SKKN Những vấn đề cần lưu ý khi giảng dạy các đinh luật bảo toàn trong chương trình Vật lý Lớp 10

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI GIẢNG 
DẠY CÁC ĐINH LUẬT BẢO TOÀN TRONG 
CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 
A. đặt vấn đề: 
 Các định luật bảo toàn là một trong những phần quan trọng của vật lý 
lớp 10 PTTH, sau khi học sinh được trang bị đủ lượng kiến thức để giải các 
bài toán cơ học bằng phương pháp động lượng học. Nó được sắp xếp riêng 
biệt, đồng thời nó là cơ sở để nghiên cứu rất nhiều các bài toán ở các lớp trên. 
Vì vậy chúng ta phải coi đây là phần vật lý quan trọng, nó không những trang 
bị cho các em một phương pháp mới để giải các bài toán cơ học: (Phương 
pháp dùng các định luật bảo toàn) mà đây là phương pháp tổng quát hơn 
phương pháp động lực học áp dụng được cả khi không biết rõ các lực tác 
dụng lên vật. Với những lý do đó mà bản thân học sinh lớp 10 phải nắm vững 
các kiến thức cơ bản của phần này đặc biệt là các khái niệm mới như khái 
niệm công, khái niệm động lượng, khái niệm cơ năng, năng lượng... Ngoài ra 
phải biết nắm vững và vận dụng thành thạo các định luật. 
 Ngược lại khi học phần này rất nhiều những học sinh nhất là đối tượng 
trung bình đặc biệt đối tượng yếu, kém hiểu rất mơ hồ, lúng túng. Do vậy, nên 
tôi muốn đưa ra một số ý kiến của mình xung quanh việc làm thế nào để dạy 
cho các em phần này một cách dễ hiểu nhất và một số vấn đề cần chú ý đối 
khi giảng dạy phần này. 
B. Giải quyết vấn đề 
1. Trước hết phải biết hiểu một cách tổng quát rằng: Các định luật bảo toàn là 
độc lập đối với các định luật Niutơn và vẫn đúng khi các định luật Niutơn không 
đúng nữa (tránh quan niệm cho rằng chúng là hệ quả của nhau, đành rằng từ các 
định luật II và III của Niutơn có thể chứng minh được định luật bảo toàn động 
lượng và ngược lại từ định luật bảo toàn và biến thiên động lượng có thể suy ra 
được các định luật II và III của Niutơn). 
 Các định luật bảo toàn có ý nghĩa đặc biệt trong trường hợp cần nghiên 
cứu những quá trình diễn ra trong một hệ vật mà ta chưa biết được liên hệ nội 
tại giữa các quá trình ấy. Trong những trường hợp đó các định luật bảo toàn là 
công cụ để xâm nhập vào những quy luật của tự nhiên. Nó cung cấp một 
phương pháp giải một bài toán cơ học rất hữu hiệu, bổ sung cho phương pháp 
động lượng học là phương pháp duy nhất để giải các bài toán cơ học khi chưa 
biết rõ lực tác dụng. 
Sự phát triển của vật lý càng chứng tỏ ý nghĩa của việc nghiên cứu các định 
luật bảo toàn. Mỗi một định luật là sự biểu hiện một sự bảo toàn những thuộc 
tính cơ bản nào đó được đặc trưng bằng những đại lượng vật lý tương ứng của 
vật chất, cũng như mối liên hệ giữa vật chất và các hình thức tồn tại của nó 
trong không gian và thời gian. 
 Trong quá trình giảng dạy muốn hình thành cho học sinh thế giới quan 
duy vật biện chứng và nhân sinh quan khoa học, cần phải vạch rõ tính tổng 
quát của định luật bảo toàn cũng như ý nghĩa của nó trong kỹ thuật. 
2. Định luật bảo toàn động lượng: 
 Ở đây như SGK đã trình bày trước hết giới thiệu khái niệm hệ kín và 
khái niệm động lượng là những khái niệm mới đối với học sinh vì vậy cần 
phải được giới thiệu cụ thể cho các em. 
a. Về khái niệm hệ kín: Về mặt lý thuyết được định nghĩa như SGK: "Một hệ 
vật được gọi là hệ kín nếu các vật trong hệ chỉ tương tác với nhau mà không 
tương tác ở vật ở ngoài hệ". Nói khác đi: Hệ kín là hệ chỉ có nội lực mà 
không có ngoại lực. ở đây cần nhấn mạnh thêm hai điểm: 
 + Nội lực từng đôi một trực đối nhau theo định luật III Niutơn nên 
không gây ra gia tốc cho hệ. 
 + Không có ngoại lực tác dụng lên hệ 
 ở điểm thứ nhất là tuyệt đối đúng còn ở điểm thứ hai cần phải hiểu một 
cách tương đối đúng và cần lưu ý rằng: 
 - Các ngoại lực từng đôi một khử nhau. 
 Ví dụ: Hai viên bi lăn trên bàn nếu không có ma sát thì trọng lực bị khử 
bởi phản lực của bàn. 
 - Các ngoại lực tác dụng lên hệ theo phương nào đó khử nhau (hệ được 
coi là kín theo phương đó). 
 - Có ngoại lực nhưng rất nhỏ hơn so với nội lực. 
 Ví dụ: Các vụ nổ, sự va chạm v.v... 
 - Sự tương tác giữa các vật trong hệ xảy ra trong thời gian rất ngắn, 
trong thời gian đó nội lực rất lớn hơn ngoại lực. 
 Ví dụ: Sự va chạm giữa hai viên bi trên bàn hoặc sự nổ của một viên đạn. 
b. Về khái niệm động lượng: Theo tôi cách xây dựng khái niệm này như SGK 
là phù hợp trong đó có hai điểm cần lưu ý khi xây dựng khái niệm động lượng 
cho học sinh: 
 + Từ ví dụ về sự tương tác giữa hai viên bi cùng khối lượng, khác khối 
lượng để khẳng định ở đây không phải vận tốc được bảo toàn. 
 + Tiến hành làm thí nghiệm và đi đến xây dựng khái niệm động lượng: 
vmp
rr
.= 
 * Những điểm cần nhấn mạnh: 
 + Động lựợng là một véc tơ có phương, chiều trùng với phương, chiều 
của véctơ vận tốc tức là trùng với phương, chiều của chuyển động. 
 + Động lượng của một hệ vật là tổng véctơ động lượng của các vật 
trong hệ: 
...21 ++= ppp
rrr 
(Phép cộng bằng quy tắc HBH hoặc quy tắc đa giác) 
 Cần lưu ý với học sinh về độ lớn: 
acos.2 21
2
2
2
1
2 ppppp ++= 
 và như vậy nói chung p ¹ p1 + p2 mà ở dây học sinh rất hay cho rằng 
p = p1 + p2 nhất là đối tượng yếu kém. 
 + Đặc biệt lưu ý cho học sinh 1 2v v v¹ +r r r 
c. Định luật bảo toàn động lượng: 
1p
r
p
r
2p
r
a 
 "Tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn" (Biểu diễn bằng một 
véctơ không đổi cả về độ lớn lẫn về hướng). 
* Cần nhấn mạnh cho học sinh: 
 + Véctơ tổng pr được bảo toàn (không đổi) còn động lượng của từng 
vật trong hệ 21, pp rr ... có thể không đổi nhưng chủ yếu là thay đổi (không bảo 
toàn). 
 + Động lượng có thể chỉ bảo toàn theo một phương nào đó nếu theo 
phương đó hệ là kín. 
 + Nếu hệ không kín nhưng thời gian tương tác là nhỏ (Sự va chạm, sự 
nổ...) khi đó nội lực rất lớn hơn ngoại lực nên hệ cũng được coi là kín và động 
lượng của hệ cũng được bảo toàn. 
3. Định luật bảo toàn công: 
a. Khái niệm công: Khác với các em đã học ở THCS ở đây biểu thức tính 
công được viết tổng quát hơn là A = F.S.Cosa. 
 Điều cần nhấn mạnh từ biểu thức tính công thức ta thấy: 
 Nếu a = 900 ® A = 0, nếu hướng của lực vuông góc với hướng của 
đường thì công bằng 0 (lực không sinh công). 
 Nếu 900 < a £ 1800 (lực cản) ® A < 0 ® công của lực cản là công âm. 
 Nếu 00 £ a 0 ® công của lực phát động là 
công dương. 
b. Định luật bảo toàn: Tất cả các máy cơ học đều không làm cho ta lợi về 
công: nếu lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi còn giá 
trị của công thực hiện là không đổi. 
 Cần lưu ý với học sinh rằng điều này chỉ đúng khi không có ma sát còn 
trong thực tế vì bao giờ cũng có ma sát (ở trên mặt phẳng nghiêng, ở giữa trục 
ròng rọc...) nên công phải thực hiện bao giờ cũng lớn hơn công có ích: 
A' = F'.S > A = F.S 
 Từ đó đưa ra cho học sinh khái niệm hiệu suất của các máy cơ học. 
4. Định luật bảo toàn cơ năng: 
a. Khái niệm năng lượng, cơ năng: 
 + Như SGK đã nêu: Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng 
thực hiện công của một vật hay hệ vật. 
 Giá trị của năng lượng của một vật hay hệ vật ở trong một trạng thái 
nào đó bằng công cực đại mà vật (hệ vật) ấy có thể thực hiện được trong 
những quá trình biến đổi nhất định. 
 - ở đây cần chú ý nhấn mạnh: quá trình biến đổi nhất định, bởi vì nếu 
xét những quá trình khác nhau thì công có thể khác nhau. 
 - Cũng cần hiểu đây là một mặt thể hiện của sự chuyển hoá năng lượng: 
Lượng năng lượng chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác có trị số bằng 
công của một lực nào đó. 
 + Cần phân biệt cho học sinh năng lượng và cơ năng: 
- Cơ năng là năng lượng cơ học cụ thể là năng lượng do chuyển động 
cơ học (động năng) và năng lượng do tương tác cơ học (thế năng) và như vậy 
cơ năng có hai loại là động năng và thế năng và là một trong những dạng của 
năng lượng. 
- Cần phải hiểu thế năng là năng lượng của trường lực thế và như vậy 
chỉ có thế năng của trọng lực (lực hấp dẫn) gọi là thế năng hấp dẫn; Thế năng 
của lực đàn hồi (thế năng đàn hồi) và thế năng của trường tĩnh điện (gọi là 
điện thế - các em được học ở lớp 11). 
Còn các lực không phải là các lực thế (lực ma sát chẳng hạn) không gây 
ra thế năng cho vật. 
 Theo tôi khi chứng minh biểu thức thế năng của lực đàn hồi ngoài 
phương pháp đồ thị như SGK thì học sinh rất khó hiểu có thể chứng minh 
theo cách sau phù hợp với đối tượng mà học sinh kiến thức toán còn non như 
địa phương chúng ta hiện nay: 
Giả sử từ trạng thái lò xo có độ dài tự nhiên, ta kéo nó giãn ra một đoạn 
x khi đó ta đã thực hiện một công xFA .= . Ta lấy giá trị trung bình vì trong 
quá trình đó ngoại lực kéo của tay ta tăng liên tục theo sự tăng của lực đàn 
hồi. 
Khi bắt đầu kéo F = 0 
Khi lò xo giãn một đoạn x: F = k.x 
Trong đó: k là độ cứng của lò xo, là không đổi nghĩa là F tỉ lệ thuận với x 
do đó ta có thể viết 
22
0 kxkx
F =
+
= ® 2.
2
1
.
2
xkx
kx
A == 
Công này biến thành thế năng của lực đàn hồi 
2
2
1
kxAE == 
b. Định luật bảo toàn cơ năng: Trong hệ kín không có ma sát cơ năng được 
bảo toàn. 
Biểu thức: Nên viết tổng quát 
 (mgh) TNTrL 
 Động năng ÷
ø
ö
ç
è
æ 2.
2
1
vm + Thế năng = hằng số 
 ÷
ø
ö
ç
è
æ 2
2
1
kx TNĐH 
 - Cần chú ý không có ma sát trong hệ 
 - Như vậy trong bài toán va chạm: 
 + Nếu là va chạm đàn hồi, động lượng và cơ năng được bảo toàn 
 + Nếu là va chạm mềm chỉ có động lượng bảo toàn còn cơ năng không 
bảo toàn. 
 Theo tôi học sinh cần phải hiểu như vậy để áp dụng làm các bài toán 
nhất là các bài toán va chạm. 
c. Định luật bảo toàn năng lượng: 
 Nên đặt câu hỏi cho học sinh: Nếu hệ kín có ma sát thì sao? rõ ràng cơ 
năng không bảo toàn vậy ở đây có đại lượng nào được bảo toàn ngoài động 
lượng. Vật lý học hiện đại dã khẳng định tổng các dạng năng lượng (hay còn 
gọi là năng lượng toàn phần) được bảo toàn. 
 So với SGK theo tôi cần phát biểu định luật này một cách đầy đủ, chi tiết 
hơn: Xét trong một hệ kín năng lượng không tự nhiên sinh ra và không tự mất đi 
mà nó chỉ chuyển hoá thành một tương đương từ dạng này sang dạng khác, từ 
vật này sang vật khác nhưng năng lượng tổng c