Sử dụng đồ thị, phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa.
Mô tả được sự trao đổi giữa thế năng và động năng của hệ bằng công thức và đồ thị.

Năng lực

Năng lực chung:

Năng lực tự học: Chủ động tích cực thực hiện các nhiệm vụ được đặt ra cho nhóm; tự điều chỉnh thái độ, hành vi của bản thân, bình tĩnh và có cách cư xử đúng khi giao tiếp trong quá trình làm việc nhóm.
Giao tiếp hợp tác: Thảo luận nhóm để thảo luận về động năng, thế năng và sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa.
Năng lực giải quyết vấn đề: Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin liên quan đến động năng, thế năng, sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa, đề xuất giải pháp giải quyết.

Năng lực vật lí:

Nêu được định nghĩa động năng, thế năng và cơ năng trong dao động điều hòa.
Sử dụng đồ thị, phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa.
Vận dụng được kiến thức để làm bài tập và giải thích được một số vấn đề trong thực tế.

Phẩm chất

Chăm chỉ, trung thực, trách nhiệm trong học tập.

THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU:
Đối với giáo viên:

SGK, SGV, Giáo án.
Các hình vẽ và đồ thị trong SGK: Đồ thị sự biến thiên của động năng W_đ theo li độ x; Đồ thị sự biến thiên của thế năng W_t theo li độ x; Hình con lắc đơn, con lắc lò xo;…
Máy chiếu, máy tính (nếu có).

Đối với học sinh:

SGK, SBT Vật lí 11
Tư liệu, tranh ảnh, video,...liên quan đến nội dung bài học và các dụng cụ học tập theo yêu cầu của GV.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG
Mục tiêu: Trên cơ sở HS đã được học về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng ở lớp 10, nhắc lại một số ví dụ về sự chuyển hóa này trong đời sống và trong kĩ thuật để kết nối kiến thức vốn có của HS vào bài học mới.
Nội dung: GV cho HS thảo luận về một vài ví dụ trong đời sống và trong kĩ thuật có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng.
Sản phẩm học tập: HS trả lời được những câu hỏi mà GV đưa ra để thảo luận về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng.
Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nêu một vài ví dụ trong đời sống và trong kĩ thuật có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng.

- GV đặt câu hỏi yêu cầu HS thảo luận: Ở lớp 10, khi học về chuyển động của vật, ta đã biết có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của vật. Vậy trong dao động điều hòa có sự chuyển hóa tương tự không?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận, đưa ra một vài ví dụ và trả lời câu hỏi.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời 1 – 2 bạn ngẫu nhiên đứng dậy trình bày suy nghĩ của mình.

(HS chưa cần trả lời chính xác và đầy đủ: ví dụ trong dao động điều hòa có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng)

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV tiếp nhận câu trả lời dẫn dắt HS vào bài: Để trả lời câu hỏi này chúng ta vào bài học ngày hôm nay: Bài 5: Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa.

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1. Tìm hiểu động năng trong dao động điều hòa

Mục tiêu: Từ đồ thị động năng theo li độ để tổ chức cho HS phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự biến thiên của động năng theo li độ trong dao động điều hòa.
Nội dung: GV hướng dẫn để HS xây dựng công thức tính động năng.
Sản phẩm học tập: HS rút ra được kiến thức về động năng trong dao động điều hòa.
Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu đồ thị động năng theo li độ cho HS quan sát (Hình 5.1 SGK).

- GV yêu cầu HS phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự biến thiên của động năng theo li độ trong dao động điều hòa.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK, tìm hiểu động năng trong dao động điều hòa.

- Động năng của vật dao động điều hòa được xác định bởi biểu thức:

Thay vào, ta được:

Thay vào ta được:

- Quan sát Hình 5.1, GV đặt câu hỏi: Đồ thị chỉ sự biến thiên của động năng theo li độ x có dạng như thế nào?

- HS phát biểu ý kiến: Đồ thị chỉ sự biến thiên của động năng theo li độ x là một đường parabol có bề lõm hướng xuống dưới.

- GV tiếp tục hướng dẫn HS tìm hiểu về sự biến thiên của động năng theo li độ bằng cách xác định động năng W_đ tại vị trí cân bằng x = 0 và tại vị trí biên .

- GV chốt lại kiến thức với HS về động năng trong dao động điều hòa.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát hình ảnh, chăm chú nghe GV giảng bài, trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. ĐỘNG NĂNG

- Công thức động năng:

)

- Hình 5.1 là đồ thị chỉ sự biến thiên của động năng theo li độ x. Đó là một đường parabol có bề lõm hướng xuống và có giá trị cực đại: .

- Đồ thị cho thấy, khi vật đi từ vị trí cân bằng tới vị trí biên thì động năng của vật đang từ cực đại giảm đến 0. Khi vật đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng thì động năng của vật tăng từ 0 đến giá trị cực đại. Điều đó chứng tỏ động năng của hệ không hề mất đi mà chuyển dần sang thế năng của hệ và ngược lại.

Hoạt động 2. Tìm hiểu thế năng trong dao động điều hòa

Mục tiêu: Từ đồ thị thế năng theo li độ để tổ chức cho HS phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự biến thiên của thế năng theo li độ trong dao động điều hòa.
Nội dung: GV hướng dẫn để HS xây dựng công thức tính thế năng.
Sản phẩm học tập: HS rút ra được kiến thức về thế năng trong dao động điều hòa.
Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu đồ thị thế năng theo li độ cho HS quan sát (Hình 5.2 SGK).

- GV yêu cầu HS phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự biến thiên của thế năng theo li độ trong dao động điều hòa.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK, tìm hiểu thế năng trong dao động điều hòa.

- Theo định luật bảo toàn năng lượng, nếu bỏ qua ma sát thì động năng của vật không mất đi mà chuyển dần thành thế năng của vật và ngược lại. Vì thế ta có thể viết:

- Quan sát Hình 5.1, GV đặt câu hỏi: Đồ thị chỉ sự biến thiên của thế năng theo li độ x có dạng như thế nào?

- HS phát biểu ý kiến: Đồ thị chỉ sự biến thiên của thế năng theo li độ x cũng là một đường parabol có bề lõm hướng lên trên.

- GV tiếp tục hướng dẫn HS tìm hiểu về sự biến thiên của thế năng theo li độ bằng cách xác định thế năng W_t tại vị trí cân bằng x = 0 và tại vị trí biên .

- GV chốt lại kiến thức với HS về thế năng trong dao động điều hòa.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát hình ảnh, chăm chú nghe GV giảng bài, trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

II. THẾ NĂNG

- Công thức thế năng:

- Đồ thị biến thiên của thế năng theo li độ x cũng là một đường parabol nhưng bề lõm hướng lên như Hình 5.2 và có giá trị cực đại: .

- Đồ thị cho thấy, khi vật đi từ vị trí cân bằng tới vị trí biên thì thế năng của vật đang từ 0 tăng dần đến cực đại. Khi vật đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng thì thế năng của vật từ cực đại giảm dần đến 0.

Hoạt động 3. Tìm hiểu cơ năng trong dao động điều hòa

Mục tiêu: Từ đồ thị động năng và thế năng theo li độ để tổ chức cho HS phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa.
Nội dung: GV hướng dẫn để HS thấy trong dao động điều hòa có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của vật, rút ra công thức bảo toàn cơ năng.
Sản phẩm học tập: HS rút ra được kiến thức về cơ năng trong dao động điều hòa.
Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu đồ thị động năng và thế năng theo li độ cho HS quan sát (Hình 5.1 và 5.2 SGK)

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK, tìm hiểu cơ năng trong dao động điều hòa.

- GV cho HS phân tích: Trong dao động điều hòa có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của vật, còn cơ năng tức tổng động năng và thế năng thì được bảo toàn.

- GV chốt lại kiến thức với HS về cơ năng trong dao động điều hòa.

- Để củng cố kiến thức vừa xây dựng được cho HS, GV tổ chức để HS thực hiện nhiệm vụ Hoạt động (SGK – tr21)

*Hoạt động (SGK – tr21)

1. Hình 5.3 là đồ thị động năng và thế năng của một vật dao động điều hòa theo li độ. Hãy phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng bằng đồ thị.

2. Hình 5.4 là đồ thị động năng, thế năng và cơ năng của một vật dao động điều hòa theo thời gian.

III. CƠ NĂNG

- Trong dao động điều hòa, có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của vật, còn cơ năng, tức tổng động năng và thế năng thì được bảo toàn.