Bài 36. Thế năng đàn hồi

Th n ng ế ă Th n ng ế ă ñaøn ñaøn h iồ h iồ Bài 36: I. Coõng cuỷa lửùc ủaứn hoi I. Coõng cuỷa lửùc ủaứn hoi Mi vt khi bin dng u cú kh nng sinh cụng, tc l mang mt nng lng. Nng lng ny c gi l th nng n hi. thit lp biu thc ca th nng n hi, ta bt u t vic tớnh cụng ca lc n hi ging nh ó lm vi trng hp trng trng. Xét một con lắc lò xo, gồm một quả cầu cầu nhỏ khối lượng m gắn ở một đầu lò xo nằm ngang, đầu kia của lò xo được giữ cố đònh hình dưới  Toạ độ x của quả cầubằng giá trò đại số của độ biến dạng và có độ lớn tỉ lệ thuận với độ biến dạng: F= – kx Công nguyên tố do lực đàn hồi là thực hiện trên một đoạn biến dạng ∆A = F x = - kx x∆ ∆ Công toàn phần bằng tổng của tất cả công nguyên tố . Trong đồ thò, công toàn phần A 12 bằng diện tích của hình thang BCDE, cũng bằng hiệu diện tích của hai tam giác OCD và OBE Kiểm tra cũ Đặt vấn đề Cánh cung bị uốn cong có khả thực công Đặt vấn đề Đặt vấn đề Đặt vấn đề Lò xo bị nén giãn có khả thực công Đại lượng đặc trưng NĂNG LƯỢNG cho khả sinh công vật? => Một vật biến dạng đàn hồi có mang lượng gọi đàn hồi Bài 36: Tính công lực đàn hồi • Xét lắc lò xo: Kéo lò xo giãn đoạn x Lực đàn hồi xuất hợp mà lò xoCóbịtrường biến dạng: lực đàn Fhồi = thay -kx đổi ít? o x1 x2 x Gốc tọa độ O vị trí lò xo không bị biến dạng, Ox theo chiều biến dạng lò xo Tính công lực đàn hồi từ vị trí x1 đến x 2( x > x1 ) Chia đoạn x1 x2 thành đoạn biến dạng ∆x nhỏ Công nguyên tố: ∆A = F∆x = −kx∆x Chuyển động thẳng biến đổi Lực đàn hồi: đều: -Vận tốc tỉ lệ với thời gian: v = at - Lực đàn hồi tỉ lệ với độ biến (vận tốc đầu vo = 0) dạng x: |F| = kx (ban đầu lò xo không biến dạng) - Công lực đàn hồi thực -Quãng đường thể diện tích tô đậm đồ thịhiện thể diện tích hình vẽ: gạch chéo đồ thị: |F| v v o t a = |F| t O x k = x Tính công lực đàn hồi ∆x ∆A = F∆x = −kx∆x kx1 kx2 − A12 = ∑ ∆A = 2 I Công lực đàn hồi: kx1 kx A12 = − 2 I Công lực đàn hồi Công lực đàn hồi lò xo bị biến dạng từ vị trí x1 đến vị trí x2 là: kx1 kx A12 = − 2 Nhận xét: Công phụ thuộc vào độ biến dạng đầu cuối lò xo, lực đàn hồi lực 10 I Công lực đàn đànồi: hồi: kx1 kx A12 = − 2 II Thế đàn hồi: II Thế1năng W = kx đàn đh hồi: 2 II Thế đàn hồi: • Định nghĩa: Mọi vật biến dạng có khả sinh công, nghĩa vật có mang nặng lượng, lượng gọi đàn hồi • Biểu thức đàn hồi: Wđh = kx Với: • k độ cứng lò xo (N/m) • x độ biến dạng (m) Đơn vị đàn hồi J 11 I Công lực đàn hồi: kx1 kx A12 = − 2 II Thế đàn hồi: Wđh = kx II Thế đàn hồi: Chú ý: Thế đàn hồi phụ thuộc vào cách chọn gốc Giá trị sai khác số cộng tùy thuộc vào cách chọn gốc 12 I Công lực đàn hồi: kx1 kx A12 = − 2 II Thế đàn hồi: Wđh = kx A12 = Wđh1 − Wđh2 II Thế đàn hồi: • Mối liên hệ: Công lực đàn hồi độ giảm đàn hồi: A12 = Wđh1 − Wđh2 Ý nghĩa: - Khi biến dạng giảm vật biến dạng đàn hồi sinh công dương (công phát động) - Khi biến dạng tăng vật biến