I. Thế năng trọng trường
1. Định nghĩa: Thế năng trọng trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của một vật ởđộ cao z so với mặt đất và được xác đị nh theo công
thức:Wt mgz
Với: Wt: thế năng trọng trường ( J ) m: khối lượng của vật ( kg )
z :độ cao của vật ( m )
* Chú ý: Thế năng trọng trường phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng (gốc thế
năng).
Hoạt động 2: Xây dựng kiến thức mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng trọng trường với công của trọng lực
Yêu cầu HS trình bày và thảo luận các tình huống 3,4,5,6.
a.Tình huống cơ bản (Tình huống 3)
* Phân tích tiếp ví dụ ở trên: khi búa máy rơi từ trên xuống thì vị trí của nó thay đổi so với mặt đất và trong quá trình đó thì nó chịu tác dụng của lực nào?
* Búa máy chịu tác dụng của trọng lực.
* Vậy dưới tác dụng của trọng lực thì thế năng trọng trường biến thiên. Vậy em có nhận xét gì về độ biến thiên thế
năng trọng trường với trọng lực?
* Từđây đề xuất vấn đề cơ bản: giữa độ biến thiên thế năng trọng trường và trọng lực có mối liên hệ nào chi phối?
b. Bài toán (Tình huống 4)
* 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 .
c. Phát hiện kiến thức mới
* Từ kết quả của bài toán vừa giải, em có thể tìm được quy luật của sự biến thiên thế năng trọng trường như thế nào?
d. Khái quát hóa kiến thức
* Độ biến thiên thế năng trọng trường của vật chính là độ biến thiên thế năng trọng trường của hệ vật – trái đất nên công thức:Wt(2)W1(1) AP cho thấy độ biến thiên thế năng trọng trường của hệ vật – trái đất bằng và trái dấu với công của trọng lực tác dụng lên vật.
e. Tình huống kiểm chứng (Tình huống 5) năng trọng trường với trọng lực. *Dựđoán tìm mối liên hệ. *HS hành động giải toán: Công của trọng lực tác dụng lên vật 1 2 ( ) (1) (2) P t t A Pz mg z z W W * Wt(2)W1(1) AP
* 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 mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng trọng trường với công của trọng lực?
* GV định hướng tiếp: em hãy áp dụng
1(2) (1) (2) (1)
t P
W W A để giải bài toán sau và so sánh với 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 với mặt phẳng ngang là 30o và lấy g = 10m/s2.
f.Hợp thức hóa
*Từ kết quả của việc giải toán bằng hai phương pháp vừa rồi em rút ra được kết luận gì về kiến thức ta vừa xây dựng ?
* Em hãy phát biểu bằng lời nội dung về mối quan hệ đó. * HS dự đoán tìm phương án kiểm chứng. * HS hành động giải toán: + Áp dụng : 2 1 .sin t t P W W A mgs 2 1 32( ) sin t t W W s m mg + Dùng phương pháp động lực học. Áp dụng định luật II Niu-Tơn rồi suy ra gia gia tốc chuyển động của vật: 0 2 sin 10.sin 30 5 a g m s Vật chuyển động nhanh dần đều nên: 2 0 1 2 s at v t mà v0 0 1 2 2 s at = 32 (m)
* Hai cách giải khác nhau đều cho cùng một kết quả chứng tỏ mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng trọng trường với công của trọng lực mà ta vừa xây dựng là tin cậy được. *Độ biến thiên thế năng trọng trường của hệ bằng và trái dấu với công của trọng lực tác dụng lên vật:
(Tình huống 6)
* Từ kết quả tìm được ở bài toán AP Wt(1)Wt(2)