- Thái độ: Có tầm nhìn đầy đủ hơn về cơ năng.
a. Dụngc ụ: Dụng cụ chủ yếu là giá đỡ có gắn thước thẳng, nam châm điện (gắn ởđầu dưới), cổng quang điện, đồng hổđo thời gian hiện số MC – 964, h ộ p
công tắc kép, quả cân 50g, lò xo 50 60 Nm, các trục 8, 10, khớp đa năng, đế 3 chân hình sao.
b.Tiến hành thí nghiệm:Lắp ráp thí nghiệm như trên hình 2.2 và 2.3
Hình 2.3 Hình 2.4
Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp vật chịu tác dụng của lực đàn hồi
- Dựng giá đỡ có gắn thước và cổng quang điện thẳng đứng.Gỡ nam châm
điện ở đầu trên đem đặt ở đầu dưới của giá đỡ. Dùng băng keo giữ chặt nam châm
điện với giá đỡ. Dựng trụ 10 thẳng đứng, rồi dùng khớp đa năng nối trụ 8 với 10 tạo góc 90o. Treo lò xo vào trục8, chú ý chiều dài lò xo trên thước. Sau đó treo quả cân vào, khi con lắc lò xo nằm cân bằng xác định lo. Điều chỉnh cổng quang điện nằm tại vị trí cân bằng của con lắc, nối cổng quang điện với ổ B của
đồng hồđo thời gian. Nối công tắc kép với nam châm điện và ổ A của đồng hồđo thời gian. Cho đồng hồđo thời gian hoạt động ở chếđộ MODE B, thang đo 9,999s. Kéo con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng một đoạn l rồi giữ hút vật bằng nam châm
điện. Nhấn công tắc kép thả vật cho dao động khi vật trở lại vị trí ban đầu thì bị nam châm điện hút giữ lại. Đồng hồ sẽ hiển thị hai lần thời gian t mà quả cân có chiều dài s đi qua cổng quang điện.
- Trong thí nghiệm này nếu chọn gốc thế năng trọng trường tại vị trí cân bằng của con lắc, chiều dương hướng lên, gốc thế năng đàn hồi tại vị trí lò xo chưa biến dạng thì ta có cơ năng của con lắc tại vị trí biên dưới (nam châm điện)là
2
1 0
1
( )
2
W K l l mg l . Cơ năng của con lắc tại vị trí cân bằng (cổng quang
điện) là 2 2 2 0 1 ( ) 2 2 cb mv W K l .Từ đó suy ra vấn đề cần kiểm chứng là 0 cb g v l l . c. Những chú ý khi làm thí nghiệm
- Biên độ con lắc (khoảng cách l từ cổng quang điện đến nam châm điện) không được quá lớn (dĩ nhiên đang đề cập trong giới hạn đàn hồi). Vì nếu l quá lớn thì sau khi rời khỏi nam châm rồi thì vật sẽ không trở lại được vị trí ban đầu nữa (do lực cản môi trường).
- Phải điều chỉnh con lắc sao cho vật đi qua lỗ tròn của cổng quang điện. - Với các lò xo quá cứng thì việc tiến hành thí nghiệm sẽ không thuận lợi. - Nam châm phải hút được quả cân mà ta dùng.
d. Nhận xét về thí nghiệm
- Với HS thì các em có thể thực hiện thí nghiệm này để kiểm chứng cơ năng tại các vị trí đặc biệt là: vị trí biên, vị trí cân bằng. Việc tiến hành thí nghiệm cũng
đơn giản, các thiết bị thí nghiệm cũng khá quen thuộc nên HS có thể thực hiện được dễ dàng. Tuy nhiên việc rút ra hệ quả cần kiểm chứng có hơi phức tạp với các em một chút vì nó gồm cả hai loại thế năng là thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi.
- Với thí nghiệm này ta có thể kiểm chứng được cơ năng tại một vị trí bất kỳ
vì ta có thể dùng thực nghiệm để xác định vận tốc tại vị trí đó. Mặt khác, do con lắc chuyển động trong không khí nên ma sát giảm đáng kể so với chuyển động của hệ
trên mặt phẳng ngang vì vậy độ chính khá cao.
2. Xây dựng các tình huống vật lí
A. Trường hợp vật chịu tác dụng của trọng lực a.Tình huống cơ bản
GV cho HS phân tích tiếp ví dụ về hoạt động của búa máy, để HS thấy rằng khi búa có khối lượng m rơi tự do từđộ cao z1xuống độ cao z2bất kì thì trong quá trình chuyển động đó của búa máy động năng và thế năng của nó luôn biến đổi: khi động năng tăng lên thì thế năng giảm đi.Từđó xuất hiện câu hỏi cơ bản định hướng đúng mục tiêu kiến thức cần xây dựng là sự biến đổi đó có tuân theo quy luật nào không?
Tình huống này dẫn HS đến hành động dựđoán giải pháp tìm câu trả lời.
b.Bài toán
Chúng ta có thể tìm được câu trả lời thông qua việc giải bài toán sau:
Một vật có khối lượng m rơi tự do từđộ cao z1 xuống độ cao z2 do trọnglực. Sử dụng định lí động năng và thế năng tìm mối liên hệ giữa động năng và thế năng của vật ở các vị trí khác nhau.
Tình huống này dẫn HS đến hành động vận dụng kiến thức cũ để tìm câu trả
lời cho bài toán.Kết quả: 1 12 2 22
1 1
2 2
c. Phát hiện kiến thức mới
Từ kết quả của bài toán HS có thể tìm ra được quy luật: cơ năng của vật rơi tự do là một đại lượng bảo toàn
2 d d 2 t mv W mgz W W hằng số. Hay Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2
d. Khái quát hóa
Kết luận trên không phải chỉ đúng cho trường hợp vật rơi tự do. Mà nó cũng
đúng cho trường hợp vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng cùa trọng lực. Bởi vật rơi tự do là một trường hợp riêng của vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực.