II. NỘI DUNG
3.2.2 Nội dung
Ở cỏc lớp TgN, GV dạy theo giỏo ỏn TgN đó soạn. Trong quỏ trỡnh dạy học GV cú sử dụng BTTNĐT để phỏt huy tớnh tớch cực và chất lượng học tập của HS. Cỏc bài giảng TgN thuộc chương “Cỏc định luật bảo toàn” chương trỡnh vật lý lớp 10 nõng cao bao gồm:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
78
Bài 37: Định luật bảo toàn cơ năng (tiết 1)
Ở cỏc lớp đối chứng (ĐC), GV sử dụng phương phỏp dạy học bỡnh thường như thường ngày giảng dạy.
3.3 Phương phỏp thực nghiệm sư phạm 3.3.1 Chọn mẫu thực nghiệm
Ở đõy chỳng tụi đó sử dụng cỏch chọn cả khối (chọn nguyờn lớp và dựng cỏch chọn ngẫu nhiờn) để chọn ra nhúm TgN và nhúm ĐC. Số HS được khảo sỏt trong quỏ trỡnh TgN là 182 HS (thuộc 4 lớp ) của trường THPT Hựng An và trường THPT Đồng Yờn – Bắc Quang – Hà Giang. Trong đú cú 2 lớp TgN và 2 lớp ĐC. Cỏc lớp được chọn cú sĩ số, điều kiện tổ chức dạy học, cú trỡnh độ và chất lượng học tập tương đương nhau. Như vậy, kớch thước và chất lượng của mẫu đó thỏa món yờu cầu của TgN sư phạm.
3.3.2 Tiến hành dạy thực nghiệm sư phạm
Ở cỏc lớp TgN, GV dạy theo cỏc giỏo ỏn TgN đó thiết kế. trong đợt TgN sư phạm chỳng tụi đó tổ chức TgN sư phạm hai tiến trỡnh “ Định luật bảo toàn động lượng” và “Định luật bảo toàn cơ năng (tiết 1)”. Tuy nhiờn trong luận văn này chỳng tụi chỉ trỡnh bày một tiến trỡnh đú là “Định luật bảo toàn cơ năng (tiết 1)”.
Trong quỏ trỡnh TgN sư phạm, chỳng tụi đó dạy TgN sư phạm cho cỏc lớp là 10A1 của trường THPT Hựng An và lớp 10A5 của trường THPT Đồng Yờn – Bắc Quang – Hà Giang là lớp TgN, cũn lớp 10A4 của trường THPT Hựng An và lớp 10A3 của trường THPT Đồng Yờn – Bắc Quang – Hà Giang là lớp ĐC. Tuy nhiờn trong khuụn khổ luận văn này, chỳng tụi chỉ trỡnh bày một tiết dạy TgN ở lớp 10A1 trường THPT Hựng An.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
79
Bài 37: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG (TIẾT 1) 1. GV ổn định lớp (1phỳt)
2 Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, làm xuất hiện vấn đề (10 phỳt)
Bước 1: Đề xuất vấn đề
- GV: Nờu ra một hiện tượng:
Nếu thầy thả rơi một vật từ độ cao z xuống đất (chọn gốc thế năng tại đất) thỡ cỏc em dự đoỏn động năng và thế năng thay đổi như thế nào ?
- HS: lắng nghe yờu cầu của GV.
- Nhiều HS phỏt biểu, song ý kiến của cỏc em rất tản mạn
GV: Để định hướng cho dự đoỏn của cỏc em, GV đặt vấn đề: thầy sẽ đưa ra một BTTNĐT, cỏc em sẽ lựa chọn phương ỏn đỳng. Phương ỏn cỏc em lựa chọn được coi như là giả thuyết của cỏc em về hiện tượng thầy đó nờu ở trờn. Nếu thầy thả rơi một vật từ độ cao z xuống đất (chọn gốc thế năng tại đất chọn cõu trả lời đỳng.
A. Động năng tăng, thế năng tăng B. Động năng tăng, thế năng giảm C. Động năng giảm, thế năng tăng D. Động năng giảm, thế năng giảm
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
80 Mai chọn: C
Pảng chọn: D
-GV: Chưa vội kết luận cõu trả lời nào là đỳng, mà coi mỗi cõu trả lời là một giả thuyết.
- GV: Giả sử tụi chọn giả thuyết D và dựng TN thả một vật từ độ cao z để kiểm chứng, yờu cầu cỏc em quan sỏt.
- GV: Gọi La lờn tiến hành TN.
- HS: Quan sỏt, nhưng nhiều em chưa nhận ra được vấn đề cần nghiờn cứu và vẫn thấy chưa hiểu.
- GV: Làm lại TN và yờu cầu cỏc em chỳ ý đến độ cao của vật so với đất (đất được chọn là gốc thế năng).
- GV: Em nào cú nhận xột gỡ về độ cao của vật ?
- HS: Lỳc này nhiều em đó nhận ra được và đưa ra được nhận xột đú là độ cao của vật giảm nờn thế năng giảm (z giảm thế năng giảm).
- GV: Tiếp tục làm TN nhưng trong trường hợp này yờu cầu cỏc em chỳ ý đến vận tốc của vật khi rơi.
- GV: Em nào cú nhận xột gỡ về vận tốc của vật khi rơi ?
- HS: Bõy giờ đa số học sinh đó hiểu và đưa ra được nhận xột vận tốc của vật tăng.
- Phượng trả lời: Vận tốc của vật tăng động năng tăng
- Trường phỏt biểu đú là chuyển động nhanh dần đều hay chuyển động rơi tự do của vật.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
81 - GV: Vậy cõu trả lời đỳng là đỏp ỏn nào ? -HS: Vậy cõu trả lời đỳng là đỏp ỏn B.
- GV: Vẫn những ý như trờn nhưng bõy giờ thầy nộm một vật từ dưới đất thẳng đứng lờn trờn (chọn gốc thế năng tại đất). Chọn cõu đỳng.
A. Động năng tăng, thế năng tăng B. Động năng tăng, thế năng giảm C. Động năng giảm, thế năng tăng D. Động năng giảm, thế năng giảm
- HS: Hoạt động cỏ nhõn và đưa ra đỏp ỏn.
- H.Nhung: Chọn D vỡ khi một vật được nộm lờn cao thỡ z tăng thế năng tăng, vận tốc giảm động năng giảm.
- GV: Khen ngợi H.Nhung về tinh thần học tập và hỏi: ở chương trỡnh THCS chỳng ta đó biết tổng động năng và thế năng được biểu diễn bằng một đại lượng, đú là đại lượng nào ?
- Mạnh trả lời: Đú là cơ năng kớ hiệu W.
- GV: Đỳng đú là cơ năng kớ hiệu W và W = Wđ + Wt.
- GV: Đặt vấn đề tiếp, nếu thả rơi một vật từ độ cao z xuống đất (chọn gốc thế năng tại đất) cỏc em lựa chọn đỏp ỏn nào sau đõy đỳng.
A. Cơ năng của vật tăng. B. Cơ năng của vật giảm. C. Cơ năng của vật khụng đổi.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
82 D. Cơ năng của vật lỳc tăng, lỳc giảm.
- HS: suy nghĩ và lựa chọn, cú nhiều lựa chọn khỏc nhau.
- Ánh chọn đỏp ỏn A, vỡ động năng của vật tăng nhanh hơn thế năng giảm nờn cơ năng tăng
- Ngọc chọn đỏp ỏn B, vỡ động năng của vật tăng chậm hơn độ giảm thế năng nờn cơ năng giảm
- Thu chọn đỏp ỏn C, vỡ động năng của vật tăng bằng với độ giảm thế năng nờn cơ năng khụng đổi
- Thinh chọn đỏp ỏn D, vỡ động năng của vật lỳc tăng nhanh hơn, lỳc tăng chậm hơn độ giảm thế năng nờn cơ năng lỳc tăng, lỳc giảm.
- GV: Coi tất cả cỏc đỏp ỏn cỏc em chọn là cỏc dự đoỏn về hiện tượng trờn. Chỳng ta cú thể chọn một trong 4 dự đoỏn cỏc em đó nờu để kiểm tra. Giả sử thầy chọn dự đoỏn C.
-GV: Bõy giờ muốn biết dự đoỏn C đỳng hay saita phải đi kiểm tra. Cú thể dựng TN hoặc suy luận lớ thuyết để kiểm tra. Ở đõy chỳng ta dựng suy luận lớ thuyết.
* Hoạt động 2 (25 phỳt) tổ chức hoạt động nhận thức định luật bảo toàn cơ năng
Lỳc này HS: đó cú ý thức tập trung suy nghĩ để giải quyết vấn đề học tập. - GV: Theo cỏc em chỳng ta sẽ dựng kiến thức nào đó được học để đi kiểm chứng giả thuyết nờu trờn ?
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
83
- Tụn trả lời: Dựng Định luật II và Định luật III Niu-tơn.
- Linh trả lời: Dựng định luật bảo toàn động lượng và định lý động năng. …
- Cỏc em cú nhiều ý kiến nhưng rất tản mạn, chưa đi vào trọng tõm cần nghiờn cứu. Để định hướng cho cỏc em thầy sẽ dựng BTTNĐT sau:
- GV: Để chứng minh cơ năng thay đổi như thế nào thỡ ta chọn kiến thức đó biết nào? Hóy đưa ra căn cứ lựa chọn.
A. Định luật bảo toàn động lượng B. Cụng và cụng suất
C. Định lý động năng và định lý biến thiờn thế năng D. Một kiến thức khỏc.
- GV: Chia lớp làm 4 nhúm (theo tổ), đề nghị cỏc nhúm cử ra nhúm trưởng để tiến hành cụng việc (hoạt động nhúm).
- HS: Tập trung suy nghĩ tỡm đỏp ỏn hợp lý để cú thể kiểm tra dự đoỏn C đó lựa chọn ở trờn.
- GV: Quan sỏt, hướng dẫn cỏc nhúm HS làm việc.
- GV: Sau thời gian 3 phỳt, yờu cầu cỏc nhúm bỏo cỏo sự lựa chọn của nhúm mỡnh
- HS: Đại diện cỏc nhúm bỏo cỏo kết quả lựa chọn: - Nhúm 1 (Mựi bỏo cỏo): Lựa chọn phương ỏn A. - Nhúm 2 (Trường bỏo cỏo): Lựa chọn phương ỏn C.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
84
- Nhúm 3 (Tựng bỏo cỏo): Lựa chọn phương ỏn C.
- Nhúm 4 (Tuyết Nhung bỏo cỏo): Lựa chọn phương ỏn D.
- GV: Gọi nhúm trưởng của nhúm 2 (chọn phương ỏn C) lờn trỡnh bày kết quả thảo luận của nhúm mỡnh.
- HS (Trường): đại diện nhúm 2 lờn bảng để chứng minh cơ năng của vật được bảo toàn thỡ chỳng ta sử dụng định lý động năng và định lý biến thiờn thế năng, muốn vậy ta phải xột vật tại hai vị trớ A và B tương ứng với cỏc độ cao Z1 và z2 , tại đú vật cú vận tốc tương ứng là v1
và v2 . A (z1;v1); B(z2;v2) (Hỡnh 3.1). + Áp dụng định lý động năng: 2 2 2 1 12 2 1 2 2 d d mv mv A W W (1)
+ Mặt khỏc, cụng này lại bằng độ giảm thế năng của vật trong trọng trường :
12 t1 t2 1 2
A W W mgz mgz (2)
- GV: Cho Trường về chỗ, gọi nhúm trưởng nhúm 3 (Tựng) cú cựng phương ỏn lựa chọn với nhúm 2 lờn trỡnh bày tiếp.
- Tựng: Từ (1) và (2) ta cú vế trỏi 2 phương trỡnh bằng nhau Wd2 Wd1 Wt1Wt2 hay Wd1Wt1Wd2Wt2 2 2 1 2 1 2 2 2 mv mv mgz mgz (3) z Z1 Z2 m 1 v 2 v A B Hỡnh 3.1
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
85
- GV: Qua chứng minh của cỏc bạn ta thấy và rỳt ra: Wd1Wt1Wd2Wt2
Vậy, đỏp ỏn C là đỳng.
- GV: Vẽ đồ thị biểu diễn định luật bảo toàn cơ năng (Hỡnh 3.2).
-GV: Kết luận, trong quỏ trỡnh chuyển động, nếu vật chỉ chịu tỏc dụng của trọng lực, động năng cú thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và tổng của chỳng, tức là cơ năng của vật, được bảo toàn (khụng đổi theo thời gian).
- GV: đõy là trường hợp vật chịu tỏc dụng của trọng lực, nếu vật chịu tỏc dụng của lực đàn hồi thỡ sao ?
-GV: cho HS quan sỏt TN trờn powerpoin (một lũ xo trượt khụng ma sỏt trờn mặt phằng nằm ngang, khi kộo lũ xo dón ra một đoạn x0 rồi buụng tay, quan sỏt chuyển động của lũ xo). (Hỡnh 3.3).
W1 = W2 Cơ năng W t = mgz z Z cực đại O wt Wđ W = h.số Hỡnh 3.2 -x0 0 x0 x F Hỡnh 3.3
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
86
- GV: Yờu cầu học sinh làm việc theo nhúm để xem xột với lực đàn hồi thỡ định luật bảo toàn cơ năng cú được nghiệm đỳng khụng.
- HS: nghe và tiếp nhận vấn đề cần nghiờn cứu tiếp theo.
HS: Làm việc theo nhúm chứng minh với lực đàn hồi thỡ định luật bảo toàn cơ năng cũng được nghiệm đỳng.
