Sự Bảo Toàn Cơ Năng Của Vật Chuyển Động Trong Trọng Trường:

Hình 2.2. Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng trong trường‌

hợp trọng lực.

- Dựng giá đỡ có gắn thước đo, cổng quang điện và nam châm điện

thẳng

đứng. Nối công tắc kép với nam châm điện và ổ A của đồng hồ đo thời gian hiện số. Nối cổng quang điện với ổ B của đồng hồ đo thời gian hiện số.

Cho đồng hồ đo thời gian hoạt động ở chế độ MODE B, thang đo 9,999s. Cho nam châm hút giữ viên bi. Nhấn công tắc kép thả vật rơi. Đồng hồ sẽ

hiển thị thời gian t

mà viên bi có đường kính s

đi qua cổng quang điện.

- Trong thí nghiệm này nếu chọn gốc thế năng tại mặt đất thì cơ năng của

vật

tại nam châm điện W1 = mgz1. Cơ năng của vật tại cổng quang điện là:

W  mgz  1 mv 2

2 2 2 2

2gs

Từ đây suy ra vấn đề cần kiểm chứng là: v2 

B - Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn cơnăng trong trường hợp vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.

a. Dụng cụ: Dụng cụ chủ yếu là giá đỡ có gắn thước thẳng, nam

châm điện (gắn ở đầu dưới), cổng quang điện, đồng hổ đo thời gian hiện số

MC – 964, hộp công tắc kép, quả cân 50g, lò xo 50 - 60N/m, các trục 8 ,10 , khớp đa năng, đế 3 chân hình sao.

b. Tiến hành thí nghiệm:Lắp ráp thí nghiệm như trên hình.

Hình 2.3. Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn cơnăng trong trường hợp vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.‌

- Dựng giá đỡ có gắn thước và cổng quang điện thẳng đứng.Gỡ nam

châm điện ở đầu trên đem đặt ở đầu dưới của giá đỡ. Dùng băng keo giữ

chặt nam châm điện với giá đỡ. Dựng trụ

10

thẳng đứng, rồi dùng khớp đa

năng nối trụ

8 với 10

tạo góc 900. Treo lò xo vào trục

8 , chú ý chiều dài lò

xo trên thước. Sau đó treo quả cân vào, khi con lắc lò xo nằm cân bằng xác

định l0 . Điều chỉnh cổng quang điện nằm tại vị trí cân bằng của con lắc,

nối cổng quang điện với ổ B của đồng hồ đo thời gian. Nối công tắc kép với nam châm điện và ổ A của đồng hồ đo thời gian. Cho đồng hồ đo thời gian hoạt động ở chế độ MODE B, thang đo 9,999s. Kéo con lắc lệch khỏi vị trí

cân bằng một đoạn l rồi giữ hút vật bằng nam châm điện. Nhấn công tắc

kép thả vật cho dao động khi vật trở lại vị trí ban đầu thì bị nam châm điện

hút giữ lại. Đồng hồ sẽ hiển thị hai lần thời gian t mà quả cân có chiều dài

s đi qua cổng quang điện.

- Trong thí nghiệm này nếu chọn gốc thế năng trọng trường tại vị trí

cân bằng của con lắc, chiều dương hướng lên, gốc thế năng đàn hồi tại vị trí lò xo chưa biến dạng thì ta có cơ năng của con lắc tại vị trí biên dưới (nam

châm điện) là: W

 1 kl  l

1 2 0

2  mgl

. Cơ năng của con lắc tại vị trí cân

bằng (cổng quang điện) là: W

 1 mv 2  1 k l

2 .Từ

đó suy ra vấn đề cần

g

l0

kiểm chứng là: vcb  l

2 2 cb 2 0

2 . Học sinh.

năng.

81

- Ôn lại các một số kiến thức đã học về công và công suất, động năng, thế

Dự kiến ghi bảng

Tiết 45: CƠ NĂNG I. CƠ NĂNG CỦA 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 được gọi là cơ năng.

- Theo định nghĩa ta có thể viết :

W  W

đ  W t

W  1 mv 2  mgz

2

2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường:

- Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn.