dạng sinh công âm (công cản) 13 CỦNG CỐ • Thế đàn hồi gì? Biểu thức • Biểu thức tính công lực đàn hồi • Mối liên hệ công lực đàn hồi đàn hồi 14 VẬN DỤNG: Bài tập trang 171 F = 3N; |x|= 2cm a) k = ? b) Wđh = ? c) x1 = 2cm đến x2 = 3,5cm ⇒ A = ? Chọn gốc tọa độ vị trí lò xo không biến dạng, chiều dương theo chiều lò xo dãn a) Độ cứng lò xo: F k= = = 150 N / m x 0.02 b) Thế đàn hồi: Wdh 1 = kx = 150(0, 02) = 0, 03J 2 c) Công lực đàn hồi: kx12 kx 22 150 A12 = − = (0, 0022 − 0, 0352 ) ≈ −0, 062J 2 15 ỨNG DỤNG 16 ỨNG DỤNG 17 Các em nhà học làm tập lại SGK Xem trước bài: “Định luật bảo toàn năng” 18 Khi bắn cung, năng lượng làm cho mũi tên bay đi tồn tại dưới dạng nào ? Khi nào mới xuất hiện dạng năng lượng này ? Năng lượng này có những đặc điểm gì ? Quan sát hình vẽ. BÀI 36: THẾ NĂNG ĐÀN HỒI 1. Công của lực đàn hồi Khi nào xuất hiện lực đàn hồi ? Khi vật bị biến dạng đàn hồi. Khi vật xuất hiện lực đàn hồi cũng là lúc vật đã dự trử một năng lượng. Dạng năng lượng này chính là thế năng đàn hồi. Vậy: mọi vật khi biến dạng đàn hồi đều có thế năng đàn hồi. Lấy một vài ví dụ về vật có dự trử thế năng đàn hồi ? Sào mềm của vận động viên nhảy sào, cầu nhảy mềm khi bị uốn cong, lò xo giảm sóc của xe gắn máy khi bị nhún, dây thiều của đồng hồ quả lắc… 1. Công của lực đàn hồi O x F  2 2 1 2 12 kx kx A 2 2 = − O x F x 1 x 2 Δx kx Công nguyên tố: ΔA = FΔx = - kx Δx Công toàn phần: Giả sử chất điểm di chuyển từ vị trí lò xo có độ giãn x 1 đến chỗ có độ giãn x 2 > x 1 . Lúc này lực đàn hồi thực hiện công âm Xét một con lắc lò xo, gồm một vật nhỏ khối lượng m gắn ở đầu một lò xo nằm ngang, đầu kia của lò xo được giữ cố định. 1. Công của lực đàn hồi 2 2 1 2 12 kx kx A 2 2 = − 2. Thế năng đàn hồi Ta có thể định nghĩa thế năng đàn hồi bằng biểu thức Công của lực đàn hồi: ⇒ A 12 = W đh1 – W đh2 Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi 2 kx 2 W đh = O x F  1. Công của lực đàn hồi 2. Thế năng đàn hồi Ghi chú • Thế năng đàn hồi cũng phụ thuộc cách chọn mốc tính thế năng. Giá trị của thế thế năng sai khác một hằng số tùy thuộc cách chọn mốc thế năng • Đơn vị của thế năng đàn hồi là jun(J) Tóm tắt bài toán ? Sử dụng những công thức nào để giải bài toán ? Luyện tập Bài tập 1 trang 171 F = 3N Δl = 2cm a) k = ? b)W đh = ? c) x 1 = 2cm đến x 2 = 3,5cm A = ? a) Độ cứng của lò xo: F 3 k 150N / m l 0,02 = = = ∆ 2 2 dh 1 1 W kx 150(0,02) 0,03J 2 2 = = = b) Chọn mốc thế năng là vị trí lò xo không biến dạng, khi x = 2cm: c) Công của lực đàn hồi: 2 2 2 2 1 2 12 kx kx 150 A (0,002 0,035 ) 2 2 2 0,062J = − = − ≈ − Bài : 36 THẾ NĂNG ĐÀN HỒI 1. MỤC TIÊU 1.1. Kiến thức: - Nắm được k/n thế năng đàn hồi như một năng lượng dự trữ để tính công của vật khi biến dạng, từ đó suy ra biểu thức của thế năng đàn hồi. - Biết cách tính công do lực đàn hồi thực hiện khi biến dạng, từ đó suy ra biểu thức lực đàn hồi. - Nắm vững mối quan hệ: công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi. - Hiểu bản chất thế năng đàn hồi là do tương táclực đàn hồi ( lực thế) giữa các phần tử của vật biến dạng đàn hồi. - Nắm vững và biết áp dụng phương pháp đồ thị để tính công của lực đàn hồi. Hiểu rõ ý nghĩa của phương pháp này, sử dụng khi lực biến đổi tỉ lệ với độ biến dạng. Liên hệ các VD thực tế để giải thíchđược khả năng sinh công của vật (hoặc hệ vật) biến dạng đàn hồi. 1.2. Kĩ năng: - Nhận biết vật có thế năng đàn hồi. - Tìm thế năng đàn hồi của lò xo hoặc vật biến dạng tương tự. 1.3. Thái độ (nếu có): 2. CHUẨN BỊ 2.1. Giáo viên: - Dụng cụ thí nghiệm: lò xo, dây cao su, thanh tre… -Một số hình vẽ trong bài. 2.2. Học sinh: -Khái niệm thế năng, thế năng trọng trường. - Lực đàn hồi, công của trọng lực. - Chuẩn bị thí nghiệm, dây cao su… 3. TIẾN TRÌNH DẠY, HỌC Hoạt động 1 ( phút): kiểm tra bài cũ Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Thế năng là gì? Viết biểu thức của thế năng trong trường trọng lực. - Nêu câu hỏi. - Yêu cầu HS trả lời. - Nhận xét câu trả lời. Hoạt động 2 ( phút): Công của lực đàn hồi Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Đọc phần 1 SGK, tìm hiểu công của lực đàn hồi. - Tìm công bằng phương pháp đồ thị. - Nêu nhận xét: Lực đàn hồi cũng là lực thế. Công thức (36.2). - Trả lời câu hỏi C1, C2. - Yêu cầu HS đọc SGK và tìm hiểu công của lực đàn hồi. - Hướng dẫn HS tìm công thức (36.2). - Nêu câu hỏi C1,C2. - Nhận xét câu trả lời. Hoạt động 3 ( phút): Thế năng đàn hồi. Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Đọc phần 2 SGK, tìm hiểu độ giảm - Yêu cầu học sinh đọc phần 2 SGK. thế năng đàn hồi. - Ghi nhận công thức (36.3) và (36.4). - Hướng dẫn HS các công thức tính. - Nhận xét câu trả lời. Hoạt động 4 ( phút): Vận dụng, củng cố. Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Trả lời các câu hỏi trắc nghiệm theo nội dung câu 1- 3 SGK. - Thảo luận, trình bày đáp án. - Yêu cầu HS nêu nhận xét về thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. - Nhận xét các phương án trả lời. - Đánh giá, nhận xét kết quả giờ dạy. Hoạt động 5 ( phút): Hướng dẫn về nhà. Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Những sự chuẩn bị cho bài sau. - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. 4. RÚT KINH NGHIỆM BÀI 36. THẾ NĂNG ĐÀN HỒI I MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Nắm được khái niệm thế năng đàn hồi - Biết cách tính công của lực đàn hồi khi vật bị biến dạng. - Nắm được định l í thế năng. - Hiểu bản chất của thế năng đàn hồi. - Nắm vững và áp dụng phương pháp đồ thị để tính công của lực đàn hồi. 2. Kỹ năng - Nhận biết vật có thế năng đàn hồi - Vận dụng được công thức xác định thế năng để giải bài tập. II CHUẨN BỊ 1 Giáo viên - Dụng cụ thí nghiệm:lò xo, dây cao su, thanh tre - Một số hình vẽ trong bài. 2 Học