Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 26: Thế năng

Bài 26 THẾ NĂNG I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa trọng trường, trọng trường đều - Viết được biểu thức trọng lực của một vật. - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng trọng trường. Định nghĩa được mốc thế năng. - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng đàn hồi. 2. Kĩ năng: - Vận dụng giải được định lí độ biến thiên động năng để giải một số bài tập trong SGK và SBT. - Nêu được ví dụ về vật có thế năng có thể sinh công. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Chuẩn bị một số ví dụ thực tế về những vật có thế năng sinh công. 2. Học sinh: Ôn lại khái niệm thế năng đã học ở lớp 8. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Tiết 44 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu khái niệm trọng trường. (10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Vì sao mọi vật đứng yên trên Trái Đất? - Ta nói xung quanh Trái đất tồn tại một trọng trường. - Biểu hiện của trọng trường là gì? - Trọng trường đều là gì? - Vì chịu tác dụng của trọng lực. - Ghi nhận. - Là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên các vật đặt trong khoảng không gian có trọng trường. - Vectơ tại mọi điểm đều có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn. Ta nói trong khoảng không gian đó trọng trường là đều. I. Thế năng trọng trường 1. Trọng trường: - Mọi vật xung quanh Trái Đất đều chịu tác dụng của trọng lực. Ta nói xung quanh Trái đất tồn tại một trọng trường. - Biểu hiện của trọng trường là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên các vật đặt trong khoảng không gian có trọng trường. Biểu thức của trọng lực của một vật có khối lượng m có dạng: = m - Nếu xét trong khoảng không gian không quá rộng thì vectơ tại mọi điểm đều có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn. Ta nói trong khoảng không gian đó trọng trường là đều. 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu thế năng trọng trường (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Khi một vật ở độ cao z so với mặt đất thì vật sẽ chịu tác dụng của lực nào? - Nếu ở phía dưới trên mặt đất ta đặt một chiếc cọc nhọn, thả cho vật m rơi xuống đấp vào cọc, thì cọc sẽ như thế nào? - Vậy vật m đã sinh công - Nếu độ cao z càng lớn thì sao? - Vậy khi vật m ở độ cao z có mang năng lượng không? Vì sao? - Năng lượng này có được là do trọng lực nên gọi là thế năng trọng trường. - Khi một vật có khối lượng m đặt ở vị trí có độ cao z so với mặt đất thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức: Wt = mgz - Lực hút của Trái Đất, hay trọng lực. - Cọc sẽ chuyển động và lún sâu vào đất. - Ghi nhận. - Cọc càng lún sâu hơn? - Có. Vì nó có khả năng thực hiện công. - Ghi nhận. - Ghi nhận. 2. Thế năng trọng trường: a. Định nghĩa: Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất, nó chỉ phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. b. Biểu thức thế năng trọng trường: - Khi một vật có khối lượng m đặt ở vị trí có độ cao z so với mặt đất thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức: Wt = mgz - Nếu vật đặt trên mặt đất thì z = 0 và Wt = 0. Ta nói mặt đất được chọn làm mốc thế năng. 3. Hoạt động 3: Tìm hiểu quan hệ giữa công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Giả sử trọng lực làm vật m rơi rơi từ điểm M có độ cao zM đến điểm N có độ cao zN, nhận xét độ cao của vật so với mặt đất tại hai vị trí M và N? - Vật đã chuyển dời một đoạn bằng bao nhiêu? - Công của trọng lực thực hiện trên độ dời đó bằng bao nhiêu? - Giả sử trọng lực làm cho vật khối lượng m chuyển động theo một đường cong từ điểm M có độ cao zM đến điểm N có độ cao zN, nhận xét độ cao của vật so với mặt đất tại hai vị trí M và N? - Công do trọng lực thực hiện được tính bằng cách nào? - Từ hai trường hợp chuyển động của vật m vừa xét, công của trọng lực trong hai trường hợp trên có phụ thuộc vào dạng đường dịch chuyển không? - Ta thấy: zM > zN - Vật đã chuyển dời một đoạn bằng zM - zN - Ta có: AMN = mg(zM – zN) = mgzM – mgzN = Wt(M) – Wt(N) - Ta thấy: zM > zN - Ta chia nhỏ đường cong đó thành những đoạn nhỏ coi như thẳng, rồi tính công trọng lực trên từng đoạn nhỏ đó, ta thấy công trên mỗi đoạn nhỏ bằng công trên hình chiếu của đoạn ấy trên phương của trọng lực. Do đó công trên đoạn cong MN cũng bằng công trên đoạn thẳng MN. - Công của trọng lực khi vật chuyển động từ M đến N trong trọng trường chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M và điểm cuối N mà không phụ thuộc vào đường cong dịch chuyển. 3. Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực: a. Công thức: 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 N. AMN = Wt(M) – Wt(N) M zM z zN O N M N b. Hệ quả: - Công của trọng lực lực khi vật chuyển động trong trọng trường không phụ thuộc vào dạng đường cong chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối mà không phụ thuộc vào đường cong dịch chuyển, tức là khi vật chuyển động trong trọng trường theo những con đường khác nhau thì công của trọng lực theo những con đường ấy bằng nhau. - Trong quá trình chuyển động của vật trong trọng trường: + Nếu vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương + Nếu vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm. 4. Hoạt động 4: Củng cố và dặn dò (5 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Trả lời C1? 2. Trả lời C2? 3. Trả lời C3? 4. Về nhà soạn bài phần tiếp the. 1. Trong trọng trường mọi vật đều chịu tác dụng của trọng lực . Định luật II Niuton ta có: = m® 2. Nước từ trên cao đỗ xuống có thể làm quay tua bin đặt ở dưới. 3. Tại O thế năng bằng 0. Tại A thế năng > 0 Tại B thế năng < 0 4. Ghi nhận vào vở soạn. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: Bài 26 THẾ NĂNG (tiếp theo) Tiết 45 1. Hoạt động 1: Tính công của lực đàn hồi. (25 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Xét một lò xo đàn hồi, có độ cứng là k, một đầu gắn vào một vật, đầu kia được giữ cố định. Kéo lò xo dãn ra một đoạn Dl thì lực nào xuất hiện? - Lực này xuất hiện như thế nào với độ biến dạng? Độ lớn bằng bao nhiêu? - Lực vày có xu hướng làm vật chuyển động như thế nào? - Khi vật trở lại vị trí ban đầu thì vật đã chuyển dời một đoạn đường s = Dl cùng hướng với lực đàn hồi, lực đàn hồi ở vị trí này bằng bao nhiêu? - Lực đàn hồi trung bình tác dụng lên vật bằng bao nhiêu? - Công của lực đàn hồi trung bình bẳng bao nhiêu? - Công có phải là năng lượng không? - Lực đàn hồi. - Ngược chiều với độ biến dạng. Công thức biểu diễn: F = k= kDl - Làm vật chuyển động về lại vị trí ban đầu. - Ta có: F = 0. - Ta có: Ftb = = kDl - Ta có: A = Ftb.s = kDl. Dl = kDl2 - Công là dạng năng lượng của một vật. II. Thế năng đàn hồi 1. Công của lực đàn hồi: - Khi một vật bị biến dạng, vật có thể sinh công, lúc đó vật có một dạng năng lượng gọi là thế năng đàn hồi. - Đối với lò xo có độ cứng k, khi độ biến dạng của lò xo là Dl thì công của lực đàn hồi thực hiện đưa lò xo về trạng thái không biến dạng là: A = kDl2 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu thế năng đàn hồi (10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Thế năng trọng trường là gì? - Ta định nghĩa thế năng đàn hồi bằng công của lực đàn hồi. - Vậy thế năng đàn hồi là gì? - Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất. - Ghi nhận. - Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. 2. Thế năng đàn hồi: - Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. - Khi lò xo đang ở trạng thái biến dạng thì hệ gồm lò xo và vật nhỏ có thế năng. Ta định nghĩa thế năng đàn hồi bằng công của lực đàn hồi và ta có thể viết: Wt = kDl2 3. Hoạt động : Củng cố và dặn dò (10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Giải bài tập 3 SGK – trang 141. 2. Giải bài tập 6 SGK – trang 141 1. Bài tập 3 SGK – 141. - Thế năng trọng trường của một vật: Wt = mgz ® Độ cao z = 2. Bài tập 6 SGK – trang 141 - Thế năng đàn hồi: Wt = kDl2 Wt = 2.102.(2.10-2)2 = 0,04 (J) IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: