- Vận dụng được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trường lực thế bất kì và biến thiên cơ năng để giải các bài toán.. - Hiểu và nêu được ví dụ về sự chuyển hóa giữ[r]
(1)1
Bài 37 ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN CƠ NĂNG ( Chương trình lớp 10 nâng cao)
I Mục tiêu Kiến thức
- Phát biểu thiết lập định luật bảo toàn vật chuyển động trọng trường
- Phát biểu viết định luật bảo toàn vật chuyển động tác dụng lực đàn hồi - Phát biểu định luật bảo toàn tổng quát
- Phát biểu viết công thức định lí biến thiên năng, cơng lực khơng phải lực Kĩ
- Vận dụng định luật bảo toàn vật chuyển động trường lực biến thiên để giải toán
- Hiểu nêu ví dụ chuyển hóa động dạng lượng thực tiễn sống
3 Thái độ
(2)2
II Chuẩn bị Giáo viên
- Thí nghiệm ảo mơ chuyển động lắc đơn, tranh ảnh liên quan - Hệ thống câu hỏi, tập vận dụng
2 Học sinh
- Ơn lại “Động Định lí động năng”, “Thế Thế trọng trường”, “Thế đàn hồi” để nắm lại cơng thức tính tốn
- Đọc “Định luật bảo toàn năng” III Phương pháp
- Phương pháp đàm thoại nêu vấn đề - Phương pháp diễn giải
IV Tiến trình dạy học
Hoạt động thầy Hoạt động
trò
Nội dung dạy học Kĩ
Hoạt động 1: Ổn định lớp, kiểm tra cũ (2 phút)
- Ổn định, kiểm tra sĩ số - Kiểm tra cũ
+ Yêu cầu học sinh nêu định nghĩa động năng? Viết cơng thức tính động năng? Giải
- ổn định - trả bài, ôn tập kiến thức
Wđ =
(3)3
thích đại lượng?
+ Yêu cầu học sinh nêu định nghĩa năng? Viết công thức tính trọng trường, đàn hồi? Giải thích đại lượng?
- Nhận xét, đánh giá - lắng nghe
Wt = mgz
Wđh =
2 2kx
Kĩ
giải tập, hệ thống kiến thức học
Hoạt động 2: Đặt vấn đề (3 phút)
- Ở lớp ta có học:
+ Động hai dạng lượng nào?
+ Khi vật có năng? Cho ví dụ
+ Mối liên hệ năng, động năng?
- Nhận xét, kết luận:
Cơ có hai dạng động Khi vật có khả thực cơng, ta nói vật có Cơ tổng động
- Cho lớp quan sát chuyển động lắc đơn thử xem tồn dạng lượng nào? Nhận xét chuyển động
- phát biểu + + vật có khả thực cơng, ta nói vật có
+
bằng tổng
động - lắng nge
- quan sát, phát biểu
W = Wđ + Wt Kĩ
giải tập, kĩ nói,
kĩ
(4)4
- Nhận xét, kết luận:
Ta thấy sau thả, vật qua vị trí cân bằng, tức vị trí trùng với phương thẳng đứng dây, tiếp tục lên dừng lại độ cao độ cao ban đầu (góc lệch khơng đổi); sau đó, vật lại xuống qua vị trí cân bằng, tiếp tục lên Q trình lặp lặp lại gọi dao động Nó tồn dạng lượng động
- Yêu cầu học sinh trả lời: Vậy q trình chuyển động, em có dự đốn thay đổi động năng?
- Nhận xét, kết luận: Động liên tiếp thay đổi biến thiên liên tục - Vậy ta xét xem có mối quan hệ độ biến thiên hai dạng lượng Đi vào học hôm
- ý lắng nghe
- Động liên tiếp thay đổi
- ghi nhận - ý lắng nghe, tư
Bài 37 Định luật bảo toàn
Hoạt động 3: Thiết lập định luật bảo toàn trường hợp trọng lực (15 phút)
A Thiết lập định luật bảo toàn trường hợp trọng lực:
- Xét vật có khối lượng m rơi tự do, bỏ qua sức cản khơng khí
- u cầu học sinh xác định lực tác dụng lên vật Nó có phải lực khơng?
- Nhận xét, kết luận: trọng lực, lực
- quan sát - trọng lực, lực
- ghi nhận
1 Thiết lập định luật a Trường hợp trọng lực
(5)5
thế
- u cầu học sinh tính cơng trọng lực dựa vào định lí động cơng trọng lực độ giảm vật qua A B
- Yêu cầu học sinh so sánh hai giá trị công trọng lực đó, rút biểu thức gì? Nhận xét
- Nhận xét, kết luận:
A, B hai vị trí vật q trình chuyển động, vật vị trí lại
- Từ đó, kết luận vật bảo tồn (khơng đổi theo thời gian) trình chuyển động
- u cầu học sinh dự đốn q trình biến đổi động trình vật rơi, bỏ qua sức cản khơng khí
- Nhận xét, phân tích:
+ Chọn gốc mặt đất (O)
+ Tại vị trí thả (I): vật đứng yên, vận tốc vật 0, động vật
+ Từ vị trí thả (I), vật chuyển động tác dụng trọng lực nên vận tốc vật tăng dần, động tăng dần; chiều cao vật
- phát biểu xây dựng
- phát biểu xây dựng
- ghi nhận
- ghi nhận
- phát biểu xây dựng - quan sát, ý lắng nghe, ghi nhận học
AAB = WđB− WđA =
2 2 B A mv mv
AAB = WtA– WtB = mgzA– mgzB
2
2
B A mv mv
=mgzAmgzB
2 2 A B A B mv mv mgz mgz
WA W B
W = Wđ + Wt =
2
2mv + mgz = số
Kĩ
(6)6
so với gốc chọn giảm dần, giảm dần
+ Tại mặt đất: chiều cao vật so với gốc năng: h = 0, vật + Mà tổng động
+ Do đó: vị trí thả vật cực đại vật, động vật 0; mặt đất động vật cực đại vật, vật trình rơi tự do, động tăng dần đồng thời giảm dần
Tại A: W = WtA = Wtmax = mgzmax; WđA =
Tại O: W = WđO = Wđmax = (mv2max) /2; WtA
=
B Đánh giá mối quan hệ độ biến thiên động
- Xét A O (ở trên), ta thấy rằng:
Toàn vật A chuyển hóa thành động vật O, giá trị vật, hay ∆WđAO = −∆WtAO
- Xét lại hai công thức tính cơng trọng lực thực trên:
AAB = WđB− WđA = ∆WđAB
AAB = WtA– WtB = −∆WtAB
∆WđAB = −∆WtAB
Cho học sinh thấy được: độ giảm
- ý quan sát, tiếp thu học
- tiếp thu học
∆Wđ = −∆Wt
(dấu trừ thể giảm)
(7)7
của vật độ tăng động vật công trọng lực thực vật qua A B Hay chuyển hóa thành động vật, bảo tồn Đó nội dung định luật bảo toàn
- Yêu cầu học sinh phát phiểu nội dung công thức định luật bảo toàn trường hợp trọng lực
- Nhận xét, kết luận học
- Yêu cầu học sinh quan sát (Hình 37.3) để thấy mối liên hệ độ biến thiên động vật Vẽ lại phân tích đồ thị kiểm nghiệm hai nội dung kiến thức vừa học Lưu ý trường hợp thảy vật lên từ mặt đất, chọn gốc vị trí thảy áp dụng định luật bảo tồn
- Yêu cầu lớp hoàn thành C1 Gọi học sinh lên bảng trình bày
- Nhận xét, sửa C1 cho hoàn chỉnh:
- phát biểu
- ghi nhận
- ý quan sát
- suy nghĩ, phát biểu - ý lắng
- Trong trình chuyển động, vật chịu tác dụng trọng lực, động chuyển hóa thành ngược lại, tổng chúng, tức vật, bảo tồn (khơng đổi theo thời gian)
W = Wđ + Wt =
2
2mv + mgz = số
(8)8
+ Chọn gốc mặt đất (O) + Tại vị trí thả vật: W1 = Wtmax = mgh
+ Tại mặt đất: W2 = Wđmax =
2 2mv
