Chuyên đề: Cơ năng của chất điểm vật lí 10

Tỉnh: KHÁNH HÒA
Tên các chuyên đề có thể xây dựng trong chương trình vật lí 10:
Chuyểnđộng thẳng ( CĐTĐ, CĐTBĐĐ, RTD)
Chuyển động tròn đều ( CĐtrĐ và lực hướng tâm)
Cơ Năng của chất điểm
Các Định luật chất khí.
CHUYÊN ĐỀ: CƠ NĂNG CỦA CHẤT ĐIỂM
VẬT LÍ 10
1. Xác định vấn đề cần giải quyết của chuyên đề
 Chúng tôi chọn chuyên đề này vì:
- Động năng và thế năng đều là năng lượng cơ học và biến đổi qua lại. Việc gộp các đơn vị kiến thức này vào chuyên đề thì sẽ có nhiều cơ hội phát huy tính tích cực, nhận thức và năng lực sáng tạo học sinh trong quá trình học tập
- Cho học sinh thấy mối liên hệ bản chất trong sự vận động.
2. Nội dung kiến thức cần xây dựng trong chuyên đề:
· Năng lượng mà một vật có được do nó đang chuyển động gọi là động năng.
· Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v được xác định theo công thức :
Wđ = mv2
· Trong hệ SI, đơn vị của động năng là jun (J).
Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật ; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
· Khi một vật khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức :
Wt = mgz
Thế năng trên mặt đất bằng không (z = 0). Ta nói, mặt đất được chọn là mốc (hay gốc) thế năng.
· Trong hệ SI, đơn vị đo thế năng là jun (J)
Thế năng đàn hồi bằng công của lực đàn hồi. Công thức tính thế năng đàn hồi là
Wt =k (Dl)2
trong đó, k là độ cứng của vật đàn hồi, Dl = l - l0 là độ biến dạng của vật, Wt là thế năng đàn hồi.
Cơ năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của nó.
· Biểu thức của cơ năng là W = Wđ +Wt , trong đó Wđ là động năng của vật, Wt là thế năng của vật
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.
· Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi, gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi, thì trong quá trình chuyển động của vật, cơ năng, được tính bằng tổng động năng của vật và thế năng đàn hồi của lò xo, là một đại lượng bảo toàn.
W=mv2 + k(Dl)2 = hằng số
3. Chuẩn kiến thức, kĩ năng và một số năng lực có thể được phát triển
3.1. Kiến thức
Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính động năng. Nêu được đơn vị đo động năng.
Phát biểu được định nghĩa thế năng trọng trường của một vật và viết được công thức tính thế năng này. Nêu được đơn vị đo thế năng.
Viết được công thức tính thế năng đàn hồi.
Phát biểu được định nghĩa cơ năng và viết được biểu thức của cơ năng.
Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng và viết được hệ thức của định luật này.
3.2. Kĩ năng
Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải được bài toán chuyển động của một vật.
Vận dụng giải thích số bài tập định tính.
3.3. Thái độ: Tổ chức cho học sinh hoạt động giải quyết vấn đề sẽ có thể hình thành và phát triển một số năng lực sau:
- Năng lực tự học, phát triển giải quyết vấn đề, sáng tạo;
- Năng lực giao tiếp và hợp tác;
- Sử dụng công nghệ thong tin và truyền thống.
3.4. Năng lực có thể phát triển
- Bảng mô tả các năng lực có thể phát triển trong chủ đề 
Mô tả mức độ thực hiện 
trong chuyên đề
Năng lực thành phần
Nhóm năng lực
-Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính động năng, thế năng, cơ năng.
K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lí cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lí
Nhóm NLTP liên quan đến sử dụng kiến thức vật lí
Xây dựng mối quan hệ giữa độ biến thiên động năng độ giảm thế năng vơi công của lực.
K2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lí 
Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải được bài toán chuyển động của một vật.
K3: Sử dụng được kiến thức vật lí để thực hiện các nhiệm vụ học tập
Vận dụng giải thích số tình huống trong thực tiễn,...
K4: Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp ) kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn
Đặt ra một số câu hỏi liên quan đến thế năng, động năng, cơ năng..( ví dụ: Đập thủy điện, búa máy, giao thông)
P1: Đặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lí
Nhóm NLTP về phương pháp (tập trung vào năng lực thực nghiệm và năng lực mô hình hóa)
P2: mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lí và chỉ ra các quy luật vật lí trong hiện tượng đó
Chưa có
P3: Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí
Chưa có
P4: Vận dụng sự tương tự và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lí
P5: Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lí.
Học sinh chỉ ra điều kiện bảo toàn cơ năng.
