- Khi một vật chỉ chịu tỏc dụng của lực đàn hồi gõy bởi sự biến dạng của một lũ xo đàn hồi thỡ trong quỏ trỡnh chuyển động của vật, cơ năng được tớnh bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là một đại lượng bảo toàn.
( )∆ =+ + = + = 2 2 2 1 2 1 l k mv W W W đ t hằng số
III. Tiến trỡnh dạy học.
1. ễ̉n định lớp.
Hoạt động 1 (5 phỳt): Kiểm tra bài cũ
1. Phỏt biểu định nghĩa động năng của vật? Viết biểu thức và đơn vị đo? 2. Phỏt biểu định nghĩa thế năng của vật trong trọng trường? Viết biểu thức?
Đặt vấn đề: Trong chương trỡnh THCS ta đó biết: Động năng và thế
năng là hai dạng của cơ năng, động năng và thế năng của vật trong qỳa trỡnh chuyển động cú thể chuyển hoỏ qua lại nhưng cơ năng thỡ được bảo toàn. Tuy nhiờn, cú phải trong tất cả quỏ trỡnh cơ học cơ năng đều được bảo toàn? Muốn cú điều đú thỡ cần phải cú điều kiện gỡ? Biểu thức toỏn học nào thể hiện mối quan hệ đú?
Ta sẽ cú cõu trả lời khi nghiờn cứu tiết học này.
HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV
- HS suy nghĩ nhớ lại kiến thức đó học ở THCS:
Tụ̉ng đụ̣ng năng và thờ́ năng của vọ̃t được gọi là cơ năng của vọ̃t.
- Kí hiợ̀u W. -Biểu thức: = + =1 2+ 2 ủ t W W W mv mgz
- GV yờu cầu nờu định nghĩa và biểu thức của cơ năng.
- Khi vọ̃t chịu tác dụng của trọng lực và khi vọ̃t chịu tác dụng của lực đàn hụ̀i thì cơ năng của vọ̃t được tính bằng cụng thức như nhau được khụng?
- Ta xét lõ̀n lượt 2 trường hợp.
Trường hợp 1: Cơ năng của vọ̃t chuyờ̉n đụ̣ng trong trọng trường.
- Phát phiờ́u học tọ̃p sụ́ 1:
Mụ̣t vọ̃t có khụ́i lượng m chuyờ̉n đụ̣ng trong trọng trường từ vị trí M đờ́n N.
- Cỏc nhúm hoàn thành phiếu học tập:
- Trong quỏ trỡnh chuyển động của vật, trọng lực thực hiện cụng:
+ Cụng AMN được xỏc định bằng độ giảm thế năng của vật từ M đến N.
AMN = Wt(M) –Wđ (N) + Cũng trong quỏ trỡnh đú cụng của trọng lực cũng được tớnh bằng độ biến thiờn động năng của vật từ M đến N.
AMN = Wđ(N) –Wđ(M) - Khi vật chuyển động từ M đến N động năng tăng lờn bao nhiờu thỡ thế năng giảm đi bấy nhiờu và ngược lại.
- Theo định nghĩa cơ năng thỡ:
M
m
N
+ Hãy tính cụng của lực bằng cách có thờ̉?
+ So sánh cơ năng của vọ̃t ở M và N.
* Gợi ý của GV
- Ta cú hai cỏch để tớnh cụng:
+ Dựa vào cụng thức liờn hệ thế năng và cụng của trọng lực tớnh cụng AMN
+ Dựa vào cụng thức cụng của lực tỏc dụng và độ biến thiờn động năng tớnh
+ Wt(M) +Wđ(M) chớnh là cơ năng của vật tại M.
+ Wt(N) +Wđ(N) chớnh là cơ năng của vật tại N.
Vậy ⇒ W(M) = W(N)
- Trong quỏ trỡnh chuyển động trong trọng trường vật chỉ chịu tỏc dụng của trọng lực thỡ động năng và thế năng của vật luụn biến đổi thế năng tăng lờn thỡ động năng giảm đi và ngược lại, động năng tăng lờn bao nhiờu thỡ thế năng giảm đi bấy nhiờu, nờn tổng của chỳng, tức cơ năng luụn được bảo toàn.
- Khi động năng cực đại thỡ thế năng cực tiểu và ngược lại.
cụng AMN
+ So sánh cơ năng của vọ̃t ở M và N
* GV thụng bỏo:
- Khi mụ̣t vọ̃t chuyờ̉n đụ̣ng trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vọ̃t là đại lượng bảo toàn.
= ủ+ t= W W W haốngsoỏ + = 2 1 hay mv mgz haốngsoỏ 2
- Tại sao ta núi cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tỏc dụng của trọng lực được bảo toàn trong khi thế năng và động năng của nú lại luụn biến đổi?
- HS quan sỏt thớ nghiệm.
a ) Cơ năng tai A bằng cơ năng tại B.
WA = WB
Tại A và B là hai vị trớ cao nhất mà vật đạt được nờn vận tốc tại hai vị trớ này bằng khụng.