sinh - Khái niệm về thế năng, thế năng trọng trường. - Lực đàn hồi, công của trọng lực. 3. Gợi ý ứng dụng công nghệ thông tin. - Mô phỏng thế năng đàn hồi của một số vật - Hình ảnh bắn cung. III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Hoạt động 1: Công của lực đàn hồi. - Yêu cầu hs đọc SGk và tìm hiểu công của lực đàn hồi. - Hướng dẫn hs tìm công thức (36.2). - Nêu câu hỏi C1, C2. - Đọc phần 1 SGk, tìm hểiu công của lực đàn hồi. - Tìm công bằng phương pháp đồ thị. - Nêu nhận xét: Lực đàn hồi cũng là lực thế. 1. Công của lực đàn hồi * Mọi vật biến dạng đàn hồi đếu có khả năng sinh công, tức là mang năng lượng. Năng lượng này được gọi là thế năng đàn hồi. * Công của lực đàn hồi: - Nhận xét câu trả lời. Công thức (36.2). - Trả lời câu C1, C2. 2 2 1 2 12 2 2 kx kx A   Công này phụ thuộc vào các độ biến dạng của lò xo, vậy lực đàn hồi cũng là lực thế. Hoạt động 2: Thế năng đàn hồi. - Hướng dẫn học sinh các công thức tính. - Nhận xét câu trả lời của hs. - Đọc phần 2 SGK và tìm hiểu về khái niệm thế năng đàn hồi, độ giảm của thế năng đàn đồi. - Ghi nhận công thức (36.3) và (36.4). 2. Thế năng đàn hồi * Thế năng đàn hồi của một vật gắn vào đầu lò xo có độ biến dạng x bằng: 2 2 1 kxW đh  , k là độ cứng của lò xo. * Định lí thế năng: Công A của lực thế bằng độ giảm thế năng: 21 12 đhđh WWA  * Thế năng đàn hồi cũng được xác định sai kém bằng một hằng số cộng tuỳ theo cách chọn gốc toạ độ ứng với vị trí cân bằng. Hoạt động 4: Vận dụng, củng cố - Yêu cầu hs nhận xét về thế năng trọng trường và tếh năng đàn hồi. - Nhận xét về phương án trả lời. - trả lời câu hỏi trắc nghiệm theo nôi dung câu 1 – 3 SGK. - Thảo luận và trình bày đáp án. Bài 29 THẾ NĂNG ĐÀN HỒI I. MỤC TIÊU - Nắm được khái niệm thế năng đàn hồi nhu là một năng lượng dự trữ để sinh công của vậ khi biến dạng. - Biết cách tính công do lực đàn hồi thực hiện khi vật biến dạng, từ dó suy ra biểu thức tính thế năng đàn hồi. - Nắm vững mối quan hệ công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi. - Hiểu bản chất của thế năng đàn hồi là do tương tác lực đàn hồi- lực thế- giữa các phần tử của vật biến dạng đàn hồi. - Nắm vững và áp dụng thành thạo phương pháp đồ thị để tính công của lực đàn hồi. Hiểu rõ ý nghĩa của phương pháp này. Liên hệ các thí dụ thực tế để giải thích được khả năng sinh công của vật (hoặc hệ vật) biến dạng đàn hồi. II. CHUẨN BỊ - Tranh và Thước III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC  Ổn định lớp học 1) Kiểm tra bài củ : + Câu 01 : Nêu các đặc điểm của thế năng ? Thế năng và động năng có gì khác nhau ? + Câu 02 : Định nghĩa lực thế ? Thế năng liên quan đến lực thế như thế nào ? 