bảo tồn” – Vật lí 10
2.1.1. Sơ đồ cấu trúc các kiến thức cơ bản chương “Các định luật bảo tồn”- Vật lí 10 Vật lí 10
2.1.2. Mục tiêu dạy học của chương “Các định luật bảo tồn”- Vật lí 10 a. Về kiến thức a. Về kiến thức
- Định nghĩa được động lượng, nêu được hệ quả: lực với cường độ đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể làm cho động lượng của vật biến thiên.
- Định nghĩa được khái niệm và cho được ví dụ về hệ kín
- Phát biểu và viết được biểu thức định luật bảo tịan động lượng cho hệ kín gồm 2 vật.
- Nắm được nguyên tắc chuyển động bằng phản lực.Hiểu đúng thuật ngữ chuyển động bằng phản lực trong bài này từ nội dung định luật bảo toàn động lượng.
- Hiểu và phân biệt hoạt động của động cơ máy bay phản lực và tên lửa vũ trụ. - Định nghĩa được công của một lực. Phân biệt được khái niệm công trong ngôn ngữ thông thường và cơng trong vật lí.
- Nêu được định nghĩa và ý nghĩa của công suất.
- Định nghĩa và viết được biểu thức của động năng (của một chất điểm hay một vật rắn chuyển động tịnh tiến).
- Phát biểu được định lí động năng (cho một trường hợp đơn giản).
- Định nghĩa và viết được công thức của thế năng trọng trường (hay thế năng hấp dẫn).
- Định nghĩa và viết được công thức của thế năng đàn hồi
- Nắm vững mối quan hệ: công của các lực thế (trọng lực, lực đàn hồi...) bằng độ giảm thế năng.
- Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường.
- Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tác dụng lực đàn hồi của lò xo.
b. Về kỹ năng
Sau khi học chương “Các định luật bảo tồn”- Vật lí 10, HS sẽ đạt được các kỹ năng sau:
- Vận dụng được định luật bảo toàn động lượng để giải các bài toán va chạm, đạn nổ.
- Giải thích được nguyên tắc chuyển động bằng phản lực bằng định luật bảo toàn động lượng
- Biết vận dụng cơng thức tính cơng trong các trường hợp cụ thể. - Biết cách tính động năng của mỡi vật.
- Vận dụng thành thạo cơng thức tính cơng trong định lí động năng để giải một số bài toán liên quan đến động năng: xác định động năng (hay vận tốc) của vật trong q trình chuyển động khi có cơng thực hiện, hoặc ngược lại, từ độ biến thiên động năng tính được cơng và lực thực hiện cơng đó.
- Vận dụng được cơng thức xác định thế năng, trong đó phân biệt:
+ Cơng của trọng lực luôn làm giảm thế năng. Khi thế năng tăng tức là trọng lực đã thực hiện một công âm, bằng và ngược dấu với công dương của ngoại lực.
+ Thế năng tại mỡi vị trí có thể có giá trị khác nhau tùy theo cách chọn gốc tọa độ.Từ đó nắm vững tính tương đối của thế năng và biết chọn mức không của thế năng cho phù hợp trong việc giải các bài tốn có liên quan đến thế năng.
- Nắm vững và biết áp dụng phương pháp để tính cơng của lực đàn hồi.Hiểu rõ ý nghĩa của phương pháp này, sử dụng khi lực biến đổi tỉ lệ với độ biến dạng.Liên hệ các ví dụ thực tế để giải thích được khả năng sinh cơng của vật (hoặc hệ vật) biến dạng đàn hồi.
- Thiết lập và viết được biểu thức tính cơ năng trọng trường, cơ năng đàn hồi. - Biết xác định khi nào cơ năng bảo toàn.
- Nắm vững và vận dụng được định luật bảo toàn cơ năng và năng lượng trong việc giải bài tập và giải thích một số hiện tượng vật lí có liên quan.
c. Về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
Sau khi học chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10, HS sẽ đạt được năng lực sau:
- Phân tích và phát hiện được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống có liên quan đến nội dung chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10.
- Biết xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới và phức tạp từ các nguồn thông tin khác nhau; biết phân tích các nguồn thơng tin độc lập để thấy được khuynh hướng và độ tin cậy của ý tưởng mới.
- Biết đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề, nêu được nhiều ý tưởng mới trong học tập và cuộc sống, suy nghĩ khơng theo lối mịn, tạo ra yếu tố mới dựa trên những ý tưởng khác nhau; hình thành và kết nối các ý tưởng.
- Biết lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất.
- Biết thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề một cách sáng tạo. - Biết vận dụng giải pháp giải quyết vấn đề vào thực tiễn và nghiên cứu để thay đổi giải pháp trước sự thay đổi của bối cảnh; đánh giá rủi ro và có dự phịng.
2.1.3. Cách xây dựng các kiến thức chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 Vật lí 10
Các định luật bảo tồn có một vị trí đặc biệt quan trọng trong chương trình vật lí học. Định luật bảo toàn động lượng đúng cho cả trường hợp mà các định luật Newton khơng cịn đúng nữa, định luật bảo toàn cơ năng áp dụng cho mọi trường hợp khi lực tác dụng là lực thế. Chương các định luật bảo tồn ở vị trí gần cuối của chương trình cơ học ở lớp 10, nên có thể sử dụng tất cả kiến thức đã học trong các chương trước. Đây là dịp tốt để củng cố hiểu biết và rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức đã học của HS. Trong chương này, HS học thêm nhiều khái niệm mới khá trừu tượng và được bổ sung những kiến thức sâu hơn, định lượng hơn so với chương trình trung học cơ sở. Đó là các khái niệm động lượng, cơng, cơng suất, động năng, thế năng, lực thế, năng lượng cơ học nói riêng và năng lượng nói chung. Đồng thời, HS được học những quy luật quan trọng nhất của cơ học, đó là các định luật bảo tồn.
Sau đây, chúng tơi xin trình bày cách xây dựng các kiến thức trong chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 của hai sách giáo khoa cơ bản và nâng cao:
a/ Động lượng – Định luật bảo toàn động lượng
SÁCH NÂNG CAO SÁCH CƠ BẢN
- Xuất phát từ khái niệm hệ kín để xét tương tác của hai vật bất kì trong hệ và sử dụng các định luật II và III của Newton, từ đó xây dựng biểu thức của định luật bảo toàn động lượng.
- Từ biểu thức này suy ra công thức của động lượng .
- Phát biểu định luật bảo tồn động lượng. -Đưa ra thí nghiệm để kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng .
- Trình bày hai ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng: súng giật khi bắn và chuyển động bằng phản lực của động cơ phản lực và của tên lửa thành một bài riêng biệt.
- Bải tập vận dụng.
- Thơng qua việc phân tích các ví dụ cụ thể để giới thiệu cho HS khái niệm xung lượng của lực trong một khoảng thời gian ngắn và tác dụng của nó là làm biến đổi vận tốc của vật chịu tác dụng của xung - Sau đó, bằng cách sử dụng định luật II của Newton và kết hợp khái niệm xung lượng của lực để khảo sát chuyển động của một vật m và đưa đến biểu thức liên hệ giữa xung lượng của lực và độ biến thiên của một đại lượng mà người ta gọi
là động lượng.
- Đây chính là biểu thức của định lí xung lượng - động lượng, tuy nhiên, trong SGK chuẩn khơng nêu tên của định lí này (mà chỉ nói đó là một cách diễn đạt khác của định
luật II Newton).
- Sau khi định nghĩa động lượng, SGK đưa đến biểu thức dạng khác của định luật II của Newton: (23.3 a) hay (23.3 b) . Sau đó phát biểu nội dung của biểu thức. - Câu hỏi C1 giúp HS biết thêm một đơn vị
khác của động lượng : N.s
Câu hỏi C2 : bài tập cụ thể để áp dụng công thức 23.1.