(v vận tốc vật chạm đất) + Áp dụng định luật bảo toàn năng:
W1 = W2
2
2
mgh mv v gh
- Thông báo cho lớp: Cơ hệ vật – Trái Đất (hệ kín, tương tác lực thế) bảo toàn
nghe, ghi
nhận học
- ghi nhận học
Hoạt động 4: Thiết lập định luật bảo toàn trường hợp lực đàn hồi định luật bảo toàn tổng quát (10 phút)
- Nhắc lại ví dụ lắc lò xo trước: tác dụng lực đàn hồi, bỏ qua ma sát, vật gắn lò xo thực dao động quanh O (O gọi vị trí cân bằng) Tức kéo vật đến x0
trong giới hạn đàn hồi lò xo, buông nhẹ cho vật chuyển động tự Nhờ lực đàn hồi, vật chuyển động qua O đến vị trí
−x0 lại quay vị trí O, q trình lặp
lại Để ý điều kiện giới hạn đàn hồi lò xo
- xem nhớ lại học trước, lắng nghe
(9)9
- Đặt câu hỏi: Lực đàn hồi thuộc vào dạng nào? Hệ có phải hệ kín hay khơng? Vậy có tn theo định luật bảo tồn không?
- Nhận xét, kết luận:
Lực đàn hồi lực thế, bỏ qua ma sát vật với khơng khí hệ vật xét hệ kín, mà định luật bảo toàn áp dụng trường hợp
- Yêu cầu học sinh phát biểu đọc cơng thức định luật bảo tồn cho trường hợp lực đàn hồi
- Nhận xét, kết luận học
- Đối với toán dao động lò xo, em nên ý:
+ Vị trí x0 gọi vị trí biên phải
+ Vị trí −x0 gọi vị trí biên trái
+ Tại O gọi vị trí cân
- Yêu cầu học sinh dự đoán giá trị đàn hồi động vật vị trí đặc biệt
- Yêu cầu học sinh quan sát hình 37.4 để thấy rõ trả lời cho dự đốn em
- Thơng báo định luật bảo toàn tổng quát
- phát biểu xây dựng
- lắng nghe
- phát biểu
- lắng nghe
- ý lắng nghe, ghi nhớ
- phát biểu xây dựng - quan sát, lắng nghe - ghi nhận học
- Nội dung: (SGK) W = Wđ + Wđh =
1
2mv +
2kx =
số
c Định luật bảo toàn tổng quát: Cơ vật chịu tác dụng
Kĩ
(10)10
- Yêu cầu học sinh nêu ví dụ chuyển hóa động
- Nhận xét, chỉnh sửa, bổ sung :
a Mũi tên bắn từ cung: từ cánh cung chuyển hóa thành động mũi tên
b Nước từ đập cao chảy xuống: nước chuyển hóa thành động
c Nhảy xa vận động viên: động chuyển hóa thành
- Yêu cầu lớp hoàn thành C2 Gọi học sinh đứng chỗ trả lời
- Nhận xét, kết luận:
+ Có thể áp dụng điều kiện bỏ qua lực cản khơng khí Khi vật chịu tác dụng trọng lực lực căng dây, lực căng dây không sinh cơng ln vng góc với độ dời vật
+ Chứng minh cách cho học sinh quan sát lại thí nghiệm nêu đầu bài, thấy đối với:
∗ Trường hợp lực cản (ma sát) 0: định luật bảo tồn thỏa mãn
∗ Trường hợp có ma sát ma sát tăng dần:
- phát biểu xây dựng - ghi nhận
- Có thể áp dụng điều kiện bỏ qua lực cản khơng khí - ý lắng nghe
(11)11
rõ ràng có ma sát giảm dần theo thời gian, phần chuyển hóa thành nhiệt năng; ma sát lớn tồn chuyển hóa thành nhiệt năng, làm cho vật dừng lại; giá trị lượng chung không thay đổi
Vậy ta tìm độ biến thiên vật trường hợp
Hoạt động 5: Tìm hiểu biến thiên Cơng lực lực (5 phút) - Hỏi: Lực ma sát xét có thuộc vào dạng lực hay lực không thế?
