Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức
Nội dung của chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình Vật lí 10 ban cơ bản ở THPT bao gồm:
- Các khái niệm mới như động lượng, lực thế...hoặc nghiên cứu sâu hơn các khái niệm quan trọng như công, công suất, động năng, thế năng mà ở trung học cơ sở, HS đã học sơ qua.
- Chuyển động bằng phản lực, các bài toán va chạm.
- Các định lí, các định luật bảo toàn như định lí biến thiên động lượng, định luật bảo toàn cơ năng.
Hình 2.1. Sơ đồ kiến thức chương “Các định luật bảo toàn”
Logic hình thành kiến thức
BÀI 23. ĐỘNG LƯỢNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Động lượng
Gồm hai nội dung:
1. Xung lượng của lực. 2. Động lượng.
Bước 1: Thông qua việc phân tích các ví dụ cụ thể để giới thiệu cho HS khái niệm xung lượng của lực trong một khoảng thời gian ngắn và tác dụng của nó là làm biến đổi trạng thái chuyển động của vật chịu tác dụng của xung.
Bước 2: Bằng cách sử dụng định luật II Niu - tơn và kết hợp với đại lượng xung lượng của lực để khảo sát chuyển động của một vật m và đưa đến biểu thức liên hệ giữa xung lượng của lực và độ biến thiên của một đại lượng và đại lượng này được gọi là động lượng. Đây chính là biểu thức của định lí biến thiên động lượng, tuy nhiên trong SGK không nêu tên của định lí này.
Bước 3: Sau khi định nghĩa động lượng, SGK dẫn đến biểu thức dạng khác của định luật II Niu - tơn. Tiếp theo, SGK phát biểu nội dung của biểu thức và rút ra ý nghĩa của biểu thức: Lực đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian hữu hạn thì có thể gây ra biến thiên động lượng của vật.
Phần II. Định luật bảo toàn động lượng
Gồm 4 nội dung: 1. Hệ cô lập.
2. Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập. 3. Va chạm mềm.
4. Chuyển động bằng phản lực.
Bước 1: SGK trình bày khái niệm hệ cô lập. Sau đó, xét một hệ cô lập gồm hai vật nhỏ tương tác với nhau, kết hợp định luật III Niu - tơn và định lí biến thiên động lượng để đưa ra biểu thức của định luật bảo toàn động lượng. Từ kết quả vừa đưa ra, SGK thông báo định luật được mở rộng cho hệ nhiều vật.
Bước 2: Vận dụng định luật bảo toàn động lượng cho trường hợp va chạm mềm của hai vật chuyển động cùng hướng.
Bước 3: SGK nêu ví dụ về chuyển động của cái diều và tên lửa. Vận dụng định luật bảo toàn để giải thích chuyển động của tên lửa.
BÀI 24. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Công
Gồm 5 nội dung:
1. Khái niệm về công.
2. Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát. 3. Biện luận.
4. Đơn vị công. 5. Chú ý.
Bước 1: SGK xuất phát từ biểu thức tính công đã học ở lớp 8 nhưng chưa làm rõ bản chất của công.
Bước 2: Mở rộng khái niệm công trong trường hợp tổng quát bằng việc phân tích lực tác dụng thành hai thành phần và loại bỏ được thành phần lực vuông góc với độ dời. Từ đó, xây dựng được công thức tính công dạng tổng quát: A = F.s.cosα
Bước 3: SGK dùng suy luận toán học để xét dấu của A và rút ra ý nghĩa về giá trị của công dương và công âm, nêu đơn vị và chú ý trong trường hợp tính công của lực tác dụng. Việc lưu ý này giúp HS xác định đúng phạm vi áp dụng công thức cho các trường hợp cụ thể, không bị sai sót khi làm bài tập.
Phần II. Công suất
Gồm 3 nội dung:
1. Khái niệm công suất. 2. Đơn vị công suất.
3. Khái niệm công suất cũng được mở rộng cho các nguồn phát năng lượng không phải dưới dạng cơ học như lò nung, nhà máy điện...Thông qua việc phân tích ý nghĩa của thời gian thực hiện công trong thực tiễn, đời sống kĩ thuật hình thành khái niệm công suất cũng như đơn vị của công suất.
BÀI 25. ĐỘNG NĂNG
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Khái niệm động năng
Gồm hai nội dung 1. Năng lượng. 2. Động năng.
Bước 1: SGK giới thiệu về khái niệm năng lượng và các dạng khác nhau của quá trình trao đổi năng lượng.
Bước 2: SGK giới thiệu về động năng và mối quan hệ giữa động năng của một vật và công cơ học nhưng chưa đưa ra biểu thức tính động năng.
Phần II & III. Công thức tính động năng. Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng.
Bước 1: Xuất phát từ việc tính công của một lực F không đổi tác dụng lên một vật có khối lượng m và làm nó dịch chuyển một đoạn s theo phương của lực để đưa ra biểu thức: A = 12mv22 _ 1
2mv12
Đến đây, SGK mới đưa ra biểu thức tính động năng và định nghĩa động năng một cách đầy đủ.
Bước 2: Phát biểu biểu thức A = 12mv22 _ 1 2mv1
2 dưới dạng hệ quả: “Khi lực tác dụng lên vật sinh công dương thì động năng của vật tăng (tức là vật thu thêm công hay vật sinh công âm). Ngược lại, khi lực tác dụng lên vật sinh công âm thì động năng của vật giảm (tức vật sinh công dương).
BÀI 26. THẾ NĂNG
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Thế năng trọng trường
Gồm 3 nội dung: 1. Trọng trường.
2. Thế năng trọng trường.
3. Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực.
Bước 1:Định nghĩa trọng trường, công thức trọng lực của một vật khối lượng m.
Bước 2: Thông qua việc phân tích ví dụ thả rơi búa máy từ độ cao z, không vận tốc đầu tác dụng lực vào cọc làm cọc lún sâu vào đất, từ đó định nghĩa thế năng trọng trường. Xây dựng biểu thức tính thế năng từ việc tính công của trọng lực khi búa máy rơi chạm vào cọc từ độ cao z.
Bước 3: Trên cơ sở tính công của trọng lực dịch chuyển từ vị trí M sang vị trí N và kết hợp thế năng trọng trường, SGK đưa đến biểu thức liên hệ giữa công của trọng lực và hiệu thế năng trọng trường; sau đó, rút ra hệ quả.
Phần II & III. Thế năng đàn hồi
Gồm hai nội dung:
1. Công của lực đàn hồi. 2. Thế năng đàn hồi.
Bước 2: Xác nhận khái niệm và biểu thức tính thế năng đàn hồi mà không chứng minh.
BÀI 27. CƠ NĂNG
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
1. Định nghĩa.
2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường. 3. Hệ quả.
Bước 1: Định nghĩa cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường, xây dựng biểu thức.
Bước 2: Xét vật khối lượng m chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N, lập luận dẫn đến biểu thức liên hệ giữa cơ năng tại M và N. Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường và rút ra các hệ quả.
Phần II. Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi
Bước 1:Trên cơ sở sự bảo toàn cơ năng trong trọng trường xác nhận sự bảo toàn cơ năng khi vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi.
Bước 2: Nêu phạm vi áp dụng của định luật bảo toàn cơ năng và phát biểu cho trường hợp cơ năng của vật chịu thêm tác dụng của lực cản, lực ma sát thì cơ năng của vật sẽ biến đổi và công của các lực cản, lực ma sát đó sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng.
2.2. Chuẩn kiến thức, kỹ năng 2.2.1. Chuẩn kiến thức