H ỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” VẬT LÍ 10 BAN CƠ BẢN NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, TỰ LỰC CỦA HỌC SINH
II. Chuẩn bị của GV và HS
- Chuẩn bị phiếu học tập (phụ lục 1).
- Chuẩn bị BGĐT, máy tính, máy chiếu.
2. Học sinh
Ôn tập lại các kiến thức:
- Khái niệm công và công suất đã học ở lớp 8.
- Quy tắc phân tích một lực thành hai lực thành phần có phương đồng quy.
III. Tiến trình giảng dạy cụ thể
UHoạt động 1U: Ôn lại khái niệm công cơ học
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
GV tổ chức dạy học theo nhóm.
+ Khi nào có công cơ học?
+ Công thức tính công của lực Fr ? Đơn vị của công là gì?
+ Công thức tính công: A = F.s được sử dụng trong trường hợp nào?
+ Có thể nói vật sinh công được không? Vì sao?
+ Hãy cho ví dụ về vật sinh công.
HS học tập theo nhóm.
+ Khi có lực tác dụng vào vật và làm cho vật di chuyển.
+ Công thức tính công A = F.s Trong đó:
F: Lực tác dụng vào vật (N)
s: Quãng đường vật dịch chuyển (m) A: Công của lực F (J)
1J = 1N.1m = 1 N.m
+ Công thức trên được sử dụng khi phương của lực cùng phương dịch chuyển của vật.
+ Được. Vì khi một vật tác dụng lực lên vật khác và lực này sinh công thì ta có thể nói công đó là công của vật.
+ Ví dụ: Cần cẩu kéo vật lên cao, một người đẩy một thùng hàng đi được một đoạn đường s thì cần cẩu và người đã thực hiện công.
+ Nếu một lực tác dụng lên vật và làm cho vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng bao nhiêu?
+ Bằng không.
UHoạt động 2U: Xây dựng khái niệm công trong trường hợp tổng quát
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
+ Nêu vấn đề học tập:
Một người dùng dây kéo một vật trượt trên mặt phẳng nằm ngang bằng lực Fr không đổi hợp với phương ngang góc α và vật di chuyển được đoạn đường s.
Người đó có thực hiện công không? Vì sao?
+ Vậy làm thế nào tìm được công của lực Fr không đổi tác dụng lên một vật khi điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng
của lực góc α?
+ GV định hướng giúp HS vượt qua khó khăn:
- Khi lực Fr cùng hướng với hướng dịch chuyển của vật thì công của lực Fr được tính bằng công thức A = F.s. Còn khi vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực bằng 0. Vậy công của lực Fr có phụ thuộc vào góc α hợp bởi hướng của lực Fr và hướng dịch chuyển của vật không?
- Đơn vị của công:
1J = 1N.1m = 1N.m
Vậy công của lực Fr phụ thuộc trực tiếp vào góc α hay phụ thuộc vào 1 hàm nào của góc α (sinα, cosα, tanα, cotanα)?
- Hãy dự đoán công thức tính công của lực Fr
+ Người đã thực hiện công vì có lực tác dụng lên vật và vật dịch chuyển quãng đường s.
+ HS gặp vấn đề học tập mới.
+ HS học tập theo nhóm
- Công của lực Fr phụ thuộc vào góc α.
- Công của lực Fr phụ thuộc vào 1 hàm lượng giác của góc α.
không đổi hợp với phương ngang góc α khi kéo một vật trượt trên mặt phẳng nằm ngang một đoạn đường s.
+ Để kiểm chứng sự đúng đắn của công thức các em vừa dự đoán, các em có thể áp dụng nó để giải bài tập sau và so sánh kết quả với cách giải bằng phép phân tích lực:
Một người kéo một hòm gỗ trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp với phương nằm ngang góc 30P0P. Biết lực kéo Fr bằng 150N. Tính công của lực đó khi hòm trượt đi được 20m.
+ GV nhận xét kết quả giải toán của HS.
Việc giải một bài toán bằng hai cách nhưng cho cùng một kết quả cho phép chúng ta khẳng định rằng dự đoán trên là đúng. Vậy chúng ta có thể định nghĩa công của lực Fr trong trường hợp tổng quát như thế nào? Ý nghĩa và đơn vị của từng đại lượng trong công thức?
+ Từ công thức tính công A = F.s, em hãy định nghĩa đơn vị Jun.
- Khi lựcFr cùng hướng với hướng chuyển động của vật (α = 0P0P): A = F.s Khi lựcFr vuông góc với phương chuyển động của vật (α = 90P0P): A = 0
Mặt khác: cos0P0P = 1 cos90P0P = 0 Dự đoán: A = F.s.cosα
+ HS giải toán để kiểm chứng:
- Dùng kiến thức mới:
A = F.s.cosα = 150.20.cos30P0P = 2598 (J) - Dùng phép phân tích lực phân tích lực Fr thành 2 thành phần: Fr=Fr
RnR+Fr
Rs
Fr
RnR: vuông góc với phương chuyển dời.
Fr
RsR: cùng phương chuyển dời.
Chỉ có thành phần Fr Rs Rlàm vật dịch chuyển nên công của lực Fr là:
A = AFs=FRsR.s = F.cosα.s = 2598 (J)
+ Khi lực Fr 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 góc α thì công thực hiện bởi lực đó tính theo công thức: A = F.s.cosα
Trong đó:
A: Công do lực Fr thực hiện (J) F: Lực tác dụng vào vật (N)
s: Quãng đường vật dịch chuyển (m)
α: Góc hợp bởi hướng của lực với hướng
+ Em hãy biện luận sự phụ thuộc của công của lực Fr
vào góc α và cho ví dụ?
+GV nhận xét: khi A>0 thì A là công của lực phát động, khi A<0 thì A là công của lực cản.
Như vậy, khi lực cùng hướng với chuyển dời thì công có giá trị cực đại. Và để đặc trưng cho khả năng sinh công của một vật nào đó (năng lượng của vật) thì người ta đi tìm công cực đại mà vật đó có thể thực hiện được.
+ GV nêu điều kiện để áp dụng công thức tính công A = F.s.cosα là lực Fr không đổi trong quá trình vật chuyển dời và điểm đặt lực của vật chuyển dời thẳng.
Chú ý cho HS, vì quãng đường s có tính tương đối, phụ thuộc vào hệ quy chiếu nên công của lực Fr cũng phụ thuộc vào hệ quy chiếu
chuyển dời của vật
+ A = 1N.1m = 1N.m = 1J
Jun là công do lực có độ lớn 1N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1m theo hướng của lực.
+ Học sinh học tập theo nhóm:
- Nếu α = 0P0P=> cosα = 1 => A = F.s VD: Công của trọng lực làm rơi vật từ trên cao xuống.
- Nếu 0P0P<α<90P0P=> cosα > 0 => A>0 VD: Công của trọng lực khi vật trượt xuống mặt phẳng nghiêng.
- Nếu α = 90P0P=> cosα = 0 => A=0 VD: Công của trọng lực khi vật chuyển động trên mặt phẳng ngang.
- Nếu 90P0P< α<180P0P=> cosα <0 => A<0 VD: Công của trọng lực khi ta kéo vật lên mặt phẳng nghiêng.
- Nếu α = 180P0P=> cosα = -1 => A = -F.s
VD: Công của lực ma sát khi vật chuyển động trên mặt phẳng ngang.
UHoạt động 3U: Vận dụng công thức tính công
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS + Em hãy vận dụng kiến thức vừa xây dựng để giải
bài tập sau:
Cần cẩu MR1R nâng được 800 Kg lên cao 5m trong 30s. Cần cẩu MR2R nâng được 1000kg lên cao 6m trong 1 phút. Trong hai trường hợp đều coi vật chuyển động nhanh dần đều.
Tính công của lực kéo của hai cần cẩu trên. Lấy g
= 10m/sP2P.
+ GV rút ra phương pháp giải bài tập chung cho dạng bài tập tính công:
- Chọn chiều dương (thường chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật).
- Xác định các lực tác dụng lên vật. Viết phương trình định luật II Niutơn và chiếu lên chiều dương đã chọn để tìm F.
- Xác định s và góc α.
- Vận dụng công thức tính công: A = F.s.cosα.
+ HS học tập theo nhóm
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật.
Theo định luật II Niutơn:
Fk + =P ma
ur ur r
(1)
Chiếu (1) lên chiều dương đã chọn:
FRkR – P = ma.
FRkR = ma + P = ma + mg
FRkR = m (a + g)
Mà 1 2
o 2 s=v t+ at
Với vRoR = 0 => 1 2
s=2at 2s2 a t
⇒ =
* Đối với cần cẩu MR1R: 1 21
1
a 2s
= t
=>
1
1
1 2
1
(2 )
k
F m s g
= t +
Công của lực kéo của cần cẩu MR1R:
1 1.1 40044( )
Fk k
A =F s = J
* Đối với cần cẩu MR2R: 2 22
2
a 2s
= t
=>
2
2
2 2
2
(2 )
k
F m s g
= t +
Công của lực kéo của cần cẩu MR2R:
2 2. 2 60020( )
Fk k
A =F s = J
UHoạt động 4U: Ôn tập khái niệm công suất
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
+ Nêu vấn đề học tập: Quay trở lại bài tập ví dụ phần trên, em hãy cho biết cần cẩu nào làm việc mạnh hơn? Vì sao?
Để biết được cần cẩu nào làm việc mạnh hơn ta phải tính công mà hai cần cẩu thực hiện được trong cùng một khoảng thời gian, tức là tính công suất của hai cần cẩu.
+ Em hãy nhắc lại định nghĩa công suất và viết công thức tính công suất?
+ Tính công suất của mỗi cần cẩu trong ví dụ trên và cho biết cần cẩu nào làm việc mạnh hơn?
+ Ý nghĩa vật lý của công suất?
+ Mối liên hệ giữa công suất, vận tốc và lực được thể hiện qua biểu thức sau:
P = Fv
Trước đây người ta còn dùng đơn vị mã lực để đo công suất.
Ở nước Pháp: 1 mã lực = 1CV = 736W
+ Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
P A
= t Trong đó:
P: công suất (W) A: công (J)
t: thời gian thực hiện công (s) + HS hoạt động theo nhóm:
* Công suất của cần cẩu MR1R: PR1R 1
1
40044
1334,8( ) 30
A W
= t = =
* Công suất của cần cẩu MR2R: PR2R 2
2
60020
1000, 3( ) 60
A W
= t = =
⇒ PR1R > PR2Rnên cần cẩu MR1Rlàm việc mạnh hơn cần cẩu MR2R.
+ Công suất của một lực đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của lực đó.
Ở nước Anh: 1 mã lực = 1HP = 746W
Ngoài ra người ta còn sử dụng một đơn vị thực hành của công là oát giờ (W.h) với 1W.h = 3600J, 1kW.h = 3600000J.
UHoạt động U5: Củng cố
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
+ GV yêu cầu các nhóm xây dựng BĐKN để củng cố, khắc sâu bài học.
+ GV nhận xét BĐKN của các nhóm. Sau đó chiếu BĐKN đã được GV xây dựng trước để HS so sánh và sửa chữa BĐKN của nhóm mình nếu thấy các mối liên hệ chưa rõ ràng.
+ HS hoạt động nhóm.
2.4.2. Tiến trình dạy học bài “Động năng”
I. Xác định mục tiêu bài học 1. Trong giờ học
- HS phát hiện ra vấn đề và dự đoán giải pháp xây dựng biểu thức tính động năng của một vật đang chuyển động WRđR = 1
2mv
P
2
P.
- HS phát hiện ra vấn đề và biết vận dụng các kiến thức cũ để đi tìm mối liên hệ giữa độ biến thiên động năng của vật với công của lực tác dụng lên vật: ∆Wđ =Wđ2 −Wđ1 = A.
2. Sau giờ học
- HS phát biểu đúng định nghĩa và viết đúng biều thức tính động năng (của một chất điểm hay một vật rắn chuyển động tịnh tiến), chỉ rõ ý nghĩa và đơn vị của từng đại lượng trong biểu thức.
- Phát biểu được trong điều kiện nào động năng của vật biến đổi. Phát biểu đúng nội dung và viết đúng biểu thức định lý động năng, giải thích rõ ý nghĩa và đơn vị của từng đại lượng trong biểu thức.
- Áp dụng được các công thức: WRđR = 1 2
2mv ; A = 1 2mv
R
2RP 2
P - 1
2mv
R
1RP 2
Pđể giải các bài toán tính động năng của một vật hoặc công của lực tác dụng lên vật.
II. Chuẩn bị của GV và HS 1. Giáo viên
- Chuẩn bị phiếu học tập (phụ lục 1).
- Chuẩn bị BGĐT, máy tính, máy chiếu.
2. Học sinh
- Ôn tập phần động năng đã học ở lớp 8.
- Ôn tập các công thức tính công và các công thức về chuyển động thẳng biến đổi đều.