I. Mục tiêu 1. Kiến thức:
- Học sinh nắm vững sự biến đổi động năng, thế năng và cơ năng của vật chuyển động trong trường trọng lực hoặc chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi.
- Nắm vững điều kiện để vật có cơ năng bảo toàn.
2. Kĩ năng:
- Vận dụng các công thức tính động năng, thế năng, cơ năng, công của vật chuyển động.
- Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải một số bài tập về vật chuyển động trong trường trọng lực, vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi.
3. Thái độ:
- Hứng thú trong học tập, tích cực chủ động thực hiện nhiệm vụ học tập.
II. Chuẩn bị
- Giáo viên: Lập kế hoạch bài giảng, chuẩn bị hệ thống bài tập, chuẩn bị hệ thống phương tiện dạy học (máy chiếu Projector, máy vi tính, máy chiếu vật thể)
- Học sinh: Ôn tập các kiến thức về công, động năng, thế năng, cơ năng.
Làm các bài tập đƣợc giao về nhà III. Thiết kế cấu trúc bài giảng
Sơ đồ tiến trình dạy học
1. Phần mở đầu: Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát
Giáo viên sử dụng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm để kiểm tra việc ôn tập kiến thức đã học của học sinh. Phương tiện hỗ trợ là máy vi tính và máy chiếu Projector. Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm soạn trên phần mềm Violet cho phép kiểm tra đƣợc nhiều lƣợt học sinh và cho phép đánh giá kết quả khách quan. Trong bài giảng điện tử, phần bài giảng sử dụng Violet đƣợc liên kết vào bài giảng Power point để tăng phần sinh động và cũng là để phát huy mặt mạnh của hai phần mềm xây dựng giáo án điện tử này.
Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm nhƣ sau:
- Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm
- Phương pháp: Kiểm tra trắc nghiệm
Máy tính, máy chiếu, phần mềm Violet
Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát
Tạo hứng thú học tập, khởi động tƣ duy.
Giải bài tập
- Hệ thống bài tập
- Phương pháp: nêu và giải quyết vấn đề, PP tích cực, PP mô hình hoá
Máy tính, máy chiếu projector, máy chiếu vật thể
Phát triển năng lực tự lực học tập
Câu 1: Hãy ghép các nội dung của cột bên trái với nội dung tương ứng của cột bên phải để đƣợc câu có nội dung đúng.
1. Công của lực khi điểm đặt lực dịch chuyển đi một đoạn theo hướng lệch hướng của lực một góc α đƣợc tính bởi
2. Động năng của một vật khối lƣợng m chuyển động với vận tốc v xác định bởi
3. Thế năng trọng trường của vật khối lượng m ở độ cao h so với mốc không của thế năng là 4. Hệ thức xác định thế năng đàn hồi của lò xo
có độ cứng k và ở trạng thái có độ biến dạng x là
5. Cơ năng trọng trường của hệ vật và trái đất 6. Cơ năng đàn hồi của vật chuyển động dưới tác
dụng của lực đàn hồi
a. mgh + 2
mv2
b. 2 2
2
2 mv
kx
c. mgh d. F.s.cosα e. 2
kx2
f. 2 mv2
Đáp án 1 – d 2 – f 3 – c 4 – e 5 – a 6 – b
Câu 2: Chọn câu sai: Khi một vật chuyển động bị ném trong không khí mà sức cản của không khí là không đáng kể thì:
A. Cơ năng của vật bảo toàn.
B. Độ biến thiên động năng của vật bằng công của trọng lực tác dụng lên vật.
C. Độ giảm thế năng của vật bằng công của trọng lực tác dụng lên vật.
D. Thời gian chuyển động của vật không phụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động của vật.
Câu 3: Chọn câu sai: Khi vật chuyển động có cơ năng đƣợc bảo toàn thì
A. Khi Wđ = Wt thì Wt = 2
1Wtmax B. Khi W = 3Wđ thì Wt =
3 2 W
C. Khi động năng của vật tăng lên 2 lần thì thế năng cũng tăng lên 2 lần.
D. Khi vật có động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngƣợc lại.
2. Phần bài tập:
- Về nội dung: Trong phần này giáo viên đƣa ra hai bài tập cơ bản, một bài xét cho vật chuyển động trong trường trọng lực, một bài cho vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi. Trong mỗi bài tập đều có tính chất tổng hợp kiến thức và các yêu cầu đƣợc đƣa ra theo mức độ từ dễ đến khó, từ thao tác vận dụng kiến thức đơn giản đến thao tác đòi hỏi khả năng tƣ duy.
