Bài soạn Vật lý lớp 10 - Chương IV: Các định luật bảo toàn

Chương IV. Các định luật bảo toàn Bài 31 định luật bảo toàn động lượng I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Nắm được khái niệm thế nào là hệ kín. – Nắm vững định nghĩa động lượng và phát biểu được định luật bảo toàn động lượng. – Xây dựng được biểu thức tổng quát của định luật II Niu-tơn. 2. Về kĩ năng – Vận dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số (trường hợp các vectơ động lượng cùng phương) để giải được một số bài tập. II – Chuẩn bị Giáo viên – Chuẩn bị bộ thí nghiệm cần rung điện gồm : Máng nhôm, hai xe (có thể thay đổi khối lượng bằng cách thay đổi các quả gia trọng), băng giấy, bộ cần rung điện. Học sinh – Ôn lại khái niệm bảo toàn đã được biết khi học định luật bảo toàn, định luật II, III Niu-tơn, công thức gia tốc. III – thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề Cá nhân trả lời : Cá nhân nhận thức vấn đề của bài học. – Viết biểu thức của định luật II Niu-tơn dưới dạng thể hiện mối liên hệ giữa lực tác dụng vào khối lượng và vận tốc của vật ? – Phát biểu và biết biểu thức của định luật III Niu-tơn ? Khi nghiên cứu chuyển động của một hệ vật dưới tác dụng của các lực. Mỗi vật có thể chịu tác dụng của các vật ở trong hệ và từ các vật ngoài hệ. Giải bài toán như vậy sẽ rất phức tạp. Bài toán sẽ đơn giản hơn nếu hệ mà ta nghiên cứu là hệ kín hay hệ cô lập. Khi khảo sát hệ kín, người ta thấy có một số đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái của hệ được bảo toàn, nghĩa là chúng có giá trị không đổi theo thời gian. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu một số đại lượng bảo toàn đó. Hoạt động 2. Tìm hiểu khái niệm hệ kín Cá nhân suy nghĩ, trả lời : Hệ vật và Trái Đất không phải là hệ kín vì vẫn có các lực hấp dẫn từ các thiên thể khác trong vũ trụ. Cá nhân tiếp thu thông báo. GV thông báo khái niệm hệ kín. – Hệ vật và Trái Đất có phải là hệ kín không ? Vì sao ? Thông báo : Trong thực tế, trên Trái Đất khó có thể thực hiện được một hệ tuyệt đối kín vì không thể nào triệt tiêu được hoàn toàn lực ma sát, các lực cản, và lực hấp dẫn. Nhưng nếu các lực đó rất nhỏ thì, một cách gần đúng, ta có thể coi hệ vật và Trái Đất là hệ kín. – Là hệ kín vì các ngoại lực gồm trọng lực và phản lực của mặt phẳng ngang triệt tiêu lẫn nhau. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Hệ 2 vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang có phải là hệ kín không ? Gợi ý của GV : xét tổng các ngoại lực tác dụng. Thông báo : Trong các vụ nổ, va chạm các nội lực xuất hiện thường rất lớn so với ngoại lực thông thường nên hệ vật có thể coi gần đúng là hệ kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tượng. Hoạt động 3. Xây dựng khái niệm động lượng, độ biến thiên động lượng Cá nhân quan sát, trả lời. – Khúc gỗ chuyển động nhanh chậm khác nhau. – Dưới tác dụng của lực trong thời gian thì vận tốc của vật thay đổi từ thành và thu được gia tốc : (1) GV tiến hành thí nghiệm1 : Thả viên bi từ những độ cao khác nhau đến va chạm vào khúc gỗ. Khúc gỗ chuyển động thế nào ? – Từ kết quả thí nghiệm, cho biết dưới tác dụng của lực (lực do viên bi tác dụng) trong thời gian thì trạng thái của vật (khúc gỗ) thay đổi thế nào ? Đại lượng nào đặc trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật tương tác ? – Theo định luật II Niu-tơn ta có biểu thức thế nào ? Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Trả lời : – Động lượng của một vật là đại lượng đo bằng tích khối lượng và vận tốc của vật. Biểu thức : Động lượng cùng hướng với hướng của véc tơ vận tốc. Đơn vị của động lượng là : kg.m/s Độ biến thiên động lượng : Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Thông báo : Vế phải gọi là xung của lực, vế trái là độ biến thiên của đại lượng . Đại lượng  gọi là động lượng của vật. – Động lượng là gì ? Biểu thức tính ? Đơn vị ? – Động lượng có hướng thế nào ? Viết biểu thức độ biến thiên động lượng ? – ý nghĩa của khái niệm động lượng ? Thông báo : Động lượng đặc trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật tương tác. Khi một vật chịu tương tác thì động lượng của vật bị thay đổi. Hoạt động 4. Xây dựng định luật bảo toàn động lượng Cá nhân làm việc với phiếu học tập Viết được biểu thức : Kết luận : Vậy tổng động lượng của hệ trước và sau tương tác không thay đổi.. – Vậy trong hệ kín, nếu hai vật tương tác với nhau thì tổng động lượng của hệ trước và sau tương tác có thay đổi không ? – Hãy hoàn thành yêu cầu trong phiếu học tập. Gợi ý : – vận dụng định luật II, III Niu-tơn cho hai vật. – so sánh tổng động lượng của hệ trước và sau va chạm. Hoạt động 5. Thí nghiệm kiểm tra HS thảo luận nhóm và đề xuất phương án thí nghiệm và trả lời các câu hỏi của GV. Nhận xét : Trong phạm vi sai số, các kết quả thí nghiệm cho thấy tổng động lượng của hệ gồm hai xe trước va sau tương tác là không thay đổi. – Bằng lí thuyết chúng ta đã chứng minh được tổng động lượng của hệ kín trước và sau tương tác là không thay đổi, muốn kết luận này trở thành kiến thức khoa học thì cần phải kiểm nghiệm bằng thực nghiệm. Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm để kiểm tra ? Nếu HS không đưa ra được phương án thí nghiệm thì GV có thể gợi ý để HS làm theo phương án như ở hình 31.1 SGK. GV giới thiệu phương án thí nghiệm được ghi trong SGK. Yêu cầu HS đọc kết quả thí nghiệm ghi ở bảng 1 và cho nhận xét. (GV chỉ cần làm thí nghiệm biểu diễn mà không cần ghi số liệu chính xác) HS phát biểu nội dung định luật. – Như vậy so sánh kết quả thí nghiệm với kết quả suy ra bằng lí thuyết ta thấy trong hệ kín gồm 2 vật tương tác và có các vận tốc theo cùng một phương thì tổng các vectơ động lượng của các vật trước và sau tương tác bằng nhau. Làm nhiều thí nghiệm khác đối với hệ kín trong phạm vi rộng hơn cũng có kết luận như vậy. Đó chính là nội dung của định luật bảo toàn động lượng. Yêu cầu một học phát biểu nội dung định luật bảo toàn động lượng. Hoạt động 6. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. GV nhắc lại các khái niệm về hệ kín, động lượng, định luật bảo toàn động lượng. Bài tập về nhà : – Làm bài tập 1, 2, 3 , 4, 5 SGK. Phiếu học tập 1. Cho hệ kín gồm hai vật có khối lượng m1 và m2 tương tác với nhau. Ban đầu chúng có vận tốc lần lượt là và Sau thời gian tương tác là , vận tốc biến đổi thành và a) Xác định độ biến thiên động lượng của hai vật ? b) So sánh độ biến thiên động lượng của hai vật ? c) So sánh tổng động lượng của hệ trước và sau va chạm ? Bài 32 Chuyển động bằng phản lực Bài tập về định luật bảo toàn động lượng I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Nắm được nguyên tắc chuyển động bằng phản lực. – Hiểu và phân biệt được hoạt động của động cơ của máy bay phản lực và tên lửa vũ trụ. 2. Về kĩ năng – Từ lời giải của các bài tập mẫu, hiểu cách vận dụng và giải những bài tập về định luật bảo toàn động lượng. II – Chuẩn bị Giáo viên – Một xe lăn, trên xe lăn có gắn một đầu bút bi và một quả bóng bay. – Mô hình máy bay phản lực gắn vào đầu một thanh nhẹ có thể quay quanh một trục thẳng đứng cố định. Đuôi máy bay gắn một quả pháo thăng thiên. – Pháo thăng thiên. – Con quay nước. Thực chất là định luật bảo toàn momen động lượng, nhưng vẫn có thể dùng định luật bảo toàn động lượng để giải thích chuyển động đối với từng nhánh con quay. III – thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề Cá nhân suy nghĩ, trả lời. Có thể là : Thổi khí vào quả bóng bay, sau đó thả tay ra thì xe sẽ chuyển động. HS lên bảng tiến hành thí nghiệm. – Phát biểu nội dung định luật bảo toàn động lượng ? – Cho một xe lăn, trên xe lăn có gắn một đầu bút bi và một quả bóng bay gắn vào đầu bút bi như hình vẽ. Hãy nghĩ cách làm cho xe chuyển động mà không được dùng tay hay các vật khác tác dụng vào chiếc xe ? – Yêu cầu HS lên tiến hành thí nghiệm kiểm tra phương án đưa ra. Thông báo : chuyển động của chiếc xe trong thí nghiệm trên gọi là chuyển động bằng phản lực. Vậy thế nào là chuyển động bằng phản lực ? Chúng ta sẽ nghiên cứu trong bài ngày hôm nay. Hoạt động 2. Tìm hiểu nguyên tắc chuyển động bằng phản lực HS thảo luận nhóm đề xuất phương án thí nghiệm. Có thể bằng kinh nghiệm HS cũng đưa ra được phương án đổ nước vào phễu. Suy nghĩ trả lời câu hỏi của GV. – Tương tự như trên, súng và đạn là một hệ kín, vì vậy khi đạn bắn ra thì súng phải có động lượng bằng và ngược chiều với đạn. Cá nhân trả lời. GV giới thiệu một con quay nước, thực chất là một cái phễu, phần dưới thông với một ống có hai đầu bẻ hai hướng song song ngược chiều nhau. Phễu được treo bằng một sợi dây và ban đầu đứng yên. – Cho thêm một cốc nước sạch, không được dùng tay quay, hãy nghĩ phương án làm cho con quay chuyển động quay ? GV tiến hành thí nghiệm đổ nước vào con quay, sau đó để cho nước chảy ra phía hai ống thì con quay sẽ quay. – Tại sao khi nước chảy ra qua hai ống thì con quay chuyển động quay ? Gợi ý : – Có thể coi hệ gồm phễu và nước là hệ kín vì trọng lượng của phễu và nước được cân bằng với lực căng của dây treo. – áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho phễu và nước. GV giải thích chính xác lí do con quay có thể quay được. – Tại sao khi bắn súng lại chuyển động giật lùi ? Thông báo : Chuyển động của súng giật, của con quay nước là chuyển động bằng phản lực. – Vậy chuyển động bằng phản lực là gì ? – Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C1. Hoạt động 3. Giải thích nguyên tắc hoạt động của động cơ phản lực, tên lửa Cá nhân nêu ví dụ. Có thể là : chuyển động của máy bay phản lực, pháo thăng thiên, tên lửa, ... – Máy bay chứa nhiên liệu, khi cháy khí phụt về phía sau tạo ra phản lực đẩy máy bay. – Máy bay cánh quạt chuyển động do luồng khí dưới cánh quạt tạo ra khi cánh quạt quay. – Chuyển động của tên lửa cũng giống như chuyển động của máy bay phản lực. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Ngoài những chuyển động như súng giật khi bắn, con quay nước. Hãy lấy một số ví dụ về chuyển động bằng phản lực trong đời sống ? GV nhấn mạnh lí do đặt tên là máy bay phản lực. – Tại sao nói chuyển động của máy bay phản lực là chuyển động bằng phản lực ? GV giải thích nguyên tắc hoạt động của máy bay phản lực. – Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C2. – Giải thích chuyển động của tên lửa ? Bổ sung kiến thức : Động cơ phản lực của máy bay chỉ có thể hoạt động trong môi trường khí quyển vì cần hút không khí từ bên ngoài để đốt cháy nhiên liệu. Tên lửa vũ trụ có thể hoạt động cả trong vũ trụ chân không vì ngoài nhiên liệu tên lửa, còn mang theo cả chất ôxy hoá. Yêu cầu HS đọc thêm phần thông tin bổ sung được in chữ nhỏ trong SGK. Hoạt động 4. Làm một số bài tập về định luật bảo toàn động lượng Cá nhân làm bài theo sự định hướng của GV. GV nhấn mạnh tầm quan trọng của các định luật bảo toàn. GV yêu cầu HS làm các bài tập vận dụng ở SGK. Định hướng của GV (nếu cần) : Bài 1 : – Tại sao khi ném bình khí thì nhà du hành vũ trụ lại chuyển động về phía tàu ? – Để xác định vận tốc của nhà du hành vũ trụ sau khi ném bình khí ta phải áp dụng định luật nào ? Bài 3 : Đối với bài này HS thường gặp khó khăn trong việc tìm hướng bay của mảnh đạn thứ hai. Câu hỏi : – áp dụng định luật nào để giải được bài toán ? – Tại sao có thể coi hệ là hệ kín ? – Biểu diễn các véc tơ động lượng trước và sau khi viên đạn nổ ? – Cần áp dụng quy tắc nào để tìm hướng của vectơ động lượng của mảnh đạn thứ hai ? – Bằng cách nào có thể đưa biểu thức của định luật bảo toàn động lượng từ dạng vectơ về dạng đại số ? Hoạt động 5. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Trình bày nguyên tắc của chuyển động bằng phản lực ? – Mô tả và giải thích chuyển động của loài mực trong nước ? Bài tập về nhà : – Làm bài tập 1, 2, 3 trong SGK. – Ôn lại khái niệm công đã học ở THCS. Bài 33 Công và công suất I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Phân biệt được khái niệm công trong ngôn ngữ thông thường và klhái niệm công trong vật lí. – Biết được công cơ học gắn với hai yếu tố : Lực tác dụng và độ dời điểm đặt theo phương của lực. Biểu thức : A = Fscos – Hiểu rõ công là đại lượng vô hướng, giá trị của nó có thể dương hoặc âm ứng với công phát động hoặc công cản. – Nắm được khái niệm công suất, ý nghĩa của công suất trong thực tiễn kĩ thuật và đời sống. Giải thích được ứng dụng trong hộp số của động cơ ôtô, xe máy. 2. Về kĩ năng – Vận dụng công thức tính công để tính công trong trường hợp vật chịu tác dụng của một lực theo các phương khác nhau. Dưới sự định hướng của GV, có thể vận dụng công thức để tính công trong trường hợp vật chịu tác dụng của nhiều lực. II – Chuẩn bị Học sinh – Ôn lại kiến khái niệm công đã học ở THCS. III – thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề Cá nhân trả lời. Công của lực tác dụng : A = F.s = 5.2=10 (J). – Một vật chịu tác dụng của một lực kéo theo phương ngang có độ lớn 5N thì chuyển động được một đoạn là 2m. Tính công của lực tác dụng ? – Trường hợp lực cùng phương với độ dời s thì ta áp dụng công thức trên. Nếu lực không cùng phương với độ dời thì công của lực được xác định như thế nào ? Để trả lời câu hỏi này ta nghiên cứu nội dung bài : Công và công suất. Hoạt động 2. Xây dựng biểu thức tính công cơ học trong trường hợp tổng quát Với sự gợi ý của GV, HS tính được công do lực F thực hiện là : A = F1.s = F.s.cos = Trả lời : Công là đại lượng đo bằng tích độ lớn của lực và hình chiếu của độ dời (của điểm đặt) trên phương của lực. – Cho lực F tác dụng vào vật theo phương hợp với độ dời s một góc Xác định công của lực tác dụng đó ? Gợi ý : – Vận dụng biểu thức tính công trong các trường hợp lực vuông góc với phương chuyển dộng và lực có phương cùng với phương chuyển động. – Phân tích lực thành hai thành phần theo hai phương đã biết. Thông báo : thành phần (s.cos) là hình chiếu của độ dời trên phương của lực. – Nêu định nghĩa công tổng quát ? Biểu thức : Hoạt động 3. Tìm hiểu khái niệm công phát động và công cản, đơn vị công Nếu cos > 0 đ A > 0. Nếu cos < 0đ A < 0. Nếu đ A = 0. – Công có đơn vị là Jun (kí hiệu là J). Trả lời : 1 Jun = 1 N . 