Luận văn thạc sĩ xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm chương “động lực học vật rắn” vật lí 12 nâng cao với sự hỗ trợ của máy vi tính

Nghiên cứu cơ sở lí luận về bài tập vật lí nói chung và BTTN nói riêng trong dạy học vật lí ở trường THPT. Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng MVT để hỗ trợ dạy BTTN vật lí ở trường THPT. Tìm hiểu thực trạng dạy học BTTN vật lí ở một số trường trung học phổ thông thuộc tỉnh Quảng Trị. Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa vật lí 12 chương trình nâng cao, chú trọng vào chương “Động lực học vật rắn”, tạo cơ sở cho việc xây dựng hệ thống BTTN. Xây dựng hệ thống BTTN chương “Động lực học vật rắn” Vật lí 12 nâng cao theo mục tiêu đã đề ra. Đề xuất phương án dạy các BTTN đã xây dựng được với sự hỗ trợ của MVT.

MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Lịch sử vấn đề nghiên cứu 10 Mục tiêu đề tài .12 Giả thuyết khoa học 12 Nhiệm vụ nghiên cứu 12 5.1 Nghiên cứu sở lí luận thực tiễn Đối tượng nghiên cứu 13 Phạm vi nghiên cứu 13 Phương pháp nghiên cứu 13 Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục nội dung đề tài gồm chương: 14 Chương 1: Cơ sở lý luận thực tiễn việc xây dựng sử dụng hệ thống tập thí nghiệm với hỗ trợ máy vi tính dạy học vật lí 14 Chương 2: Xây dựng sử dụng hệ thống tập thí nghiệm chương “Động lực học vật rắn” Vật lí 12 nâng cao với hỗ trợ máy vi tính 14 Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 14 NỘI DUNG CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1.1 Khái niệm tập vật lí 15 1.1.2 Phân loại tập vật lí 16 1.1.3 Những yêu cầu chung sử dụng tập vật lí dạy học 17 1.2 BTTN vật lí .18 1.2.1 Khái niệm 18 1.2.2 Phân loại 18 1.2.2.1 BTTN định tính 19 1.2.2.2 BTTN định lượng 20 1.2.3 Chức BTTN 21 1.2.3.1 Củng cố, khắc sâu nâng cao kiến thức vật lí 22 1.2.3.2 Phát triển tư sáng tạo lực nhận thức 22 1.2.3.3 Rèn luyện kĩ thực hành, kĩ vận dụng kiến thức vào thực tiễn 22 1.2.3.4 Tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học .22 1.2.4 Phương pháp giải BTTN 22 1.2.5 Một số nguyên tắc xây dựng sử dụng BTTN dạy học vật lí 24 1.2.5.1 Hệ thống BTTN góp phần thực mục tiêu môn học 24 1.2.5.2 Hệ thống BTTN đảm bảo tính vừa sức phát huy tính tích cực nhận thức HS 25 1.2.5.3 Hệ thống BTTN đảm bảo tính hệ thống, tính đa dạng .25 1.2.5.4 Hệ thống BTTN phù hợp với trình dạy học 26 1.2.5.5 Hệ thống BTTN định hướng HS thực thao tác tư phương pháp suy luận lôgic 26 1.2.5.6 Hệ thống BTTN góp phần rèn luyện khả quan sát thí nghiệm 27 1.2.5.7 Hệ thống BTTN phát huy tính sáng tạo HS .27 1.3 Sự hỗ trợ MVT dạy BTTN vật lí .27 1.3.1 Các chức MVT dạy học vật lí 27 1.3.1.1 Chức lưu trữ, cung cấp thông tin 28 1.3.1.2 Chức điều khiển, kiểm tra, liên lạc 28 1.3.1.3 Chức luyện tập 28 1.3.1.4 Chức minh họa 28 1.3.1.5 Chức hỗ trợ thí nghiệm .29 1.3.2 Sử dụng MVT để hỗ trợ việc xây dựng dạy BTTN .29 1.3.2.1 MVT hỗ trợ xây dựng BTTN 29 1.3.2.2 MVT hỗ trợ dạy BTTN .31 1.4 Thực trạng việc sử dụng BTTN ứng dụng MVT dạy BTTN số trường THPT địa bàn TP Đông Hà, tỉnh Quảng Trị 37 1.4.1 Thực trạng BTTN tài liệu dạy học xuất 37 1.4.2 Thực trạng sử dụng BTTN số trường THPT 37 1.4.3 Một số nguyên nhân .38 1.5 Kết luận chương 39 CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN” VẬT