Cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” trong chương

10. Cấu trúc luận văn

2.2. Cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” trong chương

trình vật lý 10 cơ bản

2.2.2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo tồn” (Hình 2.7)

Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn”

Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng

Ứng dụng (Hiện tượng sung giật, chuển động của tên lửa) Định luật bảo toàn

động lượng Bài toán va chạm Động lượng Chƣơng các định luật bảo

toàn Sự bảo toàn và chuyển hóa năng lượng của

chất điểm trong chuyển động cơ

Các dạng năng lượng

Định luật bảo tồn cơ năng Cơng và cơng suất

Động năng Thế năng Cơ năng

2.2.2.2. Diễn giải sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo tồn”

Nhìn vào sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” ta thấy trong chương này đề cập đến hai nội dung kiến thức cơ bản

- Nội dung kiến thức thứ nhất là: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng

- Nội dung kiến thức thứ hai là: Sự bảo tồn và chuyển hóa năng lượng của chất điểm trong chuyển động cơ

Trong nội dung kiến thức về động lượng, định luật bảo toàn động lượng bao gồm các đơn vị kiến thức nhỏ có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, đó là kiến thức về vectơ động lượng (định nghĩa, biểu thức, đơn vị, tính chất của động lượng) và định luật bảo toàn động lượng, ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng (bài tốn va chạm, giải thích nguyen tắc chuyển động bằng phản lực)

Trong nội dung kiến thức về sự bảo tồn và chuyển hóa năng lượng của chất điểm trong chuyển động cơ bao gồm các kiến thức nhỏ có quan hệ mật thiết với nhau đó là: Kiến thức về cơng và công suất; các dạng năng lượng: Động năng, thế năng, cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng.

2.2.3. Nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” vật lý 10 a. Động lượng a. Động lượng

* Định nghĩa, biểu thức, đơn vị, tính chất của động lượng

- Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là đại lượng được xác định bởi công thức:

pmv

- Đơn vị của động lượng là (kgm/s)

- Động lượng là một đại lượng vectơ cùng hướng với vectơ vận tốc của vật

* Mối liên hệ giữa độ biến thiên động lượng và xung lượng của lực: Độ biến

thiên động lượng của vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó

* Khái niệm về hệ cơ lập: Là hệ nhiều vật mà khơng có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau.

b. Công

* Định nghĩa, biểu thức, đơn vị, tính chất của cơng

- Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực một góc  thì cơng thực hiện bởi lực đó được tính theo cơng thức:

A = Fscos - Đơn vị của công là J

- Cơng là đại lượng vơ hướng, có thể dương, âm hoặc bằng 0

* Các trường hợp của công

-  nhọn, cos > 0, suy ra A > 0, khi đó A là cơng phát động

-  = 900, suy ra A = 0, khi điểm đặt của lực chuyển dời theo phương vng góc với lực thì lực sinh cơng A = 0

-  tù, cos < 0, suy ra A < 0, lực sinh công cản

c. Công suất

* Định nghĩa, biểu thức, đơn vị của công suất

- Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian

t A

 

- Đơn vị của công suất là W

d. Các dạng năng lượng

* Động năng

- Định nghĩa, biểu thức, đơn vị, tính chất của động năng

+ Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v (kí hiệu Wđ) mà vật có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức 2 2 1 mv Wđ 

+ Đơn vị của động năng là J

+ Động năng là đại lượng vô hướng và luôn dương

+ Động năng phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc của vật, động năng có tính tương đối

- Mối liên hệ giữa công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng: Độ biến thiên động năng của một vật bằng tổng công của các ngoại lực tác dụng lên vật 2 1 2 2 2 1 2 1 mv mv A 

Khi lực tác dụng lên vật sinh cơng dương thì động năng của vật tăng (tức là vật thu thêm công hay vật sinh công âm). Ngược lại, khi lực tác dụng lên vật sinh cơng âm thì động năng của vật giảm (tức là vật sinh công dương).

