SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
Trường THPT Lương Đắc Bằng





(

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
TÌM HIỂU THÊM VỀ NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA






G/v thực hiện: Lê Văn Thêm
Đ/v công tác: Trường THPT Lương Đắc Bằng






Thanh Hóa , tháng 5 năm 2009



ĐẶT VẤN ĐỀ
Lời nói đầu:
Vấn đề năng lượng là một vấn đề khó khi nghiên cứu về các hệ vật lí nói chung. Trong cơ học, năng lượng mà chúng ta quan tâm đó là cơ năng, biết biểu thức cơ năng, và nếu là hệ kín, ta có thể áp dụng định luật bảo toàn cơ năng và có thể tìm ra những tính chất của hệ rất nhanh gọn và hiệu quả.
Trong hệ dao động điều hòa, việc biết được biểu thức cơ năng của hệ là vô cùng quan trọng. Từ đó , ta có thể suy ngược lại được biểu thức của nhiều đại lượng quan trọng khác, như vận tốc, li độ, gia tốc….
Thực trạng vấn đề:
Trong trương trình sách giáo khoa hiện tại, chưa đưa ra biểu thức cơ năng mà nguồn gốc biểu thức thế năng được suy ra một cách tổng quát, vì vậy một số tình huống chúng ta không thể suy ra biểu thức của cơ năng, mà chỉ là dựa vào những hệ đơn giản đã biết, rồi từ đó, một cách áp đặt, ta chấp nhận, tức là yêu cầu học sinh chấp nhận biểu thức cơ năng của các hệ phức tạp. Cách đưa vấn đề này có ưu điểm là đơn giản hóa được vấn đề nghiên cứu song nó không xây dựng được một niềm tin chắc chắn về vấn đề mà học sinh đang quan tâm. Đôi khi, có những giáo viên, từ yêu cầu đơn giản đó mà không nghiên cứu để hiểu một cách thấu đáo vấn đề năng lượng của hệ dao động điều hòa.
Trong bài này, tôi mạnh dạn đưa ra vấn đề và giải quyết, để từ đó ,chúng ta sẽ có cách hiểu thấu đáo hơn vấn đề cơ năng của hệ dao động điều hòa, giúp chúng ta có cách nhìn tổng quan hơn và chủ động hơn để giải quyết những bài toán phức tạp có liên quan đến năng lượng.
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Các khái niệm cơ bản.
Công cơ học.
Một lực không đổi có độ lớn F, tác dụng lên một vật, vécto lực luôn hợp với véc tơ vận tốc của vật một góc khi vật đi được một quảng đường S thì lực đã thực hiện một công cơ học là A = F.S.cos
Khái niệm năng lượng.
Năng lượng là một đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của một vật hay hệ vật. Nó được xác định bằng giá trị công cực đại mà vật hay hệ vật có thể thực hiện được khi chuyển từ trạng thái đang xét đến trạng thái được coi là có năng lượng bằng không.
Khái niệm động năng.
Động năng là năng lượng mà một vật có được do chuyển động. Một vật có khối lượng m, đang chuyển động với vận tốc có độ lớn là v thì có một động năng là : Wđ =

Khái niệm thế năng.
Khái niệm tổng quát: Thế năng là dạng năng lượng mà một vật (hay hệ vật) có được do sự tương tác giữa các phần trong vật (các vật trong hệ).
Biểu thức:
Trường hợp thế năng đàn hồi( là thế năng của một vật có được do sự tương tác của các phần trong một vật):
Một vật có thế năng đàn hồi khi vật bị biến dạng đàn hồi, có độ lớn phụ thuộc vào độ biến dạng so với trạng thái tự nhiên của vật (trạng thái được coi là có năng lượng bằng không). Theo định nghĩa tổng quát của năng lượng, ta có thế năng của vật khi bị biến dạng là: Thế năng = Công của lực đàn hồi, tác dụng lên một vật nào đó, khi chuyển từ trạng thái bị dạng sang trạng thái tự nhiên .
Ta xét trường hợp đơn giản, lò xo lí tưởng khi đặt nằm ngang, khi đang bị biến dạng với độ biến dạng là Δl, thế năng đàn hồi của lò xo là (đôi khi, ta coi thế năng này là thế năng của vật đang gắn với lò xo): Wt =
=

Trường hợp thế năng hấp dẫn ( là thế năng mà một hệ vật có được do sự tương tác giữa các vật trong hệ):
Khi một vật đặt trong một trường thế ( trường hấp dẫn, trường điện từ....) ta coi như thế năng của hệ ( gồm vật đang xét và vật tạo ra trường thế) chỉ nằm ở vật đang xét, và giá trị của thế năng bằng công của lực thế ( lực điện từ, lực hấp dẫn) đưa vật từ trạng thái ( vị trí ) đang xét đến trạng thái (vị trí ) được coi là có