Giảng dạy các định luật bảo toàn

Giảng dạy các định luật bảo toàn I. đặc điểm Trong chương trình vật lý phổ thông hiện hành, học sinh được tiếp cận với các định luật bảo toàn: bảo toàn động lượng, bảo toàn cơ năng, định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng Lớp 10), bảo toàn điện tích (lớp 11), bảo toàn số nuclon (số khối A), Bảo toàn điện tích, bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng của hệ các hạt tham gia phản ứng (lớp 12) . . . . Các định luật bảo toàn không chỉ được nghiên cứu mà còn được sử dụng như một phương pháp xác định cho phép giải thích các hiện tượng cụ thể , nêu ra các qui luật riêng và giải quyết các bài toán thuộc lĩnh vực cơ học và các lính vực khác. Các định luật bảo toàn có ý nghĩa đặc biệt trong những trường hợp cần nghiên cứu những quá trình diễn ra trong các vật thể mà ta chưa biết mối quan hệ nội tại giữa các quá trình ấy. Trong các trường hợp này các định luật bảo toàn là phương pháp thâm nhập vào những quy luật cấu trúc vật chất và khám phá những định luật đặc thù chi phối trong thế giới vi mô (các định luật bảo toàn mô men quỹ đạo, mô men riêng (Spin) . Mỗi một định luật bảo toàn đều biểu hiện sự bảo toàn những thuộc tính cơ bản nào đó, mà những thuộc tính này được đặc trưng bởi các đại lượng vật lý tương ứng – của vật chất, cũng như mối liên hệ giữa vật chất với các hình thức tồn tại của nó là không gian và thời gian. Tóm lại các định luật bảo toàn đóng vai trò chi phối trong mọi lĩnh vực của tự nhiên. Có thể nói các định luật bảo toàn là “hòn đá thử vàng” của bất kỳ thuyết vật lý nào. Sự thống nhất giữa các thuyết vật lý với các định luật bảo toàn là những bằng chứng đáng tin cậy cho sự dúng đắn của các thuyết vật lý. Các định luật bảo toàn là cơ sở của những tính toán quan trọng trong vật lý thực nghiệm và trong kỹ thuật. II. Giảng dạy Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng Đặc điểm. 1.1. Việc hình thành khái niệm động lượng và định luật bảo toàn động lượng. a/ Hình thành định luật bảo toàn động lượng và khái niệm động lượng + Có thể nói định luật bảo toàn động lượng là hệ quả trực tiếp của định luật thứ 2 và định luật thứ 3 của Newton. Đối với 1 hệ cô lập, định luật này là một hệ quả hiển nhiên của định luật thứ 2 của newton, thật vậy: Từ biểu thức của định luật thứ 2 của newton: = với ta có: = = Giả sử có 2 vật có khối lượng m1 và m2 đang chuyển động thẳng đều với các vận tốc: và , tại 1 thời điểm nào đó 2 vật này tương tác với nhau trong khoảng thời gian , sau tương tác vận tốc của các vật là và . Như vậy gia tốc mà các vật thu được là: ; . Từ định luật thứ 2 của Newton, ta có lực mà vật thứ 2 tác dụng lên vật thứ nhất là: và lực mà vật thứ nhất tác dụng với vật thứ 2 là: Từ định luật thứ 3 của Newton ta có: - hay => = - (1) Mỗi vế của phương trình trên là là tổng các tích của các lượng liên quan đến khối lượng và vận tốc của các vật trước và sau va chạm, người ta gọi chúng là động lượng, ký hiệu là , khi đó ta có : =. Biểu thức trên cho thấy động lượng là đại lượng vật lý véc tơ. Đẳng thức (1) cho thấy mỗi vế của nó là tổng động lượng của hệ trước và sau va chạm, như vậy khi không có ngoại lực mà chỉ có nội lực tương tác giữa các vật (hệ cô lập), thì động lượng toàn phần của hệ là đại lượng bảo toàn. Đẳng thức (1) chính là nội dung của định luật bảo toàn động lượng khi hệ là cô lập. + Nếu học sinh nắm vững định luật 2 newton và nếu viết định luật 2 Newton dưới dạng = thì không cần một sự cố gắng đặc biệt nào học sinh đều có thể hiểu khi F = 0 thì = 0 => biến thiên động lượng bằng không => động lượng là bảo toàn. b/ Trong giảng dạy cần lưu ý cho học sinh: + Động lượng là đại lượng vật lý véc tơ. Cần củng cố vấn đề này bằng các bài toán ví dụ cụ thể (tiết 25 SGK CB). + Vận tốc và động lượng gắn liền với nhau: *Vận tốc: là đại lượng thuần tuý động học, nó miêu tả chuyển động của vật, nhưng không đề cập đến những lực cần thiết làm cho vật chuyển động từ trạng thái này đến trạng thái kia. *Động lượng : là đặc trưng động lực học của chuyển động, nó liên quan đến các lực làm thay đổi vận tốc của vật và nó cho biết phương của vận tốc. + Động lượng và định luật bảo toàn động lượng có tác dụng giáo dục thế giới quan duy vật cho học sinh một cách cụ thể: * Trong các hiện tượng va chạm, động lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của các vật khi chúng tương tác với nhau. Nghĩa là Động lượng đặc trưng cho chuyển động về mặt động lực học, động lượng cho biết cái gì chuyển động (m) và chuyển động như thế nào (). * Nếu quá trình tương tác bị hạn chế trong khuôn khổ cơ học, tức là chuyển động cơ học tuy biến đổi nhưng vẫn giữ nguyên là chuyển động cơ học, thì số đo của chuyển động là động lượng và Bảo toàn động lượng là bảo toàn chuyển động cơ học. c/ Giới hạn áp dụng định luật bảo toàn động lượng. Chỉ áp dụng cho hệ kín không chịu tác dụng của ngoại lực. các hệ được coi là kín khi: + Không chịu tác dụng của ngoại lực. + Hệ chịu tác dụng của 0, nhưng hình chiếu của lên 1 phương nào đó = 0, thì tổng động lượng theo phương đó bảo toàn. + Thời gian tương tác của hệ là rất bé (hiện tượng bắn súng, đạn nổ) 1. 2. Giảng dạy khái niệm động lượng và định luật bảo toàn động lượng 1.2.1. Mục đích yêu cầu: Học sinh nắm được: + Khái niệm hệ kín, vai trò của các định luật bảo toàn. + khái niệm động lượng, nội dung của định luật bảo toàn động lượng. 1.2.2.Các yếu tố kiến thức: + Hệ kín (hay hệ cô lập) là hệ mà chỉ có các vật trong hệ tương tác với nhau. + Các định luật bảo toàn: là các định luật nêu lên sự không biến đổi của các đại lượng vật lý theo thời gian trong một hệ kín, dù hệ kín có những biến đổi khác nhau. Các định luật bảo toàn là các định luật tống quát áp dụng cho mọi hệ kín. + Động lượng của 1 vật là đại lượng véc tơ bằng tích của khối lượng m với vận tốc của vật ấy. = + Định luật bảo toàn động lượng: Cách phát biểu thứ nhất:Tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn: Cách phát biểu thứ hai: Véc tơ động lượng toàn phần của hệ kín được bảo toàn: + Dạng thứ 2 của định luật II Newton: (Trang 105 chữ nhỏ). 1.2.3. Sơ đồ logic các yếu tố kiến thức: Hệ nhiều vật- Hệ kín + Là hệ có ít nhất 2 vật. + Hệ kín (hay hệ cô lập) là hệ mà chỉ có các vật trong hệ tương tác với nhau. Định luật bảo toàn Là các định luật nêu lên sự không biến đổi của các đại lượng vật lý theo thời gian trong một hệ kín, dù hệ kín có những biến đổi khác nhau. Động lượng Động lượng của 1 vật là đại lượng véc tơ bằng tích của khối lượng m với vận tốc của vật ấy. = Định luật bảo toàn Động lượng Tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn: Dạng thứ 2 của định luật II Newton: Độ biến thiên động lượng của vật trong một khoảng thời gian bằng xung của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian ấy Trong 1 hệ kín,việc truyền chuyển động cơ học liên quan đến những đại lượng vật lý nào? Khi các vật chuyển động đến và tương tác lẫn nhau trong 1 hệ kín, thì đại lượng vật lý nào được bảo toàn? Trong 1 hệ kínTổng động lượng của hệ trước và sau va chạm quan hệ với nhau như thế nào? Khi các vật chịu tác dụng của ngoại lực trong thời gian , thì độ biến thiên động lượng và lực quan hệ với nhau như thế nào? Hệ có bao nhiêu vật thì được gọi là hệ nhiều vật? Khi nào 1 hệ được gọi là hệ kín ? 1. III. Giảng dạy Chuyển động bằng phản lực Bài tẬp Định luật bảo toàn động lượng Mục đích yêu cầu: Học sinh phải: + Vận dụng được định luật bảo toàn động lượng để ? giải thích một số hiện tượng. + Rèn luyện được kỹ năng vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải quyết các bài toán và các hiện tượng thực tế. Các yếu tố kiến thức cơ bản và sơ đồ logic. Một viên đạn đang bay và nổ, thì các mảnh của nó sẽ bay với vận tốc bằng bao nhiêu và vận tốc này phụ thuộc vào những yếu tố nào? Bài toán về hiện tượng súng giật khi bắn Bài toán về hiện tượng 2 xe CĐ ngược chiều, đạn nổ Phương pháp chung để giải bài tập về Định luật bảo toàn động lượng Ta đã biết nếu 1 hệ trước tương tác đứng yên thì sau tương tác các vật sẽ chuyển động ngược chiều nhau. Vậy hãy dự đoán xem khi bắn súng hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào? Để giải bài tập về định luật bảo toàn động lượng cần có những bước nào ? Chuyển động bằng phản lực Trong hệ kín, nếu có 1 phần của hệ CĐ theo 1 hướng, thì phần còn lại sẽ CĐ theo hướng ngược lại Tiến trình giảng dạy cụ thể cho mục 3 SGK: bài toán 1: SGK Để hướng dẫn học sinh giải bài toán trên ta sử dụng hệ thống câu hỏi định hướng như sau? O Hãy tóm tắt đề toán? M= 3kg; m = 10g = 0,01kg; v đ = 600m/s đạn chuyển động theo phương ngang O Hệ mà ta nghiên cứu gồm những vật nào? o Hệ gồm 2 vật: Súng và đạn O Hệ súng và đạn có phải là hệ kín không vì sao ? o Hệ súng và đạn theo phương ngang là hệ kín, vì thời gian tương tác giữa súng và đạn rất bé. O Làm thế nào để tìm được vận tốc của súng sau khi bắn? o áp dụng ĐLBBT động lượng O Tổng động lượng của hệ Súng - đạn trước khi bắn bằng bao nhiêu? o Nếu ký hiệu động lượng của súng trước khi bắn là o Nếu ký hiệu động lượng của đạn trước khi bắn là o O Tổng động lượng của hệ Súng - đạn sau khi bắn bằng bao nhiêu? o Nếu ký hiệu động lượng của súng sau khi bắn là o Nếu ký hiệu động lượng của đạn sau khi bắn là O Hãy áp dụng định luật bảo toàn động lượng để tìm vận tốc của súng sau khi bắn và cho nhận xét về hiện tượng sẽ xảy ra sau khi bắn súng? o O ? o o o O Vận tốc giật lùi của súng có lợi hay có hại? O Làm thế nào để khắc phục hiện tượng này? Bài toán 2: Hai vật có khối lượng m1 và m2 chuyển động ngược chiều nhau với vận tốc V1 = 6m/s; V2 = 2m/s. Sau va chạm, cả 2 đều bị bật ngược trở lại với vận tốc có giá trị bằng nhauV/1 = V/2 = 4m/s. Tìm tỷ số 2 khối lượng của 2 vật ? Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý O Tóm tắt đề toán đã cho (cả lớp tóm tắt ra giấy nháp)? + m1, ; m2; + Trước va chạm: + Sau va chạm: ; + Tỡm: ? O Bài tập này có thể giải thế nào ? ă O Hệ gồm mấy vật, hệ có phải là hệ kín không ? Vì sao ? * Chú ý: O Viết biểu thức xác định động lượng của hệ trước tương tác? O Viết biểu thức xác định động lượng của hệ sau tương tác? O áp dụng định luật BTĐL cho động lượng của hệ trước tương tác và sau tương tác O Hãy chuyển biểu thức véc tơ xác lập được thành biểu thức vô hướng để tìm tỷ số giữa 2 khối lượng ? Chọn trục toạ độ là trục có cùng phương với với phương CĐ của 2 vật Chọn gốc toạ độ tại vị trí ban đầu của vật thứ nhất. Chọn chiều dương là chiều CĐ của vật thứ nhất. 0 X 0 X " m1V1 – m2 V2 = -m1V/1 + m2V/2 O Làm thế nào để tính được tỷ số khối lượng của 2 vật? O Hãy chia cả 2 vế phương trình trên cho m2 ố O Làm thế nào để tính được tỷ số khối lượng của 2 vật? Chọn trục toạ độ trùng với phương chuyển động của vật thứ nhất, chiều (+) của trục là chiều của , hãy viết biểu thức trên dưới dạng biểu thức vô hướng Hạn chế của cách giải của SGK : Không đề cao ý nghĩa mà sách đã nêu: Động lượng là 1 đại lượng vật lý véc tơ và làm sâu sắc nội dung của định luật bảo toàn động lượng: “ Véc tơ động lượng toàn phần của hệ kín được bảo toàn” c/Bài toán 3 Một viên đạn có khối lượng 3kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 471m/s thì nổ thành 2 mảnh. Mảnh lớn có khối lượng 2kg bay chếch lên cao hợp với đường thẳng đứng 1 góc 450 với vận tốc V1 = 500m/s. Hỏi mảnh kia bay theo hướng nào và với vận tốc bằng bao nhiêu? + Giải Hệ thống câu hỏi: O Tóm tắt đề toán đã cho (cả lớp tóm tắt ra giấy nháp)? ă Cả lớp giải bài toán ra giấy nháp (5 phút) Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý O Bài toán có áp dụng được định luật bảo toàn động lượng không ? nếu được thì áp dụng thế nào? O Hãy viết biểu thức của định luật bảo toàn động lượng cho hệ mà ta xét? ă =+ Trong đó là động lượng của hệ trước tương tác (hay là động lượng của viên đạn khi chưa nổ) và là động lượng của mảnh thứ nhất và mảnh thứ hai sau tương tác (hay là động lượng của các mảnh sau khi nổ). O Hãy biểu diễn hướng của các véc tơ động lượng của hệ trước khi nổ và hướng của véc tơ động lượng của mảnh thứ nhất sau khi nổ? O Hãy đoán xem véc tơ động lượng của mảnh thứ 2 sẽ có hướng như thế nào? vì sao? O Hãy xác định độ lớn của các véc tơ động lượng của viên đạn và của mảnh thứ nhất ? P = m.v = 3. 471= 1413 kgm/s. P = P1ệ2 P1 = m1.v1 = 2.500 = 1.000kgm/s Ÿ Từ các kết quả về độ lớn của và Ú Suy ra chính là hình chiếu của với góc chiếu 450 . Suy ra hợp với một góc 900 , và là đường chéo của hình vuông có 2 cạnh thành phần là và Mảnh thứ 2 sẽ bay theo phương hợp với phương thẳng đứng 1 góc 450. P2 =P1 = 1000 kgm/s Cần lưu ý cho học sinh đẳng thức thiết lập được là 1 đẳng thức véc tơ, trong đó 1 vế là một véc tơ đóng vai trò là đường chéo của hình bình hành có 2 cạnh là các véc tơ động lượng của các mảnh khi đạn nổ ( HS ghi vào vở). O Phương pháp chung để giải các bài toán về định luật bảo toàn động lượng là gì? Bài toán trỡu tửụùng: Một viên đạn có khối lượng m đang bay với vận tốc thì nổ thành 2 mảnh có khối lượng m1 và m2 với các vận tốc và . Nếu biết giá trị của vận tốc của mảnh thư nhất và hướng bay của mảnh này, làm thế nào tính được giá trị và hướng của vận tốc của mảnh thứ 2? + Giải. Sử dụng hệ thống câu hỏi định hướng như sau? O Hãy tóm tắt đề toán? O Hệ đã cho với hiện tượng xảy ra như vậy có phải là một hệ kín không? Vì sao? O Hãy cho biết làm thế nào để xác định được vận tốc của mảnh thứ 2? O Động lượng tổng cộng của hệ Viên đạn và các mảnh trước khi nổ được viết thế nào? O Động lượng tổng cộng của hệ Viên đạn và các mảnh sau khi nổ được viết thế nào? O Hãy viết mối quan hệ giữa động lượng của hệ trước khi đạn nổ và sau khi đạn nổ và cho nhận xét? Cần lưu ý cho học sinh đẳng thức thiết lập được là 1 đẳng thức véc tơ, trong đó 1 vế là một véc tơ đóng vai trò là đường chéo của hình bình hành có 2 cạnh là các véc tơ động lượng của các mảnh khi đạn nổ. B. Giảng dạy Định luật bảo toàn cơ năng và Bảo toàn năng lượng. I. Nhận xét: Khái niệm công và năng lượng là hai khái niệm cơ bản liên quan mật thiết với định luật Bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. Để học sinh có thể nắm chắc các vấn đề về năng lượng cơ học trong trường phổ thông thì phải hết sức quan tâm đến việc truyền thụ các kiến thức này. Trong quá trình truyền thụ các kiến thức công và năng lượng một mặt phải hết sức quan tâm đến hai khái niệm này, nhưng mặt khác phải phân biệt một cách rạch ròi hai khái niệm này cho học sinh. 1.Công cơ học: Năm 1826 nhà bác học Pháp Pôngxơlê lần đầu tiên đã định nghĩa về công cơ học như sau: “Công bằng tích của lực tác dụng lên chất điểm theo hướng chuyển dời với độ chuyển dời của điểm đặt của lực” Tức là A = F.S. Tuy nhiên A = F.S 0 chỉ là dấu hiệu cho phép xác định có công cơ học thực hiện, mà không cho phép chỉ ra dấu hiệu bản chất của khái niệm này. Bản chất của khái niệm công chỉ có thể được hiểu một cách sâu sắc khi gắn nó với định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. Bởi vì trên cơ sở định luật này khái niệm công xuât hiện như một trong những quá trình biến đổi năng lượng khi năng lượng được truyền từ vật này sang vật khác. Khái niệm công cơ học luôn gắn liền với quá trình chuyển động có trật tự của các vật dưới tác dụng của các lực, trong đó diễn ra sự truyền năng lượng từ vật này sang vật khác. Công cơ học là hình thức vĩ mô của sự truyền năng lượng. Đây cũng chính là bản chất vật lý của quá trình sinh công và độ lớn của công xác định độ lớn của năng lượng truyền từ vật này sang vật khác hay chuyển từ dạng này sang dạng khác. Công cơ học đo bằng tích của các lực với độ chuyển dời của điểm đặt biểu diễn đúng độ lớn của năng lượng biến đổi. để học sinh hiểu được toàn bộ các vấn đề trên đòi hỏi học sinh phải hiểu được khái niệm năng lượng cũng như các dạng biến đổi của nó. 2. Khái niệm năng lượng: Ta biết rằng vận động là một thuộc tính không thể tách rời vật chất, có nhiều dạng vận động: vận động cơ học, vận động nhiệt, vận động điện từ, vận động trong nguyên tử hạt nhân . . . Đại lượng tổng quát nhất đạc trưng cho thuộc tính vận động của vật chất nói chung gọi là năng lượng. Nói cách khác năng lượng là thước đo mức độ vận động của vật chất dưới mọi hình thức, mỗi hình thức vận động cụ thể tương ứng với một dạng năng lượng cụ thể: Vận động cơ tương ứng với cơ năng, vận động nhiệt tương ứng với nội năng, vận động điện từ tương ứng với năng lượng điện từ . . . . và đặc trưng này không bị thay đổi khi các dạng chuyển động ấy chuyển hoá lẫn nhau. đó chính là sự khác biệt đặc thù giữa năng lượng và những đại lượng bảo toàn khác. Quan niệm đúng đắn về năng lượng được mở ra với toàn bộ chiều sâu của nó không phải chỉ khi nghiên cứu các hiện tượng cơ học đơn thuần mà phải là khi khảo sát sự chuyển hoá tương hỗ giữa các dạng khác nhau của chuyển động. Như vậy khái niệm năng lượng là một trong những khái niệm phức tạp nhất của vật lý học và để học sinh thấy hết được bản chất của khái niệm công thì học sinh phải nắm được khái niệm năng lượng. Nghiã là học sinh phải tiếp thu khái niệm năng lượng trước khái niệm công cơ học. Nhưng để học sinh hiểu được năng lượng là số đo của chuyển động là không dễ dàng ở trương phổ thông. Để khắc phục khó khăn này. Trong chương trình vật lý lớp mười hiện nay người ta xây dựng cấu trúc giảng dạy các vấn đề về công và năng lượng như sau: Giai đoạn 1: đưa ra định nghĩa sơ bộ về công cơ học. Định nghĩa này chỉ nêu lên những đặc trưng hình thức của khái niệm công, mà chưa nêu bản chất của khái niệm này. Giai đoạn 2: xây dựng các khái niệm động năng, định lý động năng, qua đó HS nhận thức được động năng và thế năng là hai dạng năng lượng cơ học. Giai đoạn 3: Thông qua việc trình bày định lý động năng, bước đầu hình thành cho học sinh ý nghĩa vật lý của khái niệm công. Trong quá trình giảng dạy luôn nhấn mạnh : qúa trình thực hiện công cơ học luôn gắn liền với sự biến đổi năng lượng từ trạng thái này sang trạng thái khác. Thông qua định luật bảo toàn cơ năng và định luật bảo toàn năng lượng học sinh ý thức được công gắn với sự biến đổi năng lượng từ dạng này sng dạng khác và độ lớn của công luôn gắn liền với sự biến thiên năng lượng. Công là quá trình chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác. 3. Sơ đồ logic của việc dạy các kiến thức phần công – năng lượng Công cơ học A= F.S cos (F,S) Động năng Wđ = m Thế năng Wt = mgh Định lý Động năng A = Định luật bảo toàn cơ năng: W = Wđ +Wt Định luật bảo toàn năng lượng: Trong một hệ kín có sự chuyển hoá của năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhưng năng lượng tổng cộng được bảo toàn Fms = 0 Hệ kín II. Giaỷng daùy baứi: Công. Công xuất Mục đích yêu cầu: Học sinh nắm được khái niệm: + Công, công suất, biểu thức và đơn vị của chúng. + Nắm được một số thuật ngữ liên quan (mã lực, kilôóat giờ “kWh”) và giải thích được tính năng của hộp số. Các yếu tố kiến thức và sơ đồ lôgic: Công cơ học Công của lực F trên đoạn đường s là đại lượng A đo bằng tích số: A = F.s.cos Công suất Công suất N là đại lượng đo bằng thương số giữa công A và thời gian t dùng để thực hiện công ấy. N = Công suất Hộp số (hộp vận tốc) N = F.V Là bộ phận dùng để thay đổi lực tác dụng khi động cơ cần thay đổi trạng thái chuyển động Khi 1 vật chuyển động dưới tác dụng của 1 lực, công cơ học được xác định như thế nào? Công cơ học có những tính chất gì ? Công suất đặc trưng cho cái gì ? Công thức nào biểu diễn công suất của 1 động cơ ? Công thức này nói lên điều gì? Hiệu suất là đại lượng cho biết tỷ lệ giữa công có ích và công toàn phần do máy sinh ra khi hoạt động. Tiến trình giảng dạy cụ thể: Công cơ học: a. Định nghĩa. O Hãy nhắc lại biểu thức tính công cơ học đã học ở lớp 8 và giải thích về các đại lượng có mặt trong công thức này? O Điều kiện để có công cơ học là gì? S O Nếu có 1 lực không đổi tác dụng lên vật làm vật chuyển dời được 1 đoạn đường s, lực này tạo với chuyển dời s một góc thì công cơ học trong trường hợp này được tính thế nào? O Hãy phân tích lực ra làm 2 thành phần, tính công của các lực thành phần này và cho nhận xét ? O Trong trường hợp tổng quát công A của lực sẽ được tính như thế nào? A = F.s.cos O Hãy định nghĩa công cơ học và viết biểu thức của nó? b. Công phát động và công cản O Công thức trên cho thấy công cơ học là véc tơ hay đại lượng vô hướng? Công cơ học là đại lượng vô hướng. O Hãy nhận xét về giá trị đại số của công cơ học khi góc có các giá trị sau: > < = ố A >0 ố công trong trường hợp này gọi là công phát động ố A < 0 ố công trong trường hợp này gọi là công cản ố A = 0 ố có lực tác dụng nhưng công không được thực hiện. + < + > < + = ă Công A có giá trị đại số tuỳ thuộc theo dấu của cos, cụ thể: + Nếu nhọn => thì A = F.S.cos> 0, công A được gọi là công phát động. + Nếu tù > thì A = F.S.cos< 0, công A được gọi là công cản. + Nếu = => A = F.S.cos= 0, công A không được thực hiện dù có lực tác dụng vào vật. O Công có phụ thuộc hệ quy chiếu không? Vì sao? Đường đi s phụ thuộc hệ quy chiếu do đó giá trị của công A cũng phụ thuộc hệ quy chiếu. Công cơ học A là một đại lượng cộng tính, nghĩa là công của nhiều lực cùng tác dụng vào vật sẽ bằng tổng công của từng lực: A = A1+A2+A3 + . . . .+ Với A1 do lực F1 thực hiện, Với A2 do lực F2 thực hiện, Với A3 do lực F3 thực hiện . . . c. Đơn vị công O Đơn vị của công được xác định thế nào? Khi = 0 => cos=1 => A = F.s Chọn F = 1 N; s = 1m => Đơn vị của công là niuton.mét hay = J 1J = 1niuton.1mét Công suất. Định nghĩa công suất: O Có 2 máy cùng phải thực hiện công A, một máy thực hiện công A mất thời gian t1 giây, máy thứ 2 thực hiện công A mất t2 giây, biết t2 < t1. Vậy khả năng làm việc của máy nào tốt hơn? làm thế nào để biết? Lấy A chia cho t1, và A chia t2 so sánh 2 thương số này.Cụ thể: => khả năng làm việc của máy 2 tốt hơn, vì thực hiện được nhiều công hơn. O Nếu trong cùng 1 thời gian máy 1 thực hiện công A1, máy 2 thực hiện công A2, biết A1>A2 , máy nào làm việc tốt hơn? vì sao? Ta cũng tính thương số giữa công thực hiện và thời gian để thực hiện công đó. cụ thể > => Máy 1 làm việc tốt hơn vì thực hiện được nhiều công hơn. Để so sánh khả năng thực hiện công của các máy khác nhau trong cùng một thời gian, người ta sử dụng đại lượng vật lý mới là công suất, ký hiệu là N. O Hãy định nghiã công suất và viết biểu thức của nó? Công suất N là đại lượng đo bằng thương số giữa công A và thời gian t dùng để thực hiện công đó. Biểu thức: N = Đơn vị công suất: O Đơn vị công suất là gì? Chọn A = 1 jun; t = 1 giây => Đơn vị công suất là: 1jun/1giây = 1 Oát. 1Oát (W) = * Chú ý: + Mã lực (HP): Là đơn vị tính công suất ngoài hệ SI: 1HP = 736W + Kilôóat giờ (kwh): là một đơn vị công, đó là công của 1 máy có công suất 1kw và làm việc trong 3600s d. Biểu thức khác của công + Công thức liên hệ giữa công suất, vận tốc và lực tác dụng lên một máy Từ công thức tính công ta có thể viết: N = = = F. = F.v + Hộp số + Mỗi máy được sản xuất ra có 1 công suất xác định, như vậy muốn tăng lực tác dụng lên máy thì phải giảm vận tốc của máy hoặc ngược lại. Bộ phận có thể làm nhiệm vụ này gọi là hộp số (hay hộp vận tốc). + Hộp số được cấu tạo gồm các bánh răng có số răng khác nhau, các bánh răng này làm nhiệm vụ truyền lực từ động cơ đến trục của bánh xe phát động, Khi ôtô cần lên dốc người lái xe đổi bánh răng trong hộp số (về số nhỏ)sao cho trục quay chậm hơn (có vận tốc nhỏ hơn) nhưng lực tác dụng lớn hơn. Khi ôtô đi trên đường bằng phẳng chỉ cần lực kéo nhỏ, người lái xe có thể gài số lớn để trục quay nhanh hơn và xe có vận tốc lớn hơn. Ví dụ: xe đạp có líp nhiều tầng. Hiệu suất Ă. Hãy nhắc lại định luật về công ở lớp 8 ă Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại. Ă. Khi nào công được bảo toàn? Công chỉ được bảo toàn khi không có ma sát. Nếu có ma sát, lực ma sát sẽ thực hiện công âm và làm giảm năng lượng của vật, do đó công có ích A/ luôn nhỏ hơn công toàn phần A. Thương số giữa công có ích và công toàn phần được gọi là hiệu suát của 1 máy, ký hiệu hiệu suất của máy là H, ta có: 4. Bài tập vận dụng. Một vật có khối lượng m = 2kg bắt đầu chuyển động trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang từ trạng thái nghỉ dới tác dụng của 1 lực theo phương ngang cường độ F = 5N, a/ Tính công do lực F thực hiện sau thời gian 2s. b/ Tính công suất trung bình trong khoảng thời gian trên. c/ tính công suất tức thời tại thời điểm cuối t = 2 s.  Hãy tóm tắt đề toán ? ă m= 2kg; V0 = 0; F = 5N; t = 2s; A = ? P = ? Pt = ?  Công thực hiện trong thời gian 2 giây được tính thế nào? ă A = F.s.cosa Vì vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang và lực F tác dụng theo phơng ngang, do đó : A = F.s = ma.s  Chuyển động của vật trên phơng ngang là chuyển động gì ? Chuyển động này có đặc điểm gì ? ă Chuyển động của vật trên phơng ngang là chuyển động thẳng biến đổi đều dới tác dụng của lực không đổi F = 5N  Làm thế nào để xác định được gia tốc của chuyển động này ? ă Từ F = ma, do đó ta có: ÂLàm thế nào để xác định đợc đường đi trong chuyển động này ? ă Ta có: S = V0 t + ố với V0 = 0 ố S = ă Công