III. Chuẩn bị bài học
1. Xây dựng các tình huống vật lí
A. Các tình huống xây dựng kiến thức thế năng trọng trườnga. Tình huống cơ bản a. Tình huống cơ bản
GV đưa ra ví dụ: búa máy ở độ cao z rơi xuống đập vào cọc làm cho cọc đi sâu vào đất một đoạn s . Qua đó cho HS nhận thấy rằng một vật nặng ở vị trí có độ
cao z so với mặt đất sẽ có khả năng sinh công. Từđó đề xuất vấn đề cơ bản : có đại lượng nào đặc trưng cho khả năng sinh công của vật nặng đang ở trên cao và nó được xác định như thế nào?
Tình huống này dẫn HS đến hành động dựđoán giải pháp tìm câu trả lời. HS có thể tìm kiếm được câu trả lời vì đã có tình huống tương tựở bài động năng.
Nếu HS vẫn chưa hành động được thì GV định hướng tiếp bằng việc đưa ra bài toán.
b. Bài toán
Để trả lời cho câu hỏi cơ bản ở trên thì các em có thể đi giải bài toán sau: Một búa máy có khối lượng m đang ở độ cao z so với mặt đất.Tìm công lớn nhất mà búa máy thực hiện được khi rơi xuống mặt đất.
Tình huống này dẫn HS đến hành động vận dụng kiến thức cũ để đi tìm câu trả lời cho bài toán.Kết quả giải toán: Amax mgz.
c.Phát hiện kiến thức mới
Từ kết quả bài toán HS phát hiện vật nặng ở độ cao z so với mặt đất có khả
năng thực hiện công lớn nhất là Amax mgz.
d.Hợp thức hóa kiến thức
Công lớn nhất mà vật nặng ở độ cao z so với mặt đất có thể thực hiện được gọi là thế năng trọng trường của vật hay nói chính xác đó là thế năng trọng trường của hệ vật – trái đất. Vì khả năng thực hiện công của nó liên quan đến lực
hút của trái đất với vật và độ cao của vật. Người ta kí hiệu thế năng là Wt. Và thế
năng trọng trường chỉ là một trường hợp riêng của thế năng hấp dẫn. Vì ngoài trái
đất, mọi thiên thể trong vũ trụđều hút lẫn nhau với lực vạn vật hấp dẫn .
B. Các tình huống xây dựng kiến thức mối liên hệ giữa độ biến thiên năng trọng trường với công của trọng lực trọng trường với công của trọng lực
a.Tình huống cơ bản
GV cho HS xét tiếp ví dụở trên để HS nhận thấy dưới tác dụng của trọng lực thì thế năng trọng trường biến thiên. Từ đây đề xuất vấn đề cơ bản: giữa độ biến thiên thế năng trọng trường và trọng lực có mối liên hệ nào chi phối?
Tình huống này dẫn HS đến hành động dựđoán về mối liên hệ.
Nếu HS vẫn chưa hành động được thì GV có thể thu hẹp phạm vi dựđoán của HS bằng việc đưa ra bài toán.
b.Bài toán
Chúng ta có thể tìm mối liên hệ trên qua việc giải bài toán sau:
Một vật có khối lượng m rơi từ có độ cao z1 xuống độ cao z2 dưới tác dụng của trọng lực. Hãy tìm công của trọng lực tác dụng lên vật .
Tình huống này dẫn HS đến hành động vận dụng kiến thức cũ để tìm câu trả
lời cho bài toán. Kết quả bài toán: (1) (2)
P t t
A W W
c. Phát hiện kiến thức mới
Từ kết quả giải toán HS phát hiện kiến thức mới là Wt(2)- Wt(1) = -Ap
d. Khái quát hoá
Độ biến thiên thế năng trọng trường của vật cũng chính là độ biến thiên thế
năng trọng trường của hệ vật – trái đất .
e.Tình huống kiểm chứng
GV nhận xét: kết luận nêu trên được rút ra từ lí thuyết nên chúng chưa chắc chắn đúng. Vậy làm thế nào để kiểm chứng sự đúng đắn của mối liên hệ vừa tìm được?
GV định hướng tiếp: Chúng ta áp dụng mối liên hệ đó để giải bài tập sau và so sánh cách giải bằng phương pháp động lực học đã biết.
Một vật có khối lượng m =6kg được đặt tại đỉnh mặt phẳng nghiêng và có thế
năng 1000J.Vật trượt không vận tốc đầu trên mặt phẳng nghiêng không ma sát thì sau 12,8 giây vật đến chân mặt phẳng nghiêng và có thế năng 40J. Tìm quãng
đường mà vật đã đi được. Biết góc hợp bởi mặt phẳng nghiêng và mặt phẳng ngang là 30o . Lấy g = 10m/s2.
Cả hai phương pháp giải đều cho cùng kết quảđã khẳng định mối liên hệ mà ta vừa xây dựng là tin cậy được.
Tình huống này dẫn HS đến hành động dựđoán tìm phương án kiểm chứng và thực hiện kiểm chứng kiến thức và rút ra kết luận.
f. Hợp thức hoá kiến thức
GV cho HS phát biểu và viết biểu thức về mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng trọng trường với công của trọng lực.