2) Nội dung bài giảng :  Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh GV : Ta trở lại thí dụ ở bài học trước, khi dây cung bị biến dạng, nó có thể sinh ra công tác dụng lên mũi tên làm mũi tên bay xa. Khi đó ta nói dây cung bị biến dạng có mang năng lượng, năng lượng được gọi là thế năng đàn hồi. Để tìm hiểu về dạng năng lượng này, trước hết chúng ta hãy tính công của lực đàn hồi ! I. CÔNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI GV : Em hãy nhắc lại công thức tính Có một số vật khi bi ến dạng đều có khả năng sinh công, tức l à mang một năng lượng, được gọi là th ế năng đàn hồi. I. CÔNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI - Xét một con lắc lò xo g ồm một quả cầu nhỏ khối lư ợng m gắn ở lực đàn hồi ? HS : Fđh = k.l GV : Xét một con lắc lò xo gồm một quả cầu nhỏ khối lượng m gắn ở đầu một lò xo nằm ngang, đầu kia của lò xo được giữ cố định, di chuyển từ điểm B có tọa độ x 1 đến vị trí C có toạ độ x 2 so với gốc toạ độ O là vị trí cân bằng của đầu tự do của lò xo khi lò xo không biến dạng. GV : các em cho biết công do lực đàn hồi tác dụng lên vật khi nó dịch chuyển từ B đến C ? HS : AAB =  A =  F.x =  - kx x GV : AAB = - 2 2 1122 xkxxkx  = 2 2 2 2 2 1 kxkx  Hs : Qua biểu thức trên các em nhận xét như thế nào về công của lực đàn hồi ? đầu một lò xo n ằm ngang, đầu kia của lò xo đư ợc giữ cố định, di chuyển từ điểm B có tọa độ x 1 đ ến vị trí C có toạ độ x 2 so v ới gốc toạ độ O là v ị trí cân bằng của đầu tự do của lò xo khi lò xo không bi ến dạng. - Công do lực đàn hồi tác dụng l ên vật khi nó dịch chuyển từ B đến C. AAB =  A =  F.x =  - kx x AAB = - 2 2 1122 xkxxkx  = 2 2 2 2 2 1 kxkx  * Nhận xét : Công của lực đ àn hồi không phụ thuộc hình d ạng đường đi mà ch ỉ phụ thuộc các vị trí đầu và cuối. Vậy lực đàn hồi l à lực thế. II. THẾ NĂNG ĐÀN HỒI 1/ Thế năng đàn hồi : HS : Công của lực đàn hồi không phụ thuộc hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc các vị trí đầu và cuối. II. THẾ NĂNG ĐÀN HỒI 1/ Thế năng đàn hồi : GV :      _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ AAB = Wdh 1 – Wdh 2  GV : Từ biểu thức trên các em nhận xét như thế nào về công của lực đàn hồi. HS : Công của lực đàn hồi bằng hiệu thế năng tại vị trí đầu và vị trí cuối, tức là bằng độ giảm thế năng. 2/ Đặc điểm : GV :      - Ta có : AAB = 2 2 2 2 2 1 kxkx  - Đặt Wdh = 2 2 kx ( thế năng đàn h ồi ) AAB = Wdh 1 – Wdh 2 - Trong đó : + x 1 > x 2 : gi ảm biến ... vào độ biến dạng đầu cuối lò xo, lực đàn hồi lực 10 I Công lực đàn đànồi: hồi: kx1 kx A12 = − 2 II Thế đàn hồi: II Thế1 năng W = kx đàn đh hồi: 2 II Thế đàn hồi: • Định nghĩa: Mọi vật biến dạng... lượng gọi đàn hồi • Biểu thức đàn hồi: Wđh = kx Với: • k độ cứng lò xo (N/m) • x độ biến dạng (m) Đơn vị đàn hồi J 11 I Công lực đàn hồi: kx1 kx A12 = − 2 II Thế đàn hồi: Wđh = kx II Thế đàn hồi: ... ý: Thế đàn hồi phụ thuộc vào cách chọn gốc Giá trị sai khác số cộng tùy thuộc vào cách chọn gốc 12 I Công lực đàn hồi: kx1 kx A12 = − 2 II Thế đàn hồi: Wđh = kx A12 = Wđh1 − Wđh2 II Thế đàn hồi: