VAT LÍ 10 (Chương trình GDPT 2018)
2.1. Xây dựng nội dung kiến thức “công, năng lượng, công suất” — Vật lí 10
(Chương trình GDPT 2018)
2.1.1. Cấu trúc
- Chê tạo mô hình đơn giản minh họa được định luật bảo toàn năng
lượng, liên quan đến một số dạng năng lượng khác nhau.
- Trình bay được ví dụ chứng tỏ có thê truyền năng lượng từ vật này
sang vật khác bằng cách thực hiện công.
- Nêu được biéu thức tinh công bằng tích của lực tác dụng và độ dịch
chuyển theo phương của lực, nêu được đơn vị đo công là đơn vị đo năng lượng (với 1 J = 1 Nm); Tính được công trong một số trưởng
hợp đơn giản.
- Từ phương trình chuyên động thang biến đồi đều với vận tốc ban đầu bằng không, rút ra được động năng của vật có giá trị bằng công
của lực tác dụng lên vật.
- Nêu được công thức tính thé năng trong trường trong lực đều, vận dụng được trong một số trường hợp đơn giản.
- Phân tích được sự chuyên hóa động năng và thế năng của vật trong một sô trường hợp đơn giản.
~ Nêu được khái niệm cơ năng: phát biéu được định luật bảo toàn cơ năng và vận dụng được định luật bảo toan cơ năng trong một số
trường hợp đơn giản.
- Từ một số tình huéng thực tế. thảo luận dé nêu được ý nghĩa vật lí và định nghĩa công suất.
- Vận dụng được môi liên hệ công suất (hay tốc độ thực hiện công) với tích của lực và vận tốc trong một số tình huống thực tế.
- Từ tình huống thực tế, thảo luận để nêu được định nghĩa hiệu suất, vận dụng được hiệu suất trong một số trường hợp thực tế.
2.1.2. Phân tích yêu cầu can dat
- Chế tạo mô hình - GV ôn tập lại về khái niệm Năng lượng và đơn giản minh họa định luật bảo toàn và chuyên hóa năng lượng.
được định luật bảo
toàn năng lượng. liên - GV đặt câu hỏi về một số thiết bị sử dụng năng lượng chuyên hóa thành điện năng mà HS biết quan đến một số
trong cuộc sống.
dạng năng lượng
khác nhau. - Kiến thức đạt được:
- Trinh bày được ví + Dinh luật bảo toàn va chuyển hóa năng dụ chứng tỏ có thê lượng.
truyền năng lượng tỪ ¿Tạm hiệu các thiết bi trong cuộc sống (thủy
——..- điện, quạt điện, am dun nước,...).
bằng cách thực hiện
công. - Trọng tâm can dat được:
- Nêu được biểu thức Có thê chế tạo được mô hình đơn giản.
tính công bằng tích
của lực tác dụng và
độ địch chuyển theo
phương của lực. nêu được đơn vị đo công
là đơn vị đo năng lượng (với 1 J = 1 Nm); Tinh được
công trong một số
trường hợp đơn giản.
- Từ phương trình - GV nhắc lại kiến thức về chuyển động thing chuyên động thắng biến đôi đều.
biến đổi đều với vận tốc ban đầu bằng
30
không, rút ra được
động năng của vật có
giá trị bằng công của
lực tác dụng lên vật.
- Nêu được công
thức tính thế năng trọng trưởng lực đu,
vận dụng được trong một trường hợp đơn
giản.
- Phân tích được sự
chuyển hóa động năng và thế năng của vat trong một sỐ
trường hợp đơn giản.
- Nêu được Khái niệm cơ năng, phát
biểu được định luật
bảo toan cơ năng va vận dụng được định luật bảo toàn cơ năng
- GV đặt câu hỏi và yêu cầu HS từ kiến thức đã
học, sử dụng phương pháp suy luận toán học dé
hình thành khái niệm và công thức Động năng.
- HS thực hiện bài tập vận dụng tính Động năng
với một khối nước có khối lượng m, có vận tốc
ban đầu bằng không.
- Kiến thức dat được: Định nghĩa và biêu thức
tính Động năng, đơn vị đo của Động năng.
- GV nhắc lại kiến thức Thể năng của chương
trình Vật lí 8.
- GV hướng dẫn HS từ biéu thức tính Công đối
với trọng trường, sử dụng phương pháp suy
luận toán học suy ra biéu thức tính Thế năng.
- HS thực hiện bài tập vận dụng tính Thé năng trong trọng trường khi đưa một khối nước có khối lượng m chảy xuống với độ cao h.
- Kiến thức đạt được: Định nghĩa và biéu thức tính Thé năng, đơn vị đo của Thể năng.
- HS quan sát và nhận xét sự thay đôi của Động
năng và Thế năng trong một số trường hợp đơn giản (tha vật ở độ cao z; tuyển thủ giương cung;...), từ đó rút ra kết luận về sự chuyền hóa của Động năng và Thế năng.
- Từ kiến thức về sự chuyển hóa của Động năng
và Thé năng, GV đưa ra khái niệm Cơ năng.
- GV sử dụng phương pháp suy luận toán học
từ hai biéu thức định lý Động năng và độ biến
31
trong một số trường thiên của Thế năng suy ra biểu thức định luật
hợp đơn giản. bảo toàn Cơ năng.
- HS vận dụng định luật bảo toàn Cơ năng vào
tính năng lượng khi đưa một khối nước khối lượng m, chảy từ độ cao h với vận tốc ban đầu
là Vo.
- Kiến thức đạt được: Định nghĩa và biêu thức
tính Cơ năng, Định luật bảo toàn Cơ năng.
- Trọng tâm cần đạt được: Vận dụng định luật
bảo toàn Cơ năng tính ra được năng lượng mà
một khối nước mang lại khi đi từ độ cao h, mở rộng ra trữ lượng nước nhiều hơn.
2.1.3. Xây dựng nội dung kiến thức
2.1.3.1 Năng lượng - Định luật bảo toàn và chuyền hóa năng lượng:
a. Nang lượng: Mọi vật xung quanh ta đều mang năng lượng. Khi một vật tương tác với các vật khác thì giữa chúng có thẻ có trao đôi năng lượng. Qúa trình trao đổi năng lượng này dién ra dưới những dạng khác nhau: Thực hiện công, truyền
nhiệt, phát ra các tia mang năng lượng...
b. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: Năng lượng không tự sinh ra cũng không tự mat đi mà chỉ chuyên từ dang này sang dạng khác hay truyền từ
vật này sang vật khác.
2.1.3.2 Công cơ học (kí hiệu A):
a. Khái niệm: Là năng lượng sinh ra khi một lực Ể tác dụng vào vật làm vật
dịch chuyên được một quãng đường là s b. Biểu thức tính công cơ học:
A=F.s cosa
Trong đó:
+ A: công cơ học gọi tat là công (J)
° F: độ lớn lực tác dụng vào vật (N)
* §: quãng đường vật dịch chuyên (m)
* =Ê,$ là góc hợp bởi vecto lực và vecto chuyên đời.
- Don vị công là Jun (kí hiệu là J): 1J = 1 N.m
c. Công cơ học là đại lượng vô hướng có thê âm, đương hoặc bằng 0 phụ thuộc vào góc hợp bởi phương của lực tác dụng và hướng chuyên dời của chuyên động.
* A>0: lực sinh công đương (công phát động)
° A<0 : lực sinh công âm (công cản)
* A=0: lực không sinh công.
Chú ý: Các công thức tính công chi đúng khi điểm đặt của lực chuyên đời thang va lực không đổi trong quá trình chuyên đời.
2.1.3.3 Động năng:
a. Dinh nghĩa: Là năng lượng của vật có được khi nó chuyên động.
b. Công thức tính động năng:
Ta xét trường hợp vật bắt đầu ở trạng thái nghỉ (vị = 0), dưới tác dụng của lực F , đạt
tới trạng thái có vận tôc v2 =v
Vì lực F không đổi nên gia tốc chuyển động của vật ge không đôi — Chuyên
m
động nay là chuyền động thăng biến đôi đều.
Với chuyển động thing biến đổi, ta có công thức: vị —v =2as Thay ô= + „ ta được:
m
l 2 ] 2 _
<> mv; ——nMWƑ = Fs
2 7? 2
Ma ở bài hoc trước, ta đã có: A= Fs
1 1 2
—>—mv;-— mv =A
2 - ‘2
Mà vị = 0, v2 = v my" = A(25.2)
33
Như vậy. khi lực tác dụng lên một vật sinh công, vật nhận được năng lượng và chuyên tử trang thái nghỉ sang trạng thái chuyển động. Về trái (25.2) biểu thị năng lượng ma
vật thu được trong quá trình sinh công của lực F và được gọi la động năng của vật,
Thay đối lại về mặt kí hiệu, ta có được:
W, =—mwˆ] +
a |
Don vị của Động năng cũng là đơn vị của năng lượng: Joule (J).
2.1.3.4 Thế năng:
Moi vật ở xung quanh Trái Dat đều chịu tác dụng của lực hap dẫn do Trái Đất gây ra,
lực này gọi là trọng lực, với biểu thức: P= mg Với g là gia tốc trong trường.
Nếu xét một khoảng không gian không quá rộng thì vecto gia tốc trọng trường tại mọi điểm có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn, nói tóm lại là treng trong đều.
Với nội dung chủ dé quan tâm dén ngành nghề Thúy điện va đập thủy điện, chúng ta sẽ chỉ quan tâm đến thé năng do trọng trường gây ra, gọi la thé năng trọng trường.
Nhắc lại định nghĩa thể năng trọng trường đã học ở lớp 8.
a. Định nghĩa: Thế nang trọng trường của một vat là dang nang lượng tương tác giữa Trái Dat và vật nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
b. Công thức tính thế năng trọng trường:
Khi một vật rơi xuống đất, trọng lực P của vật sinh công là: A = Pz = mez
Công A này được định nghĩa là thế năng của vật, viết lại theo kí hiệu, ta có được:
W, =megz
Don vị đo của thé năng là đơn vị của năng lượng: Joule (J)
2.1.3.5 Cơ năng - Định luật bảo toàn Cơ năng
a. Định nghĩa: Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tông động năng và thé nang của vật được gọi là cơ năng của vật trong trọng trường.
b. Công thức tính cơ năng: W =W,+W, ow = < my’ +mez
C. Sự chuyền hóa giữa động năng và thế năng - Định luật bảo toàn Cơ năng Cl: Quan sát thí nghiệm trên lớp, nêu nhận xét của em về sự thay đối của động năng và thể năng.
34
Nhân xét: động năng va thé năng có sự chuyên hóa qua lại lẫn nhau. khi động năng cực đại thì thé năng cực tiểu và ngược lại.
Mà ta có tông động năng và thé năng là cơ năng, từ đó rút ra được định luật bảo toàn
cơ năng “Khi một vật chuyên động trong trọng trường chỉ chịu tác dung của trọng
lực thì cơ nắng của vật là một đại lượng bảo toàn. ”
W =W, +W, =const
Hay W ô * my? +?7187 = const
Don vị do cơ năng là đơn vị của nang lượng: Joule (J)
2.1.3.6 Công suất
q. Định nghĩa: Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian hay cũng có thể nói công suất của một lực đo tốc độ sinh công của lực đó.
b. Công thức: P="
2.1.3.7 Hiệu suất
a. Định nghĩa: Trong thực tế, một máy cơ đơn giản lúc nảo cũng có ma sát, (hoặc các lực cản trở khác). Khi đó công ta phải ton thực tế A, đề thực hiện di chuyển vật cũng lớn hơn công tinh theo lý thuyết A, dùng đề đi chuyển vật. Hay công 4;là công toàn phân, công 4; là công có ích.
b. Công thức:
H ='+ 100
35
2.2. Thiết kế tiến trình dạy học
Căn cứ vào thời lượng chương trình GDPT 2018 chủ dé này thực hiện trong 10 tiết. Kế
hoạch day học chủ đề 1: Mô hình nhà máy thúy điện thực hiện trong 5 tiết và kế hoạch day học chủ đề 2: Hé thông đưa vật lên cao trong xây dựng được thực hiện trong 3 tiết, 2.3.1. Kế hoạch dạy học chủ dé 1: Mô hình Nhà máy thủy điện.