- Nhận xét, kết luận: Lực ma sát lực không Vậy nên khơng bảo tồn điều chắn
- Lưu ý cho học sinh: Khi nói khơng bảo tồn, ta cần hiểu chuyển hóa thành dạng lượng khác giá trị lượng chung khơng đổi Đó nội dung định luật bảo tồn lượng, định luật quan trọng tự nhiên - Hướng dẫn học sinh thiết lập cơng thức tính độ biến thiên vật trường hợp vật chịu tác dụng lực lực không
+ Gọi:
∗ F lực tác dụng lên vật
∗ F’ lực khơng Lực lực cản nói
- phát biểu xây dựng - ghi nhận
- lắng nghe, ghi nhớ
- ý lắng nghe, tư duy, phát biểu xây dựng
2 Biến thiên Công lực lực
Kĩ
phân tích, xử lí thơng tin, kĩ vận dụng kiến thức học cho
(12)12
chung (ma sát) nên cản trở chuyển động vật, làm cho vận tốc vật giảm ảnh hưởng đến động vật + Vì thế, áp dụng định lí động năng, ta có:
AF12 + AF’12 = Wđ2− Wđ1
+ Mặc khác, công lực độ biến thiên năng:
AF12 = Wt1– Wt2
+ Từ đó, mời học sinh lên rút cơng thức tính AF’12
- u cầu học sinh có nhận xét cơng thức tính AF’12 tính
- Nhận xét, kết luận
- Cho học sinh quan sát hình ảnh chuyển hóa lượng thực tế
AF’12 = W2 –
W1
- công lực
không
bằng độ biến thiên vật
- ghi nhận
- quan sát
- Khi ngồi lực vật cịn chịu tác dụng lực lực thế, vật khơng bảo tồn cơng lực độ biến thiên vật
A12 (lực không thế) = W2 – W1 = 𝛥W
mới, kĩ
năng tư
duy, kĩ
năng nói, viết, kĩ phân tích tổng hợp
Hoạt động 6: Củng cố học, giải tập vận dụng, dặn dò (10 phút)
- Củng cố lại nội dung tồn
- Gợi ý giải tốn phương pháp
(13)13
lượng:
+ Kiểm tra xem hệ xét có lực tác dụng, thuộc dạng lực hay lực khơng thế, hệ kín hay khơng
+ Chọn mốc thích hợp cho tính dễ dàng (thường chọn mặt đất chân mặt phẳng nghiêng)
+ Viết biểu thức hệ vị trí đầu + Viết biểu thức hệ vị trí sau (tùy toán)
+ Áp dụng định luật bảo tồn hệ có lực tác dụng, định lí biến thiên hệ có thêm lực khơng tác dụng để giải yêu cầu toán
+ Biện luận kết - Giải tập vận dụng: a Bài toán 1:
- Yêu cầu học sinh đọc đề bài, ý bỏ qua lực cản khơng khí, mời học sinh nêu hướng giải tốn
- Nhận xét, phân tích toán, định hướng cách giải cho lớp, tham khảo sách giáo khoa
nghe, ghi nhớ
- phát biểu - đọc đề bài, phát biểu - ý lắng
nghe, đọc
sách
1a
+ Các lực tác dụng: lực căng dây T, trọng lực P Trong đó, lực căng dây T khơng thực cơng có phương vng góc với độ dời vị trí Trọng lực P lực
+ Chọn mốc C + Cơ vật A là:
WA = mgh = mgl (1 – cosα)
Kĩ
(14)14
- Lưu ý: khó giải phương pháp động lực học (sử dụng định luật II Niuton), véctơ tổng hợp lực tác dụng lên vật ln ln biến đổi q trình vật chuyển động Tuy nhiên, muốn tìm lực căng dây T phải áp dụng định luật II Niuton Do đó, phương pháp bổ sung nhau, cần biết sử dụng cho giải toán đơn giản nhanh
- Yêu cầu lớp tính thêm vận tốc lắc vị trí hợp với phương thẳng đứng góc β với β ≠ β < α Mời học sinh lên giải - Nhận xét, sửa làm học sinh
- ý lắng nghe
- suy nghĩ, phát biểu xây dựng - ghi nhận
+ Cơ vật C là: WC =
2 2mv
( v vận tốc C)
+ Áp dụng định luật bảo toàn năng, ta được:
mgl (1 – cosα) =
2mv (1 cos )
v gl
b Tương tự:
Cơ vật A là:
WA = mgh = mgl (1 – cosα)
+ Cơ vật D (tại vị trí lắc hợp với phương thẳng đứng góc β) là:
(15)15
b Bài toán 2:
- Hoạt động nhóm: làm câu a
+ Giáo viên chia lớp thành nhóm, nhóm gồm bàn liền kề; phát giấy A3 bút cho nhóm
+ Thưởng thành viên nhóm có đáp án nhanh nhất, có cách giải hay điểm cộng kiểm tra 15 phút
- Nhận xét, phân tích toán, lớp sửa làm nhóm Bổ sung thêm cách giải theo phương pháp động lực học (nếu học sinh chưa phát cách giải này)
- Mời học sinh nêu hướng giải toán câu b câu c
- Nhận xét, phân tích tốn, định hướng cách giải cho lớp, tham khảo thêm giải sách giáo khoa
- đọc đề bài, thảo luận tìm viết lời giải
- ý lắng
nghe, ghi
nhận
WC = mgl(1 – cosβ)
+ Áp dụng định luật bảo toàn năng, ta được:
mgl (1 – cosα) = mgl (1 – cosβ)
2 (cos cos )
v gl
2 Tham khảo giải SGK/176 Bổ sung cách giải phương pháp động lực học câu a:
Chọn chiều dương chiều chuyển động vật
Định luật II Niuton:
F a
m
Chiếu lên chiều chuyển động vật, ta được:
F a
m
(16)16
- Dặn dò:
+ Làm tập SGK, SBT + Đọc mới: Bài 38
2
0 v v aS
Trong đó:
vo= vận tốc vật B,
v vận tốc vật C, S = BC
Suy ra:
2
2 F
v aS S
m
Động vật C
2
1
2 120.1 120( )
2
F
mv m S FS J
m
V Rút kinh nghiệm: VI Phân tích giáo án:
- Đối với việc đưa câu hỏi kiểm tra cũ: nhằm giúp em ôn tập, hệ thống lại kiến thức học trước đó, đồng thời làm tảng để vào học
- Đối với việc gợi ý kiện biết chuyển động: nhằm giúp em có định hướng để thiết lập cơng thức, đến kết luận nội dung học cần tìm hiểu
- Đối với việc vẽ, phân tích đồ thị: nhằm giúp học sinh hiểu nắm vững nội dung học
(17)17
- Đối với việc cung cấp tranh ảnh minh họa: nhằm liên hệ học với thực tiễn sống
- Đối với việc cung cấp bước giải tổng quát cho phương pháp lượng: nhằm giúp cho việc giải tập học có liên quan đến lượng học sinh dễ dàng