Bài soạn Vật lý lớp 10 - Tiết 52: Định luật bảo toàn cơ năng

Ngày 27 thỏng 02 năm 2008 Tiết 52 Định luật bảo toàn cơ năng 1. Mục tiêu bài học a. Về kiến thức: Nắm vững khái niệm cơ năng gồm tổng động năng và thế năng của vật; định luật bảo toàn cơ năng tổng quát khi các lực tác dụng là lực thế. Nắm được trường hợp khi các lực tác dụng lên vật không phải lực thế thì độ biến thiên cơ năng bằng công của các lực đó. b. Về kỹ năng: Thiết lập định luật bảo toàn cơ năng trong các trường hợp cụ thể: Lực tác dụng là trọng lực, lực đàn hồi. Từ đó mở rộng thành định luật tổng quát khi lực tác dụng là lực thế. Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng và độ biến thiên cơ năng làm bài tập 2. Công việc chuẩn bị của giáo viên và học sinh: Giáo viên: Một con lắc đơn, hình vẽ 37.3 và 37.4. Học sinh: Ôn lại các kiến thức về: Động năng và thế năng. 3. Tiến trình hoạt động dạy học. Kiểm tra bài cũ: Các kiến thức về động năng và thế năng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Giới thiệu con lắc đơn. Xét động năng, thế năng ở vị trí thấp nhất, cao nhất và ở một vị trí bất kì. Có nhận xét gì? Dẫn dắt học sinh tìm mối liên hệ giữa hai đại lượng này. Học sinh quan sát chuyển động của nó. Thảo luận rồi trả lời Tại A: Wt (A)max, Wđ (A)= 0 Tại C: Wt (C) = 0, Wđ (C)max Tại vị trí khác: Wt 0, Wđ 0 Nhận xét: Giữa động năng và thế năng có liên quan với nhau 1. Thiết lập định luật a. Trường hợp trọng lực Xét vật m rơi tự do qua A: z1, v1 và B z2, v2. Tìm mối quan hệ giữa Wđ (A) Wt (A) với Wđ (B), Wt (B)? Nhận xét các phương án và gợi ý: Wđ, Wt tại A và B biến đổi như thế nào? Do đâu? Liên quan đến công của lực nào? Thông báo: Gọi tổng động năng và thế năng là cơ năng và chúng ta có đinh luật bảo toàn cơ năng. Cho học sinh phát biểu định luật bảo toàn cơ năng. Nêu điều kiện áp dụng của định luật? Giáo viên giới thiệu H37.3 là đồ thị biểu diễn tương quan giữa động năng và thế năng. Đồ thị cho ta biết biến thiên động năng và thế năng như thế nào với nhau? Cho học sinh làm câu hỏi C1 Xét trường hợp vật chịu tác dụng một lực thế khác: Học sinh thảo luận đưa ra phương án tìm Xét qúa trình vật chuyển động từ A đến B áp dụng định lý động năng: Wđ (B)- Wđ (A) = A12 = A12 (1) áp dụng công thức: A12 = Wt1 - Wt2 = (2) Từ (1) và (2): Wđ1+ Wt1 = Wđ 2 + Wt2 Tổng động năng và thế năng không đổi. Đọc nội dụng định luật SGK Điều kiện: Vật chịu tác dụng của lực thế. Wđ = -Wt Giá trị động năng tăng bao nhiêu thì thế năng giảm bấy nhiêu và ngược lại. Thảo luận trả lời câu C1 b. Trường hợp lực đàn hồi Mô tả chuyển động con lắc lò xo Tìm mối quan hệ giữa động năng và thế năng trong quá trình chuyển động của vật? ở đây vật chịu tác dụng của lực đàn hồi là một lực thế. Cũng tương tự như trọng lực cơ năng được bảo toàn. Yêu cầu học sinh về nhà chứng minh, viết biểu thức tính cơ năng trong trường hợp này. Xác định động năng, thế năng tại các vị trí: Biên phải, biên trái và ở vị trí cân bằng? Yêu cầu học sinh về nghiên cứu đồ thị H37.4 và trả lời câu C3. Thông báo: Từ hai trường hợp a,b đi đến kết luận tổng quát: Cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng của những thế luôn được bảo toàn. Thực tế ta thấy chuyển động của vật còn có những lực tác dụng mà không phải lực thế. Vật cơ năng của vật như thế nào? Học sinh quan sát và trả lời Khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại. Cơ năng trong trường hợp lực đàn hồi: W = Wđ + Wt = = hằng số Khi ở biên có: v= 0, xmax => Wđ= 0, Wt max Qua vị trí cân bằng: vmax, x= 0 => Wđ max, Wt = 0. 2. Biến thiên cơ năng. Công của lực không phải lực thế Xét chuyển động của vật có thêm lực không phải là lực thế (ví dụ có lực cản của không khí). Tìm mối quan hệ giữa động năng và thế năng ở hai vị trí A và B. Từ biểu thức rút ra nhận xét và phát biểu nội dung đó. áp dụng định lý động năng A’12 + A 12 = Wđ2 – Wđ1 (1) A’12: Là công của lực cản Lại có: A12 = Wt1 – Wt2 = -Wt (2) Từ (1) và (2) => A’12 = Wđ2 +Wt2 – (Wđ1 + Wt1) A’12 = W2 – W1 = W Kết luận: Cơ năng không bảo toàn. Độ biến thiên cơ năng bằng công của lực không phải lực thế. 3. Bài tập vận dụng Bài 1 Khi tìm vận tốc tức thời trước đây ta có thể vận dụng định luật II Niu-tơn và các công thức động học. ở bài toán này có sử dụng được không? vì sao? Chọn phương án để giải? Dùng định luật bảo toàn cơ năng, ta cần xác định rõ mốc thế năng. Thường ta chọn ở vị trí thấp nhất. Tính lực căng của sợi dây tại C? Nhấn mạnh: Phương pháp áp dụng định luật bảo toàn và phương pháp động lực học bổ xung cho nhau. Bài 2. Cho học sinh thảo luận Thống nhất cách làm, hướng dẫn học sinh về nhà làm tiếp. Học sinh đọc và tóm tắt bài toán Nêu các phương án giải. Không giải theo phương pháp động lực học. Vì ở đây lực, gia tốc thay đổi trong quá trình chuyển động. Ta có thể vận dụng định luật bảo toàn cơ năng. Cho học sinh làm việc các nhân rồi đưa ra lời giải. áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: WA = WC Thảo luận theo nhóm rồi báo cáo áp dụng định luật II Niu-tơn Học sinh đọc đề bài, tóm tắt, vẽ hình. Thảo luận và đưa ra phương án giải. 4. Củng cố: Nhấn mạch nội dung chính toàn bài 5. Bài tập về nhà. Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 (SGK_NB) Làm bài tập 1, 2, 3, 4 (SGK_NB)