- Biết cách thiết lập định luật bảo toàn cơ năng trong các trường hợp cụ thể lực tác dụng là trọng lực và lực đàn hồi.. Cơ năng là năng lượng cơ học bằng tổng động năng và thế năng : W =
Trang 1Bài 30
ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG
I MỤC TIÊU
- Nắm vững khái niêm cơ năng gồm tổng động năng và thế năng của vật
- Biết cách thiết lập định luật bảo toàn cơ năng trong các trường hợp cụ thể lực tác dụng là trọng lực và lực đàn hồi Từ đó mở rộng thành định luật tổng quát khi lực tác dụng là lực thế nói chung
II CHUẨN BỊ
- Tranh ; Thước ; Con lắc đơn và con lắc lò xo
III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Ổn định lớp học
1) Kiểm tra bài củ :
+ Câu 01 : Nêu các đặc điểm của lực đàn hồi và công thức xác định nó ?
+ Câu 02 : Tính công mà lực đàn hồi thực hiện trong biến dạng của lò xo Công này liên hệ với độ biến thiên thế năng đàn hồi như thế nào ?
+ Câu 03 : Viết biểu thức của thế năng đàn hồi Nêu các tính chất của thế năng này ?
2) Nội dung bài giảng :
Trang 2Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh
I THÀNH LẬP ĐỊNH LUẬT
1/ Trường hợp trọng lực :
GV : Xét một vật có khối lượng m
rơi tự do, lần lượt qua hai vị trí A và
B tương ứng với các độ cao h1 và h2,
tại đó vật có vận tốc tương ứng là v1
và v2
Theo định lý động năng, các em
hãy cho biết công do trọng lực thực
hiện như thế nào ?
HS : công do trọng lực thực hiện
bằng độ tăng động năng của vật :
A12 = Wd2 – Wd1 =
2 2
2 1 2
mv
(1)
Gv : Mặt khác trọng lực là lực thế ,
các em cho biết công do trọng lực
thực hiện được tính như thế nào ?
HS : công do trọng lực thực hiện
I THÀNH LẬP ĐỊNH LUẬT
1/ Trường hợp trọng lực :
- Xét một vật có khối lượng m rơi
tự do, lần lượt qua hai vị trí A và B tương ứng với các độ cao h1 và h2, tại
đó vật có vận tốc tương ứng là v1 và
v2
- Theo định lý động năng, công do trọng lực thực hiện bằng độ tăng động năng của vật :
A12 = Wd2 – Wd1 =
2 2
2 1 2
mv
(1)
- Trọng lực là lực thế , công do trọng lực thực hiện bằng độ giảm thế năng của vật trong trọng trường :
A12 = Wt1 – Wd2 = mgh1 – mgh2 (2)
Trang 3bằng độ giảm thế năng của vật trong
trọng trường :
A12 = Wt1 – Wd2 = mgh1 – mgh2
(2)
GV hướng dẫn HS so sánh (1) và
(2)
Wdh + Wt = const W =
const
GV : Ở đây cần biết rằng khái niệm
cơ năng Cơ năng là năng lượng cơ
học bằng tổng động năng và thế năng
: W = Wđ + Wt
Như vậy các em có nhận xét như
thế nào về sự biến đổi năng lượng
của một vật chuyển động chỉ chịu tác
dụng của trọng lực ?
HS : Trong quá trình chuyển động,
nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng
lực, động năng có thể chuyển thành
thế năng và ngược lại, nhưng tổng
của chúng, tức là cơ năng của vật
được bảo toàn
- So sánh (1) và (2) , ta có :
mgh1 – mgh2 =
2 2
2 1 2
mv
2
2 1
mv
+ mgh1 =
2
2 2
mv
+ mgh2
2
2
mv
+ mgh = const
Wdh + Wt = const W = const
* Kết luận : Trong quá trình chuyển
động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, nhưng tổng của chúng, tức là cơ năng của vật được bảo toàn
2/ Trường hợp lực đàn hồi
- Xét một con lắc lò xo gồm một quả cầu nhỏ khối lượng m dao động quanh vị trí cân bằng, lần lượt qua hai vị trí A và B tương ứng với các tọa độ x1 và x2, tại đó vật có vận tốc tương ứng là v1 và v2
Trang 42/ Trường hợp lực đàn hồi
GV : Xét một con lắc lò xo gồm một
quả cầu nhỏ khối lượng m dao động
quanh vị trí cân bằng, lần lượt qua
hai vị trí A và B tương ứng với các
tọa độ x1 và x2, tại đó vật có vận tốc
tương ứng là v1 và v2
Theo định lí động năng, công do lực
đàn hồi thực hiện được tính như thế
nào ?
HS : Theo định lí động năng, công
do lực đàn hồi thực hiện bằng độ
tăng động năng của vật : A12 = Wd2 –
Wd1 =
2 2
2 1 2
mv
(1)
GV : Lực đàn hồi là lực thế, công do
lực đàn hồi thực hiện được tính như
thế nào ?
HS : công do lực đàn hồi thực hiện
bằng độ giảm thế năng của vật :
A12 = Wt1 – Wt2 =
2 2
2 2 2
kx
(2)
- Theo định lí động năng, công do lực đàn hồi thực hiện bằng độ tăng động năng của vật :
A12 = Wd2 – Wd1 =
2 2
2 1 2
mv
(1)
- Lực đàn hồi là lực thế, công do lực đàn hồi thực hiện bằng độ giảm thế năng của vật :
A12 = Wt1 – Wt2 =
2 2
2 2 2
kx
(2)
So sánh (1) và (2) ta có :
2 2
2 2 2
kx
=
2 2
2 1 2
mv
2 2
2 1 2
mv
=
2 2
2 2 2
mv
2 2
2 2
kx mv
= const
Wdh + Wtn = const
W = const
* Kết luận : Trong quá trình chuyển động, động năng có thể chuyển thành
Trang 5GV hướng dẫn HS so sánh (1) và
(2)
Wdh + Wtn = const W =
const
GV : Như vậy các em có nhận xét
như thế nào về sự biến đổi năng
lượng của một vật chuyển động chỉ
chịu tác dụng của lực đàn hồi ?
HS : Trong quá trình chuyển động,
nếu vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn
hồi, động năng có thể chuyển thành
thế năng và ngược lại, nhưng tổng
của chúng, tức là cơ năng của vật
được bảo toàn
3/ Định luật bảo toàn cơ năng
GV : Chúng ta cũng biết rằng trọng
lực hay lực đàn hồi được gọi là lực
thế, qua hai trường hợp trên các em
cho biết khi một vật chuyển động chỉ
dưới tác dụng của lực thế thì cơ năng
của chúng có gí trị như thế nào ?
HS : khi một vật chuyển động chỉ
thế năng và ngược lại, nhưng tổng cửa chúng, tức là cơ năng của vật được bảo toàn
3/ Định luật bảo toàn cơ năng
Cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng của những lực thế luôn được bảo toàn
II BÀI TẬP ÁP DỤNG
Bài 01 : Một vật bắt đầu chuyển động trên một mắc dốc có hình dạng bất kỳ từ độ cao 1m so với mặt nằm ngang chọn làm mốc Tìm vận tốc của vật khi nó tới chân dốc Bỏ qua mọi ma sát
Bài giải
Vì chuyển động không có ma sát nên phãn lực N
của mặt dốc tác dụng lên vật luôn vuông góc với phương chuyển dời và do đó không thực hiện công
Trang 6dưới tác dụng của lực thế thì cơ năng
của chúng có giá trị không thay đổi
Định luật bào toàn cơ năng
II BÀI TẬP ÁP DỤNG
GV :
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
+ Tại vị trí xuất phát :
Wđ1 = 0 ; Wt1 = mgh
+ Tại chân dốc :
Wđ2 =
2
2
mv
; Wt2 = 0
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng :
Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2
mgh =
2
2
mv
v = 2gh = 2 9 , 8 1= 4,4 m/s
Bài 02 : Xét một con lắc đơn Thả cho con lắc chuyển động tự do từ vị trí mà dây hợp so với phương thẳng đứng một góc Tìm vận tốc của con lắc ở điểm thấp nhất
Bài giải
Chọn O làm mốc để tính độ cao của vật
+ Khi đó vật A có độ cao h với O là :
Trang 7HO = h = l(1 – cos)
Thế năng của vật là : Wt1 = mgl(1 – cos)
Động năng của vật : Wđ1 = 0
+ Khi vật tới O :
Thế năng của vật : Wt2 = 0
Động năng của vật : Wđ1 =
2
2
mv
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng :
Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2
2
2
mv
= mgl(1 – cos)
v = 2gl( 1 cos)
3) Cũng cố :
1/ Thế nào là cơ năng của một vật ? Ví dụ ?
2/ Thành lập định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lực ?
3/ Thành lập định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp đàn hồi ?
Trang 84) Dặn dò học sinh :
- Trả lời câu hỏi 1 ; 2; 3 và 4
- Làm bài tập : 1; 2 và 3