8. Cấu trúc khóa luận
2.4.2.Hoạt động 2: Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu
phát triển các năng lực: K1, P1, X1, X7, C1
- GV đặt vấn đề: Trong chương trình THCS, chúng ta đã biết: động năng và thế năng là hai dạng của cơ năng. Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyển hóa cho nhau nhưng cơ năng thì được bảo toàn. Tuy nhiên, có phải trong tất cả các quá trình cơ học cơ năng đều được bảo toàn? Muốn có điều đó thì cần có điều kiện gì? Biểu thức toán học nào thể hiện mối quan hệ đó? Và áp dụng định luật bảo toàn cơ năng và các định luật bảo toàn khác để giải bài toán va chạm, các bài toán áp dụng phương pháp năng lượng.
- HS thảo luận và phát biều vấn đề: Cần tìm hiểu cơ năng của vật bảo toàn trong điều kiện nào? Biểu thức xác định cơ năng của vật trong hai trường hợp: vật chuyển động trong trọng trường và vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.Phương pháp giải các bài tập cơ học áp dụng các định luật bảo toàn.
29
2.4.3. Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề (bằng con đƣờng lí thuyết và kiểm nghiệm bằng con đƣờng khảo sát thực nghiệm). Hoạt động này nhằm phát triển các năng lực: K2, K3, K4, P2, P5, P8, P9, X1, X5, X6, C1, C2
2.4.3.1. Đưa ra giả thuyết
GV yêu cầu HS thảo luận để đưa ra giả thuyết chỉ có một số trường hợp cơ năng của vật được bảo toàn: vật chuyển động trong trọng trường và vật chịu tác dụng của lực thế.Tổng quát là định luật bảo toàn cơ năng chỉ nghiệm đúng khi vật chỉ chịu tác dụng của những lực thế.
Trường hợp cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
- Xét một vật khối lượng m chuyển động trong trọng trường từ vị trí (1) đến vị trí (2).
+ Công do trọng lực thực hiện bằng độ tăng động năng của vật: A12 = Wđ2 – Wđ1
+ Công này lại bằng độ giảm thế năng của vật trong trọng trường: A12 = Wt1 – Wt2
- Yêu cầu HS so sánh hai biểu thức trên và rút ra kết luận. + Ta được: Wđ2 + Wt2 = Wđ1 + Wt1 (*)
+ GV nhận xét: Vì (1) và (2) là hai vị trí bất kì của vật trong quá trình chuyển động nên từ hệ thức (*) ta có thể phát biểu định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường.
+ GV yêu cầu HS phát biểu định luật và viết biểu thức.
Trường hợp cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
- Tương tự như trường hợp trên GV yêu cầu HS tự chứng minh (làm việc theo nhóm).
30
- GV yêu cầu nhóm cử đại diện báo cáo kết quả, các thành viên khác theo dõi và thảo luận.
- GV yêu cầu HS phát biểu định luật và viết biểu thức.
- GV cho HS nhận xét đặc điểm về công của trọng lực, công của lực đàn hồi.Sau đó rút ra điều kiện để cơ năng của vật bảo toàn.
2.4.3.2. Xây dựng phương án thí nghiệm.
- GV yêu cầu HS làm việc nhóm để xây dựng phương án thí nghiệm.Các nhóm thảo luận và đưa ra được:
Các dụng cụ thí nghiệm cần thiết Cách thức bố trí Cách thức tiến hành và thu thập số liệu (bảng số liệu)
1.Thí nghiệm với con lắc đơn: một viên bi sắt nhỏ, sợi dây mảnh không dãn,giá đỡ, thươc đo độ. Treo vật nhỏ vào đầu một sợi dây không dãn, đầu kia của dây được giữ cố định
Đưa vật lên một độ cao xác định rồi thả cho vật chuyển động tự do.Ta thấy vật đi qua vị trí cân bằng tiếp tục đi lên chậm dần và dừng lại ở một độ cao bằng độ cao ban đầu.Sau đó vật lại đi xuống qua vị trí cân bằng và tiếp tục đi lên…
31 2.Thí nghiệm với con lắc đơn bị vướng đinh: một viên bi nhỏ, sợi dây không dãn, đóng đinh nhỏ trên đường thẳng qua điểm treo O, giá đỡ, Vật nhỏ treo ở đầu sợi dây không dãn, đầu còn lại cố định.Đóng đinh nhỏ trên đường thẳng qua điểm treo O và cách O về phía dưới một đoạn R.
Ta có thể đo các góc OCB và góc OCA, nhận thấy chúng bằng nhau.A là vị trí ban đầu còn B là vị trí mà vật dừng lại ở giai đoạn đầu của quá trình dao động.HS đo các giá trị góc khác nhau và nhận thấy trong quá trình chuyển động, động năng và thế năng của vật trong trọng trường liên tiếp thay đổi.Ta xét mối quan hệ giữa độ biến thiên của hai dạng năng lượng này.
Con lắc đơn dao động với góc nhỏ α1 .Khi dao động dây treo con lắc bị vướng ở O trong chuyển động từ trái sang phải của vị trí cân bằng, hợp với góc nhỏ α2.
HS mặc định góc α1 và α2 bằng nhau.Nhưng thực tế là bằng nhau về độ cao (HS tiến hành thí nghiệm đo độ cao của dao động của vật).
32 thươc đo độ, thươc kẻ. 3.Thí nghiệm với con lăc lò xo: một lò xo, một vật nhỏ, thước kẻ, giá đỡ. 4.Thí nghiệm về bài toán va Vật gắn vào đầu lò xo, đầu còn lại giữ cố định +Trường hợp 1: Viên bi thứ nhất đứng yên,
Ban đầu để lò xo ở trạng thái tự nhiên đo chiều dài tự nhiên của lò xo.Sau đó kéo dãn lò xo đến một giá trị nhất định rồi đo độ biến dạng của lò xo.Để lò xo ở các vị trí khác nhau ví dụ như vị trí cân bằng, vị trí biên trái, vị trí biên phải thì HS sẽ tính động năng và thế năng của vật.Và từ đó rút ra được kết luận và các nhận xét về giá trị cực đại, cực tiểu của thế năng đàn hồi và động năng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Trường hợp 1: HS nhận thấy hai viên bi chuyển động không cùng phương => Va chạm đàn hồi không xuyên tâm.
33 chạm: hai viên bi đông chất, một khe rãnh. viên bi còn lại chuyển động đến va chạm vào viên bi 1.(hai viên bi chuyển động trên mặt bàn). + Trường hợp 2: Viên bi thứ nhất đứng yên, viên bi còn lại chuyển động đến va chạm vào viên bi 1.(hai viên bi chuyển động trên cùng một khe rãnh).
+ Trường hợp 2: HS nhận thấy hai viên bi
chuyển động cùng một phương +> Va chạm đàn hồi xuyên tâm.
HS sẽ nhận biết được sự khác nhau giữa hai loại va chạm.Điều kiện để xảy ra va chạm xuyên tâm đối với hai vật, cần có công cụ hỗ trợ gì? ...
- GV yêu cầu đại diện trình của một nhóm trình bày phương án, các nhóm khác góp ý bổ sung:
34
Dụng cụ thí nghiệm: Chọn vật chuyển động, vật này có thể thay đổi khối lượng, dây treo,…
Kế hoạch thực hiện:
+ Để đo độ biến dạng của con lắc lò xo HS có thể treo con lắc thẳng đứng hoặc nằm ngang để tiện cho phép đo.
+ Đo góc dao động của con lắc đơn sẽ có nhiều sai số cần đo nhiều lần. + Sử dụng các viên bi nhỏ có cấu tạo sao cho có thể bỏ qua lực cản không khí.
- GV tổng kết về cách thức tiến hành thí nghiệm trước toàn lớp
2.4.3.3. Giao nhiệm vụ và học sinh tiến hành thí nghiệm theo các phương án đã đề xuất (làm việc theo nhóm ở nhà)
- GV thông báo về việc thực hiện thí nghiệm như đã đề xuất phương án với hình thức nhóm và được thực hiện ở nhà với thời hạn một tuần. Yêu cầu:
Chia nhóm theo số lượng gần bằng nhau, phù hợp với điều kiện không gian và thời gian.
Giao nhiệm vụ:
+ Kiểm tra bằng thực nghiệm các dự đoán về sự bảo toàn cơ năng của vật trong quá trình chuyển động: điều kiện, biểu thức; độ cao của dao động, về sự va chạm của hai vật khi tương tác…
+ Yêu cầu HS cách ghi chép và đánh giá qua các bảng số liệu. + GV gợi ý tham khảo bài 37, 38 trong sách giáo khoa.
Yêu cầu HS cách ghi chép và đánh giá qua các bảng số liệu. Bảng số liệu
Ví dụ thí nghiệm về con lắc lò xo
-Họ và tên:………Nhóm: -Khối lượng lò xo:………
35 -Chiều dài ban đầu x1:……… -Độ cứng của lò xo:………
Lần đo Độ biến dạng x2 Wđ Wt
1 2
…..
Biểu diễn mối quan hệ giữa Wđ và Wt bằng đồ thị.
Kết luận :………
2.4.4. Hoạt động 4. Rút ra kết luận về điều kiện, biểu thức của định luật bảo toàn cơ năng; điều kiện xuất hiện va chạm đàn hồi xuyên tâm (làm việc toàn cơ năng; điều kiện xuất hiện va chạm đàn hồi xuyên tâm (làm việc chung cả lớp). Hoạt động giúp phát triển các năng lực: X1, X3, X6, C4.
GV yêu cầu một nhóm cử đại diện báo cáo kết quả thí nghiệm và các kết luận, các thành viên khác theo dõi và thảo luận.
GV hệ thống lại kiến thức cho HS: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của trọng trường: Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển hóa thành thế năng và ngược lại, và tổng của chúng tức là cơ năng của vật được bảo toàn.
W = Wđ + Wt = hằng số Hay ½ mv2 + mgz = hằng số
Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi: Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì trong quá trình chuyển động của vật, cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là một đại lượng bảo toàn.
36 Hay ½ mv2 + ½ k(∆l)2 = hằng số
Tổng quát: Cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của những lực thế luôn được bảo toàn.
Biến thiên cơ năng. Công của lực không phải lực thế.
+ Cơ năng của những vật chịu tác dụng của những lực không phải lực thế, ví dụ lực ma sát… thì không bảo toàn.
+ Công của những lực không phải lực thế bằng độ biến thiên cơ năng của vật.
2.4.5. Hoạt động 5. Vận dụng kiến thức định luật bảo toàn cơ năng và các định luật bảo toàn khác để áp dụng vào các hiện tƣợng va chạm (làm việc định luật bảo toàn khác để áp dụng vào các hiện tƣợng va chạm (làm việc chung cả lớp và làm việc ở nhà).Hoạt động giúp phát triển các năng lực: K1, K2, K4, P3, P7, P8, C2, C3, C4.
- GV yêu cầu các HS thảo luận trong nhóm để chỉ ra vai trò của định luật bảo toàn cơ năng nói riêng và các định luật bảo toàn nói chung trong phương pháp giải các bài toán cơ học và trong đời sống.Khái quát về sự có lợi và có hại của sự va chạm; sự chuyển hóa năng lượng.Với mỗi trường hợp yêu cầu các nhóm cho các ví dụ.
- GV bổ sung, điều chỉnh và xác nhận các kiến thức về vai trò của các định luật bảo toàn và bài toán va chạm.
- GV yêu cầu để thực hiện các nhiệm vụ ở nhà: Dựa trên việc biết cách thức đưa ra điều kiện, đặc điểm của định luật bảo toàn cơ năng và bài toán va chạm để giải bài tập kết hợp giải thích các hiện tượng trong đời sống như tại sao nước ở các thác cao có thể tạo ra điện năng…
- Hướng dẫn HS dự đoán về sự chuyển hóa năng lượng và đề ra các phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.