W  Wđ  Wt

 hằng số

3. Hệ quả:

Hay W

 1 mv 2  mgz 

2

hằng số

- Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường:

+ Nếu động năng giảm thì thế năng tăng (động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại.

+ Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.

II. CƠ NĂNG CỦA 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 một đại lượng bảo toàn.

W  W

 W  1 mv 2  1 kl 2 

hằng số

đ t 2 2

* 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, ngoài ra nếu vật còn chịu thêm tác dụng của lực cản, lực ma sát… thì cơ năng của vật sẽ biến đổi. Công của các lực cản, lực ma sát… sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng.

III. Tiến trình dạy học.

1. Ổn định lớp.

Hoạt động 1 (5 phút): Kiểm tra bài cũ

1. Phát biểu định nghĩa động năng của vật? Viết biểu thức và đơn vị đo?

2. Phát biểu định nghĩa thế năng của vật trong trọng trường? Viết biểu

thức?

Hoạt động 2 (35 phút): Tìm hiểu ĐLBT cơ năng.

Đặt vấn đề: Trong chương trình THCS ta đã biết: Động năng và thế

năng là hai dạng của cơ năng, động năng và thế năng của vật trong qúa trình

chuyển động có thể chuyển hoá qua lại nhưng

cơ năng thì được

bảo toàn.

Tuy nhiên, có phải trong tất cả quá trình cơ học cơ năng đều được bảo toàn? Muốn có điều đó thì cần phải có điều kiện gì? Biểu thức toán học nào thể hiện mối quan hệ đó?

Ta sẽ có câu trả lời khi nghiên cứu tiết học này.

TRỢ GIÚP CỦA GV

- HS suy nghĩ nhớ lại kiến thức đã học ở THCS: Tông đông năng và thế năng cuả vật được gọi là cơ năng cuả vật. - Kí hiệu W. -Biểu thức: W =W +W = 1mv 2 + mgz � t 2 - Các nhóm hoàn thành phiếu học tập: - Trong quá trình chuyển động của vật, trọng lực thực hiện công: + Công AMN được xác định bằng độ giảm thế năng của vật từ M đến N. AMN = Wt(M) –Wđ (N) + Cũng trong quá trình đó công của trọng lực cũng được tính bằng độ biến thiên động năng

- GV yêu cầu nêu định nghĩa và biểu thức của cơ năng. - Khi vật chịu tać dung cuả trong lực và khi vật chịu tać dung cuả lực đàn hồi thì cơ năng cuả vật được tinh băng công thưć như nhau được không? - Ta xét lần lượt 2 trường hợp. Trường hợp 1: Cơ năng của vật chuyển đông trong troṇ g trương. - Phát phiếu học tập số 1: Một vật có khôí lương m chuyên̉ đông trong trong trường từ vị trí M đên N. M m N + Haỹ tinh công cuả lưc̣ băng cach có thê?̉ + So sań h cơ năng cuả vật ở M và N. * Gợi ý của GV - Ta có hai cách để tính công:

Có thể bạn quan tâm!

• Tìm Độ Biến Thiên Đôṇ G Lươṇ G Cuả Môĩ Viên Bi Trong Khoan̉ G Thơì Gian Va Chaṃ T ?
• Sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề khi dạy học chương “các định luật bảo toàn” Vật lý cơ bản 10, theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh miền núi - 11
• Soạn Thảo Tiến Trình Dạy Học Kiến Thức Bài “ Cơ Năng ”.‌
• Mục Đích Của Thực Nghiệm Sư Phạm.‌
• Đặc Điểm Chất Lượng Học Tập Của Các Lớp Tn Và Đc
• Đánh Giá Hiệu Quả Dạy Học Nhóm Đối Với Việc Phát Huy Tính Tích Cực, Tự Chủ, Sáng Tạo Của Học Sinh Qua Bài Kiểm Tra.‌

Xem toàn bộ 158 trang tài liệu này.

HOẠT ĐỘNG CỦA HS‌

của vật từ M đến N.

AMN = Wđ(N) –Wđ(M)

- Khi vật chuyển động từ M đến N động năng tăng lên bao nhiêu thì thế năng giảm đi bấy nhiêu và ngược lại.

+ Dựa vào công thức liên hệ thế năng và công của trọng lực tính công AMN

+ Dựa vào công thức công của lực tác

- Theo định nghĩa cơ năng thì:

+ Wt(M) +Wđ(M) chính là cơ năng của vật tại M.

+ Wt(N) +Wđ(N) chính là cơ năng của vật tại N.

dụng và độ

công AMN

biến thiên động năng tính

Vậy  W(M) = W(N)

+ So sanh cơ năng cua

vật

ở M và N

- Trong quá trình chuyển động trong trọng trường vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì động năng và thế năng của vật luôn biến đổi thế năng tăng lên thì

động năng giảm đi và ngược lại,

* GV thông báo:

- Khi một vật chuyển đông trong trong trường chỉ chịu tac dung của trong lực thì cơ năng của vật là đai lượng bao toan.

W = W�+ Wt = ha�ngso

1

động năng tăng lên bao nhiêu thì thế năng giảm đi bấy nhiêu, nên

hay

mv2

2

+ mgz = ha�ngso

tổng của chúng, tức cơ năng luôn được bảo toàn.

- Khi động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.

- Tại sao ta nói cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực được bảo toàn trong khi thế năng và động năng của nó lại luôn biến đổi?

- HS quan sát thí nghiệm.

a ) Cơ năng tai A bằng cơ năng tại B.

WA = WB

Tại A và B là hai vị trí cao nhất mà vật đạt được nên vận tốc tại hai vị trí này bằng không.

Wđ(A) = Wđ (B) = 0

 Wt (A) = Wt (B)

 Độ cao tại A phải bằng độ cao tại B ( hA= hB ) tức là A và B đối xứng nhau qua O.

b) Khi chuyển động từ A đến O thì thế năng của vật giảm dần, động năng tăng dần, đến O thì thế năng cực tiểu, động năng cực đại. Chọn O làm gốc thế năng thì

:

Wt (O) = O

Wđ(O) cực đại.

- Khi nào thì động năng của vật ( thế

năng ) đạt cực đại?

- Làm TN (con lăć đơn) tương ưng vơí

C1. Yêu cầu HS hoàn thành C1.

- Xét dao động của con lắc đơn như hình

vẽ. vật có khối lượng m, dây dài l,

không dãn. Kéo vật đến vị trí A rồi thả

nhẹ cho vật dao động , bỏ qua mọi lực

cản.

a) Chứng minh rằng A và B đối xứng

nhau qua CO.

b) Vị trí nào động năng cực đại? Cực

tiểu?

c) Trong quá trình nào động năng

chuyển hóa thành thế năng và ngược

lại?

- GV Giới thiệu về con lắc đơn và làm

thí nghiệm cho HS quan sát.

* GV gợi ý:

+ Xét cơ năng tại các vị trí A, B .

tiếp tục khi chuyển động từ O đến B thì ngược lại, động năng giảm dần, thế năng tăng dần, động năng ở B là cực tiểu. Wđ(B) cực tiểu.

c) Qua trình chuyển động từ A đến O là quá trình chuyển hóa thế năng thành động năng còn quá trình chuyển động từ O đến B là quá trình chuyển hóa động năng thành thế năng.

- Trong quá trình chuyển động của con lắc chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng luôn được bảo toàn.

+ Vị trí nào động năng cực đại? Cực tiểu?

- HS thảo luận đại diện các nhóm trả lời phiếu học tập.

* Đại diện nhóm 1: Vật m dao động quanh VTCB, khi qua VTCB thì vật có vận tốc lớn nhất (động năng cực đại) ở các VTB thì vận tốc đổi hướng và có giá trị bằng không ( động năng bằng không).

* Đại diện nhóm 2: Vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn

+ Trong quá trình nào động năng chuyển hóa thành thế năng và ngược lại?

- kÒt luËn g× vÒ c¬ n¨ng cđa con l¾c