- SGK trình bày khái niệm hệ cơ lập, sau đó xét một hệ cơ lập gồm 2 vật nhỏ tương tác với nhau, kết hợp định luật ba Niu-tơn và định lí xung lượng- động lượng để chứng
minh biểu thức của định luật bảo toàn động lượng .
- Vận dụng định luật bảo toàn động lượng cho trường hợp va chạm mềm của 2 vật chuyển động cùng hướng là phù hợp với trình độ của HS.
- SGK nêu ví dụ về chuyển động của cái diều, và tên lửa. Sau đó vận dụng định luật bảo tồn để giải thích chuyển động của tên lửa. Tuy nhiên, chưa nêu bật được nguyên tắc của chuyển động bằng phản lực đối với các vật tự tạo ra phản lực.
b/ Công – Công suất
SÁCH NÂNG CAO SÁCH CƠ BẢN
- Sách nâng cao cho chúng ta quan sát một thí dụ người kéo vật nặng lên cao. Từ đó dẫn đến cơng thức tính cơng trên cơ sở từng trường hợp riêng A=F.S suy ra trường hợp tổng quát A=F.S.cosα.
- Xét công của lực biến đổi.
- Lập luận để đưa ra khái niệm công suất. -Sử dụng cơng thức P = F.v và trình bày ứng dụng của hộp số của ô tô
- Trình bày cách tính hiệu suất của một máy cơ học.
- Vận dụng cơng thức tính cơng để giải bài tập.
-Từ khái niệm công ở lớp 8, đưa ra định nghĩa công trong trường hợp tổng quát.
- Tiếp theo SGK dùng suy luận toán học để xét dấu của A và nêu ý nghĩa cho từngtrường hợp.
- Cho HS vận dụng câu C2, kết hợp hình 24.4 để hiểu rõ hơn ý nghĩa của công do các lực sinh ra trong các trường hợp: phát động,
cản trở, không sinh công.
- SGK lưu ý: Các cơng thức tính cơng chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong quá trình chuyển động, giúp HS xác định đúng phạm vi áp dụng công thức cho các trường hợp cụ thể, khơng bị sai sót khi làm bài tập.
- SGK chuẩn đưa hộp số vào phần “Em có biết”, có đưa ra cơng thức P=∆A/∆t, trong đó ∆A là cơng thực hiện bởi lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian ∆t. Nếu ∆t là một khoảng thời gian hữu hạn thì P phải được hiểu là cơng suất trung bình, cịn nếu ∆t là một khoảng thời gian rất nhỏ thì P được hiểu là công suất tức thời tại thời điểm đang xét P=F.v
c/ Động năng- Định lí động năng
SÁCH NÂNG CAO SÁCH CƠ BẢN
- Xuất phát từquan sát thực tiễn: cần cẩu quăng quảnặng đểphá bứctường để đưa ra sự phụ thuộc của động năng vào vận tốc và khối lượng. Từ đó đưa ra định nghĩa động năng.
- Đưa ra bài tốn tính cơng của lực dịch chuyển quãng đường s, từ đó rút ra biểu thức của định lí động năng
- Vận dụng định lý động năng để giải bài tập.
- Ở SGK chuẩn, sau khi giới thiệu về khái niệm năng lượng và các dạng năng lượng, SGK chuẩn đã giới thiệu về động năng và mối quan hệ giữa động năng của một vật và công cơ học (nhưng chưa đưa ra biểu thức
tính động năng).
- Sau đó, cũng xuất phát từ việc tính cơng của một lực F không đổi tác dụng lên một vật có khối lượng m và làm nó dịch chuyển một đoạn s theo phương của lực để đưa đến biểu thức.
- Đến đây, SGK chuẩn mới đưa ra biểu thức tính động năng và định nghĩa động năng một cách đầy đủ rồi phát biểu biểu thức trên dưới dạng một hệ quả: “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
khơng nêu lên thành một định lí như ở SGK nâng cao
d/ Thế năng
SÁCH NÂNG CAO SÁCH CƠ BẢN
Dùng hai bài học để xây dựng hai khái niệm thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi
1. Thế năng – thế năng trọng trường (bài 35):
- Đưa ra các ví dụ thực tế : búa máy đóng cọc, bắn cung để giới thiệu năng lượng của các vật đứng yên là thế năng.
- Dùng công thức công của trọng lực để tìm biểu thức thế năng của vật chuyển động trọng trường và độ giảm thế năng.
- Đưa ra khái niệm thế năng. 2. Thế năng đàn hồi (bài 36):
Dùng phương pháp tương tự như bài 35, tìm cơng của lực đàn hồi để đưa ra công thức thế năng đàn hồi và độ giảm thế năng đàn hồi.
Chỉ xây dựng hai khái niệm thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi bằng một bài duy nhất:
- Đầu tiên đưa ra định nghĩa trọng trường, trọng trường đều
- Thơng qua ví dụ về một búa máy được thả không vận tốc đầu từ độ cao z xuống đập vào một cái cọc, làm cọc đi sâu vào mặt đất một đoạn s
- Như vậy, khi rơi xuống đất, trọng lực của búa máy đã sinh công A =Pz =mgz. Công này được định nghĩa là thế năng của búa máy (vật). Từ đó, SGK chuẩn đưa ra định nghĩa và biểu thức của thế năng trọng trường.
- Sau khi trình bày hồn chỉnh về khái niệm thế năng trọng trường, và từ biểu thức A =Pz =mgz, SGK mới công nhận biểu thức liên hệ giữa công của trọng lực trong trường hợp tổng quát (khi vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí N đến vị trí M theo 1 quỹ đạo cong bất kì) và hiệu thế năng trọng trường tại hai điểm đó mà khơng chứng minh và rút ra các hệ quả từ biểu thức liên hệ đó
- Thơng báo cơng thức tính cơng của lực đàn hồi và thế năng đàn hồi.
e/ Cơ năng – Định luật bảo tồn cơ năng
- Sử dụng bài tốn “Xét 1 vật khối lượng m rơitừvịtrí Asang B tương ứng với độ cao z1, z2”, áp dụng định lí động năng và độ giảm thế năng bằng công của trọng lực để rút ra biểu thức của định luật bảo toàn cơ năng trọng trường.
- Lập luận tương tự để thông báo biểu thức của định luật bảo toàn cơ năng đàn hồi.
- Xét sự biến thiên cơ năng trong trường hợp có ma sát và lực cản.
- Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng trọng trường để giải bài tập.
- Thông báo khái niệm và công thức của cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường.
- Sau đó dùng bài tốn như sách nâng cao để thiết lập định luật bảo toàn cơ năng đối với trường hợp vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực.
- Đối với trường hợp lực đàn hồi, SGK chỉ thơng báo sự bảo tồn cơ năng trong trường hợp này (mà không thiết lập) - Nêu trường hợp nếu vật chịu thêm tác dụng của lực cản, lực ma sát thì cơ năng của vật sẽ biến đổi và công của các lực cản, lực ma sát, .. đó sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng.
Nhận xét chung: dựa trên sự phân tích cách xây dựng nội dung các kiến thức
cơ bản chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 của hai sách giáo khoa cơ bản và nâng cao, có thể nhận thấy rằng sách nâng cao chú trọng việc rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho HS hơn sách cơ bản, bằng chứng là sau khi xây dựng kiến thức ln có bài tập vận dụng cho HS hoặc khi xây dựng một số kiến thức như động lượng, công của lực đàn hồi, động năng, thế năng, cơ năng sách nâng cao cũng sử dụng bài toán để HS rèn luyện kỹ năng suy luận toán học.Tuy nhiên, những bài tập này chỉ dừng lại ở việc rèn luyện kỹ năng tính tốn, chưa giúp khai thác được năng lực sáng tạo cho