Wđ(A) = Wđ (B) = 0
⇒ Wt (A) = Wt (B)
⇒ Độ cao tại A phải bằng độ cao
tại B ( hA= hB ) tức là A và B đối xứng nhau qua O.
b) Khi chuyển động từ A đến O thỡ thế năng của vật giảm dần, động năng tăng dần, đến O thỡ thế
- Khi nào thỡ động năng của vật ( thế năng ) đạt cực đại?
- Làm TN (con lắc đơn) tương ứng với C1. Yờu cầu HS hoàn thành C1.
- Xột dao động của con lắc đơn như hỡnh vẽ. vật cú khối lượng m, dõy dài l, khụng dón. Kộo vật đến vị trớ A rồi thả nhẹ cho vật dao động , bỏ qua mọi lực cản.
a) Chứng minh rằng A và B đối xứng nhau qua CO.
b) Vị trớ nào động năng cực đại? Cực tiểu?
c) Trong quỏ trỡnh nào động năng chuyển húa thành thế năng và ngược lại?
- GV Giới thiệu về con lắc đơn và làm thớ nghiệm cho HS quan sỏt.
năng cực tiểu, động năng cực đại. Chọn O làm gốc thế năng thỡ :
Wt (O) = O Wđ(O) cực đại.
tiếp tục khi chuyển động từ O đến B thỡ ngược lại, động năng giảm dần, thế năng tăng dần, động năng ở B là cực tiểu. Wđ(B) cực tiểu. c) Qua trỡnh chuyển động từ A đến O là quỏ trỡnh chuyển húa thế năng thành động năng cũn quỏ trỡnh chuyển động từ O đến B là quỏ trỡnh chuyển húa động năng thành thế năng.
- Trong quỏ trỡnh chuyển động
của con lắc chỉ chịu tỏc dụng của trọng lực thỡ cơ năng luụn được bảo toàn.
* GV gợi ý:
+ Xột cơ năng tại cỏc vị trớ A, B .
trả lời phiếu học tập.
* Đại diện nhúm 1: Vật m dao động quanh VTCB, khi qua VTCB thỡ vật cú vận tốc lớn nhất (động năng cực đại) ở cỏc VTB thỡ vận tốc đổi hướng và cú giỏ trị bằng khụng ( động năng bằng khụng). * Đại diện nhúm 2: Vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực đàn hồi của lũ xo.
- Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tỏc dụng của lực đàn hồi. Cụng thức tớnh thế năng đàn hồi của một lũ xo ở trạng thỏi cú biến dạng ∆l là: ( )2 2 1 l k W t = ∆
- Theo định nghĩa cơ năng được tớnh bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật.
+ Trong quỏ trỡnh nào động năng chuyển húa thành thế năng và ngược lại?
- kết luận gì về cơ năng của con lắc trong quá trình chuyển động chỉ dưới tác dụng của trọng lực?
Tr
ường hợp 2 : Cơ năng của vật chịu tỏc dụng của lực đàn hồi.
- Phỏt phiếu học tập số 2:
Xột một vật cú khối lượng m gắn với một lũ xo (hỡnh vẽ). Kộo vật M ra khỏi VTCB rồi thả nhẹ.
+ Vật M chuyển động như thế nào? + Lực nào làm cho vật chuyển động?
( )22 2 2 1 2 1 l k mv W = + ∆
- Nếu bỏ qua sức cản của mụi trường thỡ cơ năng của vật chuyển động dười tỏc dụng của lực đàn hồi sẽ được bảo toàn.
( )∆ =+ + = 2 2 2 1 2 1 l k mv W hằng số - HS cỏc kết luận trờn cần kiểm chứng cỏc thớ nghiệm và dự đoỏn tỡm phương ỏn thớ nghiệm. - Vận dụng kết luận: W = Wđ+ Wt = hằng số Cho vật rơi tự do ở hai vị trớ cú độ cao z1 và z2: 2 2 1 1 mgz mv mgz mv + = + M
- Nờu định nghĩa và viết biểu thức của thế năng đàn hồi?
- Vậy cơ năng của vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực đàn hồi được xỏc định như thế nào?
- Nếu bỏ qua sức cản của mụi trường thỡ cơ năng này sẽ như thế nào?
Mà v1=0 nờn ( ) gs v mgs z z mg mv 2 2 1 2 2 1 2 2 = ⇒ = − =
- Vỡ vận tốc khi vật đi được quóng đường s cũng là vận tốc tức thời tại vị trớ cuối của quóng đường s nờn: gs t s v v2 = 2 ∆ ∆ = =
- Cần phải thực hiện cỏc thao tỏc lắp rỏp thớ nghiệm:
+ Dựng giỏ đỡ cú gắn thước thẳng với cổng quang điện và nam chõm điện thẳng đứng.
+ Nối cụng tắc kộp với nam chõm điện và
ổ A của đồng hồ đo thời gian hiện số.
+ Nối cổng quang điện với ổ B của đồng hồ đo thời gian hiện số. + Cho đồng hồ đo thời gian hoạt
* GV nhận xột: kết luận trờn được rỳt ra từ lớ thuyết nờn chỳng cú thể bị sai sút.
Vậy làm thế nào kiểm chứng được sự đỳng đắn của cỏc kết luận trờn trong thực tế?
- Phương ỏn thực nghiệm kiểm chứng Cơ năng của vọ̃t chuyờ̉n đụ̣ng trong