- GV yêu cầu các nhóm HS tự thực hiện các thí nghiệm ở nhà và sẽ nộp báo cáo kết quả.
37
2.5. Kiểm tra đánh giá
2.5.1. Các năng lực thành phần có thể phát triển ở học sinh
Những năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt môn Vật lí có thể phát triển cho học sinh trong dạy học chuyên đề “Định luật bảo toàn cơ năng” Vật lí 10 nâng cao được liệt kê dưới bảng sau:
Nhóm nãng
lực
Năng lực thành phần
Mô tả mức độ thực hiện trong chủ đề
Năng lực sử dụng kiến thức K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lí cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lí
- Nêu được điều kiện có sự bảo toàn cơ năng của vật trong quá trình tương tác,va chạm.
- Phát biểu được nội dung định luật bảo toàn cơ năng.
K2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lí
-Chỉ ra được sự biến đổi giữa động năng và thế năng của vật trong quá trình chuyển động.
- Viết được biểu thức độ lớn của định luật bảo toàn cơ năng trong hai trường hợp: vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực và vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
K3: Sử dụng được kiến thức vật lí để thực hiện các nhiệm vụ học tập
- Giải được các bài tập liên quan đến độ lớn của cơ năng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Giải được các bài tập cơ bản về năng lượng.
38 thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp,…) kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn
tượng trong tự nhiên liên quan đến sự bảo toàn cơ năng, sự chuyển hóa năng lượng: + Dao động của con lắc trong đồng hồ quả lắc.
+ Năng lượng thủy điện.
-Giải được các bài toán có liên hệ nhiều phần kiến thức và gắn với thực tiễn:
+ Các bài toán về va chạm. Năng lực về phƣơng pháp P1: Ðặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lí
- Đặt ra những câu hỏi liên quan tới các hiện tượng năng lượng: Tại sao nước ở những thác cao có thế năng dự trữ sẽ chuyển hóa thành động năng,có thể làm quay tuabin của máy phát và tạo ra điện năng...
- Đặt ra những câu hỏi liên quan đến dao động của con lắc đơn,con lắc lò xo...
P2: Mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lí và chỉ ra các quy luật vật lí trong hiện tượng đó
Mô tả được những hiện tượng liên quan đến sự chuyển động và tương tác tiếp xúc bằng ngôn ngữ vật lí. P3: Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề
-Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau: đọc sách giáo khoa Vật lí, sách tham khảo, báo chí, các thông tin khoa học, Internet… để tìm hiểu về các vấn đề liên quan đến sự bảo toàn và
39
trong học tập vật lí chuyển hóa năng lượng. P5: Lựa chọn và sử
dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lí.
Lựa chọn kiến thức về tương quan tỷ lệ thuận và tương quan tỷ lệ nghich để xử lí các kết quả thí nghiệm khi xây dựng kiến thức về độ lớn của cơ năng.
P6: Chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật lí
Chỉ ra điều kiện để cơ năng của một vật chuyển động bảo toàn, điều kiện xảy ra các loại va chạm.
P7: Ðề xuất được giả thuyết; suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được
- Đề xuất được dự đoán về mối quan hệ giữa độ lớn của động năng và thế năng.
P8: Xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét
-Đề xuất được phương án thí nghiệm: Dụng cụ thí nghiệm cần thiết, hợp lí, cách thức bố trí và lên được kế hoạch tiến hành thí nghiệm.
- Lựa chọn được các vật dụng trong đời sống để thực hiện được thí nghiệm.
-Lắp ráp được thí nghiệm kiểm tra giả thuyếtvề mối liên hệ trên.
- Tiến hành xử lí kết quả thí nghiệm kiểm tra giả thuyết trên và rút ra nhận xét.
P9: Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ
-Biện luận về sai số của kết quả thí nghiệm và các nguyên nhân gây lên sai số: đo góc chưa chính xác.
40 kết quả thí nghiệm
này
X1: Trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và các cách diễn tả
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});