P6: chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật lí
Chưa có
P7: đề xuất được giả thuyết; suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được.
Chưa có
P8: xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét. 
Chưa có
P9: Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ kết quả thí nghiệm này.
Chưa có
X1: trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và các cách diễn tả đặc thù của vật lí 
Nhóm NLTP trao đổi thông tin
Phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên: khối nước trên cao (có thế năng);.
X2: phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí (chuyên ngành) 
Chưa có
X3: lựa chọn, đánh giá được các nguồn thông tin khác nhau,
Chưa có
X4: mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kĩ thuật, công nghệ
Ghi chép các nội dung hoạt động nhóm
X5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm)
Trình bày kết quả hoạt động nhóm
X6: trình bày các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm) một cách phù hợp
Thảo luận nhóm vấn đề giáo viên giao
X7: thảo luận được kết quả công việc của mình và những vấn đề liên quan dưới góc nhìn vật lí 
Đánh giá giữa các nhóm
X8: tham gia hoạt động nhóm trong học tập vật lí
Kiểm tra 
C1: Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kĩ năng , thái độ của cá nhân trong học tập vật lí
Nhóm NLTP liên quan đến cá nhân
C2: Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ bản thân.
C3: Chỉ ra được vai trò (cơ hội) và hạn chế của các quan điểm vật lí đối trong các trường hợp cụ thể trong môn Vật lí và ngoài môn Vật lí 
C4: So sánh và đánh giá được - dưới khía cạnh vật lí- các giải pháp kĩ thuật khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và môi trường 
C5: Sử dụng được kiến thức vật lí để đánh giá và cảnh báo mức độ an toàn của thí nghiệm, của các vấn đề trong cuộc sống và của các công nghệ hiện đại 
C6: Nhận ra được ảnh hưởng vật lí lên các mối quan hệ xã hội và lịch sử.
4. Tiến trình dạy học
	4.1. Nội dung 1: TẠO TÌNH HUỐNG CÓ VẤN ĐỀ 
	4.1.1. Hoạt động 1: Giao nhiệm vụ cho học sinh: Tìm hiểu những vật có khả năng sinh công
( có năng lượng)
 - Dự kiến thời gian thực hiện: 45 phút ( 1 tiết)
- Chuẩn bị phương tiện cần thiết: bảng phụ, bút, giấy
- Mục tiêu hoạt động: 
- Tiến trình thực hiện hoạt động (theo 4 bước sau): 
STT
Bước
Nội dung
Những năng lực cần đạt
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Giáo viên yêu cầu học sinh:
Tìm được các Ví dụ về những vật có khả năng sinh công
Khả năng sinh công này phụ thuộc vào những yếu tố nào
P1,P2,P3,
X3,X5,X6,X7,X8
C6
2
Thực hiện nhiệm vụ
Học sinh làm việc cá nhân, sau đó trao đổi các bạn trong nhóm
3
Báo cáo, thảo luận
Giáo viên tổ chức cho học sinh trình bày và thảo luận
Đạt được: 
Giáo viên hướng và chọn lọc và phân nhóm những vật khả năng sinh công do nó chuyển động, nhóm những vật có khả năng sinh công do độ cao, nhóm những vật có khả năng sinh công do bị biến dạng 
Khả năng sinh công của từng nhóm phụ thuộc vào những yếu tố nào?
4
Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức
Nhóm những vật khả năng sinh công do nó chuyển động phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc.
Nhóm những vật khả năng sinh công do độ cao phụ thuộc vào khối lượng và độ cao.
Nhóm những vật khả năng sinh công do biến dạng phụ thuộc vào độ biến dạng của vật,
4.Hoạt động 2: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
- Dự kiến thời gian thực hiện: 45 phút ( 1 tiết)
- Chuẩn bị phương tiện cần thiết: bảng phụ, bút, giấy
- Mục tiêu hoạt động: 
- Tiến trình thực hiện hoạt động (theo 4 bước sau): 
	Nội dung 1: Động năng
Giáo viên đưa ra khái niệm động năng.
STT
Hoạt động
Nội dung
Những năng lực cần đạt
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Cho bài toán: Cho vật m chuyển động dưới tác dụng của 1 lực F cùng hướng chuyển động.Yêu cầu học sinh:
Tính công của lực trên quãng đường S làm vật biến đổi vận tốc từ v1 đến v2
Trong trường hợp v1 = 0; v2 = v . Nhận xét năng lượng vật thu được.
K1,K2,K3,K4
P1,P3,
2
Thực hiện nhiệm vụ
Học sinh làm việc cá nhân, sau đó trao đổi các bạn trong nhóm.
