MỤC TIÊU: 1.Kiến thức - Nắm được khái niệm thế năng đàn hồi như một dạng năng lượng dự trữ để tính công của vật khi biến dạng, từ đó suy ra biểu thức của thế năng đàn hồi.. - Biết cách t[r]
Trang 1BÀI 36 : THẾ NĂNG ĐÀN HỒI
I MỤC TIÊU:
1.Kiến thức
- Nắm được khái niệm thế năng đàn hồi như một dạng năng lượng dự trữ để tính công của vật khi biến dạng, từ đó suy ra biểu thức của thế năng đàn hồi
- Biết cách tính công do lực đàn hồi thực hiện khi vật biến dạng, từ đó suy ra biểu thức lực đàn hồi
- Nắm vững mối quan hệ: công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi
- Hiểu bản chất của thế năng đàn hồi là do tương tác lực đàn hồi (lực thế) giữa các phần tử của vật biến dạng đàn hồi
- Liên hệ được thực tế để giải thích được khả năng sinh công của vật (hoặc hệ vật) biến dạng đàn hồi
2.Kỹ năng:
- Nhận biết vật có thế năng đàn hồi
- Tìm thế năng đàn hồi của lò xo hoặc vật biến dạng tương tự
II.CHUẨN BỊ:
- Học sinh: ôn lại kiến thức về
+ Khái niệm thế năng, thế năng trọng trường
+ Lực đàn hồi, công của trọng lực
III.PHƯƠNG PHÁP:
- Thuyết trình + hỏi đáp
IV.TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Hoạt động của Giáo Viên và Học Sinh Phần trình bày bảng
HĐ1: KIỂM TRA KIẾN THỨC CŨ
C1:Thế năng là gì?
- Thế năng là dạng năng lượng phụ thuộc vào vị
trí tương đối của vật so với mặt đất, hoặc phụ
thuộc độ biến dạng của vật so với trạng thái khi
chưa biến dạng
C2:Thế năng trọng trường là gì? Viết biểu thức
của thế năng trọng trường ?
- Thế năng trọng trường là dạng năng lượng mà
vật có được khi ở một ví trí tương đối so với mặt
đất
-Biểu thức: W t=mgz
C3: Viết biểu thức liên hệ giữa Công của trọng
Trang 2lực và Thế Năng trọng trường
A12=W t1− W t2
HĐ2: DẪN VÀO BÀI
-Chúng ta biết rằng thế năng gồm 2 lọai: một loại
là thế năng trọng trường mà các em đã được học
và loại còn lại mà chúng ta học hôm nay là thế
năng đàn hồi Ở bài học trước, khi tìm hiểu về thế
năng trọng trường, chúng ta đã biết được mối liên
hệ giữa công trọng lực và thế năng đàn đàn hồi
qua công thức
A12=W t1− W t2
- Vậy thế năng đàn hồi và công của lực đàn hồi
có mối liên hệ tương tự như thế hay là mối liên
hệ khác?
- Để biết được điều này,chúng ta vào bài: THẾ
NĂNG ĐÀN HỒI
HĐ3: KHÁI NIỆM THẾ NĂNG ĐÀN HỒI
Bức tranh 1: Vận động viên nhảy sào:
GV: Cây sào mềm có tác dụng gì đối với vận
động viên nhảy sào? Nếu không có cây sào mềm,
vận động viên có thể nhảy qua mức xà cao hơn
4m ko?
HS: Giúp cho vận động viên bật qua được mức
xà cao hơn 4m?
Bức tranh thứ 2: người bắn cung
GV: Ở bài trước chúng ta biết rằng, khi giương
cung, cánh cung bị uốn cong, buông tay lúc đó
mũi tên bay về phía trước Vậy một em hãy cho
cô biết điểm giống nhau của những thí dụ này?
HS: vật bị biến dạng( cây sào mềm, cầu nhảy,
cánh cung) sẽ làm cho vật gây ra biến dạng ( vận
động viên, mũi tên) chuyển động, khi đó ta nói
vật bị biến dạng đã sinh công
GV: nhận xét câu trả lời của hs, điểm chung đó
cũng chính là mọi vật khi bị biến dạng thì sẽ dự
trữ một dạng năng lượng và sinh công, từ đó dẫn
dắt đến khái niệm của thế năng đàn hồi
THẾ NĂNG ĐÀN HỒI
Khái niệm thế năng đàn hồi:
Mọi vật khi bị biến dạng đều có khả năng sinh công, tức là mang một năng
lượng Năng lượng này được gọi là thế năng đàn hồi.
