Thiết kế phương án dạy học các bài Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng, Thế năng SGK Vật lí 10 theo định hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của học sinh

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

Trong thực tế, các em gặp rất nhiều hiện tượng va chạm như va chạm giữa các quả bia, bóng rơi xuống bàn rồi nảy lên …

Nhìn chung,sau va chạm các vật thu được gia tốc và vận tốc biến đổi đều theo thời gian.

Vận tốc của các vật biến đổi tuân theo quy luật nào?

Trong quá trình va chạm, lực tương tác giữa các vật tuân theo quy luật nào?

Thực tế, các vật tương tác với nhau trong thời gian rất ngắn, lực tác dụng rất lớn, việc đo lực gặp rất nhiều khó khăn, ta không thể sử dụng phương pháp động lực học. Vậy giải bài toán trên bằng phương pháp nào?

Người ta nghiên cứu và thấy rằng: có một số đại lượng không thay đổi theo thời gian. Đó là những đại lượng bảo toàn .

Giới thiệu những định luật bảo toàn cơ bản của cơ học:

+ Định luật bảo toàn động lượng

+ Định luật bảo toàn cơ năng. ( Ghi tên chương và tên bài).

HS : vr vr  art .

HS : Các lực tương tác giữa các vật là những lực trực đối (tuân theo định luật III Newton) và độ lớn tính theo định luật II Newton:

F  ma

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 85 trang tài liệu này.

Vấn đề 1: Khái niệm xung lượng của lực.

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

GV đưa ra các ví dụ:

Cầu thủ sút quả bóng.

Hai quả bia va chạm vào nhau. O Hãy cho biết:

Thời gian tác dụng lực?

Độ lớn của lực tác dụng?

Kết quả của lực tác dụng đối với từng vật?

Khái quát: Lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn có thể gây biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật.

Thông báo khái niệm xung

lượng.

* HS suy nghĩ, thảo luận, trả lời của GV.

Thời gian tác dụng lực rất ngắn.

Độ lớn của lực rất lớn.

Lực tác dụng làm vật bị biến dạng, đổi hướng chuyển động.

* Ghi định nghĩa và đơn vị xung lượng của lực.

Vấn đề 2: Xây dựng khái niệm động lượng.

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

Đề xuất vấn đề:

Dưới tác dụng của lực, vật thu được gia tốc nên vận tốc của nó biến đổi. Dưới tác dụng của xung lượng của lực, trạng thái chuyển động của vật cũng biến đổi.

O Làm thế nào để tạo ra xung lượng?

Để biết tác dụng cụ thể của xung

Tác dụng lực lên vật trong khoảng thời gian ngắn.

lượng, ta xét bài toán sau: Phát phiếu học tập :

Một vật có khối lượng m, đang

* Làm việc cá nhân trên phiếu học tập.

chuyển động với vận tốc

r . Tác

dụng lên vật lực r không đổi trong thời gian t thì vận tốc của vật đạt

tới r

1.Tìm gia tốc vật thu được. 2.Tìm xung lượng của lực

r theo r ,

Trình bày kết quả

trước lớp và

r và m.

F v1

thảo luận.

Nếu HS không làm được có thể gợi ý :

Viết công thức tính a ?

r  v2 v1

t

F a v2 v1

r r r

t  m t  m  m (1)

a liên hệ với

r như thế nào?

Tổ chức cho HS thảo luận và

thông báo:

Vế trái chính là xung lượng của lực

trong khoảng thời gian t , vế xuất hiện sự biến thiên của tích

phải

mv .

Người ta đặt

p  mv .

Gọi

p là động lượng của vật.

HS có thể trả lời:

O Động lượng của một vật là một đại lượng như thế nào?

+ Động lượng bằng khối lượng .

+ Động lượng bằng khối lượng nhân véctơ vận tốc.

+ Động lượng là đại lượng vécto.

Thể chế hóa kiến thức, nhận xét câu trả lời của HS, rút ra kết luận.

* Ghi kết luận.

Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận

tốc v là đại lượng được xác định

bởi công thức:

p  mv

Động lượng là một vécto cùng hướng với vận tốc của vật.

Đơn vị của động lượng là kg.m/s.

O Xung lượng của lực làm biến đổi

HS: Từ biểu thức (1):

mr  mr  F t

� r r

v2 v1 r

động lượng của vật, độ

biến thiên

p2  p1  F t

động lượng được xác định như nào?

Thể chế hóa kiến thức:

thế

haypr 

Ft

Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời

gian đó.

HS: Ghi cách diễn đạt khác của định luật II Newton.

r r

p  Ft

Phát biểu trên là cách diễn đạt khác của định luật II Newton.

Ý nghĩa của biểu thức: Xung lượng của lực càng lớn thì biến thiên động lượng càng lớn.

Vấn đề 3: Xây dựng định luật bảo toàn động lượng.

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

Thông báo: Khái niệm hệ cô lập.

Một hệ gồm nhiều vật khi không có

* HS ghi nhớ.

ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực cân bằng nhau được gọi là hệ cô lập.

O Hãy kể tên một số hệ cô lập?

Đề xuất vấn đề:

Ở trên ta đã biết, động lượng của một vật thay đổi khi chịu tác dụng của xung lượng của lực.

O Trong một hệ cô lập gồm các vật tương tác với nhau, động lượng của hệ có bị thay đổi không?

Nêu bài toán:

Trên mặt bàn nằm ngang ma sát không đáng kể, có hai viên bi chuyển động đến va chạm vào nhau.

1. Tìm độ biến thiên động lượng của từng vật trong khoảng thời gian t và so sánh chúng.

2. So sánh tổng động lượng của hệ trước và sau va chạm.

GV hướng dẫn HS thảo luận, nhận xét câu trả lời của HS.

O Các vật tác dụng lên nhau những lực

như thế nào?

Hệ gồm vật và Trái Đất.

Hệ gồm hai hòn bi va chạm

vào nhau trên mặt bàn nằm

ngang không ma sát.

HS: ???

HS: Các vật tương tác với nhau

những lực trực đối

r r

F1  F2

O Độ biến thiên động lượng của các

p1  F1t

r

vật bằng bao nhiêu, có đặc điểm gì?

r r



t



p2 F2

p  p1  p2

O Tổng độ biến thiên động lượng của cả hệ ?

� 

HS:

 r

1 2

pr  pr  0

Gọi :

r r r là tổng động lượng

HS: Biến thiên động lượng của

của hệ.

hệ bằng không, suy ra động

O Có thể suy luận gì về

tổng động

lượng của cả hệ không đổi.

r r .

lượng của cả hệ tác?

trước và sau tương

p1  p2  const

Tổng động lượng của hệ cô lập không thay đổi.

Mở rộng vấn đề, thể chế hóa kiến thức:

Người ta đã nghiên cứu hệ cô lập gồm

r r r

nhiều vật và cho kết quả được phát biểu như sau: Động lượng của một hệ bảo toàn.

p1  p2  ...  pn  const

tương tự và cô lập được

* Phát biểu định luật.

Với n là số vật trong hệ cô lập.

O Có thể kiểm tra kết quả trên như thế nào?

HS: Có thể làm thí nghiệm xác định động lượng của các vật trong hệ trước và sau va chạm bằng cách đo khối lượng và

vận tốc của các vật. So sánh
	tổng động lượng của các vật
	trước và sau va chạm.
GV giới thiệu dụng cụ:
Hai vật tương tác với nhau là hai xe
có khối lượng m1, m 2.
Dụng cụ đo vận tốc là bộ cần rung
điện ghi lại những đoạn đường vật đi
được sau những khoảng thời gian bằng
nhau là 0,02s.	Khử ma sát giữa bánh xe và
O Chọn hai vật tương tác như thế nào	thanh ray trượt.
để có hệ hai vật là cô lập?	* HS làm việc theo nhóm, sau
O Đo các đại lượng đó như thế nào?	đó cử đại diện báo cáo kết quả
Phương án nào khả thi nhất?	làm được.
	Phương án khả thi:
	Vật 1 đến va chạm với vật 2
	đứng yên, sau đó hai xe cùng
	chuyển động trên máng nằm
	ngang.
	Nhờ băng giấy nối với vật 1
	xác định được vận tốc của vật
	1 trước va chạm và cũng nhờ
	băng giấy xác định được vận
	tốc của hệ vật (1+2) sau va
Đồng ý với phương án thiết kế, nhận	chạm.
xét:

Tính tối ưu thể hiện ở:

+ Số lần đo vận tốc ít nhất.

+ Va chạm theo một phương dễ

thực

hiện, chỉ

cần một đồng hồ

xác định

được cả quá trình.

Bố trí và tiến hành thí nghiệm.

O Dựa trên định luật bảo toàn động

* HS thảo luận theo nhóm:

lượng

ở trên, thiết lập tỉ số

giữa vận

Nhóm 1: Từ định luật bảo toàn

tốc của hai xe sau khi dính vào nhau động lượng:

cùng chuyển động (V) và vận tốc của

m r  (m  m ) r

1v 1 2 V

xe 1 lúc đầu (v) ?

Do các chuyển động cùng hướng nên có thể bỏ dấu vécto: m1v  (m1  m2 )V

� V  m1

O Từ

bảng số

liệu, hãy tính tỉ số

V/v

v m1  m2

Nhóm 2: Xử lí số liệu kết quả

trong trường hợp m1=m2, m1=2m2,… ?

thí nghiệm:

m1(kg)	0,16	0,16	0,16
m2 (kg)	0,16	0,32	0,48
v (m/s)	0,50	0,75	0,60
V	0,245	0,24	0,16

Nhận xét: V m1

v m1  m2

O So sánh kết quả thực nghiệm và kết

HS: Trong phạm vi sai số

cho

quả tính toán từ lí thuyết?

GV xác nhận, thể chế hóa kiến thức. Trong thí nghiệm trên, ta đã đơn giản hóa bằng cách cho các vật chuyển động cùng phương, cùng chiều. Thực tế, nếu

phép, kết quả thực nghiệm phù hợp với lí thuyết xây dựng được.