- Về phương pháp :
+ Phương pháp chung: Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề, phương pháp tích cực hoạt động nhận thức của học sinh.
+ Phương pháp cụ thể: Giáo viên đưa ra bài tập, sử dụng hình ảnh mô phỏng chuyển động của vật, yêu cầu học sinh tóm tắt đề bài, định hướng giải bằng cách chỉ ra logic tƣ duy và các kiến thức sẽ phải sử dụng để giải bài tập.
Từ những phát biểu của học sinh, giáo viên điều chỉnh để đƣa ra gợi ý về tiến trình giải cụ thể. Cho học sinh hoạt động cá nhân thực hiện nhiệm vụ giải bài tập. Giáo viên quan sát hoạt động của học sinh, nhắc nhở các HS thiếu ý thức tự giác, gợi ý cho những học sinh yếu.
Sau khi HS làm bài tập xong, giáo viên gọi 2 em lần lƣợt trình bày bài giải của mình bằng cách sử dụng máy chiếu vật thể (camera). Cho các HS nhận xét phần trình bày của 2 cá nhân. Giáo viên nhận xét chung và rút ra nhƣng điều cần lưu ý khi giải bài tập.
+ Phương tiện dạy học: Máy tính, máy chiếu Projector, máy chiếu vật thể.
Nội dung các bài tập:
Bài 1: Một vận động viên nhảy cao trong một lần thi đấu đã vƣợt qua xà ở độ cao 1,95m. Người này có khối lượng m = 72kg với vị trí trọng tâm của mình cách mặt đất 1m. Lấy g = 10m/s2. Bỏ qua mọi sức cản của không khí.
a. Khi người nhảy qua xà, trọng tâm của người cao hơn xà 10cm. Hỏi độ biến thiên thế năng của người trong quá trình nhảy bằng bao nhiêu?
b. Trong khi lấy đà, vận động viên đạt vận tốc v1 = 5,5m/s ở chân xà.
Theo lí thuyết thì người đó có thể đạt độ cao nào nếu coi toàn bộ động năng ban đầu chuyển thành thế năng.
c. Thực tế ở điểm cao nhất mà người vượt qua xà, vận tốc theo phương ngang không hoàn toàn triệt tiêu. Hãy tìm giá trị vận tốc v2 đó.
*Định hướng giải quyết:
- Chuyển động của vận động viên nhảy cao được khảo sát tương đương chuyển động của một chất điểm có khối lượng bằng khối lượng của người và có vị trí là vị trí của trọng tâm người đó.
- Giải quyết bài toán theo quan điểm phân tích sự biến đổi của động năng, thế năng trọng trường và sự bảo toàn cơ năng trong quá trình chuyển động. Cần lưu ý chọn mốc tính thế năng (nên chọn mốc tính thế năng là độ cao ban đầu của trọng tâm - vị trí cách mặt đất 1m).
- Thiết lập sơ đồ suy luận: Xuất phát từ yêu cầu của bài toán tìm ra các công thức cần sử dụng để xác định các đại lƣợng liên quan đến đại lƣợng cần tìm.
ΔWt = Wt2 – Wt1? h2 – h1
hmax ? W tại hmax? Wđ1 = Wtmax
v2? Wđ2? W2 = Wđ2 + Wt2? W2 = Wđ1
Việc trình bày lời giải sẽ theo hướng ngược lại của sơ đồ suy luận.
- Kết quả của bài toán:
a. ΔWt = Wt2 – Wt1 = mg(h2 – h1) = 72.10.(1,05 – 0) = 756 (J) b. Từ ẵmv12
= mghmax hmax = v12/2g = 1,5125 m (so với mốc tính thế năng), tức là người vận động viên có thể vượt qua được mức xà 2,5125m so với mặt đất.
c. Thực tế ta cú: ẵmv22
+ mgh2 = ẵmv12 v2 3,04 m/s
- Phân tích hiện tƣợng xảy ra trong thực tế, các kết quả về tốc độ, độ cao theo lí thuyêt không hoàn toàn chính xác nhƣ trong thực tế vì nhiều lí do, ví dụ như: sức cản của không khí có thể ảnh hưởng đến thành tích của vận động viên, chuyển động của vận động viên không phải là chuyển động tịnh tiến, ...
Bài 2: Một vật nhỏ khối lƣợng m = 160g gắn vào đầu một lò xo đàn hồi có độ cứng k = 100N/m, khối lƣợng không đáng kể. Đầu kia của lò xo đƣợc giữ cố định. Tất cả đƣợc nằm trên mặt phẳng ngang không ma sát. Vật đƣợc đưa về vị trí mà tại đó lò xo dãn 5cm. Sau đó vật được thả ra nhẹ nhàng. Dưới tác dụng của lực đàn hồi, vật bắt đầu chuyển động. Xác định vận tốc của vật khi:
a. Vật về tới vị trí lò xo không bị biến dạng.
b. Vật về tới vị trí lò xo dãn 3cm.
* Định hướng giải quyết vấn đề:
- Nhận xét về điều kiện chuyển động của vật: vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi trên mặt phẳng ngang không ma sát => cơ năng của vật bảo toàn.
- Phân tích sự biến đổi của động năng và cơ năng đàn hồi của vật. Xác định cơ năng của vật ở các vị trí: vị trí lò xo dãn 5cm, vị trí lò xo không bị biến dạng, vị trí lò xo dãn 3cm. Thiết lập phương trình bảo toàn cơ năng và giải phương trình.
- Kết quả của bài toán:
a. ẵ k(Δl1)2 = ẵmv2 v = 1,25 m/s
b. ẵ k(Δl1)2 = ẵ k(Δl2)2 + ẵmv’2 v’ = 1m/s
- Mở rộng bài toán: Trong trường hợp có ma sát, sau một chu kì, vật chỉ về đƣợc vị trí lò xo biến dạng lớn nhất là 4cm. Tính công của lực ma sát sau thời gian chuyển động đó. Cho đến khi vật dừng hẳn thì nhiệt lƣợng sinh ra là bao nhiêu?
Gợi ý để học sinh có thể tự giải quyết vấn đề nêu trên.
IV. TIẾN TRÌNH DẠY - HỌC
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều
kiện, đề xuất vấn đề.
- Đƣa ra các bài tập trắc nghiệm theo thứ tự, yêu cầu học sinh trả lời các câu hỏi và trình bày rõ suy luận để có đáp án đó.
- Yêu cầu các học sinh khác nhận xét phần trình bày của học sinh trước.
Phần trả lời của học sinh có thể đƣợc kiểm tra ngay trên máy tính.
- Đƣa ra nhận xét chung về hoạt động và ý thức chuẩn bị kiến thức cho bài học của học sinh.
- Nêu vấn đề: với những kiến thức đã học mà ta vừa ôn tập lại ở trên, chúng ta sẽ tiếp tục nghiên cứu giải quyết một số dạng bài toán định lƣợng từ đó xem xét đến các ứng dụng vào trong thực tiễn cuộc sống.
Hoạt động 2: Giải bải tập về vật chuyển
- Đọc các câu hỏi trắc nghiệm và trả lời theo yêu cầu của giáo viên.
- Trình bày suy luận để đƣa ra đáp án lựa chọn.
- Tiếp thu và rút kinh nghiệm.
- Tiếp nhận nhiệm vụ mới.
động trong trọng trường.
- Nêu bài toán (đƣa nội dung bài toán lên màn chiếu). Yêu cầu học sinh đọc và tóm tắt bài toán.
- Phân tích quá trình chuyển động của vận động viên và nhận xét về sự biến đổi động năng, thế năng, cơ năng của người đó.
- Nhận xét các ý kiến phân tích của học sinh.
Điều chỉnh (nếu cần).
- Yêu cầu học sinh trình bày phương án giải quyết từng vấn đề nêu ra trong bài toán.
- Theo hướng suy luận của học sinh, giáo viên thiết lập sơ đồ suy luận đưa đến phương án giải bài tập. Yêu cầu học sinh trình bày lời giải theo phương án lựa chọn.
- Yêu cầu 2 học sinh trình chiếu phần trình bày lời giải của mình. Nhận xét, từng bài giải và điều chỉnh các sơ xuất của học sinh (nếu có).
- Muốn đạt đƣợc thành tích tốt trong môn nhảy cao, cần thiết phải thực hiện thao tác ban đầu nhƣ thế nào?
- Hãy nhận xét tính thực tiễn của các kết quả thu đƣợc trong ý b và ý c. Phân tích các nguyên nhân có thể ảnh hưởng đến kết quả
- Đọc và tóm tắt bài toán.