HĐ4: CÔNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI
GV: Tương tự như bài trước, để thiết lập biểu
thức của thế năng đàn hồi, ta sẽ bắt đầu với việc
I CÔNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI:
- Xét một con lắc lò xo nằm ngang, gồm quả cầu nhỏ khối lượng m gắn
Trang 3tính Công của lực đàn hồi.
- Nếu xét chuyển động của cây sào mềm, cầu
nhảy hay cánh cung thì rất phức tạp, nên để đơn
giản ta xét một con lắc lò xo nằm ngang, gồm
quả cầu nhỏ khối lượng m gắn vào 1 đầu lò xo,
đầu còn lại của lò xo được giữ cố định
GV: Kéo lò xo ra khỏi VTCB theo trục Ox đến vị
trí x (Lưu ý hs: vị trí x chính là giá trị đại số của
độ biến dạng) Lực đàn hồi tác dụng lên quả cầu
có chiều như thế nào?
Yêu cầu hs vẽ hình
HS: Lực đàn hồi có chiều hướng từ phải qua trái.
GV: Bây giờ, chúng ta sẽ thiết lập biểu thức tính
công của lực đàn hồi khi quả cầu di chuyển từ
GV: Để tính công của 1 lực ta có biểu nào ?
HS: A=FScos α
GV: Nêu tính chất của F và Scos trong cong
thức trên
HS: F có giá trị không đổi, Scos là hình chiếu
của độ dời lên phương của lực
GV: Vậy để tính công của lực đàn hồi ta cần phải
cần xác định được F, S và cos.Vậy cos trong
trường hợp này bằng bao nhiêu?
HS: cos = -1 Vì lực đàn hồi ngược chiều với
độ biến dạng
GV: Công thức khi đó là A=− FS Vậy lực F
được tính như thế nào?
HS: F= - kx
GV: Dấu “ - ” trong công thức trên chỉ thể hiện
lực ⃗F ngược chiều với độ biến dạng Nên ta
có độ lớn của lực F khi đó là F=kx Khi đó công
thức tính công của lực đàn hồi ở độ biến dạng x
là A = - kxS Vậy ta có thể tính công của lực đàn
hồi khi quả cầu di chuyển từ x1 đến x2 bằng
công thức A12=− kx (x2− x1) hay không? Tại
sao?
HS: Không thể tính được, vì lực đàn hồi thay đổi
theo độ biến dạng
GV: Vì lực đàn hồi thay đổi theo độ biến dạng
vào 1 đầu lò xo, đầu còn lại của lò xo được giữ cố định
-Chọn gốc tọa độ O tại VTCB
-Chọn trục Ox trùng với phương chuyển động
(hình vẽ)
Trang 4nên, khi tính công A12 ta phải chia nhỏ độ biến
dạng từ x1 đến x2 thành những đoạn nhỏ
Δx , sao cho lực đàn hồi trong đoạn Δx là
không đổi
GV: Khi đó công của lực đàn hồi làm dịch
chuyển 1 đoạn Δx được tính bằng công thức
nào?
HS: ΔA=− Fdh Δx=− kx Δx
GV: Dẫn dắt từ đồ thị của phương trình y=ax để
hs thấy đồ thị của độ lớn lực đàn hồi Fdh=kx
là 1 đường thẳng đi qua gốc tọa độ
GV: Nhìn vào đồ thị, ta thấy rằng kx Δx chính
là diện tích của hình chữ nhật có 2 cạnh Δx và
kx Nên ΔA=− Shcn
Mà A12=∑ΔA =−∑Shcn=− SABCD
Vậy diện tích của hình thang tính như thế nào?
HS: A12=−(SODC− SOAB)=−( x2kx2
x1kx1
GV: Nhìn vào biểu thức trên, em hãy cho cô biết
lực đàn hồi là lực thế hay lực không thế? Tại sao?
HS: Lực đàn hồi là lực thế Vì công này chỉ phụ
thuộc vào độ biến dạng đầu và cuối của lò xo
- Chia nhỏ độ biến dạng thành những đoạn nhỏ Δx , sao cho lực đàn hồi trong đoạn Δx là không đổi
- Công lực đàn hồi làm dịch chuyển 1 đoạn Δx là:
ΔA=− Fdh Δx=− kx Δx = − Shcn
Công toàn phần:
A12=∑ΔA =−∑Shcn=− SABCD
⇔ A12=−(SODC− SOAB)=−( x2kx2
x1kx1
Kết luận: Lực đàn hồi là lực thế
HĐ5: THẾ NĂNG ĐÀN HỒI
GV: Để công thức (*) có dạng của công thức
A12=W t1− W t2
ta định nghĩa biểu thức thế năng đàn hồi của lò
xo là
GV: Khi đó biểu thức (*) được viết như thế nào?
HS:
GV:Nhìn vào biểu thức trên ta thấy Công của
lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi
II THẾ NĂNG ĐÀN HỒI
- Từ pt (*) ta đ/n thế năng đàn hồi của
lò xo là
Trong đó:
Wđh : thế năng đàn hồi (J) k: độ cứng lò xo (N/m) x: độ biến dạng của lò xo (m)
- Khi đó biểu thức (*) được viết thành:
kx
A12=kx12
kx22
2
Wđh=kx2
2
A12=Wđh1−Wđh2
Wđh=kx2
2
A12=Wđh1−Wđh2
Trang 5Đơn vị của thế năng đàn hồi là :Jun (J)
GV: Dựa vào biểu thức vừa thiết lập, 1 em hãy
cho cô biết khi giảm biến dạng của lò xo hoặc khi
tăng biến dạng của lò xo thì Công của lực đàn hồi
là công phát động hay là công cản? Tại sao?
HS: xét x2 > x1
* Khi tăng biến dạng của lò xo ( kéo lò xo từ vị
trí 1 đến vị trí 2)
Công
12
Vậy công A12 là công cản
(Thế năng đàn hồi tăng Wđh1 < Wđh2 )
*Khi giảm biến dạng của lò xo (thả lò xo từ vị trí
2 đến vị trí 1)
Công
21
Vậy công A21 là công phát động
(Thế năng đàn hồi giảm Wđh2 > Wđh1 )
GV: Khi con lắc lò xo đặt nằm ngang thì gốc toạ
độ ứng với VTCB khi lò xo không có biến dạng
Khi con lắc lò xo đặt nằm thẳng đứng thì gốc toạ
độ ứng với VTCB khi lò xo đã có biến dạng sao
cho lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng lực
tác dụng lên quả nặng Vẽ 2 hình
Từ đó giải thích: Thế năng đàn hồi cũng xác định
sai kém nhau một hằng số cộng tuỳ theo cách
chọn gốc toạ độ ứng với VTCB
- Kết luận: Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi Đơn
vị của thế năng đàn hồi là : Jun (J)
Chú ý:
+ Khi tăng biến dạng của lò xo, công lực đàn hồi là công cản
+ Khi giảm biến dạng của lò xo, công lực đàn hồi là công phát động
+ Thế năng đàn hồi cũng xác định sai kém nhau một hằng số cộng tuỳ theo cách chọn gốc toạ độ ứng với VTCB
HĐ6: CỦNG CỐ - DẶN DÒ
1/ Củng cố:
Vậy thế năng đàn hồi và công của lực đàn hồi
cũng có mối liên hệ tương tự như thế năng trọng
trường và công của trọng lực Đó là công của lực
= với độ giảm thế năng Nếu là thế năng trọng
trường thì A12=W t1− W t2 Nếu là thế năng đàn
hồi thì A12=Wđh1−Wđh2
(Liên hệ với định lí động năng: A12 W đ2W đ1,
nhắc hs thấy độ biến thiên là là giá trị cuối trừ đi
giá trị đầu, còn độ giảm là lấy giá trị đầu trừ đi
Trang 6giá trị cuối )
2/ Dặn dò:
- Các em về làm bài tập 1 , 2 trang 171 SGK
- Chuẩn bị bài Định luật bảo toàn cơ năng