Định luật bảo toàn cơ năng

March 17, 2009 THPT NGUYỄN THỊ MINH KHAI BÀI 37:ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG I.Mục tiêu Kiến thức Kỹ năng 1. Chứng minh được cơ năng được bảo toàn trong các trường hợp trọng lực và lực đàn hồi 2. Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng 3. Thiết lập được mối quan hệ giữa độ biến thiên cơ năng và công của lực không phải là lực thế 1. Phân tích và tổng quát để đi tới chứng mình định luật bảo toàn cơ năng 2. Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng và định lí biến thiên cơ năng để giải các bài tập II.Chuẩn bị Chuẩn bị của GV Chuẩn bị của Hs -Đồ thị biến diễn định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lưc -Đồ thị biểu diễn định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp của lực đàn hồi -Định lí động năng -Định lí thế năng II.Tổ chức dạy học 1.Hoạt động 1:Kiểm tra bài cũ (5 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Câu hỏi 1:Phát biểu định lí động năng và viết biểu thức toán học của định lí động năng Câu hỏi 2:Phát biểu định lí thế năng và viết biểu thức toán học của định lí thế năng? H1:Trả lời câu hỏi 1: -Đọ biến thiên động năng bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật -Biểu thức toán học là H2:Trả lời câu hỏi 2: -Độ giảm hoặc thế năng của vật bằng công của lực thế tác dụng lên vật -Biểu thức toàn học là 1)Định lí động năng (1) 2)Định lí thế năng (2) 2.Hoạt động 2:Đặt vấn đề,giới thiệu bài mới (10 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Nhiệm vụ của vật lí là tìm hiểu quy luật,định luật vận động của vật chất.Để tìm quy luật ấy,các nhà vật lí thường đi theo 2 cách *Cách 1: Quan sátTính toánPhát biểu,tuyên bố định luật (Vật lí thực nghiệm) *Cách 2: ĐH QUỐC GIA HÀ NỘI Page 1 March 17, 2009 THPT NGUYỄN THỊ MINH KHAI Tính toánphát biểuKiểm nghiệm (Vật lí lý thuyết) -Cha đẻ của vật lí thực nghiệm là Ga-li-lê với thí nghiệm nổi tiếng ở ( ở đâu hả các em??) tháp nghiêng Piza.Ta cũng có thể kể tới Newton khi ông quan sát (Cái gì rụng?) quả táo rụng và khám phá ra định luật vạn vật hấp dẫn.Hôm nay thầy cũng có một thí nghiệm.Các em hãy quan sát và mô tả hiện tượng mà các em nhìn thấy -Thầy có một khẩu phấn,thầy tung nó lên.Các em có quan sát thấy hiện tượng gì không? (Hs chẳng thấy hiện tượng gì cả,vì đôi mắt các em còn ngây thơ lắm!) *Hiện tượng: -Hiện tượng 1:Viên phấn đi lên lại rơi xuống Vạn vật hấp dẫnĐã được khám pháChúng ta không có gì cần làm với hiện tượng này -Hiện tượng 2:Chiều cao tăng thì vận tốc giảm,vận tốc tăng thì chiều cao giảm Đích thực vận tốc và chiều cao có mối quan hệVật rơi tự doĐã được khám pháChúng ta chẳng có gì cần làm với mối quan hệ này cả! Vấn đề là đâu đây?Hãy tư duy theo cách khác đi,vận tốc liên quan tới đại lượng nào? chiều cao liên quan tới đại lượng nào? (bỏ qua lực cản môi trường!) -Tốt!Vận tốc tăngĐộng năng tăng,chiều cao giảmThế năng giảm:Động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lạiChúng có quan hệ với nhauChưa một ai khám phá ra điều nàyChúng ta đã có việc để làm.Hãy tìm mối liên hệ đó.Chúng ta đã quan sát,bây giờ cần tính H1:Quan sát thí nghiệm,phát hiện ra hiện tượng quan sát thấy (Đang tuổi chơi,không thấy gì cả,cùng lắm cười ồ lên) H2:Trả lời câu hỏi của thầy -Vận tốc liên quan tới Động năng -Chiều cao liên quan tới Thế năng ĐH QUỐC GIA HÀ NỘI Page 2 March 17, 2009 THPT NGUYỄN THỊ MINH KHAI toán 3.Hoạt động 3:Định luật bảo toàn cơ năng (15 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung G1:Nêu bài toán -Trong bài toán viên phấn,ta xét trường hợp viên phấn rơi từ từ điểm A có độ cao z 1 tới điểm B có độ cao z 2 với vận tốc tại các vị trí tương ứng là v 1 và v 2 .Bỏ qua sức cản của môi trường. Câu hỏi 1:Viện phấn chịu tác dụng của những lực nào?Hãy tính công của các lực đó Câu hỏi 2:Có thể tĩnh công A 12 theo cách khác được không?Nhớ rằng trọng lực vừa là ngoại lực vừa là lực thế! G2:Nhận xét và đánh giá -Tốt lắm!Tổng động năng và thế năng (Trong chương trình phổ thông thì tổng đó được gọi là gì nhỉ?) tại điểm A bằng tổng động năng và thế năng tại điểm B -Biểu thức 3 cho ta mối quan hệ giữa động năng và thế năng.Tổng của chúng là cơ năng được bảo toàn.Tính toán hoàn toàn phù hợp với quan sát thí nghiệm -Hãy phát biểu định luật bảo toàn Cơ năng (trường hợp trọng lực!) đi? G3:Nêu trường hợp lực đàn hồi -Với trường hợp vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi thì người ta cũng thu được kết quả như vậy,tức là Cơ năng được bảo toàn H1:HS giải bài toán -Viên phấn chịu tác dụng của trọng lực -Công của trọng lực (1) -Mặt khác ta cũng có (2) do A 12 (1) = A 12 (2),nên ⇔ (3) ⇔ (3) -tổng động năng và thế năng được gọi là Cơ năng H2:Phát biểu định luật bảo toàn Cơ năng (Trường hợp trọng lực) -Trong quá trình chuyển động nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực,động năng có thể chuyển hóa thành cơ năng và ngược lại,và tổng của chúng,tức là cơ năng được bảo toàn (không đổi theo thời gian) 1.Định luật bảo toàn cơ năng a)Trường hợp trọng lực -Xét viên phấn rơi từ từ điểm A có độ cao z 1 tới điểm B có độ cao z 2 với vận tốc tại các vị trí tương ứng là v 1 và v 2 .Bỏ qua sức cản của môi trường. -Áp dụng định lí động năng ta có (1) -Áp dụng định lí biến thiên thế năng trong trường hợp lực trọng trường,ta có (2) -do A 12 (1) = A 12 (2),nên ⇔ (3) ⇔ *Kết luận -Trong quá trình chuyển động nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực,động năng có thể ĐH QUỐC GIA HÀ NỘI Page 3 March 17, 2009 THPT NGUYỄN THỊ MINH KHAI G4:Yêu cầu HS phát biểu dạng tổng quát cho định luật bảo toàn cơ năng G5:Nêu câu hỏi C1,C2,yêu cầu HS trả lời câu hỏi -Chú ý:Định luật bảo toàn cơ năng vấn đúng trong trường hợp vật ngoài chịu tác dụng của lực thế mà còn chịu tác dụng của lực bất kì F và công của lực F bằng 0 H4:Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng H5:TRả lời câu hỏi C1,C2 (SGK-173) C1:từ biểu thức Cho z 2 = 0,v 1 = 0,ta được V 2 = C2:Vật có khối lượng m trong bài toán con lắc đơn chịu tác dụng của trọng lực và lực căng dây.Lực căng dây luôn vuông góc với độ dời của vật.Do đó công của nó bằng 0 và chỉ có trọng lực là lực thế mới sinh công.Do đó ta có thể áp dụng định luật bảo toàn cơ năng chuyển hóa thành cơ năng và ngược lại,và tổng của chúng,tức là cơ năng được bảo toàn (không đổi theo thời gian) b)Trường hợp lực đàn hồi c)Định luật bảo toàn cơ năng - Cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng của lực thế luôn được bảo toàn (5) 4.Hoạt động 4:Biến thiên cơ năng.Công của lực không phải lực thế (10 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Đặt vấn đề:Trong các bài toán thực thế,phần lớn các vật không những chịu tác dụng của lực thế mà còn chịu tác dụng của các lực không phải là lực thế (lực ma sát,lực càn…).Vậy cơ năng của vật trong những trường hợp này có được bảo toàn hay không? Để trả lời cho câu hỏi này ta đi xét bài toán viên phấn rơi tự do nhưng có tính tới lực cản không khí Câu hỏi 1:Lực tác dụng lên vật? H6:Giải bài toán -Lực tác dụng gồm trọng lực và lực cản không khí -Ngoại lực là 2 lực nói trên -Lực thế là trọng lực Ta có A 12 = A 12 (Trọng lực) + A 12 (lực cản môi trường)= (7) (8) Từ (7) và (8) ta được 2.Biến thiên cơ năng.Công của lực không phải lực thế -Lực tác dụng gồm trọng lực ĐH QUỐC GIA HÀ NỘI Page 4 March 17, 2009 THPT NGUYỄN THỊ MINH KHAI Câu hỏi 2:Ngoại lực gồm những lực nào?Lực thế là lực nào?Tĩnh công của các lực đó G7:Nhận xét và đánh giá -Very good!Nhưng lực cản chỉ là trường hợp của lực không phải là lực thế.Tổng quát lại ta được G8:Yêu cầu HS đưa ra kết luận về độ biến thiên cơ năng (9) H8:Kết luận +Cơ năng của vật không bảo toàn +Công của lực không thế bằng độ biến thiên cơ năng của vật và lực cản không khí -Ngoại lực là 2 lực nói trên -Lực thế là trọng lực Ta có A 12 = A 12 (Trọng lực) + A 12 (lực cản môi trường)= (7) (8) Từ (7) và (8) ta được (9) *Kết luận +Cơ năng của vật không bảo toàn +Công của lực không thế bằng độ biến thiên cơ năng của vật 5.Hoạt động 5:Củng cố và vận dụng (2 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung G9:Nêu bài toán -Chúng ta đi tới định luật bảo toàn cơ năng theo con đường của Vật lí thực nghiệm.Chúng ta cũng có thể đi theo con đường của Vật lí lý thuyết,thông qua biển đổi biểu thức Các em về nhà cố gắng biến đổi biểu thức trên để thu được định luật bảo toàn cơ năng G10:Giao bài tập về nhà H9:Ghi nhận IV:Rút kinh nghiệm giờ dạy ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ĐH QUỐC GIA HÀ NỘI Page 5 March 17, 2009 THPT NGUYỄN THỊ MINH KHAI Giáo sinh Giáo viên hướng dẫn (Ký,ghi rõ họ tên) (Ký,ghi rõ họ tên) ĐH QUỐC GIA HÀ NỘI Page 6 . tổng quát để đi tới chứng mình định luật bảo toàn cơ năng 2. Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng và định lí biến thiên cơ năng để giải các bài tập II.Chuẩn. diễn định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lưc -Đồ thị biểu diễn định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp của lực đàn hồi -Định lí động năng