Giáo án bài 27 cơ năng

Về kĩ năng - Vận dụng được định luật bảo toàn cơ năng để giải được bài toán chuyển động của một vật..  Mục tiêu hoạt động: + Giúp học sinh hiểu được định nghĩa cơ năng của vật chuyển độ

Tiết 44 - Bài 27:

CƠ NĂNG

1 Về kiến thức

- Phát biểu được định nghĩa cơ năng và viết được biểu thức của

cơ năng

- Thiết lập và viết được công thức tính cơ năng trong các trường hợp cụ thể lực tác dụng là trọng lực và lực đàn hồi

- Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng và viết được hệ thức của định luật này

2 Về kĩ năng

- Vận dụng được định luật bảo toàn cơ năng để giải được bài toán chuyển động của một vật

3 Về thái độ

- Học sinh nghiêm túc trong giờ học

- Có hứng thú trong giờ

4 Phát triển năng lực HS

- Năng lực tự học

- Năng lực tính toán

- Năng lực tìm kiếm kiến thức

- Năng lực giải quyết vấn đề

1 Giáo viên

- Chuẩn bị kế hoạch bài dạy

- Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm: Con lắc đơn

2 Học sinh

- Ôn tập lại các kiến thức đã học: “Động năng, Định lí động năng”,”Thế năng, Thế năng trọng trường, Thế năng đàn hồi”

- Đọc bài mới trước khi đến lớp

III Tổ chức hoạt động dạy và học

1 Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số

2 Hoạt động khởi động:

- Mục tiêu: Định hướng vào bài học

- Cách tổ chức: Cho HS quan sát thí nghiệm

Thí nghiệm: Sử dụng một con lắc đơn bao gồm một vật nhỏ có khối lượng m và được mắc vào một sợi dây không dãn chiều dài l Đưa vật lên một độ cao xác định rồi thả cho vật chuyển động tự do GV: Yêu cầu học sinh quan sát thí nghiệm và trả lời câu hỏi

? Trong quá trình chuyển động thì động năng và thế năng của vật

thay đổi như thế nào?

HS: Suy nghĩ và trả lời câu hỏi:

Trả lời: Khi vật đi xuống thì động năng tăng và thế năng giảm Khi vật đi lên thì ngược lại

GV: Các em đã thấy trong quá trình chuyển động của vật, khi thế năng giảm thì động năng tang và ngược lại Nhưng liệu tổng động năng và thế năng của vật có thay đổi không? Để trả lời được câu hỏi này, chúng ta sẽ nghiên cứu bài học hôm nay

- Sản phẩm: HS ghi nhận và phát hiện vấn đề để vào bài mới

3 Hoạt động hình thành kiến thức mới

a Hoạt động 1: Tìm hiểu cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường

 Mục tiêu hoạt động:

+ Giúp học sinh hiểu được định nghĩa cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường và viết được biểu thức của cơ năng + Giúp học sinh hiểu được định luật bảo toàn cơ năng và hệ quả của của định luật

 Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của GV Hoạt động của HS Sản phẩm, nội dung

kiến thức cần đạt

Đầu tiên, ta sẽ tìm hiểu định

nghĩa cơ năng của vật chuyển

động trong trọng trường

GV: Khi một vật đang chuyển

động và chịu tác dụng của lực

thế thì năng lượng mà nó nhận

được có cả động năng và thế

năng của vật Người ta gọi

tổng động năng và thế năng

của vật là cơ năng của vật

Kí hiệu cơ năng của vật là W

GV: Yêu cầu HS dựa vào định

nghĩa GV vừa phát biểu Hãy

viết biểu thức của cơ năng:

W = Wđ + Wt

Viết tường minh:

HS lắng nghe

HS trả lời Biểu thức của cơ năng:

W = Wđ + Wt

I, Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường

1, Định nghĩa

W = Wđ + Wt

 W = mv2 + mgz

W = mv2 + mgz

GV đặt vấn đề: Ta thấy, khi

động năng tăng thì thế năng

giảm và ngược lại Vậy thì cơ

năng là tổng động năng và thế

năng liệu có thay đổi hay

không hay thay đổi như thế

nào? Thì ta sẽ tìm hiểu qua

phần 2

GV: Xét một vật khối lượng m

chuyển động trong trọng

trường từ vị trí M đến vị trí N

Giả sử trong quá trình chuyển

động vật chỉ chịu tác dụng của

trọng lực

Hướng dẫn:

+ Từ M đến N thì vận tốc tăng

=> động năng tăng

Ta có độ biến thiên động năng

bằng động năng lúc sau

WđN - WđM = AP

+ Từ M đến N thì thế năng

giảm Ta có độ giảm thế năng

từ M đến N sẽ bằng công của

trọng lực

WtM – WđN = AP

Từ 2 biểu thức, ta thấy độ tăng

của động năng bằng độ giảm

của thế năng

Ta chuyển WđN sang vế phải

và WđN sang vế trái:

WđM + WtM= WtN + WđN

Mà ta đã biết động năng và thế

năng tại một vị trí chính là cơ

năng của vị trí đó

+ Trong quá trình chuyển

động từ M đến N thì cơ năng

của vật không thay đổi hay cơ

HS lắng nghe

HS lắng nghe

HS nghiên cứu và phát biểu định luật

2, Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường M

m

N

WM = WN

*Định luật: (SGK)

W = Wđ + Wt (*) Hay

năng của vật được bảo toàn.

GV yêu cầu HS nghiên cứu

sách giáo khoa và phát biểu

định luật bảo toàn cơ năng

Từ định luật bảo toàn cơ năng

thì ta có những hệ quả sau:

Từ biểu thức (*) ta có tổng cơ

năng là một đại lượng không

đổi, chỉ có động năng và thế

năng biến đổi qua lại lẫn nhau

 Nhận xét thứ nhất: Nếu

động năng giảm thì thế năng

tăng và ngược lại

 Tại một vị trí nào đó

động năng cực đại thì thế

năng cực tiểu và ngược lại

GV yêu cầu HS đọc và làm

câu C1 vào vở

Hướng dẫn:

a, Ta sẽ xét cơ năng tại A và

cơ năng tại B Khi bỏ qua các

tác dụng của lực cản, lực ma

sát thì cơ năng sẽ bảo toàn và

tại A và B là hai vị trí cao nhất

ở hai bên nên động năng = 0

Ta suy ra WtA = WtB vì cơ năng

bằng nhau

=>mgzA = mgzB

=>zA = zB

z là độ cao của A và B do đó

thì A sẽ đối xứng với B qua

CO

b Khi động năng cực đại thì

thế năng có giá trị nhỏ nhất

Có nghĩa là vật ở vị trí thấp

nhất Chính là tại vị trí O

Khi động năng cực tiểu thì thế

năng có giá trị lớn nhất Có

nghĩa là vật ở vị trí cao nhất

Chính là vị trí A và B

c Khi động năng chuyển hóa

thành thế năng thì động năng

C1:

a.WA=WB

mà WđA = WđB = 0

=>WtA = WtB

=>mgzA = mgzB

=>zA = zB

do đó thì A sẽ đối xứng với B qua CO

mv2 + mgz = const

3, Hệ quả

-Nếu Wđ thì Wt và ngược lại

-Tại một vị trí nếu Wđ max thì Wt min và ngược lại

sẽ giảm và thế năng sẽ tăng

Động năng giảm khi mà vật đi

từ vị trí thất đến vị trí cao

Quan sát hình vẽ ta thấy vật đi

từ O đến B và từ O đến A thì

hóa thành thế năng Và

ngược lại

b Hoạt động 2:Tìm hiểu cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

 Mục tiêu hoạt động: Giúp học sinh hiểu được khi vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi thì cơ năng sẽ được tính theo công thức nào?

 Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của GV Hoạt động của HS Sản phẩm, nội dung

kiến thức cần đạt Như trên, ta đã khảo sát cơ

năng chuyển động trong trọng

trường Bây giờ ta sẽ tìm hiểu

cơ năng của vật chịu tác dụng

của lực đàn hồi

GV: Xét một vật gắn vào đầu

lò xo Còn đầu kia của lò xo

gắn cố định Cho vật chuyển

động thì ta thấy trong quá

trình chuyển động vật tồn tại

hai dạng năng lượng là động

năng chuyển động của vật và

thế năng đàn hồi của lò xo

Tổng động năng và thế năng

đàn hồi là cơ năng của vật

chịu tác dụng của lực đàn hồi

Như vậy, ta có nội dung định

luật của cơ năng của vật chịu

tác dụng của lực đàn hồi

GV: Yêu cầu học sinh nghiên

cứu sách giáo khoa và phát

biểu định luật

W=mv2 + k(l)2 = const

HS: Phát biểu định luật

II, Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

W=mv2 + k(l)2 = const

GV: Yêu cầu HS đọc yêu cầu

và giải câu C2

Hướng dẫn:

Tóm tắt đề bài:

h=5m

vA=0

vB=6m/s

g=10m/s

Hỏi: So sánh WA và WB? Giải

thích

Đề bài hỏi cơ năng có bảo

toàn không? Có nghĩa là ta sẽ

xác định cơ năng tại A và cơ

năng tại B và so sánh hai cơ

năng này Nếu nó bằng nhau

thì sẽ bảo toàn còn nếu không

bằng nhau thì nó sẽ không bảo

toàn

Ta chọn gốc thế năng tại B

zB=0

-Cơ năng tại A:

+ Vận tốc bằng 0 -> WđA=0

->WA= mgzA

ZA chính là độ cao h

Thay vào công thức: WA=50m

-Cơ năng tại B:

+B là gốc thế năng nên zB=0

->Cơ năng chỉ còn

WđB=mvB2=18m

Dựa vào việc tính cơ năng tại

hai vị trí, ta thấy cơ năng tại A

lớn hơn cơ năng tại B Vì vậy

ta có thể kết luận rằng cơ năng

trong trường hợp này không

bảo toàn

Ta có thể giải thích dựa vào

hiện tượng trong thực tế, vật

chuyển động luôn có lực ma

sát cản trở nên nó có sự tiêu

hao cơ năng Vậy cơ năng

không bảo toàn

Trong bài này ta có thể giải

thích như sau, Cơ năng của vật

HS đọc yêu cầu C2

không bảo toàn (giảm đi) vì

trong quá trình chuyển động

vật chịu thêm tác dụng của lực

ma sát

*Dựa vào yêu cầu C2 ta sẽ có

một số lưu ý sau:

+Định luật bảo toàn cơ năng

chỉ đúng khi vật chỉ chịu tác

dụng của trọng lực và lực đàn

hồi

+Công của các lực cản, lực ma

sát… sẽ bằng độ biến thiên cơ

năng

Chú ý:

+Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng khi vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi

+Công của các lực cản, lực ma sát… sẽ bằng độ biến thiên cơ năng

c Hoạt động 3: Củng cố và giao bài tập về nhà

- Qua bài học ngày hôm nay, các em đã hiểu được về cơ năng, định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường và cơ năng của vật chịu lực đàn hồi Các em về nhà ghi nhớ công thức để áp dụng và làm bài tập

- Yêu cầu học sinh làm bài tập 5 và bài 8 trong sách giáo khoa để củng cố lại kiến thức đã học

- Giao bài tập về nhà: Làm các bài tập còn lại trong sách giáo khoa và sách bài tập

d Rút kinh nghiệm giờ dạy

Bảng phụ: Hình 27.2