Chương I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
Chương 2. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC CÁC BÀI “ ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG” VÀ “ THẾ NĂNG”
2.3. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI “ THẾ NĂNG”
2.3.3. Phương tiện dạy học
1. Giáo viên:
Các ví dụ thực tế để minh họa về vật có thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi có thể sinh công.
2. Học sinh:
- Ôn lại các khái niệm trọng lực, thế năng hấp dẫn, thế năng đàn hồi đã học trong chương trình lớp 8.
- Ôn lại khái niệm công, cách tính công của lực.
2.3.4. Tiến trình hoạt động dạy học :
2.3.4.1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát và đặt vấn đề vào bài:
Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát:
Phát biểu định nghĩa công, biểu thức tính công trong trường hợp tổng quát?
Phát biểu khái niệm động năng, mối liên hệ giữa công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng?
Đề xuất vấn đề: Trong các trường hợp sau:
+ Một vật nặng đang ở trên cao + Cung tên đang giương.
+ Búa máy ở một độ cao nhất định.
Các vật này có năng lượng không? Vì sao? Nếu có thì đó là dạng năng lượng nào?
HS: Các vật có năng lượng vì chúng có khả năng sinh công. Dạng năng lượng đó là thế năng.
Có mấy loại thế năng?
HS: Có hai loại thế năng là thế năng hấp dẫn và thế năng đàn hồi.
Ta đã biết, năng lượng gắn liền với chuyển động cơ học gọi là năng
cơ năng là động năng. Bài học hôm nay chúng ta nghiên cứu dạng năng lượng thứ hai chính là thế năng( GV ghi đề bài lên bảng).
2.3.4.2. Giải quyết vấn đề học tập:
Vấn đề 1: Khái niệm trọng trường.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Mọi vật ở xung quanh Trái Đất
đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn do Trái Đất gây ra, lực này như đã biết gọi là trọng lực.
Xung quanh Trái đất tồn tại một trọng trường. Vậy dấu hiệu nào để nhận biết trọng trường?
Viết biểu thức của trọng lực ? Nếu đặt vật ở những vị trí khác nhau trong không gian thì trọng lực tác dụng lên vật có như nhau không? Tại sao?
Thông báo: Trong khoảng không gian không quá rộng thì gr
tại mọi điểm có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn. Trọng trường
như vậy gọi là trọng trường đều.
HS: Các vật trong trọng trường đều chịu tác dụng của trọng lực.
HS: Pr mgr
.
HS: Không như nhau do gia tốc trọng trường phụ thuộc vào vị trí địa lý.
Vấn đề 2 : Khái niệm thế năng trọng trường.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Đề xuất vấn đề: Ở lớp 8 các em đã
được biết, một vật ở một độ cao bất kì so với mặt đất có khả năng sinh công nên vật dự trữ năng lượng dưới dạng thế năng.
Ta xét ví dụ sau:
Thả một búa máy từ độ cao z rơi
xuống đập vào cọc làm cọc đi sâu và đất một đoạn s.
Lực nào tác dụng lên búa và thực hiện công khi búa rơi ?
Khi tăng độ cao z của búa thì khi búa rơi, độ lún của cọc thay đổi như thế nào?
Khái quát: Khi búa ở độ cao z so với mặt đất, búa dự trữ năng lượng. Dạng năng lượng này gọi là thế năng trọng trường.
Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật ; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
Khi rơi từ độ cao z càng lớn, trọng lực tác dụng lên búa sinh công càng lớn, khả năng sinh công của búa máy càng lớn (cọc lún càng nhiều), thế năng của búa càng lớn.
Vậy thế năng của một vật ở độ cao nào đó so với mặt đất được xác định như thế nào ? (có mối liên hệ gì với độ cao của vật?).
Vật ở độ cao z có thế năng là do vật có khả năng sinh công. Mặt khác, trọng lực tác dụng lên vật thực hiện công trong quá trình vật rơi, nên có thể tính thế năng trọng trường của vật thông qua công của
HS : Trọng lực tác dụng và thực hiện công khi búa rơi.
HS : Độ cao của búa càng lớn thì cọc bị lún càng nhiều.
HS : Thế năng trọng trường của vật tỉ lệ thuận với độ cao của vật với mặt đất.
Tính công trọng lực thực hiện khi búa rơi từ độ cao z xuống đất?
Thông báo: Giá trị năng lượng mà vật có được do vật ở độ cao z so vói mặt đất gọi là thế năng trọng trường, kí hiệu là Wt, được tính bằng công trọng lực thực hiện làm vật rơi từ độ cao z xuống đất.
Wt = A = mgz.
Xác định đơn vị của thế năng?
Đưa ra khái niệm mốc thế năng:
Thế năng là một đại lượng năng lượng có tính tương đối, phụ thuộc vào vị trí trong không gian. Do vậy, phải chọn mốc thế năng.
Mốc thế năng là vị trí mà tại đó thế năng của vật bằng không.
Theo công thức trên, mốc thế năng được chọn ở đâu?
Tuy nhiên, người ta còn có thể chọn mốc thế năng ở vị trí khác sao cho thuận lợi trong tính toán. Cụ thể ta xét bài toán sau :
Yêu cầu trả lời câu hỏi C3 :
Nếu chọn mốc thế năng tại vị trí O thì tại điểm nào :
- thế năng = 0 ? - thế năng > 0 ?
HS : Công trọng lực thực hiện được:
A = P.z = mgz.
HS : Viết biểu thức định nghĩa thế năng trọng trường.
Wt = mgz.
HS : Đơn vị của thế năng trọng trường là đơn vị của năng lượng.
[Wt] = J.
HS : Mốc thế năng chọn tại mặt đất.
HS : Nếu chọn mốc thế năng tại O thì:
Tại O: Wt= 0.
Tại A: WtA>0.
- thế năng < 0 ? Tại B: WtB< 0.
Vấn đề 3: Tìm hiểu mối liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Trong phần trước ta đã tính thế
năng trọng trường thông qua công của trọng lực, tức là giữa chúng có mối liên hệ với nhau.
Với mốc thế năng đã chọn trước, khi vật dịch chuyển trong trọng trường, thế năng của vật có thay đổi không?
Giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực có mối liên hệ với nhau như thế nào?
Ta xét bài toán sau:
Một vật rơi từ điểm M có độ cao zM
đến điểm N có độ cao zN trong trọng trường.
Hãy xác định thế năng trọng trường tai M và N so với mặt đất, từ đó xác định độ biến thiên thế năng ?
Tính công của trọng lực tác dụng lên vật khi vật dịch chuyển từ M đến N ?
So sánh độ biến thiên thế năng và
HS: Thế năng của vật có thể thay đổi được.
???
* HS giải bài toán, thảo luận để có kết quả đúng:
WtM = mgzM ; WtN = mgzN.
Độ biến thiên thế năng:
W=WtM – WtN= mgzM- mgzN
= mg( zM-zN).
Công của trọng lực thực hiện khi vật rơi từ M đến N:
A= mg(zM- zN) HS: W= A. (1)
xét ?
Hãy xét dấu của công A, khi thế năng tăng, giảm ?
Nhận xét câu trả lời, rút ra hệ quả : - Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương.
- Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công dương.
Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C4.
Bài toán: Một vật có khối lượng m rơi từ A xuống mặt đất.
A zB B
C zC
a) Tính thế năng của vật tại B và C khi chọn mốc thế năng tại:
+ mặt đất.
+ tại C.
b) Tính hiệu thế năng của vật giữa hai điểm B và C trong hai trường hợp trên.
Hướng dẫn học sinh thảo luận:
-Phân công nhiệm vụ cho 2 nhóm.
của trọng lực thực hiện .
HS suy luận:
W> 0WtM> WtN : thế năng tăng
A > 0.
W< 0WtM< WtN : thế năng giảm
A< 0.
Nhóm 1: giải với trường hợp chọn mốc thế năng tại mặt đất.
WtB = mg zB ; WtC = mgzC.
W= WtB – WtC = mg( zB- zC).
Nhóm 2: giải bài toán trong trường hợp chọn mốc thế năng tại C.
WtB = mg(zB – zC).
WtC = 0.
W= mg( zB – zC).
HS thảo luận cả lớp rút ra nhận xét:
Vấn đề 4: Khái niệm thế năng đàn hồi.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Lấy ví dụ: Lắp mũi tên vào cung
tên và giương cung.
