Khối lượng trong chương trình Vật lý PT

1
Trường đại học vinh
Khoa sau đại học
Lụựp: CH17 - LL & PPGD Vaọt lyự
Bài tập THIếT Kế Chuyên đề bồi dưỡng giáo viên đáp ứng nhu cầu đổi mới giáo dục phổ thông - môn Vật lý
Đề tài: Khái niệm khối lượng
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Thị Phú.
Nhóm học viên thực hiện:
1. Nguyển Hải Thành
2. Cao Thắng sỹ
Vinh, tháng 05 năm 2010
2
Danh mục nội dung thực hiện đề tài

3
phần mở đầu
I. Mục tiêu.
1. Kiến thức:
Giúp giáo viên Vật lý phổ thông trả lời một cách chính xác khoa học nhửừng câu hỏi:
* Khối lượng là gỡ? Trong chương trỡnh Vật lý phổ thông khái niệm khối lượng được thể hiện dưới nhửừng hỡnh thức nào?
* Nội dung khái niệm khối lượng phát triễn như thế nào trong toàn bộ chương trỡnh Vật lý phổ thông?
* Nhửng khái niệm nào xuất hiện trong tiến trỡnh hỡnh thành các hỡnh thức của khái niệm khối lượng trong toàn bộ chương trỡnh Vật lý phổ thông?
* Khái niệm khối lượng có vị trí như thế nào trong cấu trúc chương trỡnh vật lý phổ thông?
* Dạy khái niệm khối lượng trong chương trỡnh Vật lý phổ thông như thế nào?
2. Kĩ naờng:
* Kổ naờng phân tích logic của quá trỡnh hỡnh thành khái niệm khối lượng trong chương trỡnh Vật lý phổ thông từ lớp 6 đến lớp 12.
* Kổ naờng phân tích cấu trúc chương trỡnh Vật lý phổ thông từ lớp 6 đến lớp 12.
* Kỉ naờng lập grap mô phỏng tiến trỡnh khoa học giải quyết vấn đề xây dựng tri thức.
4
ii. đối tượng thụ hưởng.
Giáo viên Vật lý phổ thông.
III. Thời gian thực hiện: 15 tiết
* Thấy được logic phát triễn nội dung khái niệm khối lượng nói riêng và hệ thống các khái niệm nói chung trong chương trỡnh Vật lý phổ thông. Nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trỡnh giảng dạy Vật lý ở phổ thông, đáp ứng nhu cầu đổi mới phương pháp dạy học theo hướng lấy người học làm trung tâm.
3. Thái độ:
5
Phần nội dung chuyên đề.
- Trong vật lý cổ điển người ta coi khối lượng của một vật là một đại lượng bất biến, không phụ thuộc vào chuyển động của vật. Tuy nhiên đến vật lý hiện đại người ta lại có cách nhỡn khác về khối lượng. Khối lượng có thể thay đổi tuỳ theo hệ quy chiếu. Khối lượng trong vật lý hiện đại bao gồm khối lượng nghĩ, có giá trị tương ứng với khối lượng cổ điển khi vật thể đứng yên trong hệ quy chiếu đang xét, cộng với khối lượng kèm theo động naờng cuỷa vaọt.
I.1. định nghĩa khoa học khái niệm khối lượng.
- Khối lượng là thước đo về lượng (nhiều hay ít) vật chất chứa trong vật thể, có thể tính từ tích phân toàn bộ thể tích của vật: m = ??dV.
Trong đó ? là hằng số phụ thuộc vào chất cấu tạo nên vật.
I. Nội dung khoa học kiến thức cần dạy.
- Khối lượng của một vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật (còn được gọi là khối lượng quán tính).
- Khối lượng của một vật đặc trưng cho mức độ vật đó hấp dẫn các vật khác, theo định luật vạn vật hấp dẫn Newton. Vật khối lượng lớn tạo ra xung quanh nó trường hấp dẫn lớn (thường được gọi là khối lượng hấp dẫn ).
* Với các phép đo có độ chính xác cỡ 10-12 và theo nguyên lý tương đương của Einstein thỡ khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn của một vật là bằng nhau.
Khối lượng toàn phần lúc này gọi là khối lượng tương đối tính (m), liên hệ với khối lượng nghĩ (m0) qua hệ thức:
6
II. Nội dung dạy học khái niệm khối lượng.
1. Grap sự phát triễn nội dung khái niệm khối lượng trong toàn bộ chương trỡnh Vật lý phổ thông từ lớp 6 đến lớp 12.
I.3. Đơn vị đo khối lượng.
- Đơn vị đo khối lượng trong hệ SI là kilôgam (kg).
