Khóa luận 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

au để tìm ra lời giải hợp lí nhất. - Sáng tạo: HS nghĩ ra cách giải mới độc đáo hoặc cấu tạo những bài tập mới, hoặc cố gắng lắp đặt những thí nghiệm mới để chứng minh bài học. Tất nhiên mức độ sáng tạo của HS là có hạn nhưng đó chính là mầm mống để phát triển trí sáng tạo về sau. 1.5.4. Biện pháp phát triển hoạt động nhận thức tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của học sinh: Trong quá trình tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề chiếm lĩnh kiến thức, HS luôn luôn phải thực hiện các thao tác chân tay (bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ đo) và các thao tác tư duy (phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát hóa, trừu tượng hóa, định nghĩa, cụ thể hóa). Để cho hoạt động nhận thức được hiệu quả, HS phải có kĩ năng, kĩ xảo thực hiện các thao tác đó và phương pháp suy luận. Vì vậy sự hướng dẫn của GV cũng phải bao hàm việc rèn luyện cho HS kĩ năng thực hiện các thao tác tư duy, phương pháp suy luận, kể cả thao tác chân tay. Để rèn luyện các thao tác nói trên cho HS phổ thông có hiệu quả, có thể sử dụng các cách làm như sau: - GV lựa chọn con đường hình thành những kĩ năng vật lí phù hợp với các quy luật của logic học và tổ chức quy trình học tập sao cho trong từng giai đoạn, xuất hiện tình huống bắt buộc HS phải thực hiện thao tác tư duy và phương pháp suy luận logic mới có thể giải quyết được vấn đề và hoàn thành nhiệm vụ học tập. - GV cần xây dựng một hệ thống câu hỏi (bắt đầu từ khái quát) để định hướng cho HS tìm các thao tác tư duy, phương pháp suy luận và hướng dẫn cách sửa chữa. - Tạo điều kiện cho HS có thể hoạt động theo nhóm, vừa tính sáng tạo của mỗi HS, vừa giúp các em có thói quen hoạt động hợp tác, có sự phản hồi nhanh, lĩnh hội kiến thức nhanh chóng và hiệu quả. - Tùy theo khả năng của HS và điều kiện vật chất và thời gian, tổ chức cho HS sử dụng các thiết bị thí nghiệm sẵn có hoặc chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản để xây dựng hoặc kiểm nghiệm kiến thức. - Kiểm tra, khuyến khích, động viên học sinh kịp thời. KẾT LUẬN CHƯƠNG I Trong chương này tôi đã trình bày cơ sở lí luận hiện đại về dạy học nhằm phát triển hoạt động tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của HS trong học tập. Để giải quyết nhiệm vụ đề tài, tôi đặc biệt quan tâm những vấn đề sau: - Cần tổ chức dạy học sao cho phát huy được vai trò hoạt động tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của HS. - GV cần thiết lập sơ đồ biểu đạt tiến trình giải quyết vấn đề đối với tri thức cần dạy, vừa đáp ứng được đòi hỏi phương pháp luận của tiến trình khoa học xây dựng tri thức, vừa phù hợp với trình độ nhận thức của HS. - Để đảm bảo cho HS không những lĩnh hội được tri thức cần thiết mà qua đó trí tuệ của các em được rèn luyện, năng lực tư duy khoa học được phát triển thì cần có sự định hướng hoạt động học của HS một cách đúng đắn. Trong quá trình HS tự lực tham gia giải quyết vấn đề phải xây dựng được hệ thống các câu hỏi, các câu gợi ý theo kiểu định hướng khái quát chương trình hóa. - Để phát huy đầy đủ vai trò của GV, vai trò của HS trong hoạt động dạy và học, phát huy vai trò của xã hội đối với quá trình nhận thức khoa học của mỗi cá nhân đồng thời tạo điều kiện cho HS làm quen với việc xây dựng và bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì cần thiết thực hiện tiến trình dạy theo pha, phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức mới trong nghiên cứu khoa học. - Chú ý tới những biện pháp phát triển tính tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề để khuyến khích HS hoạt động. Tất cả những lí luận về các vấn đề nêu trên sẽ được vận dụng để thiết kế phương án dạy học các bài “ Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng” và “ Thế năng” ( SGK vật lí 10) được trình bày ở chương II của khóa luận. Chương 2: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC CÁC BÀI “ ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG” , “ THẾ NĂNG” (SGK VẬT LÍ 10) 2.1. NỘI DUNG NHỮNG KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG CƠ BẢN CỦA CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” 2.1.1. Nội dung những kiến thức chương “Các định luật bảo toàn”: Trong chương này bao gồm 5 bài, cụ thể như sau: 1. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng. a) Khái niệm xung của lực: Khi một lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian thì tích gọi là xung lượng của lực trong khoảng thời gianđó. b) Động lượng: - Khái niệm động lượng: Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bằng công thức: - Dạng khác của định luật II Newton: c) Định luật bảo toàn động lượng: - Hệ cô lập: Một hệ gồm nhiều vật mà trong hệ chỉ có các nội lực tương tác giữa các vật. Điều kiện để một hệ được gọi là hệ cô lập: Khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực đó cân bằng nhau. - Định luật bảo toàn động lượng: Động lượng trong một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. d) Ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng trong thực tế (súng giật khi bắn, chuyển động bằng phản lực). 2. Công và công suất. a) Định nghĩa công: Khi lực không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức: . Đơn vị công : Jun (J). b) Công suất: - Khái niệm công suất: Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian. P= Đơn vị công suất: Oát (W). 3. Động năng a) Định nghĩa động năng: Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là năng lượng (kí hiệu là Wđ) mà vật đó có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức: Wđ = Đơn vị của động năng là Jun (J). b) Định lí biến thiên động năng: Khi vật chuyển động dưới tác dụng của lực từ vị trí có động năng đến vị trí có động năng , thì công do lực sinh ra bằng độ biến thiên động năng. 4. Thế năng a) Thế năng trọng trường: - Định nghĩa : Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. - Biểu thức thế năng trọng trường: Khi một vật khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức: Wt = mgz. Đơn vị của thế năng trọng trường: Jun (J). b) Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực: Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N. c) Thế năng đàn hồi: - Công của lực đàn hồi: Công thực hiện bởi lực đàn hồi khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng được xác định bằng công thức: Trong đó: k là độ cứng của lò xo ( N/m) là độ biến dạng của lò xo (m) A là công của lực đàn hồi. - Thế năng đàn hồi: Năng lượng của lò xo khi bị biến dạng và có giá trị bằng công của lực đàn hồi thực hiện khi dưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng. 5. Cơ năng: a) Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường: - Định nghĩa: Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng động năng và thế năng của một vật của một vật được gọi là cơ năng của vật trong trọng trường (gọi tắt là cơ năng của vật), kí hiệu là W. - 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. Hệ quả : - 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 đại và ngược lại. b) 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. c) 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 tác dụng 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. 2.1.2. Những kỹ năng cơ bản của phần “Các định luật bảo toàn” SGK vật lí lớp 10. - Kĩ năng quan sát thiên nhiên, nhận xét, phân tích dữ liệu thí nghiệm, đối chứng lí thuyết và thực nghiệm và hợp thức hóa kiến thức. - Kĩ năng vận dụng lý thuyết, kĩ năng tính toán, đổi đơn vị, kĩ năng vẽ hình trong việc giải bài tập. - Kĩ năng mô tả, giải thích các hiện tượng liên quan đến sự chuyển động, va chạm (va chạm mềm, va chạm đàn hồi). 2.1.3. Những khó khăn sai lầm mà học sinh gặp phải khi học phần “ Các định luật bảo toàn” Qua sự tìm hiểu hoạt động nhận thức của học sinh khi học phần “Các định luật bảo toàn” trong thời gian thực tập sư phạm, tôi nhận thấy HS thường gặp phải khó khăn, sai lầm sau đây: - Khó khăn trong việc chọn mốc thế năng để giải bài toán đơn giản nhất. - Khó khăn trong khi vận dụng tính bảo toàn của vécto động lượng, nhầm lẫn khi chỉ tính đến sự bảo toàn động lượng về độ lớn. - Khó khăn khi chọn xét hệ vật để cho hệ vật trong bài toán là hệ kín. - Chưa biết lựa chọn để sử dụng một cách thích hợp các thuật ngữ vật lí về mặt năng lượng để giải thích hiện tượng, giải các bài tập vật lí. - Khó khăn trong khi giải bài tập: phát hiện ra dấu hiệu đặc điểm hiện tượng để vận dụng các định luật bảo toàn. 2.2. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC BÀI “ ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG”. 2.2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng kiến thức: a) Các câu hỏi cơ bản và kết luận tương ứng cho từng đơn vị kiến thức: Câu hỏi 1: Dưới tác dụng của xung lượng của lực lên một vật, đại lượng nào đặc trưng cho trạng thái chuyển động của vật bị biến đổi? Kết luận: Dưới tác dụng của xung lượng của lực , tích biến đổi. Gọi đại lượng = là động lượng của vật. Độ biến thiên động lượng của vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của lực trong khoảng thời gian đó. Dạng khác của định luật II Newton: . Câu hỏi 2: Trong hệ cô lập gồm hai vật tương tác với nhau, tổng động lượng của hệ thay đổi như thế nào? Kết luận: Trong hệ cô lập, động lượng của mỗi vật biến đổi nhưng động lượng của cả hệ được bảo toàn. b) Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: Đơn vị kiến thức 1: Khái niệm động lượng Gia tốc vật thu được khi thay đổi vận tốc từ đến là:. Theo định luật II Newton: Suy ra: . Vế phải xuất hiện độ biến thiên của đại lượng - Đại lượng = biến thiên dưới tác dụng của xung lượng của lực , gọi là động lượng của vật. - Độ biến thiên động lượng của vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của lực trong khoảng thời gian đó. Dạng khác của định luật II Newton: . -Dưới tác dụng của lực lên vật có khối lượng m ,vật biến đổi vận tốc từ đến và thu được gia tốc . - Lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái của vật và tích gọi là xung lượng của lực. Dưới tác dụng của xung lượng của lực lên một vật, đại lượng nào đặc trưng cho trạng thái chuyển động của vật bị biến đổi? Tìm mối quan hệ giữa xung lượng của lực với khối lượng và các vận tốc của vật. là Đơn vị kiến thức 2 : Định luật bảo toàn động lượng. Khái niệm động lượng và khái niệm hệ cô lập. Động lượng của một vật thay đổi khi chịu tác dụng của xung lượng của lực tác dụng lên vật. Trong hệ cô lập, khi các vật tương tác với nhau, tổng động lượng của cả hệ có thay đổi không? Từ mối quan hệ giưa các lực tương tác giữa các vật tìm mối liên hệ giữa xung lượng của các lực đó, dẫn tới mối quan hệ giữa động lượng của các vật trong hệ. Theo định luật III Newton : Mặt khác: Trong hệ cô lập, đông lượng của mỗi vật biến thiên nhưng tổng động lượng của cả hệ được bảo toàn. Có thể kiểm tra kết luận trên như thế nào? Cho xe có khối lượng m1 chuyển động với vận tốc v trên máng không ma sát đến va chạm vào xe có khối lượng m2 đứng yên. Sau va chạm hai xe dính vào nhau cùng chuyển động với vận tốc V. So sánh kết quả tính toán tỉ số V/v với kết quả thu được từ thực nghiệm. Tính V/v theo định luật BTDL: (1) Sử dụng bộ thí nghiệm cần rung điện. -Cân khối lượng các vật. - Đo các khoảng cách giữa các chấm trên băng giấy trong những khoảng thời gian bằng nhau ở hai giai đoạn để xác định các vận tốc v và V.Tính tỷ số V/v. m1(kg) 0,16 0,16 0,16 (kg) 0,16 0,32 0,48 (m/s) 0,50 0,75 0,60 V 0,245 0,24 0,16 Kết quả: Các chuyển động cùng phương, cùng chiều. Chiếu phương trình (1) lên phương chuyển động: Vécto tổng động lượng của hệ cô lập được bảo toàn. 2.2.2. Mục tiêu dạy học: a) Mục tiêu trong khi học: - HS biết được định nghĩa và ý nghĩa xung lượng của lực. - HS biết được định nghĩa động lượng, khái niệm hệ cô lập. - HS xây dựng được biểu thức dạng khác của định luật II Newton. - HS xử lí số liệu thí nghiệm kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng. b) Mục tiêu sau khi học: - Phát biểu được khái niệm động lượng, định luật bảo toàn động lượng. - Viết được biểu thức dạng khác của định luật II Newton. - Vận dụng định luật bảo toàn động lượng giải thích một số hiện tượng và giải bài tập. 2.2.3. Đề kiểm tra kết quả học tập : Câu 1: Định nghĩa động lượng, phát biểu định luật bảo toàn động lượng. Định luật này được áp dụng trong những điều kiện nào? Câu 2. Một vật có khối lượng m1 = 1kg chuyển động với vận tốc v1= 3m/s đến va chạm vào vật hai có khối lượng m2= m1 đang chuyển động với vận tốc v2 = 2m/s. Sau va chạm hai vật dính vào nhau cùng chuyển động với vận tốc . Tính trong các trường hợp sau: a) , cùng hướng. b) , cùng phương, ngược chiều. c) . Đáp án : Câu 1 : - Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bằng công thức : - Định luật bảo toàn động lượng : Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. - Điều kiện áp dụng định luật : hệ vật xét phải là hệ cô lập (hệ gồm nhiều vật mà hệ không chịu tác dụng của ngoại lực hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau). Câu 2 : Chọn hệ vật gồm hai vật có khối lượng lấn lượt là m1 và m2. Do bỏ qua ma sát giữa các vật và mặt đường nên hệ vật là hệ cô lập. Theo định luật bảo toàn động lượng ta có : Chọn trục tọa độ là quỹ đạo chuyển động của hai vật, chiều dương là chiều chuyển động của vật 1 lúc đầu. Áp dụng trong từng trường hợp : a) cùng hướng. Chiếu phương trình (2) lên trục tọa độ : b) cùng phương, ngược chiều. Chiếu phương trình (2) lên trục tọa độ : c) Đặt Từ hình vẽ ta có : 2.2.4. Phương tiện dạy học: 1. Giáo viên: Bộ thí nghiệm cần rung điện kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng. 2.Học sinh: Ôn tập các kiến thức về gia tốc, định luật II Newton, định luật III Newton. 2.2.5. Tiến trình hoạt động dạy học: Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát, đặt vấn đề: 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 bi-a, 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 : . 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: 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 bi-a 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 lượng, ta xét bài toán sau: Phát phiếu học tập : Một vật có khối lượng m, đang chuyển động với vận tốc . Tác dụng lên vật lựckhông đổi trong thời gianthì vận tốc của vật đạt tới . 1.Tìm gia tốc vật thu được. 2.Tìm xung lượng của lực theo , và m. Nếu HS không làm được có thể gợi ý : - Viết công thức tính ? - liên hệ với như thế nào? Tổ chức cho HS thảo luận và thông báo: Vế trái chính là xung lượng của lực trong khoảng thời gian, vế phải xuất hiện sự biến thiên của tích . Người ta đặt . Gọi là động lượng của vật. O Động lượng của một vật là một đại lượng như thế nào? Thể chế hóa kiến thức, nhận xét câu trả lời của HS, rút ra kết luận. Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bởi công thức: 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 động lượng của vật, độ biến thiên động lượng được xác định như thế nào? Thể chế hóa kiến thức: 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. - 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. - Tác dụng lực lên vật trong khoảng thời gian ngắn. * Làm việc cá nhân trên phiếu học tập. Trình bày kết quả trước lớp và thảo luận. (1) HS có thể trả lời: + Động lượng bằng khối lượng . + Động lượng bằng khối lượng nhân véctơ vận tốc. + Động lượng là đại lượng vécto. * Ghi kết luận. HS: Từ biểu thức (1): HS: Ghi cách diễn đạt khác của định luật II Newton. 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 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 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? O Độ biến thiên động lượng của các vật bằng bao nhiêu, có đặc điểm gì? O Tổng độ biến thiên động lượng của cả hệ ? Gọi : là tổng động lượng của hệ. O Có thể suy luận gì về tổng động lượng của cả hệ trước và sau tương tác? Mở rộng vấn đề, thể chế hóa kiến thức: Người ta đã nghiên cứu hệ cô lập gồm nhiều vật và cho kết quả tương tự và được phát biểu như sau: Động lượng của một hệ cô lập được bảo toàn. Với n là số vật trong hệ cô lập. O Có thể kiểm tra kết quả trên như thế nào? 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. O Chọn hai vật tương tác như thế nào để có hệ hai vật là cô lập? O Đo các đại lượng đó như thế nào? Phương án nào khả thi nhất? Đồng ý với phương án thiết kế, nhận 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 lượng ở trên, thiết lập tỉ số giữa vận tốc của hai xe sau khi dính vào nhau cùng chuyển động (V) và vận tốc của xe 1 lúc đầu (v) ? O Từ bảng số liệu, hãy tính tỉ số V/v trong trường hợp m1=m2, m1=2m2, ? m1(kg) 0,16 0,16 0,16 (kg) 0,16 0,32 0,48 (m/s) 0,50 0,75 0,60 V 0,245 0,24 0,16 O So sánh kết quả thực nghiệm và kết 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 các vật chuyển theo các phương khác nhau định luật bảo toàn vẫn nghiệm đúng. Vậy, vécto động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. * HS ghi nhớ. - 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 HS: HS: Biến thiên động lượng của hệ bằng không, suy ra động lượng của cả hệ không đổi. . Tổng động lượng của hệ cô lập không thay đổi. * Phát biểu định luật. 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. - Khử ma sát giữa bánh xe và thanh ray trượt. * HS làm việc theo nhóm, sau đó cử đại diện báo cáo kết quả 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 chạm. * HS thảo luận theo nhóm: Nhóm 1: Từ định luật bảo toàn động lượng: Do các chuyển động cùng hướng nên có thể bỏ dấu vécto: Nhóm 2: Xử lí số liệu kết quả thí nghiệm: Nhận xét: HS: Trong phạm vi sai số cho phép, kết quả thực nghiệm phù hợp với lí thuyết xây dựng được. Vận dụng định luật, củng cố bài học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh a) Vận dụng định luật Nêu vấn đề: Định luật bảo toàn động lượng có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. Các ứng dụng quan trọng là giải các bài toán va chạm , làm cơ sở cho nguyên tắc chuyển động bằng phản lực. Bài toán hai vật xét trong phần thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng ở trên chính là một ví dụ về va chạm mềm: “Một vật có khối lượng m1 chuyển động với vận tốc trên mặt phẳng ngang nhẵn, đến va chạm với vật có khối lượng m2 đứng yên. Sau va chạm, hai vật dính vào và cùng chuyển động với vận tốc .Xác định vận tốc ”. Giới thiệu : Chuyển động của tên lửa là chuyển động của vật có khối lượng thay đổi (giảm đi trong quá trình chuyển động). O Giải thích nguyên tắc hoạt động của tên lửa? Nguyên tắc chuyển động của tên lửa có khác với nguyên tắc chuyển động của diều không ? Giả sử ban đầu tên lửa đứng yên. Sau khi lượng khí khối lượng m phụt ra phía sau với vận tốc , thì tên lửa khối lượng M chuyển động với vận tốc . O Hệ tên lửa có phải là hệ cô lập không? O Tìm vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí ? O Sau khi phụt khí tên lửa chuyển động theo hướng nào ? Yêu cầu hoàn thành câu hỏi C3. Nêu và giải thích chuyển động của súng sau khi bắn. b) Củng cố bài học: GV nhấn mạnh: - Ý nghĩa của xung lượng của lực tác dụng lên vật: làm thay đổi động lượng, xung lượng của lực càng lớn (lực càng mạnh tác dụng lên vật trong khoảng thời gian hữu hạn) thì động lượng biến thiên càng nhiều. - Khái niệm động lượng: Động lượng là một đại lượng vecto và xác định bằng biểu thức - Điều kiện để hệ vật là hệ cô lập: hệ không chịu tác dụng của ngoại lực ( hay ngoại lực rất nhỏ) hoặc có nhưng ngoại lực cân bằng nhau. - Định luật bảo toàn động lượng: Điều kiện áp dụng định luật: Hệ vật xét phải là hệ cô lập. Giao nhiệm vụ về nhà: + Làm bài tập 5,6,7,8,9 SGK. + Xem lại khái niệm công cơ học, công suất ở lớp 8. HS : Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ cô lập gồm hai vật (m1,m2): HS: Nguyên tắc hoạt động của diều là nhờ lực nâng của không khí tác dụng lên diều, còn tên lửa bay lên được là bằng phản lực của nó. HS: Có, do trong khoảng không gian vũ trụ, lực hút bởi các thiên thể tác dụng lên tên lửa rất nhỏ (không đáng kể) . HS: Tên lửa là một hệ cô lập nên động lượng của hệ được bảo toàn: HS: Từ công thức trên, ngược hướng với , nghĩa là tên lửa bay lên phía trước ngược hướng với khí phụt ra. HS: Sau khi bắn súng bị giật lại phía sau. Coi súng và đạn là một hệ cô lập. Động lượng ban đầu của hệ bằng không. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, khi bắn đạn bay về phía trước và súng bị giật lại phía sau. HS ghi nhớ và nhận nhiệm vụ học tập. Nội dung ghi bảng I. Động lượng : 1. Xung lượng của lực: - Định nghĩa: Xung lượng của lực trong khoảng thời gian bằng tích của lực tác dụng lên một vật và khoảng thời gian ấy. - Đơn vị xung lượng của lực là N.s. 2.Động lượng: Khái niệm động lượng: - Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bằng công thức : . - Động lượng là một vécto cùng hướng với vận tốc của vật. - Đơn vị của động lượng là kg.m/s. b) Cách diễn đạt khác của định luật II Newton. 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. Ý nghĩa: Lực đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian hữu hạn thì có thể gây biến thiên động lượng. II. Định luật bảo toàn động lượng. Hệ cô lập: Hệ cô lập là hệ gồm nhiều vật : - Hệ không có ngoại lực tác dụng. Ví dụ: Tên lửa chuyển động trong khoảng không gian vũ trụ xa các hành tinh. - Hệ có ngoại lực tác dụng nhưng các ngoại lực đó cân bằng nhau. Ví dụ: vật chuyển động trên đệm khí, hệ vật chuyển động trên mặt phẳng ngang không ma sát. 2. Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. 3. Va chạm mềm: Bài toán: Vật 1: m1, m1 m2 Vật 2: m2, Bỏ qua ma sát trên mặt phẳng ngang. Sau va chạm hai vật dính vào nhau cùng chuyển động với vận tốc . Tính ? Giải Hệ hai vật là hệ cô lập. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: Va chạm trên đây của hai vật là va chạm mềm. 4. Chuyển động bằng phản lực: Gọi m, là khối lượng, vận tốc của khí phụt ra sau. M,V là khối lượng, vận tốc chuyến động của tên lửa. Hệ tên lửa là hệ cô lập. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: Vậy tên lửa chuyển động ngược chiều với khí phụt ra. 2.3. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC BÀI “ THẾ NĂNG”. 2.3.