Điều gì xảy ra nếu ta buông tay ra khỏi dây cung và mũi tên?
Điều này chứng tỏ khả năng gì của cung tên khi giương lên?
Nói chung, các vật bị biến dạng có khả năng thực hiện công hay dự trữ năng lượng và khả năng thực hiện công phụ thuộc vào độ biến dạng của vật.
Ở lớp 8 các em đã biết dạng năng lượng đó chính là thế năng đàn hồi.
Thế năng đàn hồi của vật được xác định như thế nào?
Trong phần trên, ta xác định thế năng trọng trường thông qua tính công của lực đàn hồi.
Một cách tương tự, có thể tính thế năng đàn hồi thông qua công của lực đàn hồi.
- Mũi tên lao về phía trước.
- Chứng tỏ cung khi bị giương (biến dạng) có khả năng thực hiện công, do đó có dự trữ năng lượng.
???
Hiệu thế năng trọng trường có phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng không?
Hiệu thế năng không phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng.
Một vật có khối lượng m gắn vào lò xo đàn hồi có độ cứng k, đầu kia lò xo giữ cố định. Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng rồi thả.
Khi kéo vật khỏi vị trí cân bằng, vật chịu tác dụng của lực nào?
Độ lớn của lực đàn hồi xác định như thế nào?
Hãy tính công của lực đàn hồi làm lò xo chuyển từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng?
Hướng dẫn HS, phân tích sai lầm:
Công thức tính công A= F.s chỉ áp dụng trong trường hợp lực tác dụng là không đổi. Do lực đàn hồi thay đổi trong quá trình vật dịch chuyển nên để tính công của lực cần tính qua công của lực đàn hồi trung bình.
- Chọn chiều dương là chiều tăng độ dài của lò xo.
Nếu xét trong khoảng biến dạng
l rất nhỏ của lò xo, lực đàn hồi trung bình bằng bao nhiêu?
Tính công của lực đàn hồi trung bình?
Tương tự như thế năng trọng trường, ta xác định thế năng đàn hồi có giá trị bằng công của lực đàn hồi.
Biểu thức của thế năng đàn hồi
- Khi kéo vật, lò xo bị biến dạng xuất hiện lực đàn hồi.
- Theo định luật Húc: Fdh = - kl.
* HS thảo luận, có thể tính:
Công của lực đàn hồi A= F.s Trong đó:| F| = k|l| ; s = |l|
Suy ra A= kl. l = k(l)2.
HS: Lực đàn hồi trung bình:
0
2 2
tb
F k l
F
HS: Công của lực đàn hồi:
2
( ).( 1) 1( ).( ).( 1) 2
1 ( ) 2
A Ftb l l l
A k l
Biểu thức thế năng đàn hồi:
xác định như thế nào?
Thể chế hóa kiến thức:
Thế năng đàn hồi của lò xo khi lò xo bị biến dạng là năng lượng của lò xo có khi biến dạng, được tính bằng công của lực đàn hồi tác dụng lên lò xo khi đưa nó từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng.
Wt 1 ( )2 2k l
2 t
W 1 ( )
2k l
.
Vấn đề 5: Củng cố - Tổng kết bài học.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nhấn mạnh các nội dung chính của
bài học:
Định nghĩa thế năng trọng trường, biểu thức của thế năng trọng trường?
Giữa biến thiên thế năng trọng trường và công của trọng lực có mối liên hệ như thế nào?
Định nghĩa thế năng đàn hồi? Biểu thức thế năng đàn hồi?
Yêu cầu trả lời các câu hỏi 1,2 và làm bài tập 3,4,5,6 SGK.
* Các cá nhân trả lời và tự nhận xét câu trả lời.
HS: Ghi nhớ và thực hiện.
Nội dung tóm tắt trình bày bảng
Bài 26: Thế năng.
I. Thế năng trọng trường.
1. Trọng trường:
- Mọi vật xung quanh trái đất đều chịu tác dụng của trọng lực: Pr mgr
. - Biểu hiên của trọng trường là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên một vật khối lượng m đặt tại một vị trí bất kì trong khoảng không gian có trọng trường.
- Trọng trường đều: Khoảng không gian trong đó vecto gia tốc trọng trường gr
tại mọi điểm có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn.
2. Thế năng trọng trường:
a) Định nghĩa:
Thế năng trọng trường là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật;
nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
b) Biểu thức của thế năng trọng trường:
- Công của trọng lực thực hiện khi vật rơi từ độ cao z : A = mgz.
Công A được định nghĩa bằng giá trị của thế năng trọng trường.
- Biểu thức của thế năng trọng trường của vật ở độ cao z (chọn mốc thế năng tại mặt đất) : Wt = mgz.
3. Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công trọng lực:
AMN = WtM - WtN.
Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N.
II. Thế năng đàn hồi:
1. Công của lực đàn hồi:
0 1 2
( ) ( )
2 2
tb
A F l F l k l
2. Thế năng đàn hồi:
Thế năng đàn hồi bằng công của lực đàn hồi.
Wt 1 ( )2 2k l
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương này tôi đặc biêt quan tâm tới những vấn đề sau:
- Trên cơ sở nghiên cứu nội dung kiến thức hai bài “ Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng” và “ Thế năng” thuộc chương “Các định luật bảo toàn”, nhằm xác định mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kĩ năng HS cần nắm vững, tôi đã vận dụng các quan điểm, lý luận đã trình bày ở chương 1 thiết kế phương án dạy học hai bài trên.
- Các phương án dạy học đó đều được soạn thảo theo một mẫu thống
phát huy tính tích cực, tìm tòi giải quyết vấn đề của HS giúp HS nắm vững được các kiến thức, đồng thời giúp HS tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề. Qua đó, giúp các em vận dụng được các kiến thức đã học để giải thích, làm bài tập có liên quan đến phần “ Các định luật bảo toàn”.
- Trong mỗi bài học tôi đều tổ chức các tình huống học tập để đưa HS vào hoạt động giải quyết vấn đề. Các tình huống đó đều chứa đựng vấn đề cần giải quyết từ đó dẫn HS tới việc suy luận lý thuyết, dự đoán mối quan hệ giữa các kiến thức cần xây dựng, đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán, thiết kế các phương án thí nghiệm đơn giản để chính xác hóa kiến thức cần xây dựng. Quá trình định hướng diễn ra theo các pha của tiến trình giải quyết vấn đề. Khi hướng dẫn HS giải quyết vấn đề, tôi đã sử dụng định hướng khái quát chương trình hóa để hướng dẫn việc học tập của HS nhằm phát huy tính tích cực, tìm tòi giải quyết vấn đề trong quá trình xây dựng kiến thức.
KẾT LUẬN CHUNG
Căn cứ vào mục đích và nhiệm vụ của đề tài, qua quá trình nghiên cứu tôi đã đạt được một số kết quả sau:
1. Trình bày rõ được những cơ sở lí luận liên quan tới việc tổ chức tình huống học tập, định hướng hoạt động nhận thức tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của học sinh.
2. Căn cứ vào lí luận về các bước thiết kế phương án dạy học một bài học cụ thể, đề tài đã thiết kế được tiến trình hoạt động dạy học hai bài “ Động lượng- Định luật bảo toàn động lượng” , “Thế năng” (SGK vật lí 10) với các ý tưởng lôi cuốn được HS hoạt động tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề, chiếm lĩnh kiến thức.
3. Tìm hiểu thực tế dạy học các bài “ Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng” và “ Thế năng” ở trường phổ thông, tìm ra những khó khăn sai lầm HS hay mắc phải, tìm cách khắc phục thông qua việc xây dựng phương án dạy học hai bài này.
Trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài, với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong tổ phương pháp giảng dạy, đặc biệt là sự giúp đỡ của cô Lê Thị Oanh cả về mặt lí thuyết và thực hành, những nhiệm vụ đặt ra cho đề tài đã tương đối hoàn thiện. Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu có hạn, bên cạnh đó tôi chưa có điều kiện thực nghiệm nên không thể tránh khỏi thiếu sót.
Tôi kính mong các thầy cô giáo giúp đỡ, đóng góp ý kiến để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn, hạn chế những thiếu sót trong nhận thức của bản thân để công việc giảng dạy sau này được hoàn thiện hơn.