- Hoạt động cá nhân: suy nghĩ và phân tích.
- Trình bày các nhận xét.
- Trình bày những suy luận để đưa ra phương án giải quyết vấn đề.
- Trình bày lời giải.
- Trình chiếu phần lời giải.
- Vận dụng: để có thành tích tốt cần thực hiện tốt giai đoạn chạy đà và bật nhảy. Giai đoạn này tạo ra vận tốc ban đầu (động năng đầu) cho vận động viên.
- Nhận xét: đó chỉ là những kết quả lí tưởng.
thực tiễn.
Hoạt động 2: Giải bài toán chuyển động của vật dưới tác dụng của lực đàn hồi.
- Đặt vấn đề: Trong các môn thể thao, ta thấy có một số môn cần sử dụng đến vai trò của thế năng đàn hồi. Ví dụ: nhảy sào, môn chạy trong giai đoạn ban đầu người ta sử dụng bàn đạp, thế năng đàn hồi của lò xo có vai trò truyền vận tốc ban đầu cho vận động viên ...
Ta tiếp tục nghiên cứu về sự chuyển hoá từ thế năng đàn hồi thành động năng trong trường hợp bài toán sau đây.
- Nêu bài toán.
- Hãy phân tích chuyển động của vật, chỉ rõ sự biến đổi của động năng, thế năng và cơ năng trong quá trình chuyển động.
- Yêu cầu học sinh giải bài tập theo phương pháp đã thực hiện ở bài tập trên.
- Quan sát các cá nhân làm việc. Nhắc nhở, uốn nắn những học sinh thiếu tập trung, hướng dẫn thêm cho nhóm học sinh yếu.
- Gọi hai học sinh trình bày bài giải.
Yếu cầu các học sinh khác nhận xét các phần trình bày của hai HS trên.
- Nêu ra nhận xét chung, nhấn mạnh những điểm cần lưu ý: Các vị trí đặc biệt: vị trí
- Tiếp nhận vấn đề mới cần giải quyết.
- Đọc và tóm tắt bài toán.
- Phân tích chuyển động của vật. Chỉ ra đƣợc động năng và thế năng của vật biến đổi nhƣng cơ năng của vật bảo toàn.
- Giải bài tập (hoạt động cá nhân).
- Trình bày phần lời giải:
Chiếu bài giải lên màn hình và
biên, vị trí cân bằng.
- Hãy cho biết có những cách nào để truyền năng lƣợng chuyển động cho vật trên.
- Trong trường hợp có ma sát trên mặt phẳng ngang, sau một chu kì chuyển động đầu tiên vật chỉ về đến vị trí biên mà độ biến dạng của lò xo là 4cm. Tính công của lực ma sát trong khoảng thời gian đó.
- Tương tự có thể tính được công của lực ma sát từ khi vật chuyển động cho tới khi vật dừng hẳn.
Hoạt động 4: Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà
- Qua các bài tập trên, ta nhận thấy, sử dụng định luật bảo toàn trong giải bài toán chuyển động cơ học là một phương pháp khá đơn giản so với phương pháp động lực học. Tuy nhiên khi vận dụng phương pháp này cần phân tích để thấy rõ điều kiện vận dụng định luật bảo toàn, chú ý chọn mốc tính thế năng...
- Giao nhiệm vụ về nhà:
+ Tìm các ví dụ trong thực tiễn cuộc sống
diễn giải.
- Nhận xét các bài giải.
- Đƣa ra các cách: truyền cho vật động năng ban đầu từ VTCB, vừa truyền thế năng (kéo vật ra khỏi VTCB) vừa truyền động năng ban đầu (truyền vận tốc đầu).
- Phân tích hiện tƣợng: lực ma sát sinh công cản làm cơ năng của vật giảm. Từ đó suy ra:
A = W2 – W1 = Wtmax2 - Wtmax1
=> A = - 0,045J
- Đƣa ra suy luận và kết quả.
A = - Wtmax1 = - 0,125J
- Ghi nhận.
- Tiếp nhận nhiệm vụ về nhà.
để phân tích thấy rõ sự chuyển hoá năng lƣợng của các vật hoặc sự truyền năng lƣợng giữa các vật không chỉ trong cơ học mà có thể trong các hiện tƣợng khác.
+ Làm các bài tập trong sách bài tập phần bài tập cuối chương.
V. RÚT KINH NGHIỆM
Tiết tự chọn: