.

- Vật ném xiên: thế năng tăng dần đến giá trị cực đại tại vị

trí cao nhất, sau đó giảm dần Động năng giảm dần đến vị

trí cao nhất, sau đó tăng dần

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết nội dung Sự chuyển hóa

năng lượng và chuyển sang nội dung Luyện tập.

C HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

a Mục tiêu: HS sử dụng kiến thức về cơ năng để trả lời câu hỏi.

b Nội dung: GV trình chiếu câu hỏi, HS suy nghĩ, thảo luận và trả lời.

c Sản phẩm học tập: HS đưa ra được các đáp án đúng.

d Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV trình chiếu lần lượt các câu hỏi trắc nghiệm:

Khoanh tròn vào câu trả lời đúng:

Câu 1: Trong hệ SI, đơn vị đo cơ năng là gì?

A Oát (W)

B Mét trên giây bình phương (m/s2)

C Niutơn (N)

D Jun (J)

Câu 2: Trong quá trình chuyển động, động năng và thế năng của vật có thể

A chuyển hóa qua lại cho nhau

B cùng tăng

C luôn luôn không thay đổi

D cùng giảm

Câu 3: Trường hợp nào sau đây có sự chuyển hóa từ động năng thành thế năng và ngược

lại?

A Vật rơi từ trên cao xuống

B Vật được ném lên rồi rơi xuống

C Vật lăn từ đỉnh dốc xuống

D Vật chuyển động trên mặt bàn nằm ngang

Câu 4: Một vật có khối lượng m = 20 g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc v = 4

m/s từ độ cao 1,6 m so với mặt đất Cơ năng của vật tại thời điểm ném là

A 0,47 J

B 0,16 J

C 0,31 J

D 2,42 J

Câu 5: Một vật động viên có khối lượng 80 kg đang thực hiện trượt tuyết mạo hiểm, bắt

năng tại vị trí 5 Nếu cơ năng của vận động viên không đổi thì động năng của người đó tại vị trí 3 bằng bao nhiêu?

A 5600 J

B 5000 J

C 8000 J

D 3200 J

Câu 6: Cơ năng của một vật có khối lượng 2kg rơi từ độ cao 5m xuống mặt đất là:

A 10 J

B 100 J

C 5 J

D 50 J

Câu 7: Một con lắc có khối lượng 1,5 kg được treo ở đầu một sợi dây dài, không dãn Từ

vị trí cân bằng O, người ta nâng vật lên độ cao 1 m đến điểm A rồi thả nhẹ Chọn gốc thế năng tại O Coi cơ năng của vật không đổi Tốc độ của vật khi đi qua điểm O là

A 1,5 m/s

B 2 m/s

C 4,47 m/s

D 3,16 m/s

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS tiếp nhận câu hỏi, nhớ lại kiến thức đã học, tìm đáp án đúng

Bước 3: HS báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- HS lần lượt đưa ra đáp án cho các bài tập:

Bước 4:

- GV đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập và chuyển sang nội dung vận dụng.

D HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

a Mục tiêu: Sử dụng kiến thức vừa được tìm hiểu về cơ năng để trả lời các bài tập thực

hành và bài tập gắn với đời sống

b Nội dung: GV chiếu câu hỏi, yêu cầu HS suy nghĩ trả lời.

c Sản phẩm học tập: HS vận dụng kiến thức đã học để giải các bài tập GV đưa ra.

d Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS làm việc ở nhà theo nội dung Hoạt động (SGK – tr20)

Xe thế năng có cấu tạo được mô tả trong Hình 3.4.

Quả nặng được nối với trục xe qua một ròng rọc cố định bởi một sợi dây mềm, không dãn Sợi dây được quấn nhiều vòng quanh trục xe.

Khi thả quả nặng chuyển động từ trên xuống, sợi dây sẽ kéo trục bánh xe làm bánh xe lăn, xe sẽ chuyển động.

a) Mô tả sự chuyển hoá năng lượng từ khi thả quả nặng đến khi quả nặng chạm sàn xe.

b) Cho độ cao ban đầu của quả nặng so với sàn xe là 8 cm, khối lượng của quả nặng là

m = 20 g, khối lượng của 1 xe là m = 50 g Tính tốc độ của xe ngay khi quả nặng chạm ₂ = 50 g Tính tốc độ của xe ngay khi quả nặng chạm sàn xe, nếu coi toàn bộ thế năng của quả nặng chuyển hoá thành động năng.

c) Trong thực tế, giá trị tốc độ thu được của xe khi quả nặng chạm sàn xe sẽ nhỏ hơn giá trị tính toán ở câu b Hãy giải thích tại sao.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS tiếp nhận câu hỏi, nhớ lại kiến thức đã học và hoàn thành nội dung bài tập

Bước 3: HS báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- HS trình bày sản phẩm học tập trước lớp vào tiết học tiếp theo

Gợi ý trả lời:

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr29)

a) Mô tả sự chuyển hoá năng lượng từ khi thả quả nặng đến khi quả nặng chạm sàn xe:

- Ban đầu quả nặng có thể năng W t = P.h = 10m.h, trong đó m là khối lượng của quả nặng và h là độ cao ban đầu.

- Khi thả quả nặng, thế năng chuyển thành động năng khi quả nặng bắt đầu chuyển động.

- Sợi dây mềm được quấn quanh trục xe, khi quả nặng chuyển động sẽ kéo sợi dây làm quay trục xe Sự chuyển động của quả nặng được chuyển thành chuyển động của xe.

- Xe chuyển động cho tới khi quả nặng chạm sàn xe Sau đó, xe sẽ dừng lại do ma sát b) Trước khi quả nặng chạm sàn xe, toàn bộ thế năng của quả nặng chuyển động thành động năng của quả nặng và động năng của xe.

+ Thế năng ban đầu: W t = P.h = 10m 1 h.

+ Động năng lúc sau: W đ= 1

2m1v2

2m2v2

+ Vì toàn bộ thế năng ban đầu chuyển hoá hết thành động năng: W đ = W t

+ Từ đó, giải phương trình để tính tốc độ v của xe khi quả nặng chạm sàn:

10 m1 h=1

2m1v2

2m2v2

Thay số tính được v = 0,68 m/s.

c) Trong thực tế, giá trị tốc độ thu được của xe khi quả nặng chạm sàn xe sẽ nhỏ hơn giá trị tính toán ở câu b Vì:

+ Ma sát giữa các bộ phận của trục quay, ròng rọc, sợi dây, bánh xe có thể làm hao phí năng lượng dưới dạng nhiệt.

+ Lực cản không khí.

Bước 4:

- GV đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập.

- GV nhận xét, đánh giá và kết thúc tiết học

HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ

- Xem lại kiến thức đã học ở bài 3

- Hoàn thành các bài tập trong Sách bài tập Khoa học tự nhiên 9

- Xem trước nội dung Bài 4: Công và công suất.