- Cỏc nhúm bỏo cỏo kết quả làm việc của mỡnh: Đa phần cỏc nhúm đó chứng minh được trong trường hợp vật chịu tỏc dụng của lực đàn hồi thỡ định luật bảo toàn cơ năng cũng được nghiệm đỳng.
-GV: nhận xột cõu trả lời của cỏc nhúm và tổng kết lại
- Trong trường hợp lực đàn hồi thỡ định luật bảo toàn cơ năng cũng được nghiệm đỳng 2 2 d x W W W 2 2 dh mv k = hằng số (4) -HS: Lắng nghe và nghi nhận. -GV: Cỏc em quan sỏt đồ thị.
-HS: Quan sỏt đồ thị biểu diễn định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp lực đàn hồi trờn powerpoin
(hỡnh 3.4)
-GV: - Vật ở vị trớ biờn phải và biờn trỏi: Wd = 0; Wdh cực đại - Vật qua vị trớ cõn bằng Cơ năng 2 x W 2 dh k W=hằng số -x0 0 x0 x -x0 0 x0 x F F Wd Wt Hỡnh 3.4
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
87 Wd cực đại; Wdh = 0
-HS: Lắng nghe và nghi nhận.
-GV: Hóy rỳt ra kết luận về vấn đề này.
-Tuấn: Trong trường hợp vật chịu tỏc dụng của trọng lực và trường hợp vật chịu tỏc dụng của lực đàn hồi trong hệ kớn thỡ cơ năng của vật được bảo toàn. -GV:Trong lực và lực đàn hồi cú đặc điểm gỡ chung ?
-HS: Lắng nghe và suy nghĩ tỡm cõu trả lời.
-T. Nhung trả lời: Trọng lực và lực đàn hồi đều là lực thế.
-GV: Áp dụng định luật trờn với một vật chuyển động trong trường lực thế bất kỡ, ta cú thể đi đến kết luận tổng quỏt: Cơ năng của một vật chỉ chịu tỏc dụng của những lực thế luụn được bảo toàn.
HS: lắng nghe và nghi nhận.
Hoạt động 3: Củng cố và vận dụng (9 phỳt)
Yờu cầu HS: nhắc lại những kiến thức cơ bản trong bài vừa học GV: nhấn mạnh lại những kiến thức cần chỳ ý cho HS:
+ Định luật bảo toàn cơ năng được nghiệm đỳng trong trường hợp vật chỉ chịu tỏc dụng của trọng lực và vật chỉ chịu tỏc dụng của lực đàn hồi
+ Cơ năng của một vật chỉ chịu tỏc dụng của những lực thế luụn được bảo toàn.
Yờu cầu HS: dựng những kiến thức vừa học để làm BTTNĐT sau:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
88
A. Động năng của vật cực đại tại O và cực tiểu tại A và B. B. Động năng của vật cực đại tại A và B, cực tiểu tại O C. Thế năng của vật cực đại tại O
D. Thế năng của vật cực tiểu tại M
+ HS: tiếp nhận bài tập, suy nghĩ và đưa ra phương ỏn trả lời + GV: Yờu cầu HS đưa ra căn cứ cho lựa chọn của mỡnh
-GV: Phượng lờn bảng làm bài tập, cỏc HS khỏc làm bài tập vào phiếu học tập -Phượng: Chọn đỏp ỏn A vỡ: tại A và B thỡ vận tốc của vật bằng 0 nờn động năng cũng bằng 0 (động năng cực tểu), cũn tại O vận tốc của vật là lớn nhất lờn động năng cực đại.
-GV: gọi Tụn nhận xột bài làm của Phượng trờn bảng. - Tụn: Bạn đó chọn đỏp ỏn đỳng rồi.
+ GV: Dỳng rồi bạn Phượng đó làm đỳng. GV khen ngợi Phượng và Tụn và cho điểm Phượng.
Cõu 2: Một vật rơi từ độ cao z(m) xuống đất, bỏ qua sức cản của khụng khớ
tại vị trớ động năng bằng thế năng thỡ vận tốc của vật bằng bao nhiờu ?
A, z 2 g v B, vgz C, v gz D, z 2 g v O M B A Hỡnh 3.5
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
89
-GV: Gọi Mai và N.Phương lờn bảng làm bài tập, cỏc HS: khỏc làm vào phiếu học tập.
-Mai: gọi vị trớ vật bắt đầu rơi tại O cú độ cao z và vị trớ Wd Wt tại A. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho hai vị trớ O và A ta cú WO WA
ta cú: 2 2 z z 2 z 2 2 A A A A mv mv mg mg v g vậy đỏp ỏn đỳng là C. - GV: Thơ nhận xột bài của bạn.
-Thơ: Bạn Mai đó làm đỳng rồi.