và bài Định luật bảo toàn cơ năng (VL 10NC)
7.1. Áp dụng phương pháp dạy học Giải quyết vấn đề khi dạy bài Thế năng (VL 10C) 10C)
Bài 26: THẾ NĂNG Tiết 1: Thế năng trọng trường A- Sơ đồ tiến trình dạy học các kiến thức cần xây dựng
- Mọi vật xung quanh ta đều mang năng lượng.
- Mọi vật ở xung quanh Trái Đất đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn do Trái Đất gây ra.
- P=mg
- Công thức tính công của một vật A=F.s
Nước ở độ cao z khi chảy xuống có thể làm quay tuabin của máy phát điện. Điều này chứng tỏ nước ở
độ cao z có mang năng lượng. Vậy năng lượng này
- Xét các ví dụ khi một vật ở độ cao z so với mặt đất thì có khả năng sinh công.
ợ
- VD1: Nước ở độ cao z khi chảy xuống có thể làm quay tuabin của máy phát điện. Như vậy nước ở độ cao z mang năng lượng.
- VD2: Một búa máy ở độ cao z so với cọc. Khi thả búa rơi xuống đập vào cọc, làm cho cọc cắm sâu vào đất một đoạn s. Vậy búa máy sinh công nghĩa là nó mang năng lượng.
Xét vật có khối lượng m rơi từ độ cao z không vận tốc đầu. Khi rơi xuống đất thì vật sinh công.
Công của vật: A = F.s = P.s = mgz Đặt Wt = A = mgz là thế năng của vật.
Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
Wt = mgz (J)
Khi một vật có khối lượng m rơi từ điểm M có độ cao z
M
tới điểm N có độ cao zN thì thế năng của vật biến thiên. Vậy độ biến thiên thế năng có liên hệ thế nào với công của trọng lực?
Xét vật khối lượng m rơi từ độ cao z
M xuống độ cao z
N. Tính công của trọng lực trong quá trình đó rồi so sánh với độ biến thiên thế năng.
Xét vật có khối lượng m rơi từ điểm M có độ cao zM tới điểm N có độ cao zN .
Độ biến thiên thế năng: Wt= Wt(M) – Wt(N) = mgzM - mgzN (1) Công của trọng lực trong quá trình vật rơi:
AMN = P(zM – zN) = mgzM - mgzN (2) Từ (1) và (2): A = W – W
B- Tiến trình dạy học I.Mục đích
1. Kiến thức
- Phát biểu được định nghĩa trọng trường, trọng trường đều. Viết được biểu thức trọng lực của vật.
- Phát biểu định nghĩa thế năng. Viết dược biểu thức thế năng trọng trường. - Viết được hệ thức liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và công của trọng lực.
2. Kỹ năng
- Vận dụng công thức tính thế năng hấp dẫn để giải các bài tập trong SGK.
3. Thái độ, tình cảm
- Học sinh tích cực tham gia xây dựng bài.
II. Chuẩn bị 1. Giáo viên
- Tìm những ví dụ thực tế về những vật có thế năng có thể sinh công.
2. Học sinh
- Ôn lại khái niệm thế năng, trọng lực đã học ở THCS. - Ôn lại công thức tính công của trọng lực.
Nội dung ghi bảng Bài 26: THẾ NĂNG
I. Thế năng trọng trường
1. Trọng trường
- Biểu hiện của trọng trường: là sự xuất hiện của trọng lực. AMN = Wt(M) – Wt(N)
Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và N.
g m P=
- Trọng trường đều: có g như nhau tại mọi điểm trong trọng trường.
2. Thế năng trọng trường a. Định nghĩa
Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
b. Biểu thức
Wt = mgz (Đơn vị: Jun)
3.Liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và công trọng lực
AMN = Wt(M) - Wt(N) Hệ quả:
- Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm ⇒A>0 - Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng ⇒A<0
III.Thiết kế hoạt động dạy học
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
Hoạt động 1: Đề xuất vấn đề
- Trên thực tế các em đã biết nước ở độ cao z chảy xuống có thể làm quay tuabin của máy phát điện. Điều này chứng tỏ nước ở độ cao z có mang năng lượng. Vậy năng lượng này tồn tại dưới dạng nào? Phụ thuộc vào yếu tố nào? Biểu thức tính ra sao? Đây chính là nội dung nghiên cứu của bài.
Nhận thức vấn đề nghiên cứu
Hoạt động 2: Tìm hiểu về trọng trường
- Mọi vật xung quanh trái đất đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn do trái đất gây ra, lực này gọi là trọng lực. Ta nói rằng xung quanh Trái Đất tồn tại một trọng trường.
- Một em hãy cho cô biết biểu hiện của trọng trường là gì?
Thông báo: P=mg
- Nếu xét khoảng không gian không
Tiếp thu ghi nhớ
- Biểu hiện của trọng trường là sự xuất hiện của trọng lực.
quá rộng thì tại mọi điểm trong trọng trường có g như nhau là trọng trường đều.
Hoạt động 3: Tìm hiểu về thế năng trọng trường
- Thả một búa máy từ độ cao z rơi xuống đập vào cọc, làm cho cọc ngập sâu vào đất một đoạn s. Vậy búa máy đã sinh công nghĩa là nó mang năng lượng. Vậy năng lượng này phụ thuộc vào yếu tố nào?
- Vậy khi một vật ở vị trí có độ cao z so với mặt đất thì có mang năng lượng. Dạng năng lượng này gọi là thế năng trọng trường (hay thế năng hấp dẫn). Sở dĩ vật có thế năng trọng trường là do vật chịu tác dụng của lực hút Trái Đất gây ra.
- Một em hãy phát biểu định nghĩa thế năng trọng trường.
- Thế năng trọng trường được tính như thế nào? Chúng ta đi vào phần b. Biểu thức thế năng trọng trường
- Xét vật khối lượng m rơi từ độ cao z không vận tốc đầu. Khi rơi xuống đất vật sinh công. Hãy viết biểu thức tính công của vật.
- Biểu thức thế năng hấp dẫn: Wt = mgz
z là độ cao của vật so với vật chọn làm mốc để tính thế năng gọi là mốc thế năng.
- Tùy theo cách chọn mốc thế năng mà z có giá trị khác nhau. Thế năng tại mốc bằng không.
- Đơn vị: Jun
- Khi một vật có khối lượng m rơi từ điểm M tới điểm N thì thế năng của vật biến thiên. Vậy độ biến thiên thế năng và công của trọng lực liên hệ với nhau như thế nào?
- Phụ thuộc vào vị trí của nó so với mặt đất và khối lượng của nó.
Lắng nghe, ghi nhớ
Phát biểu
A = F.s = P.s = mgz
Lắng nghe, ghi nhớ
Học sinh nhận thức vấn đề
trọng lực
- Xét một vật có khối lượng m rơi từ điểm M có độ cao zM tới điểm N có độ cao zN. Thế năng của vật tăng hay giảm?
- Tìm độ giảm của thế năng và tính công của trọng lực trong quá trình đó?
- Hãy so sánh độ biến thiên thế năng với công của trọng lực?
- Thực nghiệm và lý thuyết đã chứng minh được rằng, công thức (1) vẫn đúng trong trường hợp hai điểm M và N ở các vị trí bất kỳ không cùng trên một đường thẳng đứng và vật đang xét chuyển dời từ M đến N theo một đường bất kỳ.
Vậy khi một vật chuyển động trong trọng trường độ giảm thế năng của vật giữa hai điểm bằng công của trọng lực di chuyển vật giữa hai điểm đó.
- Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công gì? - Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công gì?
Thế năng của vật giảm Thế năng tại M: Wt(M) = mg zM Thế năng tại N: Wt(N) = mgzN Độ giảm thế năng: ∆Wt = Wt(M) – Wt(N) = mgzM - mgzN Công của trọng lực: AMN = P(zM – zN) = mgzM - mgzN (1) AMN = Wt(M) – Wt(N) Lắng nghe, ghi nhớ
- Trọng lực sinh công dương - Trọng lực sinh công âm
7.2. Áp dụng phương pháp dạy học Giải quyết vấn đề khi dạy bài Định luật bảo toàn cơ năng toàn cơ năng
BÀI 37. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG
Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức định luật bảo toàn cơ năng: Sự kiện xuất phát: - Khi vật chuyển động trong trọng trường, tổng động năng và thế năng của vật gọi là cơ năng của vật trong trọng trường. - Con lắc đồng hồ dao động trong trọng trường động năng và thế năng biến đổi
-Trong quá trình chuyển động của con lắc đồng hồ, động năng và thế năng của vật trong trong trường hợp này liên tiếp thay đổi. vậy sự thay đổi đó có tuân theo quy luật nào hay không ?(hay mối quan hệ của hai đại lượng này)
Suy luận từ các lý thuyết: - Định lý động năng
- Công của lực thế
Xét một vật có khối lượng m rơi tự do, lần lượt qua hai vị trí A và B tương ướng với các dộ cao z1 và z2, tai đó vật có vận tốc tương ứng là và . Áp dụng định lí động năng: A12=Wđ2 – Wđ1 = (1) Mặt khác ta có: A12=Wt1 - Wt2 = mgz1 – mgz2 (2) So sánh (1) và (2) ta được: Wđ1+Wt1=Wđ2+Wt2 ; hay =
GIÁO ÁN BÀI 37: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG I MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Phát biểu được khái niệm cơ năng.
- Thiết lập định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp cụ thể: lực tác dụng là trọng lực và lực đàn hồi. Từ đó mở rộng thành định luật tổng quát khi lực tác dụng là lực thế nói chung.
- Trình bày được độ biến thiên cơ năng khi chịu tác dụng của lực không phải lực thế.
2. Kỹ năng
- Biết xác định khi nào cơ năng được bảo toàn.
- Vận dụng được công thức xác định cơ năng để giải bài tập. - Vận dụng định luật giải thích được một số hiện tượng.
II CHUẨN BỊ 1. Giáo viên
- Dụng cụ thí nghiệm con lắc đơn, con lắc lò xo, vật rơi. - Các hình vẽ mô tả trong bài.
2. Học sinh
- Định luật bảo tòan và chuyển hóa năng lượng ở cấp THCS.
- Khái niệm động năng và thế năng, công của trọng lực , của lực đàn hồi.
III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
TRỢ GIÚP CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH
Hoạt động 1(10phút): Kiểm tra bài
Kết luận:
Tổng động năng cộng thế năng gọi là cơ năng
Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chụ tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng vá ngược lại, và tổng của chúng, tức là cơ năng của vật, được bảo toàn.
cũvà dẫn nhập vào bài
* Yêu cầu học sinh nhắc lại :
-Thế năng và động năng của vật chịu tác dụng của trọng lực .
- Thế năng và động năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
-Nhận xét và chỉnh sửa những điểm chưa chính xác..
* Dẫn nhập: Cho con lắc đơn dao động , yêu cầu quan sát và nhận xét sự biến thiên của động năng và thế năng . -Đặt vấn đề : tìm mối quan hệ giữa độ biến thiên của 2 dạng năng lượng này
- Học sinh trả lời .Cả lớp theo dõi, nhận xét.
- Quan sát dao động của con lắc đơn, nhận xét thế năng và động năng cuả quả cầu biến thiên ngược nhau .
- Tập trung chú ý vào vấn đề đặt ra, dự đoán kết quả.
Hoạt động 2(15phút): Thiết lập định luật
*-Treo tranh hình 37.3.Nhận xét sự biến thiên của động năng và thế năng trong quá trình vật rơi tự do .
-Xét vật rơi lần lượt qua 2 vị trí A và B như hình vẽ .Tính công của trọng lực .
Hướng dẫn suy ra biểu thức 37.3.
-Giới thiệu cơ năng .Yêu cầu phát biểu định luật bảo toàn cơ năng . *Cho con lắc lò xo đứng dao động ,
- Nhận xét như với con lắc đơn, nhưng ở đây không có sự lập lại .
-2 học sinh viết biểu thức tính công của trọng lực trên quãng đường AB.
2 1 12 1 2 12 t t â â W W A W W A − = − =
Suy ra biểu thưc 37.3.
-Ghi nhận khái niệm cơ năng .1 học sinh phát biểu định luật .
yêu cầu nhận xét sự biến thiên của động năng và thế năng.
-Treo tranh hình 37.4 , giải thích xét trường hợp con lắc ngang cho đơn giản .
-Giáo viên lập luận tương tự đưa đến biểu thức 37.4.
-Yêu cầu mô tả động năng và thế năng ở các vị trí đặc biệt .
-Giáo viên kết luận và yêu cầu học sinh lập lại .
-Quan sát , ghi nhận . -Ghi nhận biểu thức . -Mô tả như sgk .
-Ghi nhớ kết luận .
Hoạt động 3(7phút): Thiết lập biểu thức công của lực không phải lực thế
- Khi vập chịu tác dụng của lực không phải lực thế, cơ năng của vật không được bảo toàn. Các em hãy tính độ biến thiên cơ năng của vật.
- Yêu cầu học sinh đưa ra kết luận
- Một học sinh lên bảng làm. Các học sinh còn lại ở dưới làm ra nháp.
- Học sinh đưa ra kết luận.
-Đọc sgk , trình bày bài giải ở bảng. -Chọn mốc thế năng ở vị trí thấp nhất là thuận lợi nhât vì khi đó thế năng tại vị trí C bằng 0.
8. Soạn phiếu học tập
8.1. Soạn phiếu học tập xây dựng kiến thức đoạn bài Định luật ôm đối với toàn mạch
Phiếu học tập số 1 Bài 9: Định luật ôm đối với toàn mạch
Nhóm:...
Xét mạch điện kín như hình vẽ trên: Trong mạch điện kín cường độ dòng điện I liên hệ với suất điện động E, điện trở trong r và điện trở ngoài R như thế nào? - Trong mạch kín, có sự chuyển hóa năng lượng như thế nào? ...
...
- Năng lượng điện do bộ phận nào cung cấp? Được tính như thế nào? ...
...
- Nhiệt năng trên các điện trở được năng lượng nào chuyển thành? Được tính như thế nào? ...
...
- Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng rút ra được biểu thức toán học nào? ... ... ... ... ... ...
8.2. Soạn phiếu học tập củng cố bài chuyển động cơ
BÀI 1: CHUYỂN ĐỘNG CƠ
Câu 1. Trường hợp nào sau đậy không thể coi vật chuyển động như một chất điểm? A. Chiếc xe Ôto chạy từ Hà Nội đến Quảng Ninh.
C. Quả địa cầu quay quanh trục của nó. D. Con chim én bay đi tránh rét.
Câu 2. Trong bảng giờ tàu sau, thời gian tàu chạy từ Huế đến Nha Trang là bao nhiêu?
Vinh Huế Đà Nẵng Quãng Ngãi Nha Trang
0h53' 8h05' 10h54' 13h37' 20h26'
A. 8h05’ B. 20h26’ C. 28h31’ D. 12h21’
Câu 3. Hệ tọa độ cho phép ta xác định yếu tố nào trong bài toán cơ học? A. Vị trí của vật.
B. Vị trí và thời điểm vật bắt đầu chuyển động. C. Vị trí và thời điểm vật ở vị trí đó.
D. Vị trí và diễn biến của chuyển động.
Câu 4. Một hệ quy chiếu cần có tối thiểu những yếu tố nào? A. Một vật làm mốc và một hệ tọa độ.
B. Một vật làm mốc và một mốc thời gian. C. Một hệ tọa độ và một thước đo.
D. Một hệ tọa độ và một mốc thời gian.
Câu 5. Một chiếc xe khởi hành từ Hà Nội lúc 12h, lúc 16h xe đi đến Tuyên Quang. Thời điểm xe bắt đầu đi và thời gian xe đi là
A. 12h và 6h. B. 12h và 16h. C. 12h và 4h. D. 4h và 12h.
Đáp án
9. Thiết kế 1 hoạt động dạy học ở một đoạn bài học sử dụng kỹ thuật “Khăn trải