ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Vật lí là môn học khoa học cơ bản, đóng vai trò nền tảng cho các lĩnh vực khoa học và công nghệ Môn học này nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên thông qua phương pháp luận chính xác, dựa trên thực nghiệm và toán học Để phát triển tư duy khoa học trong Vật lí, cần có sự kết hợp hài hòa giữa lý thuyết và thực hành.
Xu hướng nghiên cứu thí nghiệm đơn giản và tự tạo trong giảng dạy Vật lí đã thu hút sự quan tâm từ lâu Nhiều Sở Giáo dục Đào tạo ở các tỉnh đã tổ chức các hội thi thiết kế đồ dùng học tập, khuyến khích giáo viên nâng cao hiệu quả dạy học Với đặc thù là môn khoa học thực nghiệm, Vật lí chủ yếu dựa trên quan sát và thực nghiệm để phát triển kiến thức.
Việc áp dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân khác nhau Để cải thiện chất lượng dạy học, nhiều giáo viên đã nỗ lực sử dụng các thí nghiệm tự tạo nhằm khắc phục những thách thức hiện tại.
Mục đích nghiên cứu
Thiết kế và chế tạo các thí nghiệm đơn giản nhằm nâng cao năng lực nhận thức cho học sinh là một phương pháp hiệu quả trong việc dạy học chương "Cân bằng và chuyển động của vật rắn" trong môn Vật lý lớp 10 Việc áp dụng các thí nghiệm này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn cải thiện chất lượng giảng dạy và học tập.
Phạm vi của đề tài
Trong chương III “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” của môn Vật lí lớp 10, việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm là rất quan trọng để nâng cao hiệu quả dạy học Thí nghiệm giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm lý thuyết, từ đó phát triển kỹ năng quan sát và phân tích Sử dụng thí nghiệm trong giảng dạy không chỉ kích thích sự tò mò mà còn tạo cơ hội cho học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn Điều này góp phần hình thành tư duy khoa học và khả năng giải quyết vấn đề cho học sinh, chuẩn bị cho các kiến thức nâng cao trong tương lai.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lí luận và thực tiễn về dạy và học thí nghiệm chương "Cân bằng và chuyển động của vật rắn" trong môn Vật lí đã được thực hiện thông qua khảo sát thực tế Mục tiêu là đánh giá sơ bộ tình hình hiện tại, từ đó đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu quả giảng dạy và học tập trong lĩnh vực này.
10 ở trường Trung học phổ thông
Phân tích và tổng hợp dữ liệu dựa trên kết quả nghiên cứu là bước quan trọng trong quá trình thực nghiệm sư phạm Thực hiện các thí nghiệm theo kế hoạch đã định, sau đó tiến hành phân tích kết quả và so sánh với các mục tiêu đã đề ra nhằm đánh giá hiệu quả và điều chỉnh phương pháp giảng dạy.
Tính mới của đề tài
Đề tài này trình bày các tiến trình dạy học dựa trên quy trình thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm trong chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” trong môn Vật lý Những tiến trình này nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy và giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm vật lý cơ bản Việc áp dụng thí nghiệm vào giảng dạy không chỉ kích thích sự tò mò mà còn phát triển kỹ năng thực hành cho học sinh.
10 ở trường Trung học phổ thông nhằm nâng cao hiệu của và chất lượng dạy học.
DUNG
TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
1.1.1 Khái niệm thí nghiệm và thí nghiệm tự tạo trong Vật lí
Thí nghiệm Vật lý là quá trình tác động có chủ đích và có hệ thống của con người lên các đối tượng trong thực tế Bằng cách phân tích các điều kiện và kết quả của sự tác động, chúng ta có thể thu được những kiến thức mới và hiểu biết sâu sắc hơn về thế giới xung quanh.
Thí nghiệm tự tạo là hình thức thí nghiệm có thể định tính hoặc định lượng, từ đơn giản đến phức tạp, được xây dựng từ các vật liệu và dụng cụ phổ biến trong đời sống hàng ngày, chủ yếu thực hiện bằng tay Loại thí nghiệm này được áp dụng trong quá trình dạy học, có thể là thí nghiệm theo mẫu trong sách giáo khoa, cải tiến thí nghiệm có sẵn hoặc tự tạo thí nghiệm mới nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy.
1.1.2 Đặc điểm của thí nghiệm trong dạy học Vật lí
Thí nghiệm trong dạy học Vật Lí có một số đặc điểm nhƣ sau:
Thí nghiệm cần được lựa chọn và thiết lập một cách có chủ đích để trả lời các câu hỏi đã đề ra và kiểm tra giả thuyết Ba yếu tố chính của thí nghiệm bao gồm: đối tượng nghiên cứu, phương tiện tác động lên đối tượng, và công cụ quan sát, đo đạc để thu thập kết quả.
Khi các đại lượng khác được giữ cố định, chúng ta có thể thay đổi các điều kiện thí nghiệm để nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc giữa hai đại lượng.
Để đảm bảo tính chính xác trong thí nghiệm, cần khống chế và kiểm soát các điều kiện theo đúng kế hoạch Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm có độ chính xác cao cùng với phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng nghiên cứu sẽ giúp giảm thiểu tối đa ảnh hưởng từ các tính chất và mối quan hệ không được chú ý.
Thí nghiệm có đặc điểm quan trọng nhất là khả năng quan sát các biến đổi của một đại lượng nào đó khi có sự thay đổi của các đại lượng khác Điều này được thực hiện thông qua các giác quan của con người cùng với sự hỗ trợ của các công cụ quan sát và đo đạc.
+ Có thể lặp lại đƣợc thí nghiệm
1.1.3 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông
Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc thu nhận tri thức trong dạy học Vật Lí, giúp học sinh quan sát và phân tích các hiện tượng thực tế Thông qua thí nghiệm, học sinh có thể hiểu rõ hơn về các khái niệm khoa học và phát triển khả năng tư duy phản biện.
CƠ SỞ CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM
Cơ sở lí luận
1.1.1 Khái niệm thí nghiệm và thí nghiệm tự tạo trong Vật lí
Thí nghiệm Vật lý là quá trình tác động có hệ thống của con người lên các đối tượng trong thực tế, nhằm thu thập tri thức mới Bằng cách phân tích các điều kiện diễn ra thí nghiệm và kết quả đạt được, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về hiện tượng vật lý.
Thí nghiệm tự tạo là loại thí nghiệm có thể là định tính hoặc định lượng, từ đơn giản đến phức tạp, được xây dựng từ những vật liệu và dụng cụ phổ biến trong đời sống hàng ngày Phương tiện chính để thực hiện thí nghiệm này là bằng tay, và nó được sử dụng ngay trong quá trình dạy học Thí nghiệm tự tạo có thể theo mẫu trong sách giáo khoa, cải tiến từ một thí nghiệm có sẵn hoặc sáng tạo một thí nghiệm mới để nâng cao hiệu quả giảng dạy.
1.1.2 Đặc điểm của thí nghiệm trong dạy học Vật lí
Thí nghiệm trong dạy học Vật Lí có một số đặc điểm nhƣ sau:
Thí nghiệm cần được thiết lập một cách có chủ đích để trả lời các câu hỏi nghiên cứu và kiểm tra giả thuyết Để thực hiện điều này, cần xác định rõ ba yếu tố chính: đối tượng nghiên cứu, phương tiện tác động lên đối tượng, và phương tiện quan sát, đo đạc để thu thập kết quả.
Trong quá trình nghiên cứu, khi các đại lượng khác được giữ ổn định, ta có thể điều chỉnh các điều kiện thí nghiệm để khảo sát mối quan hệ phụ thuộc giữa hai đại lượng.
Để đảm bảo kết quả thí nghiệm chính xác, cần khống chế và kiểm soát các điều kiện thí nghiệm theo đúng dự định Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm có độ chính xác cao và phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng nghiên cứu sẽ giúp giảm thiểu ảnh hưởng của các tính chất và mối quan hệ không liên quan.
Tính quan sát được các biến đổi của đại lượng do sự thay đổi của các đại lượng khác là đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm Điều này được thực hiện thông qua các giác quan của con người, kết hợp với sự hỗ trợ từ các phương tiện quan sát và đo đạc.
+ Có thể lặp lại đƣợc thí nghiệm
1.1.3 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông
Thí nghiệm trong dạy học Vật Lí là công cụ quan trọng giúp học sinh tiếp cận và phân tích thực tế khách quan, từ đó thu nhận kiến thức khoa học Khi chưa có nhiều hiểu biết về các quá trình, hiện tượng, thí nghiệm cung cấp cho học sinh dữ liệu cảm tính như biểu tượng, số liệu đo đạc và hiện tượng xảy ra Qua thí nghiệm, học sinh có thể trả lời các câu hỏi về hiện tượng quan sát được và những điểm đặc biệt trong số liệu Điều này giúp học sinh hình thành giả thuyết, tạo tiền đề cho việc khái quát hóa về các quá trình và hiện tượng nghiên cứu.
Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra tính chính xác của kiến thức đã học, giúp nâng cao sự tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh Việc áp dụng thí nghiệm không chỉ củng cố niềm tin vào lý thuyết mà còn khuyến khích học sinh sâu sắc hơn trong việc tiếp thu kiến thức.
Thí nghiệm là công cụ quan trọng giúp học sinh áp dụng tri thức lý thuyết vào thực tiễn, cho phép họ nhìn nhận rõ ràng và kiểm chứng tính chính xác của kiến thức Qua việc thực hiện thí nghiệm, không chỉ hình thành lý thuyết vật lý mới mà còn thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành kỹ thuật mới.
Thí nghiệm là một phần quan trọng trong các phương pháp nhận thức vật lý, đặc biệt là trong giáo dục phổ thông Hai phương pháp nhận thức vật lý phổ biến nhất là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình, trong đó thí nghiệm đóng vai trò then chốt cho cả hai.
1.1.4 Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông
Thí nghiệm vật lý có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, nhưng phân loại phổ biến nhất là chia thành hai loại chính.
Thí nghiệm biểu diễn là hoạt động mà giáo viên thực hiện trên lớp nhằm khởi động quá trình dạy học, xây dựng kiến thức mới, hoặc kiểm chứng và củng cố kiến thức đã học Qua thí nghiệm này, giáo viên dẫn dắt học sinh giải quyết vấn đề hoặc minh họa và kiểm tra tính đúng đắn của tri thức.
+ Thí nghiệm thực tập: Thí nghiệm thực tập là thí nghiệm do học sinh tiến hành ở nhà hoặc trên lớp tùy theo từng mức độ tự lực khác nhau
Trong đó đƣợc phân loại thành từng dạng thí nghiệm nhỏ theo sơ đồ hình 1.1
Hình 1.1 Sơ đồ phân loại các dạng thí nghiệm trong dạy học Vật lí
1.1.5 Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông Để phát huy đƣợc triệt để chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí thì khi sử dụng thí nghiệm buộc phải tuân theo một số yêu cầu nhất định
- Xác định rõ tiến trình dạy học, trong đó việc tiến hành thí nghiệm đƣợc thực hiện ở khâu nào, nhằm mục đích gì ?
Để thực hiện thí nghiệm hiệu quả, trước tiên cần xác định rõ các dụng cụ cần thiết và cách sắp xếp, lắp đặt chúng Tiếp theo, cần lên kế hoạch chi tiết về cách tiến hành thí nghiệm, dựa trên mục đích đã đề ra Điều này bao gồm việc xác định các yếu tố cần quan sát hoặc đo đạc, từ đó lựa chọn và sắp xếp các dụng cụ phù hợp để đảm bảo quá trình thí nghiệm diễn ra suôn sẻ.
- Giáo viên cần chuẩn bị kĩ càng, đảm bảo thí nghiệm phải thành công (quan sát đƣợc hiện tƣợng, số liệu đo đạc có độ chính xác cao)
- Đảm bảo tuân thủ theo những quy tắc và kỹ thuật an toàn khi sử dụng dụng cụ và tiến hành thí nghiệm
1.2.1 Ƣu điểm của thí nghiệm tự tạo
+ Dễ chế tạo: dụng cụ thí nghiệm đơn giản, dễ tìm kiếm, dể thiết kế, giáo viên có thể tự chế tạo mà không cần kĩ năng phức tạp
+ Thí nghiệm không tốn nhiều thời gian nhƣng dễ thành công, cho kết quả rõ ràng, thuyết phục, gần gũi với đời sống hằng ngày
Việc chế tạo và sử dụng không yêu cầu kỹ năng lắp ráp phức tạp hay cơ sở vật chất đặc biệt, giúp giáo viên dễ dàng thực hiện và triển khai các thí nghiệm.
Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà của học sinh
Thí nghiệm nghiên cưu hiện tƣợng mới
+ Thí nghiệm đơn giản dễ dàng vận chuyển, đảm bảo an toàn trong chế tạo hay trong quá trình thực hiện
+ Phát huy đƣợc tính sáng tạo và kích thích đƣợc hứng thú học tập của học sinh
1.2.2 Vai trò của thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông
XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHƯƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN – VẬT LÝ 10
Xây dựng thí nghiệm trong dạy học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 trung học phổ thông
2.1.1 Thí nghiệm 1: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực
- Mục đích: khảo sát bằng thực nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực
- Dụng cụ : Bìa cứng và nhẹ, hai ròng rọc, hai sợi dây, một số quả nặng
Để tiến hành thí nghiệm, móc hai sợi dây vào hai điểm bất kỳ trên tấm bìa cứng Sau đó, treo quả nặng vào đầu còn lại của hai sợi dây và quan sát các đặc điểm của hai lực khi vật rắn ở trạng thái cân bằng.
Kết luận, một vật chịu tác dụng của hai lực sẽ ở trạng thái cân bằng khi hai lực này có cùng giá trị, cùng phương, và ngược chiều nhau (hay còn gọi là hai lực đối).
2.1.2 Thí nghiệm 2: Xác định trọng tâm của một vật
- Mục đích: Khảo sát bằng thực nghiệm cách xác định trọng tâm G của một vật mỏng phẳng
Để thực hiện thí nghiệm, bạn cần chuẩn bị một chân đế, một thanh trụ, một gia trọng, một sợi dây và các tấm phẳng với nhiều hình dạng khác nhau như hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn và vành tròn.
+ Bước 1: Buộc dây vào một điểm A trên vật rồi treo lên Vẽ đường AB đi qua sợi dây
+ Bước 2: Buộc dây vào một điểm C, tương tự vẽ một đường CD đi qua sợi dây
- Kết luận: Giao điểm của hai đường AB và CD là trọng tâm của vật
2.1.3 Thí nghiệm 3: Cân bằng của một vật có trục quay cố định Momen lực a) Trường hợp 1: Cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực song song
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực song song
- Dụng cụ : Đĩa momen, có quả nặng, dây treo, thước đo
+ Treo hai quả nặng vào hai vị trí A và B của đĩa momen (Hình 2.3)
+ Khi đĩa cân bằng, so sánh momen của hai lực và
- Kết luận: Vật cân bằng khi Nghĩa là momen của lực bằng momen của lực nhƣng ngƣợc chiều
Hình 2.3 b) Trường hợp 2: Cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực không song song
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định và chịu tác dụng của hai lực không cùng phương
- Thiết bị: Đĩa momen, quả nặng, dây treo, ròng rọc
+ Buộc vào chốt A một sợi dây vắt qua ròng rọc rồi treo vào đầu kia của sợi dây một quả nặng
+ Buộc vào chốt B một sợi dây có treo một quả nặng (Hình 2.4)
+ Khi đĩa momen cân bằng, so sánh momen của hai lực và
- Kết luận: Vật cân bằng khi Nghĩa là momen của lực bằng momen của lực nhƣng ngƣợc chiều
- Mục tiêu: Xét tác dụng của momen lực đối với vật rắn quay quanh một trục cố định
- Dụng cụ: Một đĩa tròn có trục quay nằm ngang, một dây không dãn có khối lƣợng không đáng kể, treo hai vật nặng có khối lƣợng khác nhau
- Tiến hành: Giữ vật 1 ở độ cao h so với sàn rồi thả nhẹ Quan sát chuyển động của đĩa (Hình 2.5)
- Kết luận: Đĩa quay nhanh dần => Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật
2.1.4 Thí nghiệm 4: Các dạng cân bằng
- Mục đích: Giới thiệu các dạng cân bằng và điều kiện các dạng cân bằng
- Dụng cụ: Hai tấm gỗ hình chữ nhật, tấm gỗ P1 đƣợc khắc một lỗ ở đầu và một lỗ ở chính giữa, tấm gỗ P 2 đƣợc đóng đinh
+ Gắn tấm gỗ P2 cố định trên mặt phẳng bảng
Treo lỗ O của tấm gỗ P1 vào đinh theo thứ tự như hình 2.6a, 2.6b, 2.6c Trong trường hợp đầu tiên (hình 2.6a), hãy cầm đầu dưới của tấm gỗ P1 và kéo sang bên, lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu Sau đó, buông tay khỏi thước và quan sát hiện tượng xảy ra.
+ Trường hợp thứ hai: (hình 2.6b) Điều chỉnh cho tấm gỗ P1 đứng yên, lấy tay đẩy nhẹ vào tấm gỗ P 1 và quan sát hiện tƣợng
+ Trường hợp thứ ba: (hình 2.6c) Đặt tấm gỗ P1 ở các vị trí quan sát khác nhau và quan sát hiện tƣợng
Khi trọng tâm nằm dưới điểm treo, như thể hiện trong hình 2.6a, tấm gỗ P 1 sẽ tự trở về vị trí cân bằng ban đầu khi bị đẩy ra khỏi vị trí này Điều này cho thấy trạng thái cân bằng là bền vững.
+ Ở hình 2.6b: trọng tâm nằm trên điểm treo, khi đẩy tấm gỗ P 1 ra khỏi vị trí cân bằng nó không về vị trí cũ nữa Cân bằng là không bền
+ Ở hình 2.6c: trọng tâm nằm ở điểm treo Đặt tấm gỗ P 1 ở vị trí nào thì nó đứng yên ở vị trí đó Cân bằng là phiếm định
2.1.5 Thí nghiệm 5: Cân bằng của một vật có mặt chân đế
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế a) c)
- Dụng cụ: Một khung gỗ hình hộp chữ nhật, một dây dọi, một chiếc nêm
- Tiến hành: Đặt khung gỗ lên mặt bàn, dịch chuyển chiếc nêm cho khung gỗ nghiêng đi Quan sát khi nào khung gỗ bị lật?
- Kết luận: Khi trọng tâm của vật rơi ra khỏi mặt chân đế thì khối gỗ bị lật
Một vật sẽ giữ được sự cân bằng khi trọng lực tác động qua mặt chân đế của nó, tức là trọng tâm của vật phải nằm ngay trên mặt chân đế.
Sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 trung học phổ thông
- Giáo án minh họa: Chủ đề 6: Cân bằng vật rắn
- Nêu đƣợc định nghĩa của vật rắn và giá của lực
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực
- Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức của momen lực và nêu đƣợc đơn vị đo momen của lực
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định
Vận dụng quy tắc momen lực là phương pháp quan trọng để giải quyết các bài toán liên quan đến điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định Khi một vật chịu tác dụng của hai lực, việc xác định momen lực giúp phân tích và đảm bảo rằng vật không bị xoay Điều này đóng vai trò then chốt trong việc hiểu và áp dụng các nguyên lý cơ học trong thực tiễn.
- Phân biệt đƣợc ba dạng cân bằng
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế
- Xác định được trọng tâm của một vật mỏng, phẳng bằng phương pháp thực nghiệm
- Phát biểu đƣợc quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của của ba lực không song song
- Xác định được trọng tâm của một vật mỏng, phẳng bằng phương pháp thực nghiệm
- Vận dụng đƣợc điều kiện cân bằng và quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy để giải các bài tập
Khái niệm momen lực và quy tắc momen lực có thể được áp dụng để giải thích nhiều hiện tượng vật lý phổ biến trong cuộc sống và kỹ thuật Việc hiểu rõ những khái niệm này không chỉ giúp giải thích các hiện tượng mà còn hỗ trợ trong việc giải các bài tập vận dụng đơn giản liên quan đến momen lực.
- Vận dụng được phương pháp thực nghiệm ở mức độ đơn giản
- Vận dụng giải một số bài tập đơn giản về mô men và quy tắc momen lực
- Nhận biết đƣợc dạng cân bằng là bền hay không bền
- Xác định đƣợc mặt chân đế của một vật đặt trên một mặt phẳng đỡ
- Vận dụng đƣợc điều kiện cân bằng của một vật có chân đế
- Biết cách làm tăng mức vững vàng của cân bằng
- Có hứng thú học tập môn Vật lí, yêu thích tìm tòi KH
- Có thái độ khách quan trung thực, nghiêm túc học tập
- Năng lực kiến thức vật lí
- Năng lực phương pháp thực nghiệm
- Năng lực trao đổi thông tin
- Năng lực cá nhân của HS
B THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
1 Trọng tâm của vật là gì?
2 Để xác định vị trí trọng tâm của vật mỏng, phẳng ta làm nhƣ sau:
Sau khi làm thí nghiệm, nhóm………… rút ra kết luận:
1 Trọng tâm của vật rắn hình chữ nhật đồng chất nằm tại:………
2 Trọng tâm của vật rắn hình tròn đồng chất nằm tại:………
3 Trọng tâm của vật rắn hình thoi đồng chất nằm tại: ………
4 Trọng tâm của vật rắn hình tam giác đồng chất nằm tại:
5 Nói rằng trọng tâm của vòng nhẫn nằm trên vòng nhẫn là đúng hay sai?
6 Trọng tâm của vật rắn nhất thiết hay không nhất thiết phải nằm trên vật đó?
Dùng hai lực kế treo một vật phẳng mỏng, vật nằm cân bằng Dùng một dây dọi đi qua trọng tâm để cụ thể hóa giá của trọng lực
Câu 1: Phân tích lực tác dụng lên vật? Có nhận xét gì về giá của 3 lực?
Câu 2: Vẽ các lực tác dụng lên vật theo tỉ lệ xích nhất định Ba lực này có đồng quy không?
Khi trượt các véc tơ lực lên điểm đồng quy O, ta có hệ ba lực cân bằng tương tự như ở chất điểm Để tổng hợp hai lực đồng quy tác dụng lên chất điểm, trước tiên cần xác định độ lớn và phương của các lực, sau đó sử dụng quy tắc hình bình hành để tìm lực tổng hợp Đối với vật rắn, các bước tổng hợp hai lực đồng quy bao gồm xác định các lực tác dụng, vẽ véc tơ lực, và áp dụng quy tắc hình bình hành để xác định lực tổng hợp, đảm bảo tính chính xác trong việc phân tích lực.
Câu 4: Dựa vào quy tắc tổng hợp lực và cách tổng hợp nhiều lực đã học ở chương
II, hãy tổng hợp ba lực F 1 , F 2 và P Từ thí nghiệm hãy suy ra điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song?
Câu 1: Bố trí lực F và F 1 nhƣ hình vẽ 18.1, nếu tác dụng lên đĩa chỉ có lực F hoặc chỉ có lực F 1 , đĩa sẽ ở trạng thái nào?
Câu 2: Bố trí treo cả hai lực F và F 1 Hãy nhận xét trạng thái của vật?
Câu 3: Khi đĩa cân bằng, hãy tìm mối liên hệ giữa hai lực F và F 1 và cánh tay đòn d, d1 tương ứng?
Câu 4: Tiến hành TN, thay F 1 bằng các lực F 2 hoặc F 3 khác, tiếp tục rút ra nhận xét?
Câu 5: Từ thí nghiệm này hãy cho biết đại lƣợng nào có thể đặc trƣng cho tác dụng làm quay đĩa của lực F ?
Câu 6: Qua nhiều lần thí nghiệm nữa, người ta đã đi đến kết luận rằng đại lượng
Mômen của lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay đĩa của lực F Đơn vị của mômen lực được xác định là Newton mét (N·m).
Phiếu học tập số 5 yêu cầu xét một miếng gỗ ở vị trí thẳng đứng với trục quay nằm ngang qua lỗ O Lỗ O có thể nằm ở ba vị trí: đầu dưới của thước, đầu trên, hoặc tại trọng tâm G Khi miếng gỗ bị lệch ra khỏi vị trí thẳng đứng một khoảng nhỏ và sau đó được thả ra, cần xác định trạng thái của vật trong từng trường hợp trên.
Khi vật rời xa vị trí cân bằng tĩnh (VTCB), nó được coi là không bền Ngược lại, khi vật trở về VTCB, nó được xem là bền Nếu vật ở trạng thái cân bằng tại bất kỳ vị trí nào, ta gọi đó là VTCB phiếm định.
Có nhận xét gì về trọng tâm của vật trong các TH trên? Từ đó cho biết nguyên nhân gây nên các dạng cân bằng?
Phiếu học tập số 6 Đặt một khối hình hộp lên một mặt phẳng đỡ nằm ngang theo nhƣng vị trí khác nhau (thí nghiệm 5)
Câu 1: Xác định mặt chân đế của khối hộp ở các vị trí 1, 2, 3, 4?
Câu 2: Cho biết TH nào vật ở VTCB, TH nào vật bị lật đổ?
Câu 3: Có nhận xét gì về giá của trọng lực so với mặt chân đế trong các TH đó?
Từ đó đƣa ra điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế?
Trong ba trường hợp cân bằng, vật dễ bị lật đổ nhất là trường hợp có trọng tâm cao và diện tích mặt chân nhỏ Ngược lại, vật khó lật đổ nhất là trường hợp có trọng tâm thấp và diện tích mặt chân lớn Nhận xét về vị trí trọng tâm và diện tích mặt chân cho thấy rằng, khi trọng tâm càng thấp và diện tích mặt chân càng lớn, khả năng giữ thăng bằng của vật càng cao, giúp giảm nguy cơ bị lật đổ.
Từ đó, cho biết mức vững vàng của CB phụ thuộc những yếu tố nào? Muốn vật khó bị lật đổ thì phải làm gì?
Ô tô chất hàng nặng trên nóc dễ bị lật đổ ở những đoạn đường nghiêng do trọng tâm cao và lực tác động không cân bằng Ngược lại, con lật đật không bị lật đổ vì thiết kế trọng tâm thấp và khả năng tự cân bằng, giúp nó đứng vững dù bị tác động từ bên ngoài.
- Ôn tập điều kiện cân bằng của hệ lực tác dụng lên chất điểm
- Ôn tập quy tắc hình bình hành tìm hợp lực tác dụng lên chất điểm
- Ôn tập các kiến thức về đòn bẩy
- SGK, vở ghi bài, giấy nháp
Hoạt động 1:Mở đầu: Tạo tình huống và phát biểu vấn đề để tìm hiểu về điều kiện cân bằng của vật rắn a Mục tiêu:
- Ôn những kiến thức đã học về cân bằng lực mà HS đã học ở chương trước
Kích thích sự tò mò và hứng thú trong việc khám phá kiến thức mới là yếu tố quan trọng trong quá trình học tập Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên, giúp hệ thống lại kiến thức cũ và khơi dậy sự ham học hỏi Việc tổ chức thực hiện các hoạt động giáo dục cần chú trọng đến việc tạo ra môi trường học tập kích thích sự tìm tòi và khám phá của học sinh.
Bước thực hiện Nội dung các bước
Yêu cầu HS nhắc lại về điều kiện cân bằng của chất điểm: Nêu điềm kiện cân bằng của hệ lực tác dụng lên chất đểm
Trong chương mới, chúng ta sẽ nghiên cứu xem điều kiện cân bằng của vật rắn có giống với chất điểm hay không, đồng thời khảo sát trọng tâm, quy tắc hợp lực và quy tắc mômen.
Bước 2 Học sinh tiếp nhận vấn đề
Hoạt động 2: Hình thành kiến thức
Hoạt động 2.1: Khảo sát điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực; xác định trọng tâm của vật rắn phẳng mỏng a Mục tiêu:
- Biết định nghĩa giá của lực, phân biệt giá với phương
- Nắm vững điều kiện cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của hai lực
Suy luận lôgic và thiết kế thí nghiệm là những kỹ năng quan trọng trong việc xác định trọng tâm của một vật mỏng, phẳng qua phương pháp thực nghiệm Học sinh sẽ làm việc theo nhóm để hoàn thành nhiệm vụ này, dựa trên sự hướng dẫn và gợi ý từ giáo viên Kết quả cuối cùng sẽ là sản phẩm thể hiện khả năng áp dụng kiến thức và kỹ năng thực hành của các em.
1 Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực a Thí nghiệm
Sử dụng thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2 b Điều kiện cân bằng
Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều
1 F 2 F c Xác định trọng tâm của một vật phẵng, mỏng bằng thực nghiệm
* Trọng tâm của vật rắn: là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật
Khi vật ở trạng thái cân bằng, lực căng T của sợi dây và trọng lực P của vật rắn đối kháng nhau, khiến cho sợi dây treo thẳng theo đường thẳng đứng đi qua trọng tâm G của vật.
lần lượt móc dây vào lỗ A, B, đánh dấu đường thẳng đứng AA’, BB’ trên vật trùng phương với lực căng Trọng tâm G là giao điểm của 2 đường thẳng này
* Đối với vật rắn phẳng đồng tính: Trọng tâm trùng với tâm đối xứng Trọng tâm nằm trên trục đối xứng d Tổ chức thực hiện:
Bước thực hiện Nội dung các bước
GV thông báo khái niệm vật rắn, giá của lực, trạng thái cân bằng và hệ lực cân bằng
GV giao cho HS sử dụng bộ thí nghiệm để nghiên cứu điều kiện cân bằng của một vật rắn trong trường hợp có 2 lực tác dụng
GV hướng dẫn HS tiến hành TN và từ đó hoàn thành phiếu học tập số 1
Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Báo cáo kết quả và thảo luận Đại diện 1 nhóm trình bày:
C1 Giá của 2 lực trùng nhau nhƣng ngƣợc chiều Độ lớn: F1 = F2 Điều kiện: 2 lực phải cùng giá, cùng độ lớn nhƣng ngƣợc chiều
Lực tác dụng lên vật bao gồm lực căng của sợi dây và trọng lực của vật, tạo thành hai lực trực đối Cả hai lực này nằm trên cùng một giá và có độ lớn bằng nhau.
+ Treo vật ở đầu sợi dây tại điểm A, đánh dấu đường thẳng đứng A’ kéo dài của dây treo
+ Sau đó, treo vật vào điểm B đánh dấu đường thẳng đứng BB’ kéo dài của dây treo
+ G: là giao điểm của hai đường thẳng này
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện
GV lưu ý cho HS khi tiến hành thí nghiệm xác định trọng tâm:Ta nên dùng sợi dây mềm, dùng thêm dây dọi để xác định chính xác điểm A’, B’
GV đã cung cấp một số vật rắn có hình dạng vô định như hình tròn, vành khăn, hình chữ nhật và tam giác đồng tính để các nhóm thực hiện thí nghiệm Các nhóm cũng đã hoàn thành phiếu học tập số 2.
Bước 5 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Báo cáo kết quả và thảo luận Đại diện 1 nhóm trình bày:
C1: Hình tròn, vành khăn, chữ nhật trọng tâm nằm ở tâm của hình Hình tam giác trọng tâm nằm ở giao tuyến của các trung tuyến
Trọng tâm của thước là vị trí mà khi đặt ngón tay vào, thước sẽ giữ được trạng thái cân bằng Tại điểm này, lực trọng lực và phản lực từ giá đỡ (tay đỡ) sẽ tương tác một cách hài hòa.
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện
GV lưu ý thêm cho HS: Đối với vật rắn phẳng đồng tính: Trọng tâm trùng với tâm đối xứng Trọng tâm nằm trên trục đối xứng
GV tổng kết hoạt động 2.1
Hoạt động 2.2: Tìm điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 3 lực không song song a Mục tiêu:
- Biết cách tổng hợp lực đồng quy tác dụng lên cùng một vật rắn
- Nêu đƣợc điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song
THỰC NGHIỆM
Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm
Nghiên cứu giả thuyết rằng việc dạy học Vật lý chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” ở lớp 10 tại trường Trung học phổ thông thông qua thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm đơn giản có thể nâng cao chất lượng dạy học Để kiểm chứng giả thuyết này, cần trả lời các câu hỏi liên quan đến hiệu quả của phương pháp giảng dạy mới, sự tương tác của học sinh với thí nghiệm, và mức độ hiểu biết của học sinh về các khái niệm vật lý cơ bản.
- Bộ thí nghiệm đƣợc xây dựng đã hợp lý chƣa?
- Tiến trình dạy học có làm tăng chất lƣợng dạy học hay không?
Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm
Tôi đã chọn đối tượng nghiên cứu là học sinh lớp 10 tại trường phổ thông Hermann Gmeiner Vinh, với tổng số 92 học sinh tham gia từ các lớp 10A3 và 10A5.
- Lớp đối chứng: 10A5 có 45 học sinh
- Lớp thực nghiệm: 10A3 có 47 học sinh
Về cơ bản trình độ của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm không có sự chênh lệch nhiều
Kế hoạch giảng dạy cụ thể đã được xây dựng ở chương 2
Tôi chọn một lớp thực nghiệm và một lớp đối chứng đảm bảo yêu cầu thực nghiệm
Trong quá trình thực nghiệm, người nghiên cứu đã tiến hành dạy song song hai lớp: lớp thực nghiệm sử dụng tiến trình dạy học mới được đề xuất và lớp đối chứng dạy theo phương pháp thông thường của giáo viên Cả hai lớp đều được dạy trong cùng một khoảng thời gian và nội dung chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”.
Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi đã chú ý đến thái độ, ý thức và kết quả học tập của học sinh ở cả lớp thực nghiệm và lớp đối chứng Điều này giúp chúng tôi đánh giá một cách khách quan chất lượng của từng giờ học.
Cuối đợt thực nghiệm sư phạm, chúng tôi tiến hành kiểm tra đồng thời cả hai nhóm học sinh để đánh giá mức độ nắm vững kiến thức Kết quả kiểm tra sẽ được so sánh giữa hai nhóm nhằm rút ra kết luận về giả thuyết khoa học đã được đề xuất.
Nếu tỷ lệ học sinh nắm vững kiến thức ở nhóm thực nghiệm cao hơn, điều này chứng tỏ rằng phương pháp dạy học được áp dụng trong nhóm đó có hiệu quả hơn.
Dạy học theo tiến trình đã được đề xuất không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động nhận thức của học sinh mà còn cải thiện chất lượng học tập của các em.
Nội dung thực nghiệm sƣ phạm
- Tiến hành chế tạo và sử dụng các bộ thí nghiệm (Đã giới thiệu ở chương 2)
- Tiến hành theo tiến trình dạy học như bình thường tại lớp đối chứng và tiến trình đã soạn tại lớp thực nghiệm.
Diễn biến thực nghiệm sƣ phạm
- Thực nghiệm sƣ phạm đƣợc tiến hành ở Học kỳ I năm học 2021– 2022 tại Trường Trung học phổ thông Hermann Gmeiner Vinh bắt đầu từ tháng 12 năm 2021đến tháng 1 năm 2022
- Ở lớp thực nghiệm, tôi tiến hành giảng dạy theo tiến trình đã thiết kế
- Ở lớp đối chứng, tôi tiến hành giảng dạy theo thói quen thông thường
Diễn biến của quá trình thực nghiệm sƣ phạm
- Học sinh ngồi theo nhóm tại những vị trí đã đƣợc sắp xếp
Học sinh tham gia tích cực vào tiến trình học tập, thể hiện sự hào hứng với phương pháp này Các em không chỉ tích cực thảo luận nhóm mà còn thích thú trong việc tìm hiểu và thực hiện các thí nghiệm Mỗi nhóm học sinh đều hoàn thành tốt các câu hỏi gợi ý trong phiếu học tập, cho thấy sự hiệu quả của phương pháp học tập này.
- Có một số khó khăn:
Do không thể di chuyển bàn ghế, học sinh ngồi ở bàn trên phải quay xuống bàn dưới, gây khó khăn trong việc phát biểu và theo dõi bài học, cũng như không thể ghi chép thoải mái Giáo viên khuyến khích học sinh tìm vị trí ngồi phù hợp trong mỗi tiết học, đồng thời yêu cầu các em giữ trật tự.
Học sinh thường ngại thuyết trình, vì vậy giáo viên khuyến khích các thành viên trong nhóm thay phiên nhau trình bày ý kiến đã thống nhất Để động viên, giáo viên khen thưởng và cho điểm cộng cho những nhóm học sinh tích cực và có câu trả lời chính xác Tuy nhiên, giáo viên cũng cần giới hạn thời gian cho từng nhiệm vụ học tập để đảm bảo hiệu quả.
Học sinh còn thiếu kinh nghiệm thực hành, dẫn đến thao tác chậm và lúng túng Mặc dù không có bảng từ để thực hiện thí nghiệm xác định điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai hoặc ba lực không song song, các em đã khéo léo sử dụng cửa sắt, mép bàn và bảng giáo viên để tiến hành thí nghiệm, từ đó rút ra những kết luận chính xác.
Trong tiết 1, giáo viên kết thúc giờ học mà chưa củng cố bài, nên xin thêm 5 phút cho tiết học tiếp theo Tiết 2 diễn ra chậm hơn dự kiến 5 phút do học sinh còn lúng túng trong việc sử dụng các công thức toán học tính cos, sin, tan, cotan, buộc giáo viên phải dành thời gian ôn lại cho các em.
Kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.5.1 Xử lí kết quả thực nghiệm sƣ phạm Để đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm, ngoài việc kiểm tra kết quả học tập của học sinh sau mỗi bài học (nhƣ đã thống kê ở trên), chúng tôi đã cho hai lớp đối chứng và thực nghiệm làm một bài kiểm tra cuối chương (phụ lục ) và thu được kết quả qua bảng 3.6
Bảng 3.6 Thống kê điểm số, tần số và tần suất tích lũy của bài kiểm tra cuối chương
Lớp thực nghiệm (sĩ số 47) Lớp đối chứng (sĩ số 45) Điểm Tần số Tần suất
Tần suất tích lũy Điểm Tần số Tần suất
Dựa vào bảng số liệu thống kê, chúng tôi vẽ đƣợc các biểu đồ sau:
3.5.2 Phân tích các tham số thống kê đặc trƣng
Trong đó là tần số ứng với điểm số , N là số HS tham gia các bài kiểm tra
Từ bảng và các công thức trên ta có bảng thống kê các thông số toán học
Bảng 3.7 Bảng thống kê các thông số toán học
Nhóm HS Điểm trung bình ( )
Phương sai ( ) Độ lệch chuẩn ( )
- Qua bài kiểm tra cho thấy, điểm trung bình của lớp thực nghiệm cao hơn điểm trung bình của lớp đối chứng
Kết quả cho thấy lớp thực nghiệm có độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên nhỏ hơn lớp đối chứng, chứng tỏ mức độ phân tán ra khỏi điểm trung bình ở lớp thực nghiệm thấp hơn so với lớp đối chứng.
Có nghĩa là học sinh lớp thực nghiệm nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức tốt hơn học sinh lớp đối chứng
Để đảm bảo rằng kết quả đạt được là khách quan và chính xác, không phải do ngẫu nhiên, chúng tôi tiếp tục xử lý số liệu thực nghiệm thông qua kiểm định thống kê với đại lượng kiểm nghiệm t.
( Với f là bậc tự do)
Giả thiết H0 cho rằng "Điểm trung bình của lớp thực nghiệm lớn hơn điểm trung bình của lớp đối chứng là không có ý nghĩa", trong khi giả thiết H1 lại khẳng định "Điểm trung bình của lớp thực nghiệm lớn hơn điểm trung bình của lớp đối chứng là có ý nghĩa".
Với f = 87, chọn tra bảng student ta có
Kết quả phân tích cho thấy với mức ý nghĩa α = 0,05, giá trị t = 1,8 lớn hơn giá trị tới hạn t = 1,663 (kiểm nghiệm một phía) Do đó, chúng ta bác bỏ giả thuyết H0 và chấp nhận giả thuyết H1, cho thấy điểm trung bình của lớp thực nghiệm cao hơn điểm trung bình của lớp đối chứng với mức ý nghĩa 0,05.