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng kiến thức: a) Các câu hỏi cơ bản và kết luận tương ứng cần xây dựng: Câu hỏi 1: Thế năng trọng trường của một vật ở một độ cao z so với mặt đất được xác định như thế nào ? (có mối liên hệ gì với độ cao?). Kết luận: Thế năng trọng trường của một vật ở một độ cao z so với mặt đất là dạng năng lượng tương tác giữa Trái đất và vật , được tính bằng công của trọng lực tác dụng lên vật khi vật rơi từ độ cao z xuống mặt đất. Biểu thức: Wt= mgz. Câu hỏi 2: Giữa độ biến thiên thế năng trọng trường và công của trọng lực có mối liên hệ như thế nào? Kết luận: Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng độ biến thiên thế năng trọng trường tại M và N. Biểu thức : A = W tM –WtN = Wt. A > 0: Thế năng giảm. A < 0 : Thế năng tăng. Câu hỏi 3: Thế năng đàn hồi của lò xo khi lò xo bị biến dạng một đoạn được xác định như thế nào? (có mối liên hệ gì với độ biến dạng?) Kết luận: Thế năng đàn hồi của lò xo khi lò xo bị biến dạng là năng lượng của lò xo có khi bị biến dạng, được tính bằng công của lực đàn hồi tác dụng lên lò xo khi đưa nó từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: Đơn vị kiến thức 1: Khái niệm thế năng trọng trường. - Một búa máy đang ở độ cao z dưới tác dụng của trọng lực rơi xuống đất có khả năng sinh công (làm lún cọc), búa máy ở độ cao đó dự trữ năng lượng dưới dạng thế năng trọng trường. - Búa máy ở độ cao càng lớn, khi rơi trọng lực sinh công càng lón, do đó khả năng sinh công của búa máy càng lớn (cọc lún càng nhiều). W Công mà trọng lực tác dụng lên búa máy làm búa dịch chuyển từ độ cao z xuống mặt đất: A = P. z .cos 00 = mgz. Công A được định nghĩa là thế năng trọng trường của búa khi ở độ cao z. Thế năng trọng trường của một vật (búa máy) ở độ cao z so với mặt đất được xác định như thế nào ? (có mối liên hệ gì với độ cao của vật?) - Xác định công của trọng lực tác dụng lên búa làm cho búa dịch chuyển một đoạn đường từ độ cao z xuống mặt đất. - Từ đó xác định thế năng của búa ở độ cao z so với mặt đất. Thế năng trọng trường của một vật ở một độ cao z so với mặt đất là dạng năng lượng tương tác giữa Trái đất và vật, được tính bằng công của trọng lực tác dụng lên vật khi vật rơi từ độ cao z xuống mặt đất. Biểu thức: Wt= mgz. Đơn vị kiến thức 2: Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực. Thế năng trọng trường của vật ở độ cao z bằng công của trọng lực tác dụng lên vật khi vật dịch chuyển từ độ cao z xuống mặt đất. Thế năng trọng trường của vật có thể thay đổi. Giữa độ biến thiên thế năng trọng trường và công của trọng lực có mối liên hệ như thế nào? - Xác định thế năng của vật có khối lượng m tại hai vị trí M và N có độ cao lần lượt là zM và zN. - Xác định công của trọng lực làm dịch chuyển vật từ vị trí M đến vị trí N trong trọng trường. - Tìm mối quan hệ giữa công của trọng lực tác dụng lên vật và hiệu thế năng của vật khi vật dịch chuyển vị trí M đến vị trí N trong trọng trường. Thế năng của vật ở vị trí M và N lần lượt là: WtM = mgzM ; WtN = mgzN Công của trọng lực thực hiện làm vật dịch chuyển từ vị trí M đến vị trí N là: Ap = P.S cos00= mg(zM- zN). Mặt khác: = WtM – W tN = mgzM = mg( zM- zN). Do vậy: = Ap. Độ biến thiên thế năng trọng trường của vật tại vị trí M đến vị trí N bằng công của trọng lực làm vật dịch chuyển từ vị trí M đến vị trí N trong trọng trường. Biểu thức: = Ap. - Một vật ở độ cao z so với mặt đất có khả năng sinh công, dự trữ năng lượng dưới dạng thế năng trọng trường và được tính bằng công của trọng lực tác dụng lên vật khi vật rơi từ độ cao z xuống đất : Wt = mgz. - Một lò xo biến dạng cũng có khả năng sinh công, dự trữ năng lượng dưới dạng thế năng đàn hồi. - Độ biến dạng càng lớn thì khả năng sinh công càng lớn. Thế năng đàn hồi của lò xo khi lò xo bị biến dạng một đoạn được xác định như thế nào? (có mối liên hệ gì với độ biến dạng?) - Xét một lò xo có độ cứng k móc vào một vật, được đặt trên một mặt phẳng ngang nhẵn, làm biến dạng lò xo một đoạn . - Tính công của lực đàn hồi tác dụng lên lò xo khi lò xo biến dạng một đoạn , từ đó xác định thế năng đàn hồi của lò xo. Khi lò xo bị biến dạng, lò xo tác dụng lên vật lực đàn hồi . Lực này tuân theo định luật Húc : Lực đàn hồi có thể sinh công A= F s . Với nhỏ, có thể tính A bằng công của lực đàn hồi trung bình Ftb: Tương tự như thế năng trọng trường, công của lực đàn hồi được định nghĩa là thế năng đàn hồi. Thế năng đàn hồi của lò xo khi lò xo bị biến dạng là năng lượng của lò xo có khi biến dạng, được tính bằng công của lực đàn hồi tác dụng lên lò xo khi đưa nó từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng. Đơn vị kiến thức 3: Khái niệm thế năng đàn hồi. 2.3.2. Mục tiêu dạy học và đề kiểm tra kết quả học tập: 2.3.2.1. Mục tiêu dạy học: a) Mục tiêu trong khi học: - Biết sử dụng công thức tính công của trọng lực để xây dựng công thức thế năng trọng trường và biểu thức liên hệ giữa biến thiên thế năng trọng trường và công của trọng lực. - Biết cách tính công của lực đàn hồi, suy luận tương tự giống như trong trường hợp thế năng trọng trường để xây dựng khái niệm và biểu thức thế năng đàn hồi. - Áp dụng công thức tính thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi để giải các bài toán đơn giản. b) Mục tiêu sau khi học: - Phát biểu được định nghĩa trọng trường, trọng trường đều. - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng trọng trường, thế năng hấp dẫn. - Viết được công thức liên hệ giữa công của trọng lực và độ biến thiên thế năng trọng trường. - Vận dụng 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 thực hiện công âm, và ngược lại. + Thế năng tại mỗi vị trí có thể khác nhau tùy theo cách chọn mốc thế năng. Từ đó biết chọn mốc thế năng cho phù hợp trong việc giải bài toán liên quan đến thế năng. 2.3.2.2. Đề kiểm tra kết quả học tập: Câu 1: Nêu định nghĩa và viết biểu thức của thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. Câu 2: Khi một vật từ độ cao z, với cùng vận tốc đầu, bay xuống đất theo những đường khác nhau thì: A. độ lớn vận tốc chạm đất bằng nhau. B. thời gian rơi bằng nhau. C. công của trọng lực bằng nhau. D. gia tốc rơi bằng nhau. Hãy chọn câu sai. Câu 3. Một vật có khối lượng m=3kg được đặt ở một vị trí trong trọng trường và có thế năng tại