KT, KN Nội dung của KT, KN
- Phát biểu được định nghĩa thế năng, thế năng
•Thế năng là năng lượng của một hệ cĩ được do tương tác giữa các phần của hệ.
trọng trường và viết được cơng thức tính thế năng này.
- Nắm được tính tương đối của thế năng và biết chọn mức khơng của thế năng cho phù hợp trong việc giải các bài tốn cĩ liên quan đến thế năng.
• Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; năng lượng này phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
•Đại lượng Wt=mgz là thế năng của vật trong trọng trường (gọi tắt là thế năng trọng trường), trong đĩ, m là khối lượng của vật, g là gia tốc trọng trường, z là độ cao của vật so với mốc được chọn.
•Trong hệ SI, đơn vị của thế năng là jun (J).
- Nêu được đặc điểm của cơng của trọng lực. - Định nghĩa được lực thế hay lực bảo tồn.
•Cơng của trọng lực khơng phụ thuộc hình dạng đường đi của vật mà chỉ phụ thuộc các vị trí đầu và cuối. •Lực thế hay lực bảo tồn là lực mà cơng của nĩ chỉ
phụ thuộc vào vị trí đầu và cuối, khơng phụ thuộc vào hình dạng đường đi của vật.
- Phát biểu được và viết được biểu thức quan hệ giữa cơng của trọng lực và thế năng của vật.
•Cơng của trọng lực bằng hiệu thế năng của vật tại vị trí đầu và tại vị trí cuối, tức là bằng độ giảm thế năng của vật.
𝐴𝑃�⃗12 = 𝑊𝑡1− 𝑊𝑡2
•Cơng là số đo sự biến đổi năng lượng.
• Cơng của trọng lực luơn làm giảm thế năng. Khi thế năng tăng tức là trọng lực đã thực hiện một cơng âm, bằng và ngược dấu với cơng dương của ngoại lực. - Nêu được sự liên hệ
giữa lực thế và thế năng tương ứng.
•Thế năng là năng lượng của một hệ cĩ được do tương tác giữa các phần của hệ thơng qua lực thế.
2.2.4.2. Câu hỏi được sử dụng trong bài
2.2.4.2.1. Câu hỏi và yêu cầu định hướng học sinh đọc bài trước ở nhà
- Thế năng là gì?
- Cơng của trọng lực cĩ đặc điểm gì? - Thế nào là lực thế (lực bảo tồn)? - Thế năng trọng trường là gì?
- Cơng của trọng lực và thế năng trọng trường cĩ quan hệ với nhau như thế nào? - Mốc thế năng là gì?
2.2.4.2.2. Câu hỏi kiểm tra việc đọc bài trước ở nhà của học sinh C 1: Chọn câu sai
Cơng của trọng lực:
A. khơng phụ thuộc vào dạng quĩ đạo chuyển động. B. luơn luơn dương.
C. phụ thuộc vào vị trí đầu của vật chuyển động. D. phụ thuộc vào vị trí cuối của vật chuyển động.
C2: Trong các cơng thức dưới đây, đâu là câu thức tính thế năng trọng trường của một vật?
A. Wt = mg/z B. mgz C. mg/g D. gz/m
C3:Điền các từ đúng vào ơ trống
Cơng của trọng lực bằng……… tại vị trí đầu và tại vị trí cuối, tức bằng ………
A. hiệu thế năng, độ giảm thế năng. B. hiệu động năng, độ giảm động năng. C. hiệu thế năng, độ giảm động năng. D. hiệu thế năng, độ tăng động năng.
2.2.4.2.2. Câu hỏi sử dụng trong bài giảng
Câu 1: P = 80N, BC = 1,2m. Cho g = 10m/s2. Cơng của trọng lực khi M trượt từ B lên C rồi trở lại B là:
A. 48J B. -48J C. 0 D. 24J. * Đáp án: C
* Mục đích của câu hỏi 1: HS nắm được đặc điểm cơng của trọng lực chỉ phụ thuộc vị trí đầu và cuối, khơng phụ thuộc hình dạng đường đi của vật.
