Giáo án môn Vật lí 10 - Tiết 45: Cơ năng

Tiết 45: CƠ NĂNG
I. Mục tiêu
1. Kiến thức, kĩ năng, thái độ
1. Kiến thức
Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường.
Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi của lò xo. 
Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi của lò xo.
2. Kĩ năng
Vận dụng được công thức tính cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi của lò xo và cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường để giải một số bài toán đơn giản.
Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp để giải thích định luật bảo toàn cơ năng
Đặt ra được những câu hỏi về định luật bảo toàn cơ năng
Thiết lập và viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường và cơ năng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
Nếu vật còn chịu tác dụng thêm của lực cản, lực ma sát thì cơ năng của vật sẽ biến đổi, công của lực cản, lực ma sát bằng độ biến thiên cơ nằng
3. Thái độ
Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kĩ năng, thái độ của học sinh trong học tập vật lí.
Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ bản thân.
2. Năng lực định hướng hình thành và phát triển cho học sinh
+ Năng lực sử dụng kiến thức:
- Trình bày được định nghĩa cơ năng của một vật. 
- Viết được đông thức tính cơ năng của một vật tại một thời điểm xác định.
- Vận dụng các kiến thức để giải bài tập và giải thích các hiện tượng trong đời sống.
+ Năng lực phương pháp:
- Mô tả được những hiện tượng tự nhiên liên quan tới các quá trình bằng ngôn ngữ vật lí.
+ Năng lực trao đổi thông tin:
 - Ghi chép nội dung hoạt động nhóm. Biểu diễn kết quả hoạt động nhóm dưới dạng bảng biểu
 - Bằng ngôn ngữ vật lí thực hiện nhiệm vụ học tập
 - Phân công công việc hợp lí để đạt hiệu quả cao nhất khi thực hiện nhiệm vụ hoạt động nhóm
II. Chuẩn bị
1. Giáo viên
Một số thiết bị trực quan như con lắc đơn, con lắc lò xo,... phiếu học tập.
Tổ chức lớp: chia lớp thành các nhóm nhỏ (theo bàn) học tập.
Tìm những ví dụ thực tế về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của một vật trong quá trình chuyển động.
2. Học sinh
- Ôn lại phần động năng, thế năng đã học.
- Ôn lại cơ năng đã học ở chương trình lớp 8.
- SGK, vở ghi bài, giấy nháp, máy tính bỏ túi... 
III.Tổ chức các hoạt động học của học sinh
Dự kiến tổ chức các hoạt động:
Các bước
Hoạt động
Tên hoạt động
Thời lượng dự kiến
Khởi động
Hoạt động 1
Kiểm tra bài cũ
Tạo tình huống có vấn đề về cơ năng.
7 phút
Hình thành kiến thức
Hoạt động 2
Tìm hiểu cơ năng của một vật chịu tác dụng của trọng lực.
15 phút
Hoạt động 3
Tìm hiểu cơ năng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
10 phút
Luyện tập
Hoạt động 4
Hệ thống hóa kiến thức, giải một số bài tập.
10 phút
Tìm tòi mở rộng
Hoạt động 5
Giới thiệu trường hợp không bỏ qua ngoại lực khác tác dụng lên vật.
3 phút
Về nhà
KHỞI ĐỘNG:
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, tạo tình huống có vấn đề.
Mục tiêu hoạt động: Kiểm tra kiến thức cũ của học sinh, tạo tình huống có vấn đề để dẫn nhập vào bài..
Tổ chức hoạt động.
- GV chia lớp thành 6 nhóm
- Các nhóm thảo luận trả lời câu hỏi C1 ở phiếu học tập.
- Các nhóm trình bày kết quả hoạt động của mình, giáo viên nhận xét, đánh giá.
Sản phẩm hoạt động
Sản phẩm của các nhóm, việc trình bày, thảo luận của các nhóm để có những đánh giá cho các nhóm.
Đánh giá:
- GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).
- GV có thể tổ chức cho HS đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động (thời gian thực hiện, số lượng ý kiến, mức độ hoàn thành, ghi chép). 
- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.
HÌNH THÀNH KIẾN THỨC:
Hoạt động 2: Tìm hiểu cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực.
a) Mục tiêu hoạt động: Cho học sinh xem video về chuyển động của một quả bóng được ném thẳng đứng từ mặt đất lên cao, yêu cầu học sinh quan sát chuyển động của quả bóng trong chuyển động đi lên, đi xuống. Học sinh thấy được sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng trong quá trình chuyển động của quả bong theo độ cao và vận tốc.
b) Tổ chức dạy học:
- GV cho học sinh xem video; phát phiếu học tập.
- HS quan sát video, hoàn thành câu hỏi phần C1 trong phiếu học tập.
- Giáo viên đánh giá nhận xét kết quả học tập của các nhóm theo kết quả chuẩn
c) Câu trả lời hướng đến:
- Càng lên cao quả bóng chuyển động càng chậm, động năng của nó giảm.
- Càng xuống thấp quả bong rơi càng nhanh, động năng tăng.
- Lên cao thì z tăng nên thế năng tăng.
- Xuống thấp z giảm nên thến năng giảm.
- Khi ở vị trí cao nhất, vận tốc bằng 0.
- Khi đến sát mặt đất vận tốc là lớn nhất.
- Tổng động năng và thế năng ở các vị trí khác nhau là không đổi: Cơ năng trọng trường không đổi.
d) Sản phẩm hoạt động
Sản phẩm của nhóm HS: Kết quả thảo luận nhóm.
Nội dung bài:
I. Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường.
1. Định nghĩa.
 Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng và thế năng của vật :
W = Wđ + Wt = mv2 + mgz
2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động chỉ dưới tác dụng của trọng lực.
 Xét một vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực chuyển động trong trong trường từ M đến N.
 Ta có công của trọng lực :
A = WtN – WtM = WđN – WđM
=> WtN + WđN = WtM + WđM
Hay WN = WM = hằng số
Vậy : 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.
 W = mv2 + mgz = hằng số
 Hay : mv12 + mgz1 = mv22 + mgz2 = 
3. Hệ quả.
 Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường :
+ Nếu động năng giảm thì thế năng tăng và ngược lại (động năng và thế năng chuyển hoá lẫn nhau)
+ Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.
Hoạt động 3: Tìm hiểu cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
a)Mục tiêu hoạt động: Định nghĩa và viết được biểu thức tính cơ năng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
b) Gợi ý tổ chức dạy học
- GV đặt vấn đề, giới thiệu ví dụ vật chịu tác dụng của lực đàn hồi của lò xo và đang chuyển động. Đặt câu hỏi.
- HS nắm bắt vấn đề, trả lời câu hỏi.
- Giáo viên đánh giá nhận xét kết quả học tập của HS theo kết quả chuẩn.
c) Sản phẩm hoạt động
II. Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
1. Định nghĩa.
 Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật : 
W = mv2 + k(Dl)2
2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động chỉ dưới 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 cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn :
W = mv2 + k(Dl)2 = hằng số
Hay :
mv12+k(Dl1)2=mv22+k(Dl2)2 = 
LUYỆN TẬP
Hoạt động 4: Hệ thống hóa kiến thức, giải một số bài tập.
a)Mục tiêu hoạt động: Khắc sâu kiến thức về cơ năng. Giải các bài tập đơn giản để củng cố, luyện tập kiến thức của bài học.
b) Gợi ý tổ chức dạy học:
- Thảo luận nhóm làm các bài tập trắc nghiệm ở câu hỏi C2.
- Các nhóm thuyết trình câu trả lời của nhóm mình, các nhóm khác bổ sung, giáo viên nhận xét và cho điểm.
c) Sản phẩm hoạt động
- Phần trả lời câu hỏi của các nhóm vào bảng phụ và phần ghi chép vào vở của học sinh.
Hoạt động 5: Giới thiệu cơ năng trong trường hợp vật chịu tác dụng của ngoại lực khác.
a) Mục tiêu hoạt động: Tính được cơ năng khi vật chịu tác dụng của lực cản, lực ma sát
b) Tổ chức hoạt động:
- GV yêu cầu HS viết lại công thức liên hệ giữa công của ngoại lực với độ biến thiên động năng.
- GV yêu cầu HS viết công của trọng lực trên quãng đường rời MN theo zM, zN.
- HS thực hiện nhiệm vụ.
- GV nhận xét và nêu nội dung mở rộng.
c) Sản phẩm hoạt động: Bài làm của học sinh.
d) Đánh giá:
Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.
PHIẾU HỌC TẬP:
C1: Trả lời các câu hỏi sau:
 Quan sát video trả lời câu hỏi sau:
- Càng lên cao quả bóng chuyển động nhanh dần hay chậm dần? Động năng tăng hay giảm?
- Càng xuống thấp quả bóng rơi càng nhanh hay chậm dần? Động năng tăng hay giảm?
- Nhận xét sự thay đổi của thế năng theo độ cao khi quả bong bay lên và rơi xuống?
- Khi ở vị trí cao nhất, vận tốc bao nhiêu?
- Khi đến sát mặt đất thế năng bao nhiêu?
Hoàn thành yêu cầu C2 SGK.
C2: Hoàn thành các bài tập sau:
Câu 1: Cơ năng là một đại lượng:
	A. luôn luôn dương hoặc bằng không. 	B. luôn luôn dương.
	C. luôn luôn khác không. 	D. có thể dương, âm hoặc bằng không. 
Câu 2: Một vật nhỏ được ném lên từ điểm M phía trên mặt đất; vật lên tới điểm N thì dừng và rơi xuống. Bỏ qua sức cản của không khí. Trong quá trình MN?
	A. thế năng giảm 	B. cơ năng cực đại tại N 	
	C. cơ năng không đổi. 	D. động năng tăng
Câu 3: Từ mặt đất, một vật được ném lên thẳng đứng với vận tốc ban đầu v0 = 10m/s. Bỏ qua sức cản của không khí . Cho g = 10m/s2. Ở độ cao nào thế năng bằng động năng ? Bằng 4 lần động năng ?
	A. 2,5m; 4m. 	B. 2m; 4m. 	C. 10m; 2m. 	D. 5m; 3m.
Câu 4: Một người nặng 650N thả mình rơi tự do từ cầu nhảy ở độ cao 10m xuống nước. Cho g = 10 m/s2. Tính vận tốc của người đó ở độ cao 5m và khi chạm nước
	A. 8 m/s; 12,2 m/s 	B. 5 m/s; 10 m/s 	C. 8 m/s; 11,6 m/s 	D. 10 m/s; 14,14 m/s
Câu 5: Một hòn bi khối lượng 20g ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 4m/s từ độ cao 1,6m so với mặt đất. Lấy g = 9,8m/s2. Trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất, các giá trị động năng, thế năng và cơ năng của hòn bi tại lúc ném vật lần lượt là:
	A. 0,32J; 0,62J; 0,47J 	B. 0,16J; 0,31J; 0,47J	C. 0,24J; 0,18J; 0,54J 	D. 0,18J; 0,48J; 0,8J
C3: Nhiệm vụ về nhà
Câu 1: Ở độ cao 3m, một vật có vận tốc 72km/h, g = 10m/s2. Cơ năng của vật ở độ cao đó là bao nhiêu? Biết m = 2,5kg.
Câu 2: Một vật có khối lượng 5kg đang chuyển động với vận tốc 36km/h. Hỏi nếu tai đó cơ năng của vật là 450J thì độ cao của vật là bao nhiêu? g = 10m/s2.
Câu 3: Một vật được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc là 20m/s từ độ cao h so với mặt đất. Khi chạm đất vận tốc của vật là 30m/s, bỏ qua sức cản không khí. Lấy g = 10m/s2. Hãy tính: 
	a. Độ cao h. 
	b. Độ cao cực đại mà vật đạt được so với mặt đất. 
	c. Vận tốc của vật khi động năng bằng 3 lần thế năng.