Giáo án môn Vật lý 10 - Tiết 44: Thế năng

Ngày soạn: 26/01/2010 Ngày giảng : 26/01-10A, D Tiết 44: THẾ NĂNG I. Mục tiêu: 1. 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, hiẻu rõ 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 bết chọn không của thế năng cho phù hợp trong việc giải các bài toán có liên quan đến thế năng. 2. Kĩ năng - Giải thích các hiện tượng vật lí có liên quan đến thế năng. Rèn luyện cho HS kỹ năng giải bài toán về thế năng, thế năng trọng trường. 3. Thái độ - Từ các VD trong thực tế giúp HS hứng thú với môn học, từ đó có thái độ học tập tích cực hơn. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: - Chuẩn bị bài giảng trên lớp. 2. Học sinh: - Ôn lại các kn lực hấp dẫn, trọng lực, trọng trường, thế năng (đã học ở THCS) III. Tổ chức các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát, đề xuất vấn đề Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh - 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 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? - ĐVĐ: Trong chương trình THCS chúng ta đã làm quen với hai khái niệm là thế năng hấp dẫn 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. - Nhắc lại khái niệm lực hấp dẫn, khái niệm trọng trường. - Thảo luận và trả lời các câu hỏi của GV. - Cá nhân nhận thức vấn đề của bài học. Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm thế năng Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh Kiến thức cơ bản - Y/c Hs ®ọc mục 1) và trả lời câu hỏi: - Biểu hiện của trọng trường là gì? - Y/c HS trả lời câu C1? - Nhận xét câu TL. - 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 cong 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. - Trong ví dụ trên, khi vật rơi xuống đất trọng lực của vật sinh công thế nào, biểu thức? - Y/c HS trả lời câu C2? * Chú ý: SGK-138 - Đọc và trả lời. Biểu thức: - Ghi nhận. - 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 đói của búa so với mặt đất. - HS tiếp thu, ghi nhớ. - TL: A = P.z = m.g.z Công A được định nghĩa là thế năng của vật. - Đọc và trả lời. - Ghi nhận. I. Thế năng trọng trường 1. Trọng trường 2. Thế năng trọng trường a. Định nghĩa Nhận xét: 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. b. Biểu thức của thế năng trọng trường Wt = mgz (thế năng của vật trong trọng trường) Hoạt động 3: Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh Kiến thức cơ bản - Việc giải bài toán có thể HS gặp khó khăn vì độ dời của vật không phải là đường thẳng mà là một quỹ đạo bất kì. Vì vậy GV có thể dùng hình vẽ 26.3 để định hướng cho HS biết cách chia đường đi thành những độ dời nhỏ. ZM M ZN N ZO * Nhận xét sự phụ thuộc của công của trọng lực vào quỹ đạo chuyển động? - Nhận xét câu trả lời của HS. - GV hướng dẫn HS viết biểu thức thế năng của vật. * Biểu thức (2) được phát biểu thành lời như thế nào? - Thông báo: Công của trọng lực bằng hiệu thế năng tại vị trí đầu và tại vị trí cuối, tức là bằng độ giảm thế năng. * Hãy nhận xét mối quan hệ giữa công của trọng lực và sự biến đổi thế năng trong các trường hợp trong hình 26.3 SGK sau đó rút ra kết luận chung. - GV thông báo khái niệm và cách chọn " mức không năng lượng" hay còn gọi là "gốc của thế năng". * Lưu ý HS: - Ngoài Trái Đất, mọi thiên thể trong vũ trị đều hút lẫn nhau với lực vạn vật hấp dẫn, do đó cũng tồn tại năng lượng dưới dạng thế năng và gọi chung là thế năng hấp dẫn. Thế năng trọng trường chỉ là trường hợp riêng của thế năng hấp dẫn. - Đơn vị của thế năng: Giống đơn vị của công cũng đo bằng Jun (J). - Y/c HS trả lời câu C4, C5? - Cá nhân làm việc theo hướng đẫn của GV. - Bằng việc chia nhỏ đoạn đường đi, HS tính toán được: + Công toàn phần thực hiện được từ M đến N là: Þ AMN= mg.( zM - zN) (1) - Nêu nhận xét được rút ra từ kết quả trên: Công của trọng lực không phụ thuộc vào dạng đường đi của vật mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối của vật. - Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. - Thảo luận và đưa ra nhận xét: Công là số đo sự biến đổi năng lượng. - Quan sát các đồ thị h26.3, đọc các thông tin trong sgk. Thảo luận và rút ra kết luận chung. - Trả lời câu hỏi của GV. - Biểu thức thế năng của hệ vật - Trái Đất: Wt = mgz. - Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. - Đọc và suy nghĩ trả lời. Công của trọng lực - Chia s thành những đoạn s rất nhỏ, công nguyên tố do trọng lực P thực hiện: A = P.z - Công toàn phần thực hiện được từ M đến N là: AMN = SA= S(P.z) Þ AMN= P( zM – zN) Þ AMN = mg.(zM – zN) (1) +) Nhận xét: - Công của trọng lực không phụ thuộc vào dạng đường đi của vật mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối của vật. - Những lực có tính chất như vậy gọi là lực thế hay lực bảo toàn. Thế năng trọng trường - Từ (1) ta có: AMN = mgzM – mgzN - Ta có: A12 = Wt1- Wt2 (2) * Nhận xét: Công của trọng lực bằng hiệu thế năng tại vị trí đầu và tại vị trí cuối, tức là bằng độ giảm thế năng. * KLC: - Giá trị thế năng của vật phụ thuộc việc chọn gốc toạ độ (mức không của thế năng) - Thế năng của hệ vật - Trái đất cũng bằng thế năng Wt = mgz của vật. - Thế năng trọng trường chỉ là trường hợp riêng của thế năng hấp dẫn. - Đơn vị của thế năng: Jun (J). Hoạt động 4: Thế năng đàn hồi Hướng dẫn của GV Hoạt động của học sinh Kiến thức cơ bản * Hãy xây dựng biểu thức của thế năng đàn hồi tương tự như xây dựng biểu thức thế năng trọng trường? - Để thuận tiện cho việc xác định lực đàn hồi ta xét con lắc lò xo, gồm 1 quả cầu có khối lượng nhỏ m gắn một đầu lò xo nằm ngang, đầu kia giữ cố định. * Để tính công của lực đàn hồi ta phải xác định được những đại lượng nào? * Thông báo: - Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi. - Khi giảm độ biến dạng, vật biến dạng (lò xo) sinh công hay công của lực đàn hồi là dương. Ngược lại, nếu muốn tăng độ biến dạng, phải có công ngoại lực tác dụng để thắng công của lực đàn hồi. - HS sẽ xây dựng kiến thức của thế năng đàn hồi thông qua việc tính công của lực đàn hồi. - Thảo luận và viết biểu thức công nguyên tố của lực đàn hồi, từ đó tính công toàn phần. - Trả lời các câu hỏi của GV. - Nêu các nhận xét về đặc điểm công của lực đàn hồi. - Tìm hiểu định nghĩa, đơn vị của thế năng đàn hồi. - Nhận xét về mối liên hệ giữa công của lực đàn hồi và độ giảm thế năng đàn hồi. - Cá nhân tiếp thu thông báo. 1. Công của lực đàn hồi - Chia độ biến dạng toàn phần thành những đoạn biến dạng vô cùng nhỏ x sao cho tương ứng với độ biến dạng này thì lực đàn hồi coi như là không đổi. - Công nguyên tố do lực đàn hồi thực hiện trên một đoạn biến dạng x có giá trị: A = F.x = - k.x2 (3) - Biểu thức công toàn phần: A12 = (4) +) Nhận xét: - Công của lực đàn hồi chỉ phụ thuộc vào độ biến dạng đầu và cuối của lò xo, vậy lực đàn hồi là lực thế. 2. Thế năng đàn hồi Wđh = (5) - Từ (4): A12 = Wđh1 - Wđh2 (5) +) Nhận xét: Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi. Hoạt động 5: Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh * Muốn biết công có phụ thuộc việc chọn mức không hay không ta phải làm thế nào? * Hãy nêu đặc điểm của thế năng? Giữa thế năng và động năng có gì khác nhau? * Giải thích ý nghĩa của hệ thức: A12 = Wt1 - Wt2 ? - Về nhà làm các bài tập trong SGK và ôn lại kiến thức về biến dạng đàn hồi của lò xo và định luật Húc. - Ôn lại kiến thức về thế năng đàn hồi đã được học ở chương trình THCS. - Cá nhân làm việc sau đó lên báo cáo kết quả. - Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. Ho¹t ®éng 3. (15'): Lµm mét sè bµi tËp ¸p dông - Yªu cÇu HS lµm bµi tËp 1 SGK * Tr×nh bµy lêi gi¶i cña bµi to¸n ? * V× sao lùc ®µn håi l¹i ©m? - GV nhËn xÐt bµi lµm cña HS. * VËt cã nh÷ng d¹ng thÕ n¨ng nµo, gi¶i thÝch t¹i sao ? * TÝnh ®é lín hai d¹ng thÕ n¨ng cña vËt vµ thÕ n¨ng tæng céng ? - GV h­íng dÉn vµ bæ sung nh÷ng thiÕu sãt trong bµi lµm cña HS. - Lµm viÖc c¸ nh©n, tr×nh bµy pp gi¶i bµi 1. - NhËn xÐt lêi gi¶i cña b¹n, thèng nhÊt kÕt qu¶ ®óng. - Th¶o luËn vÒ c¸ch chän møc kh«ng cña thÕ n¨ng. - Thèng nhÊt vÒ 2 d¹ng thÕ n¨ng cña vËt. x¸c ®Þnh thÕ n¨ng tæng céng. - C¸ nh©n tiÕp thu, ghi nhí. * Bµi 1: a) k = 150 N/m b) W®h== 0,03 J c) A12== -0,062J - C«ng lùc ®µn håi ©m v× ®é biÕn d¹ng cña lß xo t¨ng. * Bµi 2: - Chän møc kh«ng cña thÕ n¨ng t¹i vÞ trÝ lß xo kh«ng bÞ biÕn d¹ng. - ThÕ n¨ng ®µn håi: W®h== 2,5 J - ThÕ n¨ng träng tr­êng: Wt = mgz = - 0,25 J - ThÕ n¨ng tæng céng cña hÖ vËt-lß xo: W®h+ Wt = 2,25 J Ho¹t ®éng 4. (7'): Cñng cè bµi häc vµ ®Þnh h­íng nhiÖm vô häc tËp tiÕp theo * C«ng cña lùc ®µn håi liªn hÖ víi ®é biÕn thiªn víi ®é ®µn håi thÕ nµo? * ViÕt biÓu thøc thÕ n¨ng ®µn håi. nªu c¸c tÝnh chÊt cña thÕ n¨ng nµy? - Tr¶ lêi c¸c c©u hái cña GV. - C¸ nh©n nhËn nhiÖm vô häc tËp. * Bµi tËp vÒ nhµ : - Lµm bµi 2 SGK. - ¤n l¹i c¸c kiÕn thøc vÒ ®éng n¨ng vµ thÕ n¨ng.