Câu 2: Một vật cĩ trọng lượng P=100N, đoạn BC=1,2m, hệ số ma sát là 0,1. Cơng của lực ma sát khi M trượt từ B tới C rồi trở lại B là :
A. 12J B. -12J C. -24J D. 0J
* Đáp án: C
* Mục đích của câu hỏi 2: HS khơng lẫn lộn giữa cơng của lực thế và lực khơng phải lực thế.
Câu 3: Ba cơng nhân A, B, C kéo ba vật nặng cùng khối lượng từ cùng một độ cao theo ba con đường khác nhau như hình vẽ.
Hỏi cơng nhân nào phải thực hiện cơng lớn nhất ? (Bỏ qua ma sát) A. Cơng nhân A.
B. Cơng nhân B. C. Cơng nhân C.
D. Ba cơng nhân đều thực hiện cơng bằng nhau. * Đáp án: D
* Mục đích của câu hỏi 3: HS áp dụng kiến thức vào một trường hợp thực tế. HS phải nắm được là mỗi cơng nhân cần thực hiện cơng thắng cơng của trọng lực của
B C M M 300 B M C
vật (bằng về độ lớn nhưng ngược dấu) để đưa được vật lên một độ cao. Vì ba vật cùng khối lượng, lên cùng một độ cao nên cơng ba cơng nhân thực hiện là bằng nhau.
Câu 4: Bạn Nam đã thực hiện một cơng để đạp xe lên được quãng đường dài 40m trên dốc nghiêng 200đối với phương ngang. Nếu bạn Nam thực hiện một cơng cũng bằng như vậy mà lại đạp xe lên dốc nghiêng 300 đối với phương ngang thì sẽ đi được quãng đường dài bằng:
A. 20m B. 27m C. 40m D. 58m
* Đáp án: B
* Mục đích câu hỏi 4: HS nắm được cơng mà bạn Nam thực hiện (cĩ độ lớn bằng cơng của trọng lực) khơng phụ thuộc vào chiều dài đường đi mà chỉ phụ thuộc vào độ cao: A=P.h.
Trong cả hai trường hợp bạn Nam thực hiện cùng một cơng A nên sẽ lên cùng một độ cao: h1=h2 . Vậy ta cĩ: 𝑠1𝑠𝑖𝑛𝛼1 =𝑠2𝑠𝑖𝑛𝛼2.
Suy ra: 𝑠2 =𝑠1𝑠𝑖𝑛𝛼1
𝑠𝑖𝑛𝛼2 ≈ 27𝑚
Câu 5: Bạn Việt cầm trái bĩng trên tay, hất bĩng lên theo phương thẳng đứng. Trái bĩng bay lên, dừng lại, rồi rơi xuống chạm mặt đất.
Bạn Nam nhận xét: “Nếu biết được độ biến thiên thế năng từ khi bĩng bay đi cho đến khi chạm đất, ta sẽ tính được độ cao cực đại đối với mặt đất mà bĩng bay lên được.”
Bạn Việt khơng đồng ý :“Khơng được đâu ! Nếu biết độ biến thiên thế năng đĩ, ta chỉ cĩ thể tính được độ cao từ đĩ bĩng bay lên thơi.”
Chọn câu trả lời đúng: A. Bạn Nam nhận xét đúng. B. Bạn Việt nhận xét đúng. C. Cả hai bạn đều nhận xét sai.
* Đáp án: B
* Mục đích của câu hỏi 5: HS vận dụng được kiến thức về liên hệ giữa cơng của trọng lực và độ giảm thế năng trọng trường của vật vào một trường hợp cụ thể. HS nắm được cơng của trọng lực từ khi ném đến khi chạm đất chỉ cho chúng ta biết hiệu thế năng của vật tại vị trí đầu và vị trí cuối, khơng xác định được thế năng tại một vị trí bất kì trên đường đi.
2.2.4.3. Tổ chức hoạt động dạy học theo mơ hình Peer Instruction A. Chuẩn bị:
* GV:
- Giao nhiệm vụ học tập cho HS.
- Soạn và chuẩn bị phần trình chiếu Power Point các câu hỏi kiểm tra phần đọc bài của HS và các câu hỏi sử dụng trong bài giảng.
- Chuẩn bị thiết bị Active Vote, cập nhật danh sách HS của lớp dạy vào phần mềm.
* HS: Đọc trước bài ở nhà, trả lời các câu hỏi và thực hiện các nhiệm vụ GV giao.
