8. Cấu trúc luận văn
2.1.3. Mục tiêu dạy học chương “Các định luật bảo toàn”
2.1.3.1. Mục tiêu về kiến thức
+ Phát biểu được định nghĩa các khái niệm về Xung lượng, Động lượng, Công, Công suất, Động năng, Thế năng, Thế năng đàn hồi, Cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường, Cơ năng đàn hồi và thiết lập được các công thức của chúng.
+ Phát biểu nội dung và viết được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn cơ năng.
+ Vận dụng được công thức tính công để xác định mối liên hệ gữa công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng, mối liên hệ giữa công của trọng lực và độ biến thiên thế năng.
2.1.3.2. Mục tiêu về kĩ năng
+ Vận dụng được các công thức Xung lượng, Động lượng, Công, Công suất, Động năng, Thế năng, Thế năng đàn hồi, Cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường, Cơ năng đàn hồi để giải các bài tập đơn giản.
+ Biết cách chọn gốc thế năng cho việc giải các bài toán củ thể.
+Vận dụng được định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng để giải bài tập.
2.1.3.3. Mục tiêu về thái độ
+ Rèn luyện được thái độ nghiêm túc, tự giác, hợp tác với bạn bè và giáo viên trong học tập.
+ Có niềm tin vào tri thức, khoa học.
+ Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ học tập.
2.2. Tiến trình dạy học chƣơng “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 THPT
2.2.1. Dạy học bài “Động năng”
2.2.1.1.Câu hỏi cơ bản và các kết luận tương ứng với từng đơn vị kiến thức Đơn vị kiến thức 1: Công thức tính động năng.
Câu hỏi 1: Nếu biết động năng của một vật là năng lượng do vật chuyển động mà có thì có thể tìm biểu thức tính động năng của vật có khối lượng m, chuyển động với v như thế nào?
47
Đơn vị kiến thức 2: Mối liên hệ giữa công của ngoại lực và độ biến thiên động năng
Câu hỏi 2: Độ biến thiên động năng
2 1
d d d
W W W và công của ngoại lựcA12 có mối liên hệ với nhau như thế nào ?
2.2.1.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng từng kiến thức “Động năng”
* Vật mang năng lượng có khả năng thực hiện công.
* Năng lượng mà vật có được do nó đang chuyển động được gọi là động năng. Động năng phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc của vật. * Nếu ban đầu vật đứng yên (Wđ = 0), khi ngoại lực tác dụng vào vật làm dịch chuyển (có động năng), lực sinh công.
Động năng của vật được tính bằng công thức nào ?
Lực F không đổi tác dụng vào vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc từ v1 đến vận tốc v2 đi được quãng đường s theo phương ngang. Tính công của lực F,từ đó tìm mối liên hệ giữa công của ngoại lực và vận tốc của vật xác định năng lượng cung cấp để vật thay đổi vận tốc.
TL: Công của lực F trên quãng đường s là: A F s. ( 0 0 ) (1) Mặt khác: 2 2 2 1 2 . v v a s (2) Mà F ma (3) Từ (1),(2),(3) 2 2 2 1 1 1 2 2 A mv mv
Nhận xét: Công của lực F trong chuyển dời của s bằng
độ biến thiên của đại lượng 1 2
2mv .
* Biểu thức động năng: Wđ = 1 2
2mv
* Động năng của vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là năng lượng mà vật đó có được do nó đang chuyển động.
48
2.2.1.3. Mục tiêu dạy học bài “Động năng” a) Mục tiêu trong khi dạy
- Phát biểu được định nghĩa động năng của một vật.
- Xây dựng được công thức tính động năng.
- Xây dựng được mối liên hệ giữa độ biến thiên động năng và công của lực tác dụng.
- Vận dụng được định lí động năng để giải được các bài tập đơn giản.
b) Mục tiêu sau khi dạy
- Phát biểu được định nghĩa, viết được biểu thức, suy ra được đơn vị của động năng.
- Phát biểu được mối liên hệ giữa độ biến thiên động năng và công của ngoại lực (định lí động năng), viết được hệ thức của liên hệ ấy.
- Vận dụng được công thức tính động năng và độ biến thiên động năng để giải bài tập động lực học.
Lực tác dụng lên vật làm cho chuyển động của vật biến đổi, nghĩa là vận tốc của vật thay đổi động năng của vật thay đổi. Độ biến thiên động năng và công của ngoại lực tác dụng có liên hệ với nhau như thế nào ?
TL: Công của lực F làm vật chuyển động
quãng đường s là: 2 2 2 1 1 1 2 2 A mv mv Ta có 1 2 d 1 1 W 2mv ; 2 2 d 2 1 W 2mv 2 1 d d d
A=W W W (gọi là độ biến thiên động năng)
Độ biến thiên động năng bằng công của ngoại lực tác dung lên vật. Nếu công dương thì động năng tăng, nếu công âm thì động năng giảm.
49
2.2.1.4. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh a) Giáo viên:
- Một vài bức tranh về các máy thực hiện công đơn giản, mô hình máy thủy điện. - Phiếu học tập.
- Tổng hợp nội dung tổng kết bài học lên máy chiếu.
b) Học sinh ôn tập kiến thức:
- Chuyển động thẳng biến đổi đều. Định luật II Newton. - Công thức tính công trong trường hợp tổng quát.
2.2.1.5. Tổ chức hoạt động dạy học bài “Động năng”.
Hoạt động 1: Xây dựng khái niệm động năng (8 phút).
Trong luận văn, chúng tôi chỉ trình bày các phần, mục dự kiến tiến trình tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh theo hình thức tổ chức hoạt động nhóm. Các phần, mục còn lại chúng tôi không trình bày trong luận văn, nhưng trong quá trình giảng dạy bài học chúng tôi vẫn tiến hành tổ chức dạy học theo thứ tự trình bày trong sách giáo khoa. Các phần này, chúng tôi tổ chức theo hình thức hướng dẫn học sinh chiếm lĩnh kiến thức.
Hoạt động 2: Thiết lập công thức tính “động năng”(15 phút)
Hình thức tổ chức dạy học: tổ chức dạy học theo nhóm, các nhóm chung một nhiệm trên phiếu học tập. Sử dụng cấu trúc STAD.
Ý đồ sư phạm: Học sinh có thể vận dụng kiến thức đã học về công thức tính vận tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều, biểu thức định luật II Newton và công thức tính công trong trường hợp tổng quát vào việc tính công của ngoại lực tác dụng lên vật làm vật thay đổi trạng thái chuyển động từ v1 đến v2 trong quãng đường s.
Hoạt động 3: Tìm mối quan hệ độ biến thiên động năng và công của ngoại lực tác dụng lên vật (15 phút)
Hoạt động 4: Vận dụng (5 phút)
Hoạt động 5: Tổng kết bài học (2 phút)
50
- Giao nhiệm vụ về nhà, yêu cầu học sinh làm các bài tập trong SGK và sách bài tập
* Bài “Động năng” được chia thành hai vấn đề nghiên cứu.
Vấn đề 1: Thiết lập công thức tính động năng của một vật.
Vấn đề 2: Tìm mối liên hệ giữa độ biến thiên động năng và công của lực tác dụng lên vật.
Ở vấn đề sau học sinh có thể suy luận lôgic từ công thức tính công của lực tác dụng lên vật mà học sinh tính được từ vấn đề 1, sau đó xác định động năng ban đầu và động năng sau. Từ đó nhận xét định tính hai vế của biểu thức để suy luận mối liên hệ giữa động năng và công của lực tác dụng. Do đó, chúng tôi tổ chức hoạt động dạy học như sau.
Vấn đề 1: Thiết lập công thức tính động năng (15phút).
Hình thức tổ chức dạy học: Theo nhóm, các nhóm chung một nhiệm vụ, các thành viên trong nhóm chung một nhiệm vụ.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
1) Giáo viên giao nhiệm vụ chung với toàn lớp:
* Chia nhóm học sinh
* Chia lớp thành 8 nhóm, phân công địa điểm làm việc cho mỗi nhóm: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Đề nghị mỗi nhóm cử nhóm trưởng và thư ký.