1m – Từ biểu thức định nghĩa ta thấy công là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số. Vậy khi nào công có giá trị dương, khi nào công có giá trị âm ? Khi nào công A bằng không ? Đơn vị của công ? Thông báo : Khi A > 0 thì khi đó gọi là công phát động, khi A < 0 gọi là công cản. – Từ biểu thức định nghĩa công, hãy định nghĩa 1 Jun là gì ? Thông báo : 1 Jun là công thực hiện bởi lực có cường độ 1N làm dời chỗ điểm đặt của lực 1 mét theo phương của lực. Ngoài ra công còn có đơn vị là kilôjun (kJ ). 1 kJ = 1000 J = 103 J Hoạt động 4. Xây dựng khái niệm công suất Trả lời : Dùng cần cẩu để đưa lên sẽ tốn ít thời gian hơn. Biểu thức : (1) Định nghĩa : 1 oát là công suất của máy sinh công 1 Jun trong thời gian 1 giây. – Trong các công trường xây dựng, để ý thấy người ta thường dùng cần cẩu để đưa vật liệu xây dựng lên cao mà không kéo các vật liệu xây dựng đó lên, giải thích ? Thông báo : Thực hiện một công tốn ít thời gian hơn nghĩa là tốc độ thực hiện công lớn hơn. Trong vật lí người ta dùng khái niệm công suất (kí hiệu là P ) để biểu thị tốc độ thực hiện công của vật. – Viết biểu thức toán học của công suất ? – Trong hệ SI, công suất có đơn vị là oát, kí hiệu là W. Dựa vào biểu thức của công suất hãy định nghĩa 1oát ? Thông báo : Người ta còn sử dụng đơn vị là bội số của oát, đó là kilôoát (kW), mêgaoát (MW). 1 kW = 1000 W = 103 W 1 MW = 1000 000 W = 106 W Trong công nghệ chế tạo máy người ta dùng đơn vị là mã lực (HP). 1 mã lực = 736 W Cá nhân trả lời : (2) Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Từ biểu thức của công ở trên, hãy tìm biểu thức khác của công suất ? Thông báo : Nếu v là vận tốc trung bình của vật thì P sẽ là công suất trung bình của lực tác dụng lên vật. Nếu v là vận tốc tức thời thì P là công suất tức thời, cho biết giá trị của công suất tại một thời điểm xác định. GV yêu cầu HS đọc mục ứng dụng trong SGK. Ví dụ : Khi đi xe máy lên dốc, người điều khiển xe phải sử dụng số 1 hoặc 2. Khi đó xe có tốc độ nhỏ nhưng lực kéo sẽ lớn giúp xe dễ dàng lên dốc. Hoạt động 5. Làm bài tập vận dụng Cá nhân hoàn thành yêu cầu của GV. Yêu cầu học sinh làm bài tập vận dụng trong SGK. Về hiện tượng vật lí, HS dễ dàng nắm được : Khi vật chuyển động sẽ chịu các ngoại lực tác dụng là lực kéo, lực ma sát, trọng lực và phản lực của mặt phẳng. Tuy nhiên trọng lực và phản lực không làm cho vật dời theo phương thẳng đứng nên công của chúng bằng không. Hoạt động 6. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Viết biểu thức công cơ học trong trường hợp tổng quát. – Nêu ý nghĩa công dương và công âm. – Định nghĩa công suất và nêu ý nghĩa của đại lượng đó. Bài tập về nhà : Làm bài 1 đ 4 (SGK). – Ôn lại các công thức về chuyển động biến đổi đều và khái niệm năng lượng đã được học ở THCS. Bài 34 động năng - định lí động năng I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Phát biểu được định nghĩa động năng, viết biểu thức của động năng. – Hiểu rõ động năng là một dạng năng lực cơ học mà mọi vật có khi chuyển động, động năng là một đại lượng vô hướng và có tính tương đối. – Phát biểu được định lí động năng. 2. Về kĩ năng – Vận dụng thành thạo biểu thức tính công trong định lí động năng để giải một số bài toán liên quan đến động năng như : xác định động năng (hay vận tốc) của vật trong quá trình chuyển động khi có công thực hiện, hoặc ngược lại, từ độ biến thiên động năng tính được công và lực thực hiện công đó. – Giải thích các hiện tượng vật lí có liên quan. II – Chuẩn bị Học sinh – Nhớ lại các công thức về chuyển động biến đổi đều. – Ôn lại khái niệm năng lượng đã được học ở THCS. III – thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề Cá nhân suy nghĩ, trả lời. – Các dạng năng lượng : cơ năng (gồm động năng và thế năng), nhiệt năng, điện năng, ... – Vì quả cầu mang năng lượng (dưới dạng động năng) nên có thể thực hiện công để phá bức tường. – Nhắc lại khái niệm năng lượng ? Kể tên một số dạng năng lượng mà em đã biết ? – Định nghĩa công cơ học và biểu thức tính công cơ học ? Giải thích hoạt động của cần cẩu ở hình 34.1 SGK. – Vậy động năng của một vật nói riêng và của các vật nói chung phụ thuộc những yếu tố nào ? Để hiểu điều đó chúng ta học bài : Động năng. Định lí động năng. Hoạt động 2. Xây dựng khái niệm động năng HS dự đoán : Động năng của một vật phụ thuộc vào độ lớn của vận tốc và khối lượng của vật đó Nhận thấy khả năng thực hiện công của một vật càng lớn nếu nó mang năng lượng (đối với quả cầu trong ví dụ thì động năng) lớn. – Cho biết động năng của một vật phụ thuộc vào những yếu tố nào ? GV thông báo định nghĩa động năng (kí hiệu là ). Biểu thức tính : (1) – Vì m là đại lượng vô hướng, luôn dương, v2 cũng là đại lượng vô hướng, luôn dương nên động năng là đại lượng vô hướng và luôn dương. Vận tốc có tính tương đối (phụ thuộc vào hệ quy chiếu), nên động năng có tính tương đối. – Khúc gỗ có khối lượng lớn chuyển động sẽ có năng lượng dưới dạng động năng lớn. Vì vậy nó có khả năng thực hiện công để phá cổng thành. Thông báo : Đơn vị của động năng cùng đơn vị của công. Khối lượng đo bằng kg, vận tốc đo bằng m/s thì động năng đo bằng jun (J). – Từ biểu thức của động năng hãy giải thích tại sao động năng là đại lượng vô hướng, luôn dương và động năng có tính tương đối ? – Hãy giải thích tại sao trong các trận chiến thời cổ người ta thường dùng những khúc gỗ lớn để phá cổng thành mà không dùng khúc gỗ nhỏ ? Thông báo : Công thức (1) xác định động năng của chất điểm chuyển động và cũng đúng cho vật chuyển động tịnh tiến, vì khi đó mọi chất điểm của vật có cùng một vận tốc. Hoạt động 3. Xây dựng định lí động năng Cá nhân viết được biểu thức : (2) – Nhận xét : Công của lực F bằng độ biến thiên động năng. Một vật đang chuyển động với vận tốc v1 chịu tác dụng của lực F không đổi thì chuyển dời được một đoạn là s và đạt vận tốc v2, tức là động năng của vật bị thay đổi. – Công của lực F thu được có mối liên hệ với độ biến thiên động năng của vật như thế nào ? Biểu thức toán học nào biểu thị mối liên hệ đó ? Gợi ý : – Viết biểu thức tính công của lực F. – Biểu diễn lực F theo định luật II Niu-tơn – Sử dụng hệ thức liên hệ vận tốc, gia tốc và đường đi để tìm gia tốc. – Nhận xét gì về kết quả thu được ? Biểu thức (2) được viết lại : Thông báo : Đó cũng chính là nội dung của định lí động năng. Trả lời : Động năng tăng khi công của ngoại lực là dương, động năng giảm khi công của ngoại lực âm. – Từ định lí động năng và biểu thức tính công cơ học hãy cho biết khi nào thì động năng tăng và khi nào thì động năng giảm ? Thông báo : Trong trường hợp tổng quát định lí động năng đúng trong mọi trường hợp lực tác dụng bất kì và đường đi bất kì. Vì thế định lí được áp dụng thuận lợi trong nhiều bài toán cơ học khi không thể vận dụng được định luật Niu-tơn. Hoạt động 4. Vận dụng định lí động năng để giải một số bài toán vật lí HS tính được : F = 1,8.104 N Yêu cầu HS vận dụng định lí động năng để giải một số bài toán vật lí. Để giúp HS nắm được hiện tượng vật lí trong bài toán GV có thể định hướng như sau : – Có thể vận dụng kiến thức vật lí nào để giải bài toán ? – Tại sao khi chuyển động được đoạn đường s thì máy bay thu được động năng để cất cánh ? Trong trường hợp HS đề xuất hai phương án : dùng định lí động năng và dùng định luật II Niu-tơn để giải bài toán thì GV nên giải thích cho HS : Để áp dụng định luật II Niu-tơn thì cần phải có điều kiện lực tác dụng là không đổi. Tuy nhiên, trong thực tế, lực kéo của máy không thể thoả mãn điều kiện không đổi, do đó áp dụng định lí động năng là thích hợp để tính giá trị trung bình của lực kéo trên cả quãng đường chuyển động của máy bay. Hoạt động 5. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Phát biểu định lí động năng và trình bày ý nghĩa của định lí ? Bài về nhà : – Trả lời câu hỏi 4 và làm các bài tập từ bài 1 đến bài 4 SGK. – Ôn lại các khái niệm lực hấp dẫn, trọng lực, trọng trường và khái niệm thế năng (đã được học ở THCS). Bài 35 Thế năng - Thế năng trọng trường I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Tính được công của trọng lực thực hiện khi vật dịch chuyển, từ đó suy ra biểu thức của thế năng trọng trường. – Nắm vững mối quan hệ : Công của trọng lực bằng độ giảm thế năng. – Nắm được khái niệm chung về thế năng trong cơ học, từ đó phân biệt được hai dạng năng lượng động năng và thế năng, hiểu rõ khái niệm thế năng luôn gắn với tác dụng của lực thế. – Vận dụng được công thức xác định thế năng, trong đó phân biệt được : + Công của trọng lực luôn làm giảm thế năng. Khi thế năng tăng tức là trọng lực đã thực hiện một công âm, bằng và ngược dấu với công dương của trọng lực. + Thế năng tại mỗi vị trí có thể khác nhau tuỳ theo cách chọn gốc toạ độ. Từ đó nắm vững tính tương đối của thế năng và biết chọn mức không của thế năng cho phù hợp trong việc giải các bài toán có liên quan đến thế năng. 2. Về kĩ năng – Giải thích các hiện tượng vật lí có liên quan. – Rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải bài toán về thế năng, thế năng trọng trường. II – Chuẩn bị Học sinh – Ôn lại các khái niệm lực hấp dẫn, trọng lực, trọng trường và khái niệm thế năng (đã được học ở THCS). III – thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề Cá nhân suy nghĩ, trả lời và nhận thức vấn đề của bài học. GV yêu cầu HS nhắc lại khái niệm lực hấp dẫn, khái niệm trọng trường. – Giải thích hoạt động của cánh cung và của búa máy đóng cọc (vẽ trong hình 35.1, 35.2 SGK). – Năng lượng mà cánh cung và quả nặng của búa máy dự trữ là dạng năng lượng nào ? – Có mấy dạng thế năng ? Đó là những dạng nào ? Đặt vấn đề : Trong chương trình THCS chúng ta đã làm quen với hai khái niệm là thế năng hấp dấn và thế năng đàn hồi. Vậy thế năng của một vật sẽ phụ thuộc những yếu tố nào ? Biểu thức toán học nào thể hiện mối quan hệ đó ? Hoạt động 2. Tìm hiểu khái niệm thế năng Bằng kinh nghiệm thực tế hoặc bằng phán đoán HS trả lời được : – Khi cánh cung bị uốn nhiều thì mũi tên bay xa hơn. Quả nặng của búa máy được kéo càng cao thì cọc càng lún sâu vào đất. – Thế năng của cánh cung phụ thuộc vào độ cong của cung, thế năng của búa máy phụ thuộc vào vị trí tương đối của búa so với mặt đất. HS tiếp thu, ghi nhớ. Trở lại với hai ví dụ ở phần mở bài. Hãy trả lời câu hỏi : – Khi nào thì cánh cung và quả nặng của búa máy thực hiện được công lớn hơn (tức là làm bắn mũi tên đi xa hơn và cọc bêtông lún vào đất sâu hơn) ? – Thế năng của các vật phụ thuộc vào yếu tố nào ? GV thông báo : vậy thế năng của vật phụ thuộc vào vị trí tương đối của vật so với mặt đất hoặc phụ thuộc vào độ biến dạng của vật so với trạng thái chưa biến dạng. Hoạt động 3. Xác định công của trọng lực. Xây dựng biểu thức biểu thức thế năng trọng trường Cá nhân làm việc với phiếu học tập theo hướn