STEM VẬT LÍ 10 THIẾT KẾ XE PHẢN LỰC

Dự án “Thiết kế xe phản lực” là một ý tưởng dạy học theo định hướng STEM cho đối tượng HS lớp 10.HS sẽ nghiên cứu những kiến thức về chuyển động cơ, động học chất điểm động lực học chất điểm và chuyển động bằng phản lực, sử dụng các vật liệu tái chế,… để hoàn thành nhiệm vụ của mình theo những tiêu chí đã được đặt ra. Để thực hiện được dự án này, HS sẽ cần hình thành cũng như huy động kiến thức nền của các môn liên quan như: vật lí 10 (Động lực học chất điểm, các định luật bảo toàn); Công nghệ 8 (bản vẽ kỹ thuật); Toán (tính toán, xác định tâm đường tròn, diện tích bề mặt); Tin học (tìm kiếm thông tin trên Internet).

CHỦ ĐỀ: THIẾT KẾ XE PHẢN LỰC

1 TÊN CHỦ ĐỀ: THIẾT KẾ XE PHẢN LỰC

(Số tiết: 05 – Lớp 10)

2 MÔ TẢ CHỦ ĐỀ

Dự án “Thiết kế xe phản lực” là một ý tưởng dạy học theo định hướng

STEM cho đối tượng HS lớp 10 Bằng việc thiết kế hệ thống “xe phản lực” hs sẽ

tìm hiểu được công việc của một nhà thiết kế từ việc lên ý tưởng đến việc nghiên

cứu tìm hiểu kiến thức, thiết kế và chế tạo

HS sẽ nghiên cứu những kiến thức về chuyển động cơ, động học chất điểm

động lực học chất điểm và chuyển động bằng phản lực, sử dụng các vật liệu tái

chế,… để hoàn thành nhiệm vụ của mình theo những tiêu chí đã được đặt ra Để

thực hiện được dự án này, HS sẽ cần hình thành cũng như huy động kiến thức nền

của các môn liên quan như: vật lí 10 (Động lực học chất điểm, các định luật bảo

toàn); Công nghệ 8 (bản vẽ kỹ thuật); Toán (tính toán, xác định tâm đường tròn,

diện tích bề mặt); Tin học (tìm kiếm thông tin trên Internet)

3 MỤC TIÊU

a Kiến thức:

- Vận dụng được các kiến thức về động lực học, các định luật bảo toàn;

- Vận dụng kiến thức về động lượng, định luật bảo toàn động lượng, các lực cơ học

và các định luật New tơn một cách sáng tạo để giải quyết các vấn đề đặt ra

b Kĩ năng:

- Tính toán, vẽ được bản thiết kế xe phản lực đảm bảo các tiêu chí đề ra;

- Lập kế hoạch cá nhân/nhóm để chế tạo và thử nghiệm dựa trên bản thiết kế;

- Trình bày, bảo vệ được bản thiết kế và sản phẩm của mình, phản biện được các ý

kiến thảo luận;

- Tự nhận xét, đánh giá được quá trình làm việc cá nhân và nhóm

c Phẩm chất:

- Nghiêm túc, chủ động, tích cực tham gia các hoạt động học;

- Yêu thích sự khám phá, tìm tòi và vận dụng các kiến thức học được vào giải

quyết nhiệm vụ được giao;

- Có tinh thần trách nhiệm, hòa đồng, giúp đỡ nhau trong nhóm, lớp;

- Có ý thức tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật và giữ gìn vệ sinh chung khi thực

nghiệm

d Năng lực:

- Tìm hiểu khoa học, cụ thể về các ứng dụng của chuyển động bằng phản lực;

- Giải quyết được nhiệm vụ thiết kế và chế tạo xe phản lực một cách sáng tạo;

- Hợp tác với các thành viên trong nhóm để thống nhất bản thiết kế và phân công

thực hiện;

- Tự nghiên cứu kiến thức, lên kế hoạch thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và đánh giá

4 THIẾT BỊ

- Các thiết bị dạy học: giấy A0, mẫu bản kế hoạch, …

- Nguyên vật liệu và dụng cụ để chế tạo và thử nghiệm “Xe phản lực”: Vỏ chai

nhựa, các que tre, bóng bay, keo, thước, băng dính, bút,…

5 TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

Hoạt động 1 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

XE PHẢN LỰC

a Mục đích của hoạt động

Học sinh nắm vững yêu cầu "Thiết kế và chế tạo xe phản lực” bằng rác tái

chế (do giáo viên cung cấp hoặc học sinh tự sưu tầm) theo các tiêu chí: Tải trọng

của xe phản lực là 500 g; Có tính ổn định cao khi chuyển động; Có biện pháp giảm

lực cản khi chuyển động

Học sinh hiểu rõ yêu cầu vận dụng kiến thức về động lực học chất điểm,

định luật bảo toàn động lượng để thiết kế và thuyết minh thiết kế trước khi sử dụng

nguyên vật liệu, dụng cụ cho trước để chế tạo và thử nghiệm

b Nội dung hoạt động

- Tìm hiểu về một số phương tiện máy bay, ô tô …chạy bằng động cơ phản

lực

- Xác định nhiệm vụ chế tạo xe phản lực mini với các tiêu chí:

 Tải trọng của xe: 500 g

 Có tính ổn định cao khi chuyên động

 Có biện pháp giảm lực cản khi chuyển động

c Sản phẩm học tập của học sinh

- Mô tả và giải thích được một cách định tính về nguyên lí chế tạo xe phản lực;

- Xác định được kiến thức nền cần sử dụng để thiết kế, chế tạo xe phản lực theo

các tiêu chí đã cho

d Cách thức tổ chức hoạt động:

Bước 1 Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ

-Trên cơ sở GV đã giao nhiệm vụ cho HS về nhà tìm hiểu thông tin

về các về các lực cơ học, các loại chuyển động trong thực tế (mô tả, xem hình ảnh,

video…) với yêu cầu: mô tả đặc điểm cấu tạo, hình dạng, xe phản lực và giải thích

nguyên tắc hoạt động, GV đặt câu hỏi để HS trả lời:

Nêu một vài vai trò ứng dụng chuyển động bằng phản lực hiện nay.

GV tổng kết bổ sung, chỉ ra được: Xe hoạt động dựa trên nguyên tắc nào, sử dụng

các vật liệu tái chế phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường như thế nào

Bước 2 HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức

GV đặt vấn đề giới thiệu thí nghiệm: Giới thiệu ứng dụng của động cơ phản lực

trong đời sống và đặt câu hỏi làm thế nào có thể chế tạo một loại phương tiện giao

thông ứng dụng chuyển động bằng phản lực từ những vật liệu tái chế, rẻ,dễ kiếm…

để nghiên cứu các định luật đã học và vận dụng giải thích nguyên lí của chuyển

động bằng phản lực Để làm được việc đó, các em sẽ làm việc theo nhóm để tiến

hành thí nghiệm thiết kế xe phản lực từ các vật dụng hàng ngày để chế tạo xe phản

lực.

- GV chia HS thành các nhóm từ 6-8 học sinh (Dành thời gian cho các nhóm bầu

nhóm trưởng, thư kí)

- GV nêu mục đích và hướng dẫn tiến hành thí nghiệm

Mục đích: Tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu chuyển động bằng phản lực, ứng

dụng cuộc sống và nghiệm lại các định luật trong vật lí…

GV phát các nguyên vật liêu và nhiều hướng dẫn làm thí nghiệm cho các các nhóm

tự tiến hành thí nghiệm:

Vật liệu: Mỗi nhóm HS sẽ nhận được một số vật liệu và dụng, cụ sau:

- Vỏ chai nhựa, các que tre, bóng bay, keo, thước, băng dính, bút,…

Phiếu hướng dẫn làm thí nghiệm:

+ Cách chế tạo bánh xe

+ Cách chế tạo thân xe

+ Cách thiết kế xe và phần đầu giảm lực cản

+ Cách gắn bóng lên xe

- HS làm thí nghiệm theo nhóm, GV quan sát hỗ trợ nếu cần

- Đại diện HS các nhóm trình bày kết quả thí nghiệm và kết luận

-GV nhận xét, chốt kiến thức: các vật liệu sử dụng trong thí nghiệm đều rẻ, dễ

kiếm và thân thiện với môi trường

Bước 3 Giao nhiệm vụ cho HS và xác lập tiêu chí đánh giá sản phẩm

GV nêu nhiệm vụ: Căn cứ vào kết quả thí nghiệm vừa tiến hành, các nhóm sẽ thực

hiện dự án thiết kế xe phản lực

Sản phẩm xe phản lực, ứng dụng chạy chạy bằng bóng bay bơm khí đạt

được các tiêu chí về tốc độ, tính ổn định, độ dài đường đi, chi phí, hình thức…;

được đánh giá cụ thể như sau:

Phiếu đánh giá số 1: Đánh giá sản phẩm xe phản lực

Tiêu chí Điểm tối đa

Xe sử dụng các linh kiện tái chế 25

Nguồn cung cấp năng lượng là bóng bay

bố trí hợp lí, hoạt động hiệu quả 15

Xe chạy ổn định đúng yêu cầu 20

Hình thức xe thiết kế đẹp 20

Chi phí làm tiết kiệm 20

Tổng điểm 100

Bước 4 GV thống nhất kế hoạch triển khai

Hoạt động chính Thời lượng

Hoạt động 1: Giao nhiệm vụ dự án Tiết 1

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và

chuẩn bị bản thiết kế sản phẩm để báo cáo

1 tuần (HS tự học ở nhà theo

nhóm)

Hoạt động 3: Báo cáo phương án thiết kế Tiết 2

Hoạt động 4: Chế tạo, thử nghiệm sản phẩm 1 tuần (HS tự làm ở nhà theo

nhóm)

Hoạt động 5: Triển lãm, giới thiệu sản

phẩm Tiết 3

Thảo luận và trả lời câu hỏi phiếu học tập Tiết 4,5

Trong đó, GV nêu rõ nhiệm vụ ở nhà của hoạt động 2:

- Nghiên cứu kiến thức nền liên quan:

+Vật lí 10: Chương II Động lực học chất điểm, chương IV Các định luật bảo toàn

+Công nghệ 9: Vẽ kỹ thuật

+Toán học: Diện tích mặt nón, trọng tâm đường tròn, tính toán

+Tin học: Thiết kế xe, tìm hiểu thông tin trên mạng internet

- Tiến hành thí nghiệm xác định phương án thiết kế xe để đạt các tiêu của sản

phẩm

- Vẽ bản vẽ hình chiếu xe, thiết kế sản phẩm để báo cáo trong buổi học tuần tiếp

- Các tiêu chí đánh giá bài trình bày, bản vẽ mạch điện và bản thiết kế sản phẩm

được sử dụng theo Phiếu đánh giá số 2

Phiếu đánh giá số 2: Đánh giá bài báo cáo và bản thiết kế sản phẩm

Tiêu chí Điểm tối đa Điểm đạt được

Bản vẽ rõ ràng, đúng nguyên lí; 2

Bản thiết kế kiểu dáng của xe vẽ rõ ràng, đẹp

sáng tạo, khả thi; 2

Giải thích rõ nguyên lí hoạt động của xe phản

lực 4

Trình bày rõ ràng, logic, sinh động 2

Tổng điểm 10

GV cần nhấn mạnh: Khi báo cáo phương án thiết kế sản phẩm học sinh phải vận

dụng kiến thức nền để giải thích, trình bày nguyên lí hoạt động của sản phẩm Vì

vậy, tiêu chí này có trọng số điểm lớn nhất.

