Giáo án Vật lý 10 Bài 26: Thế năng

SỞ GD & ĐT TP.HCM TRƯỜNG THPT -----š›----- CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -----š›----- GIÁO ÁN GIẢNG DẠY VẬT LÝ 10 BÀI 26: THẾ NĂNG. Họ và tên giáo viên: Lớp giảng dạy: Mục tiêu: Kiến thức: Hiểu được thế nào là trọng trường. Nêu được định nghĩa và công thức của thế năng trọng trường, công của lực đàn hồi, thế năng đàn hồi. Phát biểu và viết được công thức mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và công của trọng lực. Kỹ năng: Vận dụng được các công thức tính thế năng hấp dẫn và thế năng đàn hồi để giải được các bài tập liên quan. Phát triển tư duy: Tư duy trừu tượng khi giải thích các ví dụ có liên quan đến thực tế. Thái độ: Nghiêm túc học tập và tích cực xây dựng bài. Tạo hứng thú học tập khi giải thích được các hiện tượng liên quan đến thế năng. Chuẩn bị: Giáo viên: Giáo án, SGK. Học sinh: Học và làm bài tập cũ đầy đủ. Đọc trước bài học mới trong SGK. Tổ chức hoạt động dạy học: 1. Ổn định lớp học (1 phút): Điểm danh, kiểm tra việc thực hiện nội qui của học sinh. 2. Kiểm tra bài cũ (2 phút) Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung ghi chép Nêu định nghĩa động năng và công thức. Khi nào thì động năng của vật tăng hoặc giảm? Động năng là dạng năng lượng vật có được do chuyển động. Wđ=12mv2 Động năng của vật tăng (hoặc giảm) khi vật sinh công dương (hoặc âm). 3. Giới thiệu bài mới: (2 phút) Hoạt động 1: Đặt vấn đề: Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung ghi chép Các em thử tưởng tượng, nếu có 1 viên gạch rơi từ trên cao xuống trúng chân thì sẽ cảm thấy thế nào? Vậy nếu cũng cầm viên gạch đó đặt nhẹ lên tay thì ta có cảm thấy đau không? Điều đó chứng tỏ khi viên gạch rơi từ trên cao xuống, nó đã có năng lượng, vậy loại năng lượng này là gì thì chúng ta cùng tìm hiểu bài tiếp theo. Sẽ cảm thấy rất đau. Không đau. Hoạt động 2:. Tìm hiểu khái niệm trọng trường và thế năng trọng trường. (15 phút) Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung ghi chép Thế năng trọng trường. Trọng trường. - Tất cả các vật trên trái đất đều chịu tác dụng của lực gì? Gọi 1 học sinh nhắc lại khái niệm, phương, chiều của trọng lực đã học ở lớp 6. Khoảng không gian tồn tại trọng lực được gọi là trọng trường. Hay nói cách khác xung quanh Trái Đất tồn tại một trọng trường, trọng trường tác dụng trọng lực lên 1 vật có khối lượng m đặt tại vị trí bất kỳ trong khoảng không gian có trọng trường. Biểu thức trọng lực của vật: P=mg Trong đó g: gia tốc rơi tự do, gia tốc trọng trường. Nếu chỉ xét trong 1 không gian không quá rộng thì g sẽ như nhau tại mọi điểm, ta gọi khoảng không gian đó là khoảng không gian có trọng trường đều. Thế năng trọng trường. Làm thí nghiệm với viên phấn. Nếu thả 1 viên phấn rơi từ trên cao xuống đất thì viên phấn sẽ như thế nào? Ngoài bị vỡ, viên phấn còn bị gì khi chạm đất? Do đâu mà chúng có thể chuyển động tiếp tục khi chạm đất? ⇒ Năng lượng dự trữ của viên phấn ban đầu khi ở trên cao được gọi là thế năng trọng trường. - Nếu thả 2 viên phấn giống nhau ở 2 độ cao khác nhau thì sẽ ra sao? ⇒ Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật, phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. - Nếu thả đồng thời 2 viên phấn có kích thước khác nhau từ cùng 1 độ cao thì sẽ ra sao? ⇒ Thế năng trọng trường phụ thuộc vào khối lượng của vật. Kết luận: Biểu thức xác định thế năng trọng trường của một vật m ở độ cao z so với mặt đất: Wt=mgz Với “g = hằng số” là gia tốc trọng trường. Mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và công của trọng lực. Viết công thức tính công của trọng lực khi vật đi từ M đến N. Tính đoạn MN dựa trên hình. Thay vào công thức tính công và áp dụng công thức tính thế năng trọng trường suy ra biểu thức độ biến thiên thế năng. ⇒ 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 hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N. AMN= WtM-WtN Ta có AMN= mgzM-mgzN Nếu zM>zN⇒ AMN như thế nào? Trọng lực sinh công dương hay âm? Nếu zM<zN⇒ AMN như thế nào? Trọng lực sinh công dương hay âm? ⇒ Hệ quả: Trong quá trình chuyển động của vật trong trọng trường: Khi vật giảm độ cao (zM>zN) ⇒ Wt giảm ⇒ Vật sinh công dương. Khi vật tăng độ cao (zM<zN) ⇒ Wt tăng ⇒ Vật sinh công âm. - Mọi vật trên trái đất đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn do trái đất sinh ra, lực này tác dụng lên vật và được gọi là trọng lực của vật. - Trọng lực là lực hút của trái đất, có phương thẳng đứng và có chiều hướng về phía trái đất. P=mg HS lắng nghe và tiếp thu kiến thức. HS lắng nghe và tiếp thu kiến thức. Viên phấn sẽ vỡ tan thành nhiều vụn. Những mảnh phấn văng ra xa. Do chúng có năng lượng. - Viên phấn dưới thấp ít bị vỡ hơn, và không bay ra xa bằng viên phấn trên cao. - Ghi nhận kiến thức. - Viên phấn dài hơn sẽ bị vỡ nhiều hơn viên phấn ngắn. AMN=Ps cosα = mg MN MN = zM-zN AMN= mg (zM-zN) =mgzM-mgzN = WtM-WtN zM>zN⇒ AMN>0 ⇒ Trọng lực sinh công dương zM<zN⇒ AMN<0 ⇒ Trọng lực sinh công âm. Thế năng trọng trường. Trọng trường. Xung quanh Trái Đất tồn tại một trọng trường. Trọng trường tác dụng trọng lực lên 1 vật có khối lượng m đặt tại vị trí bất kỳ trong khoảng không gian có trọng trường. Trọng lực của vật là lực hút của trái đất, có phương thẳng đứng, chiều hướng về phía trái đất. P=mg Trong đó g: gia tốc rơi tự do, gia tốc trọng trường. Trọng trường đều là khoảng không gian mà nó có vecto gia tốc trọng trường g tại mọi điểm song song, cùng chiều và cùng độ lớn. Thế năng trọng trường a) Định nghĩa: Thế năng trọng trường của 1 vật 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: Wt=mgz Trong đó: Wt [J] : Thế năng trọng trường của vật. m [kg] : Khối lượng của vật. z [m] : Độ cao của vật so với mặt đất. g [m/s2] : Gia tốc trọng trường. Chú ý: Thông thường chọn gốc thế năng ở mặt đất. ⇒ Thế năng tại mặt đất bằng 0. 3. Mối liên hệ giữa độ 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. AMN= WtM-WtN Hệ quả: Trong quá trình chuyển động của vật trong trọng trường: Khi vật giảm độ cao (zM>zN) ⇒ Wt giảm ⇒ Vật sinh công dương. Khi vật tăng độ cao (zM<zN) ⇒ Wt tăng ⇒ Vật sinh công âm. Hoạt động 3: Tìm hiểu thế năng đàn hồi.(10 phút) Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung ghi chép Thế năng đàn hồi. Bài toán: Một vật có khối lượng m gắn vào lò xo đàn hồi nằm ngang có độ cứng k, đầu kia của lò xo giữ cố định. Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng rồi thả. - Phân tích các lực tác dụng vào vật, xác định công của các lực. Khi lò xo chuyển từ trạng thái không biến dạng về trạng thái biến dạng. - Chú ý: Công thức tính công chỉ áp dụng khi lực tác dụng không đổi. Khi vật chuyển động về vị trí lò xo không biến dạng thì lực đàn hồi sẽ thay đổi độ lớn. Do đó, chúng ta sẽ tính công của lực đàn hồi trung bình . Ftb = F+02 - Nếu chọn chiều (+) là chiều tăng độ dài của lò xo thì và Đây là công thức tính công của lực đàn hồi. - Lực đàn hồi có thể sinh công à khi lò xo ở trạng thái biến dạng có khả năng thực hiện công (có năng lượng). Ta gọi năng lượng đó là thế năng đàn hồi. Thê năng đàn hồi bằng công của lực đàn hồi. à Công thức tính thế năng đàn hồi là: Chú ý: Chọn gốc thế năng ở vị trí lò xo chưa biến dạng. + Khi thả vật lò xo bị biến dạng à xuất hiện lực đàn hồi. Lực này có sinh công vì điểm đặt của lực dịch chuyển. + Ta có A = F.s. cosα ; trong đó: và Suy ra: - Thảo luận để tìm kết quả đúng. - HS lắng nghe và tiếp thu kiến thức. Thế năng đàn hồi. a) Định nghĩa: Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của 1 vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. b) Biểu thức: Wt=12 k (∆l)2 Trong đó: Wt [ J ]: Thế năng đàn hồi. k [N/m]: hệ số đàn hồi của lò xo. ∆l [m]: độ biến dạng của lò xo. Chú ý: Chọn gốc thế năng ở vị trí lò xo chưa biến dạng. Củng cố bài học: (13 phút) Câu 1: (3 phút) Chọn câu sai: Thế năng của một vật có tính tương đối. Thế năng của mỗi điểm có thể có giá trị khác nhau tùy theo cách chọn gốc tọa độ. Động năng của 1 vật chỉ phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc của vật. Thế năng chỉ phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa các phần của hệ với điều kiện lực tương tác trong hệ là lực thế. Công của trọng lực làm giảm thế năng nên công của trong lực luôn dương. Thế năng của quả cầu dưới tác dụng của lực đàn hồi cũng là thế năng đàn hồi. Đáp án: C Câu 2: (5 phút)Một vật có khối lượng 1 kg đang ở cách mặt đất 1 khoảng H = 20 m. Ở chân dường thẳng đứng đi qua vật có 1 hố sâu h = 5 m. Cho g = 10 m/s2. Tính thế năng của vật lúc vật nằm ở đáy hố khi: Chọn gốc thế năng ở đáy hố. Chọn gốc thế năng ở mặt đất. Giải: a. Wt=mgz=mgH+h=250 J b. Wt=mgz'=mg -h=-50 J Câu 3. (5 phút) Một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, được treo thẳng đứng, đầu dưới gắn với 1 vật nặng. Từ vị trí cân bằng O, kéo vật nặng thẳng dứng xuống phía dưới đến A với OA = x. Chọn mốc thế năng tại vị trí cân bằng O. Tính thế năng của hệ (gồm lò xo và vật nặng) tại A. Giải: Thế năng của hệ tại A gồm thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Thế năng đàn hồi của hê tại A: Wt1=12k(x0+x)2=12kx02+12kx2+kx0x Vì chọn gốc thế năng tại O nên thế năng đàn hồi tại vị trí cân bằng: 12kx02=0 ⇒Wt1=12kx2+kx0x Thế năng trọng trường của hệ tại A: Wt2=mg-x=-mgx Tổng thế năng của hệ tại A: Wt=Wt1+Wt2=12kx2+kx0x-mgx (1) Mà ở vị trí căn bằng: Fđh=P⇒kx0=mg (1) ⇒ Wt=12kx2 Công việc về nhà cho học sinh: (2 phút) Học và làm bài tập 2 – 6 trang 141/ SGK. Đọc và soạn trước bài 27 Cơ năng.