2) Học sinh làm việc theo nhóm, giáo viên quan sát hoạt động của nhóm và giúp đỡ khi cần thiết:
* GV phát phiếu học tập 1 (phụ lục 1), các nhóm hoạt động (10 phút)
3) Thảo luận, tổng kết trước lớp: * GV các nhóm dán kết quả lên bảng. Giáo viên đề nghị các nhóm chữa bài cho nhau theo sự phân công:1 2 3
Học sinh về nhóm làm việc với phiếu học tập khổ A3, bút dạ hoạt động trong vòng 15 phút
51
4 5 6 7 8 1 (hoạt động trong 5 phút)
* Giáo viên có thể đánh giá sự cố gắng của học sinh khi học sinh tham gia vào bài.
* Giáo viên yêu cầu học sinh báo cáo kết quả hoạt động, chữa bài đánh giá kết quả hoạt động bằng cách cho điểm học sinh dựa trên những việc đã làm được. * Giáo viên chính xác hóa kiến thức
Học sinh lắng nghe và ghi nhớ
Định nghĩa: Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc vlà năng lượng (kí hiệu Wd) mà vật đó có được do nó đang chuyển động.
- Biểu thức: Wd= 1 2
2mv
- Đơn vị: Jun (J)
- Tính chất:
+ Động năng là đại lượng vô hướng. + Động năng là đại lượng luôn dương
Vấn đề 2:Tìm mối quan hệ giữa độ biến thiên động năng và công của ngoại lực tác dụnglên vật. Hình thức tổ chức dạy học: Tổ chức hoạt động theo nhóm.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
1) Giáo viên giao nhiệm vụ chung với toàn lớp:
2) Học sinh làm việc theo nhóm, giáo viên quan sát hoạt động của nhóm và giúp đỡ khi cần thiết:
* Phát phiếu học tập 2 hoạt động trong thời gian (15 phút)
* Giáo viên theo dõi hoạt động của các nhóm, chỉnh sửa khi các nhóm làm sai đồng thời khuyến khích các nhóm hoạt động tích cực
Các nhóm về vị trí làm việc
52
3) Thảo luận, tổng kết trước lớp: * Thu phiếu học tập, đánh giá kết quả hoạt động các nhóm và cho điểm * Giáo viên chính xác hóa kiến thức.
* Độ biến thiên động năng bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật. - Biểu thức: 2 1 d d d A=W W W - Hệ quả: A 0 động năng tăng ( 2 1 d d W W ) A 0 động năng giảm ( 2 1 d d W <W )
A 0động năng không đổi (
2 1
d d
W =W )
2.2.2. Dạy học bài “Thế năng”
2.2.2.1. Câu hỏi cơ bản và các kết luận tương ứng với từng đơn vị kiến thức cần dạy.
Đơn vị kiến thức 1: Thế năng trọng trường, mối liên hệ độ biến thiên thế năng và công của trọng lực.
Câu hỏi 1: Một vật ở độ cao z so với mặt đất có năng lượng không? Vì sao? Năng lượng của vật ấy được tính bằng công thức nào?
Trả lời: Vật ở độ cao z so với mặt đất thì vật đó có khả năng sinh công, nghĩa là vật mang năng lượng gọi là thế năng.
- Công của trọng lực làm vật ấy rơi từ độ cao z xuông mặt đất: A mgz
- Thế năng của vật được xác định bằng công thức:Wt mgz (gốc wt chọn ở mặt đất) - Thế năng của vật phụ thuộc vào độ cao.
Câu hỏi 2: Khi độ cao của vật giảm thì thế năng của vật giảm. Độ biến thiên thế năng và công của trọng lực có liên hệ với nhau như thế nào?
Trả lời: Công của trọng lực tác dụng lên vật bằng hiệu thế năng của vật. - Biểu thức: A mgz1 mgz2 W (t1 M) W ( )t2 N Wt
+ Nếu A 0 thì độ cao giảm, thế năng giảm. + Nếu A 0 thì độ cao tăng, thế năng tăng.
53
Câu hỏi 3: Công của lực đàn hồi được tính như thế nào?
Trả lời: Công của lực đàn hồi được xác định là: 1 2
( )
2
A k l
Câu hỏi 4: Thế năng đàn hồi là gì? Viết công thức thế năng đàn hồi và xác định đơn vị đo nó.
Trả lời: Thế năng đàn hồi của vật bằng công của lực đàn hồi - Biểu thức: 2
t
1
W ( )
2k l ; đơn vị đo: Jun (J)
2.2.2.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng từng đơn vị kiến thức.
Đơn vị kiến thức 1: Thế năng trọng trường, mối liên hệ độ biến thiên thế năng và công của trọng lực.
Trả lời: Công của trọng trường tác dụng
lên vật là: Áp dụng công thức
. . os ( =0) .
A F s c A p z mgz.
Nhận xét: Vật ở độ cao z so với mặt đất thực hiện công bằng mgz. Độ cao của vật càng lớn thì công thực hiện được càng lớn. Đấy chính là năng lượng mà vật có được khi ở độ cao z , gọi là thế năng trọng trường (kí hiệu Wt mgz)
Thả một vật ở độ cao z rơi xuống đất thì vật có khả năng sinh công (mang năng lượng). Độ cao của vật càng lớn thì khả năng thực hiện công càng lớn (năng lượng càng lớn)
Vật chịu tác dụng của trọng lực làm vật dịch chuyển trên quãng đường z . Tính công của trọng lực? Công này có liên hệ gì với độ cao của vật
Năng lượng của vật ở độ cao z so với mặt đất kí kiệu Wt mgz
gọi là thế năng trọng trường
Thế năng của vật phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường, khi vật di chuyển trong trọng trường thì thế năng của vật thay đổi
54
Trả lời: Công của trọng lực ở độ cao z1,z2là: Áp dụng công thức A F s c. . os Ta có A1 mgz1; A2 mgz2 12 1 2 1 2 A A A mgz mgz ta có Wt mgz 1 2 12 Wt Wt A .
Nhận xét: Công của trọng lực bằng hiệu thế năng
của vật.
Công của trọng lực và độ biến thiên thế năng có liên hệ với nhau như thế nào ?
Tìm mối liên hệ giữa công của trọng lực tác dụng lên vật có khối lượng m chuyển động từ độ cao z1đến độ cao z2trong trọng trường ?
Định nghĩa: Công của trọng lực có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại
vị trí (1) và vị trí (2).
Biểu thức:
1 2
12 Wt Wt
A
55
Đơn vị kiến thức 2: Tìm hiểu về thế năng đàn hồi
2.2.2.3. Mục tiêu dạy học bài “Thế năng”
a) Mục tiêu trong khi dạy:
- Phát biểu được định nghĩa thế năng trọng trường, xây dựng được công thức tính nó.
- Tính được công của trọng trường trong sự di chuyển từ vị trí (1) đến vị trí (2), xây dựng được mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và công của trọng lực.
- Vận dụng được công thức thế năng, công thức liên hệ giữa độ biến thiên thế năng để giải bài tập đơn giản.
b) Mục tiêu sau khi dạy:
- Biết được thế năng trong cơ học là dạng năng lượng của vật chỉ phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa mặt đất và vật.
Một lò xo một đầu cố định, đầu kia gắn một vật khối lượng m nằm ngang. Khi lò xo bị biến dạng, lực đàn hồi tác dụng vào vật làm vật sinh công.
Công của lực đàn hồi được xác định như thế nào ?
Trả lời: Công của lực đàn hồi là:
1 2
2
A k l
Nhận xét: Năng lượng mà vật có được được gọi
là thế năng đàn hồi
Định nghĩa: Thế năng đàn hồi bằng công của lực đàn hồ tác
dụng lên vật. Biểu thức: 2 t
1
W ( )
56
- Biết cách chọn mốc tính thế năng của vật hoặc hệ vật.
- Nêu được công thức tính công của lực đàn hồi. Phát biểu được định nghĩa thế năng đàn hồi, viết được công thức tính thế năng đàn hồi.
- Vận dụng được công thức tính thế năng, thế năng đàn hồi, độ biến thiên thế năng vào giải bài tập.
2.2.2.4. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh
a) Giáo viên:
- Phiếu học tập số 1; 2; 3; 4; 5
- Mố hình vật chuyển động trong trọng trường bằng công nghệ thông tin. - Tổng kết nội dung bài học trên máy chiếu.
b) Học sinh ôn tập:
- Đặc điểm trọng lực, trọng lượng. - Định luật Húc.
- Công thức tính công của một lực.
c) Nội dung ghi bảng. I. Thế năng trọng trƣờng