Hoạt động 2 NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ

XÂY DỰNG BẢN THIẾT KẾ

(HS làm việc ở nhà – 1 tuần)

a Mục đích:

Học sinh củng cố kiến thức về động lượng, định luật bảo toàn động lượng và các

lực cơ học đề xuất được giải pháp và xây dựng bản thiết kế xe phản lực

Học sinh tự học được kiến thức liên quan thông qua việc nghiên cứu tài liệu

và làm các thí nghiệm để hiểu về các định luật Niu tơn, các định luật bảo toàn, thiết

kế và bản vẽ kĩ thuật …từ đó thiết kế được xe phản lực theo tiêu chí đề ra

b Nội dung:

Học sinh tự học và làm việc nhóm thảo luận thống nhất các kiến thức liên

quan, làm thí nghiệm, vẽ bản thiết kế mạch điện và sản phẩm

GV đôn đốc, hỗ trợ tài liệu, giải đáp thắc mắc cho các nhóm khi cần thiết

b Nội dung hoạt động

- Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu tham khảo về các kiến thức trọng

tâm sau:

 Động lượng, định luật bảo toàn động lượng( Vật lí 10);

 Bản vẽ kĩ thuật (Công nghệ 9) ;

 Chương 2: Động lực học chất điểm (Vật lí 10)

- Học sinh thảo luận về các thiết kế khả dĩ của xe và đưa ra giải pháp có căn cứ

Gợi ý:

 Điều kiện nào để xe chuyển động được?

 Những hình dạng, kích thước nào của xe có thể giúp xe tăng mức vững vàng

và giảm lực cản khi chuyển động?

 Các nguyên liệu, dụng cụ nào cần được sử dụng và sử dụng như thế nào?

- Học sinh xây dựng phương án thiết kế xe và chuẩn bị cho buổi trình bày trước

lớp (các hình thức: thuyết trình, poster, powerpoint ) Hoàn thành bản thiết kế

(phụ lục đính kèm) và nộp cho giáo viên

- Yêu cầu:

 Bản thiết kế chi tiết có kèm hình ảnh, mô tả rõ kích thước, hình dạng của xe

và các nguyên vật liệu sử dụng…

 Trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế theo các tiêu chí đề ra Chứng

minh tải trọng của xe bằng tính toán cụ thể

c Sản phẩm của học sinh

- Học sinh xác định và ghi được thông tin, kiến thức về động lượng và định luật

bảo toàn động lượng, ôn lại kiến thức về động lực học chất điểm

- Học sinh đề xuất và lựa chọn giải pháp có căn cứ, xây dựng được bản thiết kế xe

đảm bảo các tiêu chí

- Bài thuyết trình về bản vẽ và bản thiết kế

d Cách thức tổ chức

- Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh:

 Nghiên cứu kiến thức trọng tâm: động lượng và định luật bảo toàn động

lượng, kiến thức về động lực học chất điểm

 Xây dựng bản thiết kế xe theo yêu cầu;

 Lập kế hoạch trình bày và bảo vệ bản thiết kế

- Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm:

 Tự đọc và nghiên cứu sách giáo khoa, các tài liệu tham khảo, tìm kiếm thông

tin trên Internet…

 Đề xuất và thảo luận các ý tưởng ban đầu, thống nhất một phương án thiết

kế tốt nhất;

 Xây dựng và hoàn thiện bản thiết kế xe;

 Lựa chọn hình thức và chuẩn bị nội dung báo cáo

- Giáo viên quan sát, hỗ trợ học sinh khi cần thiết

Hoạt động 3 TRÌNH BÀY BẢN THIẾT KẾ

(Tiết 2 – 45 phút)

a Mục đích của hoạt động

Học sinh trình bày được phương án thiết kế xe phản lực (bản vẽ hình chiếu

và bản thiết kế sản phẩm) và sử dụng các kiến thức nền để giải thích nguyên lý

hoạt động của xe phản lực và phương án thiết kế mà nhóm đã lựa chọn

Học sinh hoàn thiện được bản thiết kế xe phản lực của nhóm mình

b Nội dung hoạt động

- Học sinh trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế theo các tiêu chí đề ra Chứng

minh tải trọng của xe bằng tính toán cụ thể

- Thảo luận, đặt câu hỏi và phản biện các ý kiến về bản thiết kế; ghi lại các nhận

xét, góp ý; tiếp thu và điều chỉnh bản thiết kế nếu cần

- Phân công công việc, lên kế hoạch chế tạo và thử nghiệm xe

c Sản phẩm của học sinh

Bản thiết kế xe sau khi được điều chỉnh và hoàn thiện

d Cách thức tổ chức hoạt động:

Bước 1: Lần lượt từng nhóm trình bày phương án thiết kế trong 5 phút Các nhóm

còn lại chú ý nghe

Bước 2: GV tổ chức cho các nhóm còn lại nêu câu hỏi, nhận xét về phương án

thiết kế của nhóm bạn; nhóm trình bày trả lời, bảo vệ, thu nhận góp ý, đưa ra sửa

chữa phù hợp

Bước 3: GV nhận xét, tổng kết và chuẩn hoá các kiến thức liên quan, chốt lại các

vấn đề cần chú ý, chỉnh sửa của các nhóm

Bước 4: GV giao nhiệm vụ cho các nhóm về nhà triển khai chế tạo sản phẩm theo

bản thiết kế

Quy trình thực hiện dự kiến:

Các

bước Nội dung

Thời gian

dự kiến

1

Lắp ráp theo bản vẽ:

- Lắp trục bánh xe, bố trí vị trí bán xe hợp lí

- Kiểm tra mối nối, gắn keo chỗ lỏng

- Lắp giáp đầu xe

- Bố trí vị trí bóng bay

- Kiểm tra cẩn thận chuyển động bánh xe, các

vị trí dán băng dính, dây chun…

2 Chạy thử nghiệm:

- Chạy thử nghiệm

- Quan sát chuyển động của xe, của khí

3 Thảo luận:

- Cải tiến thiết kế phù hợp hơn tùy vị trí lắp đặt

để giảm lực cản, xe chuyển động quãng

đường xa hơn

- Tìm hiểu ứng dụng thực tiễn của chuyển

động bằng phản lực trong thực tiễn cuộc

sống,…

- Hệ thống các kiến thức bộ môn Vật lý, môn

Toán, Công nghệ, Tin học,…

Hoạt động 4 CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM XE PHẢN LỰC

(HS làm việc ở nhà hoặc trên phòng thí nghiệm – 1 tuần )

a Mục đích của hoạt động

- Học sinh dựa vào bản thiết kế đã lựa chọn để chế tạo xe đảm bảo yêu cầu đặt ra

- Học sinh thử nghiệm, đánh giá sản phẩm và điều chỉnh nếu cần

b Nội dung hoạt động

- Học sinh sử dụng các nguyên vật liệu và dụng cụ cho trước (vỏ chai nhựa, que

tre, băng dính, giấy, kéo, dao rọc giấy, thước kẻ, bút) để tiến hành chế tạo xe theo

bản thiết kế

- Trong quá trình chế tạo các nhóm đồng thời thử nghiệm và điều chỉnh bằng việc

cho xe chuyển động, quan sát, đánh giá và điều chỉnh nếu cần

c Sản phẩm của học sinh

Mỗi nhóm có một sản phầm là một xe đã được hoàn thiện và thử nghiệm

d Cách thức tổ chức

- Giáo viên giao nhiệm vụ:

 Sử dụng các nguyên vật liệu và dụng cụ cho trước để chế tạo xe theo bản

thiết kế;

