Soạn thảo tiến trình hoạt động dạy học theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề. Bài 37: Định luật bảo toàn cơ năng. Mục 1: Thiết lập định luật trong trường hợp trọng lực. I. Mục tiêu 1. Kiến thức Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. 2. Kỹ năng Thiết lập được biểu thức định luật bảo toàn cơ năng của một vật trong trọng trường. Thiết kế phương án thí nghiệm kiểm chứng và tiến hành thí nghiệm; xử lí số liệu thu thập được từ thí nghiệm. 3. Phát triển năng lực học sinh Giải quyết vấn đề.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CHƯƠNG TRÌNH
MÔN VẬT LÍ Ở PHỔ THÔNG
Học viên cao học
GVHD
Chuyên ngành
Khóa học
: Lê Vũ Trường Sơn : PGS.TS Phạm Xuân Quế : LL&PPDH môn Vật Lí : K36 – ĐHSP Đà Nẵng
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2018
Trang 21 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết
- Yêu cầu học sinh viết biểu thức tính động năng và thế năng trong trọng trường Từ đó viết biểu thức tính cơ năng.
- Yêu cầu học sinh nêu ví dụ một vật vừa có động năng và có thế năng trong trọng trường.
- Yêu cầu học sinh nêu biểu thức tính công của trọng lực.
- Nhận xét sự biến đổi của động năng và thế năng của một vật rơi tự do (nghĩa là vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, bỏ qua các ngoại lực khác tác dụng lên vật)?
2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết
Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng và thế năng có thay đổi không; nhận xét về mối quan hệ giữa động năng và thế năng; cơ năng của vật như thế nào?
BÀI 37: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG (Mục 1 – Thiết lập định luật trong trường hợp trọng lực)
I Mục tiêu
1 Kiến thức
- Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường.
- Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường.
2 Kỹ năng
- Thiết lập được biểu thức định luật bảo toàn cơ năng của một vật trong trọng trường.
- Thiết kế phương án thí nghiệm kiểm chứng và tiến hành thí nghiệm; xử lí số liệu thu thập được từ thí nghiệm.
3 Phát triển năng lực học sinh
- Giải quyết vấn đề.
II Tiến trình xây dựng đơn vị kiến thức
Trang 33 Giải quyết vấn đề
3.1 Đề xuất giả thuyết
Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại; cơ năng của vật được bảo toàn.
3.2 Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết
a Lắp ráp và bố trí thí nghiệm:
Dụng cụ:
- 1 aMixer MGA.
- 1 bộ thí nghiệm cơ học – Động học (1 cảm biến chuyển động).
Lắp ráp:
- Khởi động MGA bằng cách gạt công tắc On/Off bên hông.
- Kết nối cảm biến chuyển động với thiết bị aMixer MGA Màn hình MGA sẽ tự động nhận dạng cảm biến.
b Tiến hành thí nghiệm:
- Nâng quả bóng lên cao 30cm Rồi nhấn vào biếu tượng để bắt đầu đo Đồng thời thả tay cho quả bóng rơi tự do.
- Nhấn vào biểu tượng để dừng đo ngay khi quả bóng không nảy nữa.
- Màn hình MGA thu được đồ thị chuyển động của quả bóng Phóng to đồ thị để phân tích.
- Nhấn vào biểu tượng để chọn thời điểm quả bóng chạm đất lần 1, màn hình hiển thị khoảng cách của quả bóng đến mặt cảm biến.
Trang 4- Nhấn vào biểu tượng để chọn phương pháp phân tích vi phân động học.
- Nhấn vào biểu tượng để chọn thời điểm nảy của quả bóng, màn hình MGA sẽ hiển thị vận tốc của quả bóng tại thời điểm đó.
- Ghi lại các kết quả vào bảng dữ liệu và nhấn vào biểu tượng để kết thúc quá trình đo.
- Tắt MGA và cất giữ các dụng cụ.
4 Rút ra kết luận
Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và tổng của chúng, tức là cơ năng của vật, được bảo toàn (không đổi theo thời gian).
\
III Các phương pháp và hình thức tổ chức dạy học
- Phương pháp: Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề.
- Hình thức tổ chức dạy học:
+ Dạy học cá nhân: Cá nhân trả lời các câu hỏi ở hoạt động 1, phát biểu định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lực ở hoạt động 2.
+ Dạy học theo nhóm: tổ chức nhóm hoạt động xác định các yêu cầu ở hoạt động 2 như sau: năng lượng của vật ở 2 vị trí (thế năng, động năng); vì sao tại vị trí đang xét lại tồn tại hai năng lượng đó; so sánh tổng động năng và thế năng ở hai vị trí; rút ra điều gì sau khi áp dụng công thức tính công; đưa ra phương án thí nghiệm…
IV Những khó khăn gặp phải trong quá trình tổ chức hoạt động
- Phát hiện ra sự có mặt của công trọng lực trong trường hợp vật giảm độ cao và tăng vận tốc trong quá trình rơi So sánh hai công này.
- Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng.
Trang 5Hoạt động 1: Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát Đề xuất vấn đề
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
Cá nhân trả lời câu hỏi
- Wđ = ; Wt = mgz
W = Wđ + Wt = + mgz
- Học sinh tự cho ví dụ
- A12 = - = -
A12 = - = mgz1 – mgz2
Nhận xét: Khi đó vận tốc tăng dần nên
động năng tăng và độ cao giảm dần nên
thế năng giảm dần, hay có sự thay đổi
qua lại giữa động năng và thế năng
- Yêu cầu học sinh viết biểu thức tính động năng và thế năng trong trọng trường Từ đó viết biểu thức cơ năng
- Yêu cầu học sinh nêu ví dụ một vật vừa
có động năng và có thế năng trong trọng trường
- Yêu cầu học sinh viết biểu thức tính công của trọng lực
- Nhận xét sự biến đổi của động năng và thế năng của một vật rơi tự do (nghĩa là vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, bỏ qua các ngoại lực khác tác dụng lên vật)?
Đặt vấn đề: Sự tăng giảm đó có tuân
theo quy luật nào không?
Hoạt động 2: Xây dựng định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lực
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
Trong bài toán viên phấn có khối lượng m, ta xét trường hợp viên phấn rơi từ điểm
M có độ cao z1
tới điểm N có độ cao z2 với vận tốc
Trang 6- Viên phấn chịu tác dụng của trọng lực.
- Công của trọng lực
A12 = - = -
(1)
- Mặt khác ta cũng có
A12 = - = mgz1 – mgz2 (2)
Do A12 (1) = A12 (2), nên
- = -
+ = +
(3)
+ mgz1 = + mgz2 (4)
- Tổng động năng và thế năng được gọi
là Cơ năng
W = Wđ + Wt
Nhận xét
- Tổng động năng và thế năng tại điểm
M bằng tổng động năng và thế năng tại
điểm N
- Biểu thức 3 cho ta mối quan hệ giữa
tại các vị trí tương ứng là v1 và v2 Bỏ qua sức cản của môi trường
Câu hỏi 1: Viên phấn chịu tác dụng của
những lực nào? Hãy tính công của các lực đó?
Câu hỏi 2: Có thể tính công A12 theo cách khác được không? Nhớ rằng trọng lực vừa
là ngoại lực vừa là lực thế
Có nhận xét gì về kết quả thu được?
Bằng tính toán lí thuyết ta đã rút ra nhận xét như trên Kiểm nghiệm điều này như thế nào?
Định hướng của giáo viên:
- Muốn xác định thế năng trọng trường của vật tại một độ cao ta phải đo đại lượng nào?
- Muốn xác định động năng của vật tại một độ cao z ta phải xác định được đại
Trang 7động năng và thế năng Tổng của chúng
là cơ năng được bảo toàn
- Phải xác định được khối lượng m của
vật, độ cao z so với mốc, gia tốc trọng
trường g
- Phải xác định được khối lượng m của
vật, vận tốc của vật ở độ cao đó
- Học sinh tiếp nhận thông tin và suy
nghĩ các phương án
- Học sinh chú ý quan sát giáo viên làm
thí nghiệm.
lượng nào?
- Đo vận tốc bằng cách nào? Yêu cầu học sinh đề xuất các phương án để đo vận tốc rơi của vật
Giáo viên có thể gợi ý: Sử dụng bộ thí nghiệm Cơ học – Động học (1 cảm biến chuyển động)
- Giáo viên tiến hành làm thí nghiệm
* Lắp ráp và bố trí thí nghiệm:
Dụng cụ:
- 1 aMixer MGA
- 1 bộ thí nghiệm cơ học – Động học (1 cảm biến chuyển động)
Lắp ráp:
- Khởi động MGA bằng cách gạt công tắc On/Off bên hông
- Kết nối cảm biến chuyển động với thiết
bị aMixer MGA Màn hình MGA sẽ tự động nhận dạng cảm biến
* Tiến hành thí nghiệm:
- Nâng quả bóng lên cao 30cm Rồi nhấn vào biếu tượng để bắt đầu đo Đồng thời thả tay cho quả bóng rơi tự do
Trang 8- Nhấn vào biểu tượng để dừng đo ngay khi quả bóng không nảy nữa
- Màn hình MGA thu được đồ thị chuyển
động của quả bóng Phóng to đồ thị để phân tích
Trang 9- Nhấn vào biểu tượng để chọn thời điểm quả bóng chạm đất lần 1 màn hình hiển thị khoảng cách của quả bóng đến mặt cảm biến
- Nhấn vào biểu tượng để chọn phương pháp phân tích vi phân động học
Trang 10- Nhấn vào biểu tượng để chọn thời điểm nảy của quả bóng màn hình MGA sẽ hiển thị vận tốc của quả bóng tại thời điểm đó
- Ghi lại các kết quả vào bảng dữ liệu và nhấn biểu tượng để kết thúc quá trình đo
- Tắt MGA và cất giữ các dụng cụ
- Hãy phát biểu định luật bảo toàn Cơ năng (trường hợp trọng lực)?
Trang 11- Học sinh chú ý kết quả thu được từ thí
nghiệm
- Học sinh nhận xét: W = const
- Cá nhân phát biểu
Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ
chịu tác dụng của trọng lực, động năng
có thể chuyển thành thế năng và ngược
lại, và tổng của chúng, tức là cơ năng
của vật, được bảo toàn (không đổi theo
thời gian)