vị trí đó bằng = 500 J. Thả tự do cho vật rơi tới mặt đất, tại đó thế năng của vật bằng = -900 J. a) Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất? b) Hãy xác định gốc thế năng đã được chọn ở đâu? c) Tìm vận tốc của vật khi đi qua vị trí gốc thế năng. Đáp án: Câu 1: - Thế năng trọng trường của một vật ở một độ cao z so với mặt đất là dạng năng lượng tương tác giữa Trái đất và vật, được tính bằng công của trọng lực tác dụng lên vật khi vật rơi từ độ cao z xuống mặt đất. Biểu thức: Wt= mgz. - Thế năng đàn hồi của lò xo khi lò xo bị biến dạng là năng lượng của lò xo có khi biến dạng, được tính bằng công của lực đàn hồi tác dụng lên lò xo khi đưa nó từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng. Biểu thức: Câu 2: Đáp án A. Câu 3: Chọn chiều dương của trục z hướng lên trên. a) m. b) Tại vị trí gốc thế năng, z = 0 m Vị trí ban đầu cao hơn vị trí gốc thế năng 17m. Có thể kiểm tra thế năng tại mặt đất: m. Tức là mặt đất thấp hơn vị trí gốc thế năng 30,6 m. c) m/s. 2.3.3. Phương tiện dạy học: 1. Giáo viên: Các ví dụ thực tế để minh họa về vật có thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi có thể sinh công. 2. Học sinh: - Ôn lại các khái niệm trọng lực, thế năng hấp dẫn, thế năng đàn hồi đã học trong chương trình lớp 8. - Ôn lại khái niệm công, cách tính công của lực. 2.3.4. Tiến trình hoạt động dạy học : 2.3.4.1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát và đặt vấn đề vào bài: Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát: Phát biểu định nghĩa công, biểu thức tính công trong trường hợp tổng quát? Phát biểu khái niệm động năng, mối liên hệ giữa công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng? Đề xuất vấn đề: Trong các trường hợp sau: + Một vật nặng đang ở trên cao + Cung tên đang giương. + Búa máy ở một độ cao nhất định. Các vật này có năng lượng không? Vì sao? Nếu có thì đó là dạng năng lượng nào? HS: Các vật có năng lượng vì chúng có khả năng sinh công. Dạng năng lượng đó là thế năng. Có mấy loại thế năng? HS: Có hai loại thế năng là thế năng hấp dẫn và thế năng đàn hồi. Ta đã biết, năng lượng gắn liền với chuyển động cơ học gọi là năng lượng cơ học. Trong bài trước, chúng ta đã tìm hiểu một dạng biểu hiện của cơ năng là động năng. Bài học hôm nay chúng ta nghiên cứu dạng năng lượng thứ hai chính là thế năng( GV ghi đề bài lên bảng). Giải quyết vấn đề học tập: Vấn đề 1: Khái niệm trọng trường. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Mọi vật ở xung quanh Trái Đất đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn do Trái Đất gây ra, lực này như đã biết gọi là trọng lực. Xung quanh Trái đất tồn tại một trọng trường. Vậy dấu hiệu nào để nhận biết trọng trường? Viết biểu thức của trọng lực ? Nếu đặt vật ở những vị trí khác nhau trong không gian thì trọng lực tác dụng lên vật có như nhau không? Tại sao? Thông báo: Trong khoảng không gian không quá rộng thì tại mọi điểm có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn. Trọng trường như vậy gọi là trọng trường đều. HS: Các vật trong trọng trường đều chịu tác dụng của trọng lực. HS: . HS: Không như nhau do gia tốc trọng trường phụ thuộc vào vị trí địa lý. Vấn đề 2 : Khái niệm thế năng trọng trường. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Đề xuất vấn đề: Ở lớp 8 các em đã được biết, một vật ở một độ cao bất kì so với mặt đất có khả năng sinh công nên vật dự trữ năng lượng dưới dạng thế năng. Ta xét ví dụ sau: Thả một búa máy từ độ cao z rơi xuống đập vào cọc làm cọc đi sâu và đất một đoạn s. Lực nào tác dụng lên búa và thực hiện công khi búa rơi ? Khi tăng độ cao z của búa thì khi búa rơi, độ lún của cọc thay đổi như thế nào? Khái quát: Khi búa ở độ cao z so với mặt đất, búa dự trữ năng lượng. Dạng năng lượng này gọi là thế năng trọng trường. Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật ; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. Khi rơi từ độ cao z càng lớn, trọng lực tác dụng lên búa sinh công càng lớn, khả năng sinh công của búa máy càng lớn (cọc lún càng nhiều), thế năng của búa càng lớn. Vậy thế năng của một vật ở độ cao nào đó so với mặt đất được xác định như thế nào ? (có mối liên hệ gì với độ cao của vật?). Vật ở độ cao z có thế năng là do vật có khả năng sinh công. Mặt khác, trọng lực tác dụng lên vật thực hiện công trong quá trình vật rơi, nên có thể tính thế năng trọng trường của vật thông qua công của trọng lực tác dụng lên vật. Tính công trọng lực thực hiện khi búa rơi từ độ cao z xuống đất? Thông báo: Giá trị năng lượng mà vật có được do vật ở độ cao z so vói mặt đất gọi là thế năng trọng trường, kí hiệu là Wt, được tính bằng công trọng lực thực hiện làm vật rơi từ độ cao z xuống đất. Wt = A = mgz. Xác định đơn vị của thế năng? Đưa ra khái niệm mốc thế năng: Thế năng là một đại lượng năng lượng có tính tương đối, phụ thuộc vào vị trí trong không gian. Do vậy, phải chọn mốc thế năng. Mốc thế năng là vị trí mà tại đó thế năng của vật bằng không. Theo công thức trên, mốc thế năng được chọn ở đâu? Tuy nhiên, người ta còn có thể chọn mốc thế năng ở vị trí khác sao cho thuận lợi trong tính toán. Cụ thể ta xét bài toán sau : Yêu cầu trả lời câu hỏi C3 : Nếu chọn mốc thế năng tại vị trí O thì tại điểm nào : thế năng = 0 ? thế năng > 0 ? thế năng < 0 ? HS : Trọng lực tác dụng và thực hiện công khi búa rơi. HS : Độ cao của búa càng lớn thì cọc bị lún càng nhiều. HS : Thế năng trọng trường của vật tỉ lệ thuận với độ cao của vật với mặt đất. HS : Công trọng lực thực hiện được: A = P.z = mgz. HS : Viết biểu thức định nghĩa thế năng trọng trường. Wt = mgz. HS : Đơn vị của thế năng trọng trường là đơn vị của năng lượng. [Wt] = J. HS : Mốc thế