 Thử nghiệm, điều chỉnh và hoàn thiện sản phẩm

- Học sinh tiến hành chế tạo, thử nghiệm và hoàn thiện sản phầm theo nhóm

- Giáo viên quan sát, hỗ trợ học sinh nếu cần

Hoạt động 5 TRÌNH BÀY SẢN PHẨM XE PHẢN LỰC

(Tiết 3 – 45 phút)

a Mục đích của hoạt động

Các nhóm học sinh giới thiệu xe phản lực trước lớp, chia sẻ về kết quả thử nghiệm,

thảo luận và định hướng cải tiến sản phầm

b Nội dung hoạt động

- Các nhóm trình diễn sản phẩm trước lớp

- Đánh giá sản phẩm dựa trên các tiêu chí đã đề ra:

 Tải trọng, tốc độ (tiêu chuẩn là 500 g);

 Mức vững vàng (khi chuyển động);

 Khả năng linh hoạt khi chuyển động

- Chia sẻ, thảo luận để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện sản phẩm

 Các nhóm tự đánh giá kết quả nhóm mình và tiếp thu các góp ý, nhận xét từ

giáo viên và các nhóm khác;

 Sau khi chia sẻ và thảo luận, đề xuất các phương án điều chỉnh sản phẩm;

 Chia sẻ các khó khăn, các kiến thức và kinh nghiệm rút ra qua quá trình thực

hiện nhiệm vụ thiết kế và chế tạo xe

c Sản phẩm của học sinh

-Xe đã chế tạo được và nội dung trình bày báo cáo của các nhóm

-Các nhóm tổ chức cuộc đua xe từ sản phẩm chế tạo

d Cách thức tổ chức

- Giáo viên giao nhiệm vụ: các nhóm trình diễn sản phầm trước lớp và tiến hành

thảo luận, chia sẻ

- Học sinh trình diễn cho xe chuyển động, thử nghiệm để đánh giá tốc độ, mức

vững vàng khi chuyển động và độ linh hoạt khi di chuyển

- Các nhóm chia sẻ về kết quả, đề xuất các phương án điều chỉnh, các kiến thức và

kinh nghiệm rút ra trong quá trình thực hiện nhiệm vụ thiết kế và chế tạo xe

- Giáo viên đánh giá, kết luận và tổng kết

- GV nhận xét và công bố kết quả chấm sản phẩm theo tiêu chí của Phiếu đánh giá

số 1

- Khuyến khích các nhóm nêu câu hỏi cho nhóm khác

- GV tổng kết chung về hoạt động của các nhóm; Hướng dẫn các nhóm cập nhật

điểm học tập của nhóm GV có thể nêu câu hỏi lấy thông tin phản hồi:

+ Các em đã học được những kiến thức và kỹ năng nào trong quá trình triển khai

dự án này?

+ Điều gì làm em ấn tượng nhất/nhớ nhất khi triển khai dự án này?

(Tiết 4,5 – 90 phút)

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1:

ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG

Câu 1 Động lượng của một vật khối lượng m, chuyển động với vận tốc vr

là

A p mvr r. B   uur rp F t. C P mgur r. D F mar  r.

Câu 2 Đại lượng nào kể dưới đây có hướng là hướng chuyển động của vật?

A Động lượng của vật, vận tốc của vật B Trọng lượng của vật, gia tốc của vật.

C Vận tốc của vật, gia tốc của vật D Động lượng của vật, gia tốc của vật.

Câu 3 Đại lượng nào dưới đây là xung lượng của lực trong thời gian t?

A p mvr r. B F tr . C  uur uur uurp p2 p1. D F mar  r.

Câu 4 Đại lượng nào dưới đây là độ biến thiên động lượng của một vật trong một

khoảng thời gian?

A p mvr r. B F tr . C  uur uur uurp p2 p1. D F mar  r.

Câu 5 Những đại lượng nào dưới đây có đơn vị là kg.m/s?