Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 27: Cơ năng

Bài 27 CƠ NĂNG I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. - Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. - Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động dưới tác dụngcủa lực đàn hồi - Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tác dụngcủa lực đàn hồi 2. Kĩ năng: - Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường để giải một số bài toán đơn giản. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Con lắc đơn, con lắc lò xo. 2. Học sinh: Ôn các bài động năng và thế năng. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Tiết 46 1. Hoạt động 1: Viết công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. (10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Cơ năng của một vật là gì? - Cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường là gì? - Là năng lượng cơ học bằng tổng động năng và thế năng. - Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng động năng và thế năng của vật gọi là cơ năng. I. Cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường 1. Định nghĩa: - Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng động năng và thế năng của vật gọi là cơ năng. - Biểu thức cơ năng: W = Wđ + Wt = mv2 + mgz 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu sự bảo năng của một vật chuyển động trong trọng trường. (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Xét một vật khối lượng m chuyển động trong trường từ vị trí M có độ cao zM đến vị trí N có độ cao zN so với mặt đất. Hãy so sánh độ cao và vận tốc của vật tại hai vị trí M và N? - So sánh thế năng và động năng tại hai vị trí M và N? - Vậy giữa động năng và thế năng có một mối quan hệ. - Công của trọng lực khi vật chuyển động từ M đến N bằng bao nhiêu? - Độ biến thiến động năng khi vật chuyển động từ M đến N bằng bao niêu? - So sánh (1) và (2)? - Vế trái của (3) gọi là gì? Vế phải của (3) là gì? Chúng như thế nào? - Vì M và N là hai vị trí bất kì của vật trong quá trình chuyển động nến từ (4) ta có thể phát biểu định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. - Ta thấy: zM > zN và vM < vN - Ta có: vM zN ® WtM > WtN - Ghi nhận. - Ta có: AMN = WtM - WtN (1) - Ta có: AMN = WđN – WđM (2) - Ta có: WđN – WđM = WtM - WtN hay: WđN + WtN = WđM + WđN (3) - Vế trái gọi là cơ năng của vật tại vị trí N (WN), vế phải gọi là cơ năng của vật tại vị trí M (WM), ta có WN = WM. (4) - Ghi nhận. 2. Sự bảo toàn của một vật chuyển động trong trọng trường: - Khi một vật chuyển động trong trọng trường và chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật được bảo toàn. - Biểu thức: W = Wđ + Wt = const hay: W = mv2 + mgz = const 3. Hệ quả: - Khi thế năng giảm thì động năng tăng: Ta nói thế năng chuyển hóa thành động năng. - Khi thế năng tăng thì động năng giảm: Ta nói động năng chuyển hóa thành thế năng. - Vị trí nào thế năng cực tiểu thì động năng cực đại và ngược lại. 3. Hoạt động 3: Tìm hiểu sự bảo năng của một vật chuyển động dưới tác dụngcủa lực đàn hồi (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Xét một con lắc lò xo như hình vẽ. Vật m chuyển động trên một rãnh nằm ngang không ma sát. Từ vị trí cân bằng O kéo lò xo dãn ra một đoạn Dl đến vị trí N rồi thả nhẹ vật sẽ dao động quanh O từ N đến M. - Yêu cầu học sinh xét sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng khi vật chuyển động từ N về O qua M và từ M về O qua N? - Rút ra kết luận gì? - Ghi nhận. + Tại N lò xo dãn cực đại: WtN cực đại, WđN = 0. + Từ N đến O: Wt giảm, Wđ tăng + Tại O Wđ O cực đại, Wt = 0 + Từ O đến M: Wt tăng, Wđ giảm + Tại M: WtM cực đại, WđN = 0. + Từ M đến O: Wt giảm, Wđ tăng + Từ O đến N: Wt tăng, Wđ giảm - Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì trong quá trình chuyển động của vật, cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là đại lượng bảo toàn. II. Cơ năng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi - Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì trong quá trình chuyển động của vật, cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là đại lượng bảo toàn. - Biểu thức: W =mv2 +k.Dl2 * Chú ý: - Định luật bảo toàn cơ năng chỉ nghiệm đúng khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi. - Nếu vật còn chịu tác dụng thêm tác dụng của lực cản và lực ma sát... thì cơ năng của vật sẽ biến đổi. Công của lực ma sát, lực cản...sẽ bằng độ biến thiên cơ năng 4. Hoạt động 4: Củng cố và dặn dò (5 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Trả lời câu C1? 2. Về nhà làm bài tập 7, 8 SGK – trang 145. 1. Câu C1: Chọn mốc thế năng tại O a. Vì vật chuyển động trong trọng trường và không có lực cản nên cơ năng của vật được bảo toàn: WA = WB hay mghA = mghB. ® hA = hB, do đó A và B đối xứng qua CO. b. Động năng của vật đạt cực đại khi đi qua O, đạt cực tiểu khi đi qua A và B. c. Trong quá trình từ A đến O và từ O đến B. 2. Ghi nhận vào vở bài tập. 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: