Giáo án Vật lí 10 nâng cao - Bài 37: Định luật bảo toàn cơ năng - Hoàng Thị Tuyết Nhung

GIÁO ÁN
BÀI 37: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG
Giáo viên
Họ và tên
Hoàng Thị Tuyết Nhung 
Điện thoại
01659761610
Email 
Hoangnhung151294@gmail.com
I. MỤC TIÊU 
1. Kiến thức 
- Phát biểu được định nghĩa cơ năng của một vật và viết được biểu thức cơ năng. 
- Phát biểu và chứng minh được định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp vật chuyển động trong trọng trường. 
- Phát biểu và viết được công thức định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi. 
- Thiết lập được mối quan hệ giữa độ biến thiên cơ năng và công của lực không phải lực thế.
2. Kỹ năng 
- Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải một số bài toàn. 
II. CHUẨN BỊ 
1.Giáo viên 
- Giáo án bài 37: Định luật bảo toàn cơ năng 
- Phương pháp thuyết trình, vấn đáp 
- Phương tiện dạy học: slide, phấn, bảng 
2. Học sinh 
- Ôn lại kiến thức về lực thế. 
- Ôn lại kiến thức về động năng, thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi. 
- Ôn lại định lý động năng, công thức tính công của trọng lực, công thức tính công của lực thế. 
3. Thái độ 
- Học sinh hăng hái tham gia phát biểu xây dựng bài. 
- Chú ý nghe giảng 
- Không làm việc riêng trong giờ 
- Có thái độ tôn trọng giáo viên 
III.TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 
Hoạt động 1: (5 phút)
Đặt vấn đề: Giới thiệu bài học “Định Luật Bảo Toàn Cơ Năng” và kết hợp kiểm tra bài cũ về động năng và thế năng. 
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Xét ví dụ mở đầu: Một con lắc đơn gồm con lắc có khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây không dãn chiều dài l, đầu kia giữ cố định. Đưa vật lên độ cao h rồi thả nhẹ cho vật chuyển động tự do. Hãy quan sát chuyển động của con lắc đơn. 
 B A
 h
	 O
CH1: Trong cả hai quá trình chuyển động của con lắc từ vị trí A về O và từ O đến B ta thấy vận tốc của vật đều thay đổi. Hãy nhận xét về động năng và thế năng của vật trong cả hai quá trình đó? 
GV: Trong quá trình chuyển động ta thấy động năng và thế năng của vật thay đổi. Khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại. Vậy có mối liên hệ nào giữa động năng và thế năng không? Mối liên hệ đó là gì? 
Chúng ta vào Bài 37: Định Luật Bảo Toàn Cơ Năng. 	 
HS: 
+ Khi con lắc chuyển động từ A về O thì: 
Động năng của vật tăng và thế năng của vật giảm.
+ Khi con lắc chuyển động từ O tới B:
Động năng của vật giảm và thế năng của vật tăng. 
=>Động năng và thế năng của vật đều thay đổi. Khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại. 
Hoạt động 2: Định nghĩa khái niệm cơ năng. 
Hoạt động của GV 
Hoạt động của HS
Nội dung cơ bản 
CH4: Nhớ lại kiến thức lớp 8 nhắc lại khái niệm cơ năng của một vật. 
CH5: Nếu khái niệm về lực thế? Và lấy ví dụ về lực thế?
GV: Cơ năng của vật khi chỉ chịu tác dụng của lực thế có đặc điểm gì?
Chúng ta vào phần 2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường.
HS: Cơ năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của vật đó. 
W = Wđ + Wt
HS: Lực thế là lực mà công do lực đó sinh ra không phụ thuộc vào hình dạng quãng đường đi của vật chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối. 
Ví dụ: trọng lực, lực đàn hồi, lực tương tác tĩnh điện.
Cơ năng 
Cơ năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của vật đó. 
W = Wđ + Wt
Hoạt động 3: Thiết lập định luật 
Khảo sát cơ năng của vật khi vật chuyển động trong trọng trường và khi vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi. 
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Nội dung cơ bản 
GV: Chia học sinh thành 3 nhóm rồi cùng nhau thảo luận bài toán sau: 
Một vật khối lượng m rơi tự do,lần lượt qua hai vị trí A và B tương ứng với các độ cao z1, z2 và vận tốc có độ lớn tương ứng v1, v2( bỏ qua sức cản của không khí). 
a, Tính công của trọng lực khi vật đi từ A đến B.
b, Tính độ biến thiên động năng. 
c, So sánh cơ năng tại hai điểm A và B. 
GV: Gợi ý 
Các lực tác dụng lên vật? chọn gốc thế năng tại mặt đất,áp dụng độ giảm thế năng để tính công của lực đó?
GV: Từ (3) ta thấy rằng cơ năng tại điểm A bằng cơ năng tại điểm B. Một đại lượng vật lý vô hướng mà có độ lớn không thay đổi theo thời gian ta nói đại lượng đó được bảo toàn. Vậy thì cơ năng của vật trong trường hợp này được bảo toàn. 
Chúng ta sang phần định luật: 
GV: Khi vật chuyển động trong trọng trường thì cơ năng của vật được bảo toàn. 
W = Wđ + Wt 
GV dẫn dắt: chúng ta vừa khảo sát cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường thì cơ năng được bảo toàn vậy nếu như vật chịu tác dụng của lực đàn hồi thì cơ năng của vật có bảo toàn không? 
Chúng ta vào phần 3. Sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
GV: 
-Mời 2 học sinh nhắc lại về định nghĩa và biểu thức thế năng đàn hồi.
-Xét lại thí nghiệm lò xo trong bài 36, dưới lực tác dụng của lực đàn hồi vật gắn ở đầu lò xo thực hiện dao động quanh VTCB.
Dẫn dắt: vì lực đàn hồi là lực thế nên 1 cách tương tự hs đưa ra định luật BTCN trong trường hợp này?
-Đưa ra đồ thị biểu diễn ĐLBTCN với trường hợp lực đàn hồi của con lắc lò xo. 
Yêu cầu hs nhìn biểu đồ, rút ra nhận xét ? Đưa ra kết luận tổng quát với 1 vật chuyển động trong trường lực thế bất kì.
Yêu cầu 2 học sinh nhắc lại và trả lời câu hỏi đề bài.
a, Định luật 
Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi là một đại lượng bảo toàn. 
W = Wđ + Wđh 
= ½ mv2 + ½ kx2 = const
GV: Trong quá trình chuyển động của vật khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại. Mà tổng động năng và thế năng của vật không đổi thì khi động năng tăng bao nhiêu thì thế năng giảm bấy nhiêu và ngược lại.
HS: 
a, Công của trọng lực khi vật đi từ A đến B là: 
Ap = Wt1 – Wt2(1)
b, áp dụng định lý động năng: 
Wđ2 – Wđ1 = Ap (2)
Hay: 
Ap = Wđ(B) – Wđ(A) 
c, Từ (1) và (2) ta có: 
Wt1 – Wt2 = Wđ2 – Wđ1
ó Wt1 + Wđ1 = Wđ2 + Wt2
W(A) = W(B) (3) 
Cơ năng tại điểm A bằng cơ năng tại điểm B
HS: Nhớ lại và trả lời:
Là 1 dạng năng lượng của 1 vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi: Wđh= k(∆l)22
Suy nghĩ và trả lời:
 W= Wđ +Wđh = mv22+ k(∆l)22 = const
HS: Quan sát và tự rút ra:
Ở 2 vị trí biên: Wđ= 0, Wđh cực đại
Ở vị trí cân bằng: Wđ cực đại, Wđh = 0
2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường.
a. Bài toán: 
Một vật khối lượng m rơi tự do,lần lượt qua hai vị trí A và B tương ứng với các độ cao z1, z2 và vận tốc có độ lớn tương ứng v1, v2( bỏ qua sức cản của không khí). 
a, Tính công của trọng lực khi vật đi từ A đến B.
b, Tính độ biến thiên động năng. 
c, So sánh cơ năng tại hai điểm A và B. 
Bài làm: 
a, Công của trọng lực khi vật đi từ A đến B là: 
Ap = Wt1 – Wt2(1)
b, áp dụng định lý động năng: 
Wđ2 – Wđ1 = Ap (2)
Hay: 
Ap = Wđ(B) – Wđ(A) 
c, Từ (1) và (2) ta có: 
Wt1 – Wt2= Wđ2 – Wđ1
ó Wt1 + Wđ1= Wđ2 + Wt2
W(A) = W(B) (3)
b, Định luật 
Khi vật chuyển động trong trọng trường thì cơ năng của vật được bảo toàn. 
W = Wđ + Wt 
= ½ mv2 + mgz = const 
3.Sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. 
Định luật 
Cơ năng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi là một đại lượng bảo toàn. 
W = Wđ + Wđh 
 = ½ mv2 + ½ kx2 = const
b, Chú ý 
Khi động năng tăng bao nhiêu thì thế năng giảm đi bấy nhiêu và ngược lại. 
Hoạt động 4: Biến thiên cơ năng. Công của lực không phải lực thế 
Hoạt động của GV 
Hoạt động của HS
Nội dung cơ bản 
Quay trở lại với bài toán khảo sát cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường nếu có tính đến lực cản của môi trường thì vật chịu tác dụng của lực nào? Đâu là lực thế, tính công của nó? 
KL: khi ngoài lực thế vật còn chịu tác dụng của lực không phải lực thế, cơ năng của vật không được bảo toàn và công của lực này bằng độ biến thiên cơ năng của vật. 
Vật chịu tác dụng của trọng lực và lực cản
A12 = A12 (TL) + A12 (cản)
 = Wđ2 – Wđ1
Lực thế là trọng lực:
A12 (TL)= Wt1 – Wt2
Suy ra: 	
A (cản) = Wđ2 – Wđ1 +Wt2 –Wt1
 = W2 – W1 = ∆W
4.Biến thiên cơ năng. Công của lực không phải lực thế.
-Vật chịu tác dụng của trọng lực và lực cản
A12 = A12 (TL) + A12 (cản)
 = Wđ2 – Wđ1
Lực thế là trọng lực:
A12 (TL)= Wt1 – Wt2
Suy ra: 
A (cản) = Wđ2 – Wđ1 +Wt2 –Wt1
 = W2 – W1 = ∆W
Hoạt động 5: Củng cố lại kiến thức 
Hoạt động của GV 
Hoạt động của HS 
-Tổ chức trò chơi”vườn hoa”, chia lớp thành 4 nhóm cùng trả lời 10 câu hỏi. Mỗi câu trả lời đúng ứng với 1 bông hoa, dán vào khu vườn thi đua của nhóm. Mỗi câu hởi có 30 giây suy nghĩ và đưa ra đáp án.
-Tổng kết trò chơi, trao thưởng
-Giao bài tập trong SGK và SBT
- Thảo luận nhóm và tham gia trò chơi
Rút ra kinh nghiệm