* Thế năng

- Thế năng trọng trường

Định nghĩa, biểu thức, đơn vị, tính chất của thế năng

+ Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa trái đất và vật

+ Khi một vật khối lượng m được đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của trái đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức

Wt = mgz + Đơn vị của thế năng là J

+ Thế năng trọng trường của một vật phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường

Mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng với công của trọng lực: Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì cơng của trọng lực có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N

AMN = Wt (M) – Wt (N)

Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường:

+ Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh cơng âm

- Thế năng đàn hồi

Định nghĩa, biểu thức, đơn vị, tính chất của thế năng đàn hồi

+ Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi Wt = ( )2

2 1

l k 

+ Đơn vị của thế năng đàn hồi là J

Mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng đàn hồi với công của lực đàn hồi:

Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi 2 2 2 1 ( ) 2 1 ) ( 2 1 l k l k A    * Cơ năng

- Cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường

+ Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng động năng và thế năng của vật gọi là cơ năng

W Wđ Wt  mv2 mgz

2 1

+ Đơn vị của cơ năng là J

- Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

+ Khi một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lị xo đàn hồi thì cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật 2 ( )2 2 1 2 1 W  mv  k l

+ Đơn vị của cơ năng là J

e. Các định luật bảo toàn

- Nội dung định luật: Vectơ tổng động lượng của một hệ cô lập là một đại

lượng được bảo toàn

p1 p2 ... pn  const

- Ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng: Định luật bảo tồn động

lượng có nhiều ứng dụng trong thực tế như: Giải các bài toán va chạm, làm cơ sở cho nguyên tắc chuyển động bằng phản lực…

* Định luật bảo toàn cơ năng

- Trường hợp của trọng lực: Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ

chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn W = Wđ + Wt = hằng số

W = mv2 mgz

2

1 = hằng số

- Trường hợp của lực đàn hồi: Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi

gây bởi sự biến dạng của một lị xo đàn hồi thì trong q trình chuyển động của vật, cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là đại lượng bảo toàn

W = mv2  k(l)2 const

2 1 2

1

- Hệ quả của định luật bảo toàn cơ năng: Trong quá trình chuyển động của

một vật trong trọng trường hoặc chuyển động của một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi:

+ Nếu động năng giảm thì thế năng tăng và ngược lại.

+ Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại

- Ứng dụng của định luật bảo toàn cơ năng: Định luật bảo toàn cơ năng được

ứng dụng để giải các bài toán chuyển động của một vật, hệ vật, các bài toán về va chạm…

2.3. Mục tiêu dạy học chƣơng “Các định luật bảo toàn” 2.3.1. Mục tiêu về kiến thức và trình độ nhận thức Trình độ nhận thức Nội thức dung kiến thức NHẬN BIẾT (Nhắc lại, phát biểu lại…) HIỂU (Áp dụng tình huống quen thuộc)

VẬN DỤNG (Vận dụng linh hoạt giải quyết vấn đề mới) 1. Động lƣợng. Định luật bảo toàn động lƣợng * Phát biểu được định nghĩa động lượng * Viết được công thức của động lượng:

v m p 

* Nêu được đơn vị của động lượng là kgm/s

* Nêu được khái niệm về hệ cơ lập (hệ kín)

* Viết được công

* Động lượng phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc, nếu một trong hai yếu tố đó thay đổi thì động lượng thay đổi

* Động lượng là một đại lượng vectơ và biết cách vẽ vectơ động lượng pmv của vật * Lấy được ví dụ về hệ cơ lập trong thực tế * Tính được độ biến thiên động lượng của một vật và hệ vật * Biết cách chọn hệ cô lập để việc giải bài toán được đơn

thức biểu thị mối liên hệ giữa độ biến thiên động lượng của một vật với xung lượng của lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian nào đó * Phát biểu được nội dung và viết được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng đối với hệ cô lập gồm hai vật: const p p p 1 2  * Nêu được các ứng dụng của định luật bảo tồn động lượng

* Tính được xung lượng của lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian nào đó

* Biết cách vẽ vec tơ tổng động lượng của hệ hai vật p  p1  p2

và tính được độ lớn của vec tơ p

* Lấy được các ví dụ trong thực tế về vật chuyển động theo nguyên tắc chuyển động bằng phản lực giản * Nhận ra được cơng thức p Ft chính là dạng khác của định luật II Niu-Tơn

* Viết được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng cho hệ cô lập gồm nhiều vật: const p p p p 1 2... n 

* Giải được các bài tốn va chạm, giải thích được nguyên tắc chuyển động bằng phản lực, giải thích được chuyển động của tên lửa, hiện tượng súng giật lùi khi bắn

2. Công và công suất

* Phát biểu được định nghĩa, viết được biểu thức của công trong trường hợp tổng quát:



cos

Fs A

* Nêu được đơn vị của công trong hệ SI là J

* Phát biểu được định nghĩa đơn vị của công cơ học

* Phát biểu được khái niệm, viết được biểu thức của công suất:

t A





* Nêu được đơn vị của công suất trong hệ SI là W

* Nêu được định nghĩa đơn vị của công suất

* Xác định được công cơ học gắn với hai yếu tố: Lực tác dụng và độ dời điểm đặt của lực

* Xác định được công là đại lượng vô hướng, giá trị của nó có thể dương, âm hoặc bằng không * Phân biệt được công phát động với công của lực cản * Xác định được ý nghĩa của công suất trong kỹ thuật và đời sống

* Phân biệt được công với công suất

* Tính được cơng trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng

* Phân biệt được công trong ngôn ngữ thông thường với công trong vật lý

* Phân biệt được đơn vị của công với đơn vị của công suất * Giải thích được ứng dụng của hộp số trên ô tô, xe máy

năng, thế năng, cơ năng. Định luật bảo toàn cơ năng

nghĩa, viết được biểu thức của động năng: 2 2 1 mv Wđ 

* Nêu được đơn vị của động năng trong hệ SI là J

* Viết được công thức biểu thị mối liên hệ giữa công của lực tác dụng với độ biến thiên động năng: A12 = Wđ2 - Wđ1

* Nêu được định nghĩa, viết được biểu thức của thế năng trọng trường: Wt = mgz

* Viết được công thức biểu thị mối liên hệ giữa công của trọng lực với độ biến thiên thế năng:

A12 = Wt1 – Wt2

* Nhớ được công

động năng là một dạng năng lượng cơ học mà mọi vật có được khi chuyển động

* Nhận ra được động năng là đại lượng vô hướng và luôn dương * Xác định được động năng phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc của vật do đó động năng phụ thuộc vào hệ qui chiếu * Xác định được thế năng trọng trường là dạng năng lượng của một vật chỉ phụ thuộc vào vị trí trương đối giữa vật và Trái Đất * Phân biệt được hai dạng năng lượng động năng và thế năng * Tính được thế năng trọng trường của một vật hoặc hệ vật khi năng trong các hệ qui chiếu khác nhau * Tính được độ biến thiên động năng của một vật và hệ vật

* Biết cách chọn mốc thế năng sao cho việc giải bài tốn là đơn giản * Tính được độ biến thiên thế năng trọng trường của một vật hay hệ vật

thức biểu thị mối liên hệ giữa công của trọng lực với độ biến thiên thế năng trọng trường

* Nêu được định nghĩa, viết được công thức của thế năng đàn hồi: Wđh = ( )2 2 1 l k 

* Viết được công thức biểu thị mối liên hệ giữa công của lực đàn hồi với độ biến thiên thế năng đàn hồi

A12 =Wđh1 – Wđh2 * Phát biểu được định nghĩa, viết được biểu thức của cơ năng cho trường hợp của trọng lực và lực đàn hồi chọn các mốc thế năng khác nhau * Lấy được các ví dụ trong thực tế về vật chuyển động trong trọng trường có thế năng tăng, thế năng giảm * Xác định được thế năng đàn hồi là do tương tác lực đàn hồi giữa các phần tử của vật biến dạng đàn hồi * Lấy được ví dụ về vật chịu biến dạng đàn hồi có thế năng đàn hồi tăng, giảm

* Xác định được cơ năng gồm tổng động năng và thế năng của vật * Tính được độ biến thiên thế năng đàn hồi * Tính được giá trị cực đại, giá trị cực tiểu của động năng, thế năng

W = Wđ + Wt W = Wđ + Wđh

* Phát biểu được nội dung và viết được biểu thức của định luật bảo toàn cơ năng cho trường hợp của trọng lực và lực đàn hồi W = Wđ + Wt = const W = Wđ + Wđh = const

* Nêu được hệ quả của định luật bảo toàn cơ năng * Lấy được ví dụ về vật chuyển động trong trường lực thế có thế năng tăng, động năng giảm và ngược lại * Xác định được vị trí tại đó vật có thế năng cực đại (động năng cực tiểu), động năng cực đại (thế năng cực tiểu)

2.3.2. Kỹ năng của học sinh khi học chương “Các định luật bảo toàn”

Các kỹ năng cơ bản học sinh cần rèn luyện sau khi học xong chương “Các định luật bảo toàn”

- Kỹ năng vận dụng các kiến thức vật lý:

+ Áp dụng công thức: p = mv, p1 p2 ... pn  const, A = Fscos,

t A   , 2 2 1 mv Wđ  , Wt = mgz, Wđh = ( )2 2 1 l k  , W = mv2  k(l)2 const 2 1 2 1 W = mv2 mgz 2 1 = const, 2 1 2 2 2 1 2 1 mv mv A  , 2 2 2 1 ( ) 2 1 ) ( 2 1 l k l k A   

A = mgz1 – mgz2

+ Vẽ các vectơ vận tốc, động lượng, gia tốc, trọng lực