năng chọn tại mặt đất. HS : Nếu chọn mốc thế năng tại O thì: Tại O: Wt= 0. Tại A: WtA>0. Tại B: WtB< 0. Vấn đề 3: Tìm hiểu mối liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Trong phần trước ta đã tính thế năng trọng trường thông qua công của trọng lực, tức là giữa chúng có mối liên hệ với nhau. Với mốc thế năng đã chọn trước, khi vật dịch chuyển trong trọng trường, thế năng của vật có thay đổi không? Giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực có mối liên hệ với nhau như thế nào? Ta xét bài toán sau: Một vật rơi từ điểm M có độ cao zM đến điểm N có độ cao zN trong trọng trường. Hãy xác định thế năng trọng trường tai M và N so với mặt đất, từ đó xác định độ biến thiên thế năng ? Tính công của trọng lực tác dụng lên vật khi vật dịch chuyển từ M đến N ? So sánh độ biến thiên thế năng và công của trọng lực và rút ra nhận xét ? Hãy xét dấu của công , khi thế năng tăng, giảm ? Nhận xét câu trả lời, rút ra hệ quả : - Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương. - Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công dương. Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C4. Bài toán: Một vật có khối lượng m rơi từ A xuống mặt đất. A zB B C zC a) Tính thế năng của vật tại B và C khi chọn mốc thế năng tại: + mặt đất. + tại C. b) Tính hiệu thế năng của vật giữa hai điểm B và C trong hai trường hợp trên. Hướng dẫn học sinh thảo luận: -Phân công nhiệm vụ cho 2 nhóm. Hiệu thế năng trọng trường có phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng không? HS: Thế năng của vật có thể thay đổi được. ??? * HS giải bài toán, thảo luận để có kết quả đúng: WtM = mgzM ; WtN = mgzN. Độ biến thiên thế năng: =WtM – WtN= mgzM- mgzN = mg( zM-zN). Công của trọng lực thực hiện khi vật rơi từ M đến N: A= mg(zM- zN) HS: = A. (1) Độ biến thiên thế năng bằng công của trọng lực thực hiện . HS suy luận: > 0WtM> WtN : thế năng tăng A > 0. < 0WtM< WtN : thế năng giảm A< 0. Nhóm 1: giải với trường hợp chọn mốc thế năng tại mặt đất. WtB = mg zB ; WtC = mgzC. = WtB – WtC = mg( zB- zC). Nhóm 2: giải bài toán trong trường hợp chọn mốc thế năng tại C. WtB = mg(zB – zC). WtC = 0. = mg( zB – zC). HS thảo luận cả lớp rút ra nhận xét: Hiệu thế năng không phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng. Vấn đề 4: Khái niệm thế năng đàn hồi. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Lấy ví dụ: Lắp mũi tên vào cung tên và giương cung. Điều gì xảy ra nếu ta buông tay ra khỏi dây cung và mũi tên? Điều này chứng tỏ khả năng gì của cung tên khi giương lên? Nói chung, các vật bị biến dạng có khả năng thực hiện công hay dự trữ năng lượng và khả năng thực hiện công phụ thuộc vào độ biến dạng của vật. Ở lớp 8 các em đã biết dạng năng lượng đó chính là thế năng đàn hồi. Thế năng đàn hồi của vật được xác định như thế nào? Trong phần trên, ta xác định thế năng trọng trường thông qua tính công của lực đàn hồi. Một cách tương tự, có thể tính thế năng đàn hồi thông qua công của lực đàn hồi. Xét bài toán sau: Một vật có khối lượng m gắn vào lò xo đàn hồi có độ cứng k, đầu kia lò xo giữ cố định. Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng rồi thả. Khi kéo vật khỏi vị trí cân bằng, vật chịu tác dụng của lực nào? Độ lớn của lực đàn hồi xác định như thế nào? Hãy tính công của lực đàn hồi làm lò xo chuyển từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng? Hướng dẫn HS, phân tích sai lầm: Công thức tính công A= F.s chỉ áp dụng trong trường hợp lực tác dụng là không đổi. Do lực đàn hồi thay đổi trong quá trình vật dịch chuyển nên để tính công của lực cần tính qua công của lực đàn hồi trung bình. - Chọn chiều dương là chiều tăng độ dài của lò xo. Nếu xét trong khoảng biến dạng l rất nhỏ của lò xo, lực đàn hồi trung bình bằng bao nhiêu? Tính công của lực đàn hồi trung bình? Tương tự như thế năng trọng trường, ta xác định thế năng đàn hồi có giá trị bằng công của lực đàn hồi. Biểu thức của thế năng đàn hồi xác định như thế nào? Thể chế hóa kiến thức: Thế năng đàn hồi của lò xo khi lò xo bị biến dạng là năng lượng của lò xo có khi biến dạng, được tính bằng công của lực đàn hồi tác dụng lên lò xo khi đưa nó từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng. - Mũi tên lao về phía trước. - Chứng tỏ cung khi bị giương (biến dạng) có khả năng thực hiện công, do đó có dự trữ năng lượng. ??? - Khi kéo vật, lò xo bị biến dạng xuất hiện lực đàn hồi. - Theo định luật Húc: Fdh = - kl. * HS thảo luận, có thể tính: Công của lực đàn hồi A= F.s Trong đó:| F| = k|l| ; s = |l| Suy ra A= kl. l = k(l)2. HS: Lực đàn hồi trung bình: HS: Công của lực đàn hồi: Biểu thức thế năng đàn hồi: . Vấn đề 5: Củng cố - Tổng kết bài học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nhấn mạnh các nội dung chính của bài học: Định nghĩa thế năng trọng trường, biểu thức của thế năng trọng trường? Giữa biến thiên thế năng trọng trường và công của trọng lực có mối liên hệ như thế nào? Định nghĩa thế năng đàn hồi? Biểu thức thế năng đàn hồi? Yêu cầu trả lời các câu hỏi 1,2 và làm bài tập 3,4,5,6 SGK. * Các cá nhân trả lời và tự nhận xét câu trả lời. HS: Ghi nhớ và thực hiện. Nội dung tóm tắt trình bày bảng Bài 26: Thế năng. I. Thế năng trọng trường. 1. Trọng trường: - Mọi vật xung quanh trái đất đều chịu tác dụng của trọng lực: . - Biểu hiên của trọng trường là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên một vật khối lượng m đặt tại một vị trí bất kì trong khoảng không gian có trọng trường. - Trọng trường đều: Khoảng không gian trong đó vecto gia tốc trọng trường tại mọi điểm có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn. 2. Thế năng trọng trường: a) Định nghĩa: Thế năng trọng trường là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. b) Biểu thức của thế năng trọng trường: - Công của trọng lực thực hiện khi vật rơi từ độ cao z : A = mgz. Công A được định nghĩa bằng giá trị của thế năng trọng trường. - Biểu thức của thế năng trọng trường của vật ở độ cao z (chọn mốc thế năng tại mặt đất) : Wt = mgz. 3. Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công trọng lực: AMN = WtM - WtN. Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N. II. Thế năng đàn hồi: 1. Công của lực đàn hồi: 2. Thế năng đàn hồi: Thế năng đàn hồi bằng công của lực đàn hồi. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Trong chương này tôi đặc biêt quan tâm tới những vấn đề sau: - Trên cơ sở nghiên cứu nội dung kiến thức hai bài “ Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng” và “ Thế năng” thuộc chương “Các định luật bảo toàn”, nhằm xác định mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kĩ năng HS cần nắm vững, tôi đã vận dụng các quan điểm, lý luận đã trình bày ở chương 1 thiết kế phương án dạy học hai bài trên. - Các phương án dạy học đó đều được soạn thảo theo một mẫu thống nhất, phù hợp với các sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức đã dự kiến nhằm phát huy tính tích cực, tìm tòi giải quyết vấn đề của HS giúp HS nắm vững được các kiến thức, đồng thời giúp HS tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề. Qua đó, giúp các em vận dụng được các kiến thức đã học để giải thích, làm bài tập có liên quan đến phần “ Các định luật bảo toàn”. - Trong mỗi bài học tôi đều tổ chức các tình huống học tập để đưa HS vào hoạt động giải quyết vấn đề. Các tình huống đó đều chứa đựng vấn đề cần giải quyết từ đó dẫn HS tới việc suy luận lý thuyết, dự đoán mối quan hệ giữa các kiến thức cần xây dựng, đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán, thiết kế các phương án thí nghiệm đơn giản để chính xác hóa kiến thức cần xây dựng. Quá trình định hướng diễn ra theo các pha của tiến trình giải quyết vấn đề. Khi hướng dẫn HS giải quyết vấn đề, tôi đã sử dụng định hướng khái quát chương trình hóa để hướng dẫn việc học tập của HS nhằm phát huy tính tích cực, tìm tòi giải quyết vấn đề trong quá trình xây dựng kiến thức. KẾT LUẬN CHUNG Căn cứ vào mục đích và nhiệm vụ của đề tài, qua quá trình nghiên cứu tôi đã đạt được một số kết quả sau: Trình bày rõ được những cơ sở lí luận liên quan tới việc tổ chức tình huống học tập, định hướng hoạt động nhận thức tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của học sinh. Căn cứ vào lí luận về các bước thiết kế phương án dạy học một bài học cụ thể, đề tài đã thiết kế được tiến trình hoạt động dạy học hai bài “ Động lượng- Định luật bảo toàn động lượng” , “Thế năng” (SGK vật lí 10) với các ý tưởng lôi cuốn được HS hoạt động tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề, chiếm lĩnh kiến thức. Tìm hiểu thực tế dạy học các bài “ Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng” và “ Thế năng” ở trường phổ thông, tìm ra những khó khăn sai lầm HS hay mắc phải, tìm cách khắc phục thông qua việc xây dựng phương án dạy học hai bài này. Trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài, với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong tổ phương pháp giảng dạy, đặc biệt là sự giúp đỡ của cô Lê Thị Oanh cả về mặt lí thuyết và thực hành, những nhiệm vụ đặt ra cho đề tài đã tương đối hoàn thiện. Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu có hạn, bên cạnh đó tôi chưa có điều kiện thực nghiệm nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Tôi kính mong các thầy cô giáo giúp đỡ, đóng góp ý kiến để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn, hạn chế những thiếu sót trong nhận thức của bản thân để công việc giảng dạy sau này được hoàn thiện hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nghị quyết lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản khóa 7 về sự tiếp tục giáo dục và đào tạo (2/1994). Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (2001): Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lí ở trường Phổ thông, NXB Đại học quốc gia Hà Nội. Phạm Hữu Tòng (2001), Lí luận dạy học vật lí ở trường trung học, NXB Giáo dục. Phạm Hữu Tòng (1996), Hình thành kiến thức, kĩ năng phát triển trí tuệ và năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí, NXB Giáo dục. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên (2006), thực hiện chương trình sách giáo khoa lớp 10 THPT môn vật lí, NXB Giáo dục. Phạm Hữu Tòng (2004), Dạy học vật lí ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ, sáng tạo và tư duy khoa học (NXB Đại học sư phạm). Sách giáo viên Vật lí 10, NXB Giáo dục. Lương Duyên Bình, Vật lí đại cương tập 1, NXB Giáo dục. Lêi c¶m ¬n! Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS Lê Thị Oanh, người đã giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban chủ nhiệm khoa, các thầy cô trong khoa Vật lí Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội cùng tập thể các thầy cô giáo trong tổ bộ môn Lí luận và Phương pháp giảng dạy đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt bốn năm học đại học và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Sau nữa, tôi muốn nói lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình và bạn bè, những người đã động viên giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong học tập cũng như trong cuộc sống. Hà Nội, tháng 5 năm 2008 Sinh viên Doãn Thị Thảo Anh KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. Học sinh HS 2. Giáo viên GV 3. Sách giáo khoa SGK 4. Câu hỏi đặt ra cho học sinh O 5. Hoạt động trình diễn, thông báo của giáo viên 6. Nhà xuất bản NXB MỤC LỤC