X1,X5,X6,X7,X8
3
Báo cáo thảo luận
Học sinh trình bày kết quả
X6
4
Kết luận nhận định
-Giáo viên nhận xét kết quả nghiên cứu học sinh và kết luận
-Học sinh nắm được công thức tính động năng Wđ = mv2
- Học sinh nắm được: Công của lực tác dụng bằng độ biến thiên động năng và hệ quả của nó.
K1,K2,K3
Nội dung 2: Thế năng trọng trường
Giáo viên đưa ra khái niệm trọng trường, thế năng trọng trường.
STT
Hoạt động
Nội dung
Những năng lực cần đạt
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Cho bài toán: Cho vật m rơi không vận tốc đầu từ độ cao z xuống mặt đất. Tính:
Công của trọng lực làm vật rơi từ độ cao z xuống mặt đất.
Công của trọng lực làm vật rơi từ độ cao zM đến zN ?
K1,K2,K3,K4
P1,P3,
2
Thực hiện nhiệm vụ
Học sinh làm việc cá nhân, sau đó trao đổi các bạn trong nhóm.
X1,X5,X6,X7,X8
3
Báo cáo thảo luận
Học sinh trình bày kết quả
X6
4
Kết luận nhận định
-Giáo viên nhận xét kết quả nghiên cứu học sinh và kết luận
-Học sinh nắm được công thức tính thế năng trọng trường.
- Học sinh nắm được: Công của trọng lực tác dụng bằng độ giảm thế năng và hệ quả của nó.
K1,K2,K3
Nội dung 3: Thế năng đàn hồi
Giáo viên đưa ra khái niệm thế năng đàn hồi.
STT
Hoạt động
Nội dung
Những năng lực cần đạt
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Cho bài toán: Tính công của lực đàn hồi khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái tự nhiên.
K1,K2,K3,K4
P1,P3,
2
Thực hiện nhiệm vụ
Học sinh làm việc cá nhân, sau đó trao đổi các bạn trong nhóm.
X1,X5,X6,X7,X8
3
Báo cáo thảo luận
Học sinh trình bày kết quả
X6
4
Kết luận nhận định
-Giáo viên nhận xét kết quả nghiên cứu học sinh và kết luận
-Học sinh nắm được công thức tính thế năng đàn hồi.
K1,K2,K3
Nội dung 4: Cơ năng
Giáo viên đưa ra định nghĩa cơ năng của vật trong trọng trường.
STT
Hoạt động
Nội dung
Những năng lực cần đạt
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Chứng minh khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật được bảo toàn 
Từ đó tìm ra những hệ quả.
K1,K2,K3,K4
P1,P3,
2
Thực hiện nhiệm vụ
Học sinh làm việc cá nhân, sau đó trao đổi các bạn trong nhóm.
X1,X5,X6,X7,X8
3
Báo cáo thảo luận
Học sinh trình bày kết quả
X6
4
Kết luận nhận định
-Giáo viên nhận xét kết quả nghiên cứu học sinh và kết luận
-Học sinh nắm được định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp chỉ chịu tác dụng của trọng lực.
K1,K2,K3
Nội dung 5: Cơ năng đàn hồi. Sự biến thiên cơ năng
Giáo viên giao nhiệm vụ về nhà cho HS 
+ Tự thiết lập biểu thức tính cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi và chứng minh tính bảo toàn của nó.
+ Xét trong trường hợp vật chịu thêm tác dụng của lực cản, lực ma sátthì cơ năng có bảo toàn không? Nếu không thì sự biến thiên cơ năng liên hệ như thế nào với công các lực đó?
STT
Hoạt động
Nội dung
Những năng lực cần đạt
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Chứng minh khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật được bảo toàn 
Từ đó tìm ra những hệ quả.
K1,K2,K3,K4
P1,P3,
2
Thực hiện nhiệm vụ
Học sinh làm việc cá nhân, sau đó trao đổi các bạn trong nhóm.
X1,X5,X6,X7,X8
3
Báo cáo thảo luận
Học sinh trình bày kết quả
X6
4
Kết luận nhận định
-Giáo viên nhận xét kết quả nghiên cứu học sinh và kết luận
-Học sinh nắm được định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp chỉ chịu tác dụng của trọng lực.
K1,K2,K3
5. Hoạt động 3: Vận dụng – Tổng kết bài học
- Dự kiến thời gian thực hiện: 45 phút ( 1 tiết)
- Chuẩn bị phương tiện cần thiết: bảng phụ, bút, giấy
- Mục tiêu hoạt động: 
- Tiến trình thực hiện hoạt động (theo 4 bước sau): 
STT
Hoạt động
Nội dung
Những năng lực cần đạt
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Phát phiếu học tập số 1: Một số bài tập định tính, định lượng
K1,K2,K3,K4
P1,P3,
2
Thực hiện nhiệm vụ
Học sinh làm việc cá nhân, sau đó trao đổi các bạn trong nhóm.
X1,X5,X6,X7,X8
3
Báo cáo thảo luận
Học sinh trình bày kết quả
X6
4
Kết luận nhận định
Giáo viên sửa bài tập, nhận xét kết quả bài làm của học sinh 
K1,K2,K3
 - Soạn câu hỏi/bài tập kiểm tra, đánh giá năng lực: Trong mục tiêu có năng lực thành phần nào thì cần xây dựng câu hỏi/bài tập kiểm tra đánh giá năng lực thành phần đó.
Nhóm năng lực
Năng lực thành phần
 Câu hỏi/ bài tâp hoặc số thứ tự - mức độ 
1. Nhóm NLTP liên quan đến sử dụng kiến thức vật lí
K1:
(Nhận biết-K1): 
(Hiểu-K1, X1): 
K2:
1.2. 1 (Hiểu-K2):
1.2.2 (Hiểu-K2, X1): 
K3:
1.3.1.(Vận dụng thấp- K3) 
1.3.2. ( Vận dụng cao- K1,P4, P5,X1,C1)
1.3.3. ( Vận dụng thấp- K1, P2, X8, C4) 
1.3.4. 
K4:
1.4.1.Động năng của một vật tăng khi:
Gia tốc của vật a > 0
Vận tốc của vật v > 0
Các lực tác dụng lên vật sinh công dương
Gia tốc của vật tăng
2. Nhóm NLTP về phương pháp 
P1:
2.1. 1 (Vận dụng-P1, X3)
2.1.2 (Hiểu-K2, X1)
P2:
P3:
P4:
P5:
P6:
P7:
P8:
P9:
3. Nhóm NLTP trao đổi thông tin
X1:
3.1. 1 (Hiểu- X1,X5)
3.1.2. (Vận dụng-X1, C1)
X2:
X3:
X4:
X5:
X6:
X7:
X8:
4. Nhóm NLTP liên quan đến cá nhân
C1:
C2:
C3:
C4:
C5:
C6:
Nội dung chi tiết các câu hỏi/ bài tập đã xây dựng	
(Nhận biết-K1): Một vật khối lượng m = 500g, theo đang chuyển động theo phương ngang. Vật này có dự trữ năng lượng dưới dạng nào?
Một vật khối lượng m = 1 kg, ở độ cao z = 2 m so với vật mặt đất. Vật này sẽ có dự trữ năng lượng dưới dạng nào?
(Nhận biết-K1): Chứng tỏ các vật sau đây có động năng và có thể sinh công như thế nào?
Viên đạn đang bay.
Búa đang chuyển động
Dòng nước lũ đang chảy mạnh
1.1.4 (Hiểu-K1, X1): Nêu định nghĩa và biểu thức của động năng.
1.2. 1 (Nhận biết-K2):Khi nào động năng của vật:
 A. biến thiên?
 B. Tăng lên?
 C. Giảm đi?
1.2.2 (Hiểu-K2, X1): Câu nào sai trong các câu sau?
Động năng của vật không đổi khi vật:
Chuyển động thẳng đều
Chuyển động tròn đều
Chuyển động với gia tốc không đổi
D. Chuyển động cong đều
1.3.1. ( Vận dụng thấp- K3,K4,P5,,X8,C1) Một vật có khối lượng 500 g đang chuyển động với tốc độ 36 km/h. Động năng của vật có giá trị nào sau đây?
A. 2,5 J
B. 9000 J
C. 2500 J
D. 250 J
1.3.2. ( Vận dụng cao- K3,K4, P5, X8, C1):Vật khối lượng 2 kg, bắt đầu chuyển động theo phương ngang dưới tác dụng của lực 5 N theo phương ngang. Xác định tốc độ của vật sau khi đi được quãng đường 10 m.
A. 7,1 m/s
B. 2,5 m/s
C. 4m/s
D. 5 m/s
1.3.3. ( Vận dụng thấp- K3, C1)Một lò xo đàn hồi có độ cứng k = 200 N/m. Thế năng đàn hồi của lò xo khi bị nén – 2 cm là:
A. 0,04 J
B. 400 J
C. – 0,04 J
D. 40 J
1.3.4. (Vận dụng thấp- K3,X8,C1): Một vật khối lượng 0,5 KG
1.4.1.Động năng của một vật tăng khi:
Gia tốc của vật a > 0
Vận tốc của vật v > 0
Các lực tác dụng lên vật sinh công dương
Gia tốc của vật tăng