- Trong vật lý hạt nhân, khối lượng đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (u).
1u = 1,66055.10-27 kg.
Ngoài ra trong vật lý hạt nhân khối lượng còn đo bằng đơn vị MeV/c2.
1u = 931,5 MeV/c2
I.4. Các cách đo khối lượng.
- Đo trực tiếp bằng cân.
- Đo gián tiếp thông qua đo thể tích và khối lượng riêng.
- Đo khối lượng bằng tương tác.
I.2. Tính chất của khối lượng:
- Khối lượng là đại lượng vô hướng, dương (trừ khối lượng nghỉ của photon).
- Khối lượng có tính chất cộng được.
- Khối lượng có giá trị phụ thuộc vào hệ quy chiếu.
7
Khối lượng
Lớp 6
Lớp 10
Lớp 12
Là lượng chất chứa trong vật
Là số đo mức quán tính của vật
Là số đo mức hấp dẫn của vật
Khối lượng và động lượng
Khối lượng và naờng lượng
- đơn vị khối lượng.
- đo khối lượng trực tiếp bằng cân.
- Khối lượng riêng.
- đo gián tiếp khối lượng: m = D.V
- Khoỏi lửụùng vaứ moõ men quaựn tớnh.
- Khoỏi lửụùng vaứ moõ men ủoọng lửụùng.
- Khối lượng và naờng lượng.

động naờng: Wđ = ; Thế naờng: Wt = mgz

- Mô men quaựn tớnh:
- Moõ men ủoọng lửụùng: L = I?
- Heọ thửực Eistein: E = mc2
- Khối lượng nghỉ.
- Khối lượng tương đối tính:
- độ hụt khối.
- NLLK: ?E =?m.c2
8
* Lớp 6:
- Khối lượng của một vật là lượng chất chứa trong vật.
- Khối lượng đo bằng kilogam (kg). Ngoài ra khối lượng con được đo bằng các đơn vị khác như: tấn, tạ, yến, héctôgam, gam..
- Các loại cân.
- Khối lượng được đo trực tiếp bằng cân.
- Trọng lượng là cường độ của trọng lực, trọng lượng đo bằng đơn vị Newton (N), trọng lượng liên hệ với khối lượng thông qua biểu thức: P = 10m.
Khối lượng của một mét khối một chất gọi là khối lượng riêng của chất đó. Khối lượng riêng đo bằng đơn vị kilogam trên mét khối (kg/m3).
Có thể đo khối lượng của một vật thông qua khối lượng riêng theo biểu thức: m = D.V.
2. Tửụứng minh noọi dung caực kieỏn thửực ca�n daùy.
2.1. Noọi dung khoa hoùc caực kieỏn thửực ca�n daùy.
* Lớp 10:
- Khối lượng của một vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật đó
Vật có khối lượng càng lớn càng kkhó thay đổi vận tốc và ngược lại.
- Có thể đo khối lượng của một vật bằng cách cho nó tương tác với một vật đã biết trước khối lượng (đo khối lượng bằng tương tác).
9
10
* Lớp 12:
- Mô men quán tính I đối với một trục là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật rắn trong chuyển động quay quanh trục ấy.
- Độ lớn của mô men quán tính phụ thuộc vào khối lượng vật rắn và sự phân bố khối lượng của vật rắn so với trục quay.
- Đại lượng L = I? trong chuyển động quay tương ứng với động lượng p = mv trong chuyển động tịnh tiến và được gọi là mô men động lượng của vật rắn đối với trục quay.
- Đơn vị u có giá trị bằng 1/12 khối lượng nguyên tử của đồng vị gọi là đơn vị khối lượng nguyên tử: 1u = 1,66055.10-27kg.
Theo thuyết tương đối của Einstein thì một vật có khối lượng thì có năng lượng và ngược lại, khối lượng và năng lượng liên hệ với nhau thông qua hệ thức Einstein: E = mc2.
Đơn vị đo khối lượng hạt nhân theo hệ thức Einstein là Mev/c2 : 1u ? 931,5 MeV/c2.
Theo thuyết tương đối của Einstein thì một vật có khối lượng m0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng sẽ tăng lên thành:
Trong đó m0 gọi là khối lượng nghỉ, m gọi là khối lượng tương đối tính.
- Khối lượng nghỉ là khối lượng của một vật ở trạng thái đứng yên trong hệ quy chiếu đang xét.
- Cơ năng của một hệ kín được bảo toàn.
11
- Khối lượng tương đối tính ( khối lượng động) là khối lượng của vật ở trạng thái chuyển động với vận tốc v trong hệ quy chiếu đang xét.