B. Tổ chức hoạt động dạy học
* Hoạt động 1: Kiểm tra việc chuẩn bị bài của học sinh
Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Trình chiếu các câu hỏi C1, C2 và kích hoạt
thiết bị Active Vote.
- Nhận xét việc chuẩn bị bài của HS thơng qua kết quả tổng kết trên thiết bị.
- Cá nhân lần lượt trả lời các câu hỏi và báo câu trả lời qua TBTN.
* Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm thế năng, cơng của trọng lực
Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Thuyết trình về khái niệm thế năng.
Trình chiếu đoạn video ngắn về búa máy.
- Theo dõi và ghi nhận kiến thức.
- Phân tích: Quả nặng (búa) được kéo lên một độ cao nhất định và thả cho rơi tự do xuống đập vào cọc bê tơng và ấn nĩ xuống lịng đất. Vậy quả nặng khi ở một độ cao cĩ dự trữ một năng lượng để sinh cơng làm dịch chuyển cọc. Búa được kéo càng cao thì càng làm cọc lún càng sâu.
Trình chiếu đoạn video ngắn về người bắn cung.
- Phân tích: Một người khi giương cung đã làm cánh cung bị uốn cong. Khi người đĩ buơng tay, mũi tên đặt trên dây cung được bắn đi. Vậy cánh cung khi biến dạng đã cĩ một năng lượng dự trữ cĩ thể thực hiện cơng đưa mũi tên chuyển động và bay đi. Cánh cung càng bị uốn nhiều thì mũi tên bay càng xa.
Dạng năng lượng nĩi đến trong hai ví dụ trên được gọi là thế năng.
Vậy, thế năng là gì? Thế năng là năng lượng của một hệ cĩ được do tương tác giữa các phần của hệ.
Ở ví dụ 1 trên, thế năng là năng lượng hệ búa máy và Trái Đất cĩ được do tương tác giữa chúng thơng qua lực hấp dẫn. Khi khoảng cách giữa quả nặng và Trái Đất càng lớn thì độ lớn thế năng này càng lớn. Ở ví dụ 2, thế năng là năng lượng hệ cây cung khi biến dạng đàn hồi cĩ được do sự tương tác giữa các phần của cây cung thơng qua lực đàn hồi. Khi độ biến dạng đàn hồi của cây cung càng lớn thì thế năng này càng lớn. - Thuyết trình về Cơng của trọng lực.
- Đặt các câu hỏi thắc mắc.
- Theo dõi và ghi nhận kiến thức.
Một vật khối lượng m được coi như là một chất điểm, di chuyển từ điểm B cĩ độ cao zB đến điểm C cĩ độ cao zC so với mặt đất.
Cơng của trọng lực tác dụng lên vật thực hiện trong dịch chuyển từ B đến C là:
𝐴𝑃�⃗𝐵𝐶 = mg(zB - zC)
*Nhận xét: Cơng của trọng lực khơng phụ thuộc hình dạng đường đi của vật mà chỉ phụ thuộc các vị trí đầu và cuối. Lực cĩ tính chất như thế được gọi là lực thế hay lực bảo tồn. - Trình chiếu Câu 1.
- Thu nhận tổng hợp câu trả lời của HS, nếu trên 70% trả lời đúng thì chuyển sang phần tiếp theo, nếu từ 30% đến 70% trả lời đúng thì cho HS thảo luận và trả lời lại. Nếu dưới 30% trả lời đúng thì giảng lại kiến thức đĩ rồi cho HS trả lời lại.
- Lặp lại qui trình tương tự với Câu 2.
- Đặt các câu hỏi thắc mắc.
- Cá nhân trả lời Câu 1 và báo kết quả bằng TBTN. - Nếu GV yêu cầu thì thảo luận với các bạn xung quanh và trả lời lại.
* Hoạt động 3: Tìm hiểu về thế năng trọng trường và mối quan hệ với cơng của trọng lực
Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Thuyết trình mục Thế năng trọng trường.
𝐴𝑃�⃗𝐵𝐶 = mg(zB - zC)
𝐴𝑃�⃗𝐵𝐶 = mgzB - mgzC (*)
- Theo dõi và ghi nhận kiến thức. B O C z z z 𝑃�⃗
Cơng là số đo của biến đổi năng lượng, do đĩ đại lượng mgz cĩ thứ nguyên là năng lượng. Kí hiệu Wt = mgz (**), và gọi Wt là thế năng của vật trong trọng trường (gọi tắt là thế năng trọng trường).
Ta thấy Wt phụ thuộc vào z vì vậy nĩ phụ thuộc vào việc chọn gốc toạ độ O, tại đĩ thế năng coi như bằng 0 (z = 0) và vị trí này được gọi là mức khơng của thế năng. Mức khơng được chọn khác nhau tuỳ trường hợp cụ thể để thuận tiện nhất. Đơn vị của thế năng trong hệ SI cũng là jun (J) giống như cơng.
* Thế kí hiệu ở (**) vào cơng thức (*) ta được:
𝐴𝑃�⃗12 = 𝑊𝑡1 − 𝑊𝑡2
Ta thấy, cơng của trọng lực khi vật di chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2 bằng hiệu thế năng của vật tại vị trí 1 và tại vị trí 2. Vậy, cơng của trọng lực bằng hiệu thế năng của vật tại vị trí đầu và tại vị trí cuối, tức bằng độ giảm thế năng của vật.
Ở đây ta thấy mối quan hệ: Cơng là số đo sự biến đổi năng lượng.
Cơng của trọng lực luơn làm giảm thế năng. Khi thế năng tăng tức là trọng lực đã thực hiện một cơng âm, bằng và ngược dấu với cơng dương của ngoại lực.
- Phân tích các trường hợp:
Khi vật đi từ cao xuống thấp, cơng của trọng lực là cơng phát động (𝐴𝑃�⃗12 > 0), 𝑊𝑡2 <𝑊𝑡1thế năng của vật giảm. Một vật trên Trái Đất luơn chịu tác dụng của trọng lực, nếu chỉ chịu tác dụng của trọng lực vật luơn đi từ cao xuống thấp.
- Đặt các câu hỏi thắc mắc.
- Theo dõi và ghi nhận kiến thức. 1 O 2 z z z z1 > z2
Khi vật đi từ thấp lên cao, cơng của trọng lực là cơng cản (𝐴𝑃�⃗12 < 0), 𝑊𝑡2 >𝑊𝑡1 thế năng của vật tăng. Để vật đi đều từ thấp lên cao thì phải tác dụng vào vật ngoại lực cĩ cơng cùng độ lớn nhưng trái dấu với cơng của trọng lực.
Khi quĩ đạo của vật khép kín thì tổng đại số cơng của trọng lực bằng 0 (trọng lực là lực thế)
- Lần lượt trình chiếu Câu 3, Câu 4, Câu 5. - Lặp lại qui trình tương tự với Câu 2.
- Đặt các câu hỏi thắc mắc.
* Hoạt động 4: Tìm hiểu về mối quan hệ giữa thế năng và lực thế
Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Thuyết trình mục Lực thế và thế năng.
Thế năng là năng lượng của một hệ cĩ được do tương tác giữa các phần của hệ thơng qua một lực thế. Ví dụ như hệ vật và Trái Đất thì tương tác thơng qua lực hấp dẫn nên hệ vật và Trái Đất cĩ thế năng (nhưng khối lượng Trái Đất rất lớn so với vật nên khi vật bị hút lại gần Trái Đất coi như Trái Đất vẫn đứng yên nên thế năng của Trái Đất coi như khơng đổi và bằng khơng). Hay vật đàn hồi chỉ cĩ thế năng đàn hồi khi bị biến dạng đàn hồi. Lúc đĩ giữa các phần của vật cĩ lực tương tác là lực đàn hồi. Thế năng phụ thuộc vị trí tương đối của các phần ấy.
- Theo dõi và ghi nhận kiến thức.
- Đặt các câu hỏi thắc mắc.
* Hoạt động 5: Củng cố kiến thức và giao nhiệm vụ học tập ở nhà 1 z z1,z2 z1 O 1 2 z z1 z2 z1 < z2 O
- HS trả lời các câu hỏi và làm bài tập SGK.
2.2.5. Bài : Định luật bảo tồn cơ năng 2.2.5.1. Kiến thức, kĩ năng