- Năng lượng: E0 = m0c2 gọi là năng lượng nghỉ, E = mc2 gọi là năng lượng toàn phần.
- Hiệu ?E = E - E0 gọi là động năng của vật.
- Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó. Khi đó đại lượng tính bằng biểu thức:
?m = Zmp + (A - Z)mn - mX gọi là độ hụt khối.
- Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c2: ?E = ?m.c2.
- Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn gọi là năng lượng liên kết riêng.
2.2. Grap logic xây dựng nội dung kiến thức cần dạy ve� ủe� taứi "khoỏi lửụùng" trong chửụng trỡnh Vaọt lyự phoồ thoõng.
12
2.2.1. Lớp 6:
Khối lượng
Thu thập thông tin
Phát biểu định nghĩa khối lượng
Ghi nhận đơn vị đo khối lượng
Tỡm hiểu về một số đơn vị đo khối lượng thường gặp
Cách đo khối lượng trực tiếp bằng cân.
Tỡm hiểu về một số loại cân
Vận dụng
Xử lý thông tin





Trọng lượng và Khối lượng
Công thức liên hệ giửừa trọng lượng và khối lượng:
P = 10.m
Khối lượng riêng
đo gián tiếp khối lượng theo khối lượng riêng:
m = D.V
13
định luật i
Ba định luật newton
Khối lượng là số đo mức quán tính của vật
Quán tính
Liên hệ trọng lượng và khối lượng: P = mg
Trọng lực. Trọng lượng.
Tính chất của khối lượng.
2.2.2. Lớp 10
định luật ii
định luật iii
đo khối lượng bằng tương tác.
14
Lực hấp dẫn
định luật vạn vật hấp dẫn
Khối lượng ủaởc trửng cho mửực hấp dẫn cuỷa vaọt.
KHỐI LƯỢNG VỚI ��ng l�ỵng
Xung lượng của lực
Lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn, có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật.
định nghĩa xung lượng của lực.
động lượng
Giải thích tác dụng của xung lượng của lực bằng định luật 2 Newton.
định nghĩa động lượng
Dạng khác của định luật 2 Newton.
15
Khối lượng và Cễ NAấNG
ĐỘNG NĂNG
THẾ NĂNG
Định nghĩa
Liên hệ giữa động năng và công của lực.
Động năng và khối lượng
Định lý biến thiên động năng.
Định nghĩa
AMN = Wt(M) - Wt(N)
Thế năng trọng trường
Wt = mgz
Biến thiên thế năng và công của trọng lực
16
2.2.3. Lớp 12.
Gia tốc góc (?)
Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định
Liên hệ giữa gia tốc góc và mô men lực
Vận tóc và gia tốc của các điểm trên vật quay.
Mô men quán tính
Các phương trình động học
Phương trình động lực học của vật rắn.
M = I?
at = r?
L = I?
Mô men động lượng
17
KHỐI LƯỢNG HẠT NHÂN
Đơn vị khối lượng hạt nhân
Khối lượng và năng lượng
1 u = 1,66055.10 - 27kg
E = mc2
1u ? 931,5MeV/c2
Khối lượng nghĩ: m0
Năng lượng nghĩ
Khối lượng tương đối tính
Năng lượng toàn phần
Động năng của vật
Độ hụt khối
Năng lượng liên kết
Năng lượng liên kết riêng
Δm = Zmp + (A – Z)mn - mX
Wlk =?m.c2
E0 = m0c2
Wđ = E - E0 = (m - m0)c2
18
III. Vị trí của đề tài "khối lượng" trong cấu trúc chương trình Vật lý phổ thông.
VẬT LÝ PHỔ THÔNG
THCS
THPT
Vòng 1
Vòng 2
Cơ L 6
Nhiệt L6
Quang L7
Điện L7
Âm L7
Nhiệt L8
Cơ L 8
Quang L9
Điện L9
BTNL L9
Điện từ L9
Nhiệt L10
Cơ L 10
Quang L11
Điện L11
Sóng AS L12
DĐ& SC L12
HN L12
Từ vi mô đến vĩ mô L12
DĐ& SĐTL12
DĐXC L12
LTAS L12
ĐLHVR L12
- Khối lượng (KL). - Đơn vị KL. - Đo KL trực tiếp bằng cân. - KL riêng. - Đo gián tiếp KL: m = D.V. - Quan hệ giữa KL và TL: P = 10m. - Quán tính.
- KL và quán tính. - Đo KL bằng tương tác. - KL và mức hấp dẫn của vật. - KL và trọng lực, trọng lượng. - KL và động lượng. - KL và năng lượng.
- Mô men động lượng. - KL và năng lượng. - Hệ thức: E = mc2 - KL hạt nhân. - KL nghĩ, KL TĐT. - Độ hụt khối. - NL nghĩ, NLLK.
Từ L11
19
IV. Phương pháp dạy học một số bài học điển hènh về đề tài khối lượng theo định hướng dạy học tập trung vào người học
Phương án dạy học bài 10: ba định luật newton Vật lý 10 - THPT (Ban cơ bản).
Bài này dạy trong 2 tiết
Tiết 1. Từ đầu đến hết mục II.2. Tiết 2. Từ mục II.3. đến hết bài.
A. Mục tiêu dạy học (tiết 1).
1. Kiến thức.
Phát biểu được:
- định luật I Newton, định nghĩa quán tính.
- định luật II Newton, viết được công thức của định luật.
- định nghĩa khối lượng và nêu được tính chất của khối lượng.
2. Kĩ naờng.
- Vaọn duùng ủửụùc ủũnh luaọt I Newton vaứ khaựi nieọm ve� quaựn tớnh ủeồ giaỷi thớch moọt soỏ hieọn tửụùng va giaỷi caực baứi taọp cho trong SGK.
- Vaọn duùng ủửụùc ủũnh luaọt II Newton ủeồ giaỷi caực baứi taọp ủụn giaừn.
20
3. Thái độ.
- Qua việc hiểu rõ khái niệm quán tính, thấy được sự có mặt của quán tính trong các hiện tượng gắn liên với cuộc sống hằng ngày. Tư đó biết các vận dụng những ưu điểm và khắc phục nhược điểm của quán tính nhằm phụ vụ cho lợi ích cuộc sống.
B. Chuẩn bị.
1. Giáo viên.
Thí nghiệm của Ga - li - lê (như hình 10.1 SGK).
2. Học sinh.
Ôn tập về khối lượng (lớp 6), quán tính (lớp 8).
Ôn tập về lực và cân bằng lực.
C. Tổ chức các hoạt động dạy học.
Hoạt động 1. Kiểm tra kiến thức xuất phát, tạo tình huống học tập .
21
Hoạt động 2. Tìm hiểu định luật I Newton.
22
Hoạt động 3. Vận dụng định luật I Newton.
23
Hoạt động 4. Ôn tập và tìm hiểu khái niệm quán tính.
Hoạt động 5. Tìm hiểu định luật II Newton.
24
Hoạt động 6. Tìm hiểu định nghĩa và tính chất của khối lượng.
25
Hoạt động 7. Vận dụng định luật II Newton.
Hoạt động 8. Tổng kết bài học.
26
Phương án dạy học bài 10: ba định luật newton Vật lý 10 - THPT (Ban cơ bản).
A. Mục tiêu dạy học (tiết 2).
1. Kiến thức.
Phát biểu được:
- định nghĩa trọng lực, trọng lượng. Vận dụng được định luật II Newton để tỡm ra công thức cuỷa trọng lực.
- Phát biểu và viết được biểu thức của định luật III Newton.
- Nêu được nhửừng ủaởc ủieồm cuỷa caởp " lửùc vaứ phaỷn lửùc".
2. Kĩ naờng.
- Vaọn duùng phoỏi hụùp ủũnh luaọt II vaứ III Newton ủeồ giaỷi ủửụùc caực baứi taọp trong SGK.
3. Thaựi ủoọ.
- Thoõng qua vieọc hieồu roừ yự nghúa khoỏi lửụùng ủaởc trửng cho mửực quaựn tớnh cuỷa vaọt, vaọn duùng vaứo thửùc teỏ ủụứi soỏng saỷn xuaỏt.
27
B. Chuẩn bị.
1. Giáo viên.
- Thí nghiệm về hai xe lăn, một xe có gắn lò xo ở một đầu. Lúc đầu, hai xe được áp vào nhau nhờ một sợi dây buộc.
- Thí nghiệm về hai hòn bi ở hình 10.2 SGK.
2. Học sinh.
- Ôn tập về trọng lực, trọng lượng, công thức tính trọng lượng (lớp 6).
C. Toồ chửực hoaùt ủoọng daùy hoùc.
Hoaùt ủoọng 1. O�n taọp vaứ tỡm hieồu khaựi nieọm ve� troùng lửùc, troùng lửụùng.
28
Hoạt động 2. Tìm hiểu định luật III Newton.
29
Hoạt động 3. Tìm hiểu đặc điểm của cặp "lực và phản lực".
30
Hoạt động 4. Vận đụng định luật III Newton.
Hoạt động 5. Tổng kết bài học.