LÍ 12 NÂNG CAO VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH 2.1 Đặc điểm chương “Động lực học vật rắn” 41 2.2 Chuẩn kiến thức kĩ chương “Động lực học vật rắn” 41 2.3 Nội dung dạy học chương “Động lực học vật rắn” 42 2.3.1 Đặc điểm vật rắn quay quanh trục cố định .42 2.3.2 Các đại lượng động học chuyển động quay 42 2.3.2.1 Tọa độ góc 42 2.3.2.2 Tốc độ góc 43 2.3.2.3 Gia tốc góc 43 2.3.3 Các phương trình động học chuyển động quay 43 2.3.4 Vận tốc gia tốc điểm vật rắn chuyển động quay : 44 2.3.5 Momen lực trục quay .44 2.3.6 Momen quán tính 45 2.3.7 Phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố định 45 2.3.8 Momen động lượng 45 2.3.8.1 Dạng khác phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố định 45 2.3.8.2 Định nghĩa momen động lượng .46 2.3.9 Định luật bảo toàn momen động lượng 46 2.3.10 Động vật rắn quay quanh trục 46 2.4 Xây dựng hệ thống tập thí nghiệm chương “Động lực học vật rắn” 47 2.4.1 Mục tiêu 47 2.4.2 Yêu cầu 47 2.4.3 Hệ thống tập thí nghiệm chương “Động lực học vật rắn” phương án hỗ trợ MVT .47 2.5 Một số giáo án sử dụng BTTN xây dựng .71 2.6 Kết luận chương 79 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích nhiệm vụ 80 3.1.1 Mục đích thực nghiệm .80 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm 80 3.2 Đối tượng nội dung 80 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm 80 3.2.2 Nội dung thực nghiệm 80 3.3 Phương pháp thực nghiệm 81 3.3.1 Chọn mẫu thực nghiệm 81 3.3.3 Kiểm tra đánh giá .82 3.4 Đánh giá kết .83 3.4.1 Tiêu chí đánh giá 83 3.4.2 Nhận xét chung 83 3.4.3 Đánh giá kết học tập 84 3.4.3.1 Tính tốn số liệu 84 3.4.3.2 Kiểm định giả thuyết thống kê 88 3.5 Kết luận chương 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 91 Kiến nghị .92 Hướng phát triển luận văn .92 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ BTTN Bài tập thí nghiệm BTVL Bài tập vật lí CNTT Công nghệ thông tin ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh MVT Máy vi tính NXB Nhà xuất PP Phương pháp PPDH Phương pháp dạy học SBT Sách tập SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thơng TN Thí nghiệm TNg Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm VL Vật lí DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ Bảng 3.1 Số liệu HS nhóm thực nghiệm đối chứng 77 Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm số (Xi) kiểm tra 80 Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất 80 Bảng 3.4 Bảng phân phối tần suất luỹ tích 80 Bảng 3.5 Bảng phân loại học lực hai nhóm TNg ĐC 80 Bảng 3.6 Các tham số thống kê 83 Biểu đồ 3.1 Biểu đồ phân bố điểm hai nhóm TNg ĐC 81 Biểu đồ 3.2 Biểu đồ phân loại theo học lực hai nhóm TNg ĐC 82 Đồ thị 3.1 Đồ thị phân phối tần suất hai nhóm TNg ĐC 81 Đồ thị 3.2 Đồ thị phân phối tần suất lũy tích hai nhóm TNg ĐC 82 Sơ đồ 1.1 Phân loại tập thí nghiệm 18 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Bước vào kỉ XXI, nước ta hịa vào dịng xốy phát triển chung toàn giới Những hội thách thức xu hội nhập tồn cầu địi hỏi ngành giáo dục phải đào tạo hệ người thông minh, động, sáng tạo, có đủ khả cạnh tranh trí tuệ để thích ứng với kinh tế tri thức Để tiến nhanh, bắt kịp phát triển Đảng Nhà nước ta xác định tầm quan trọng ngành giáo dục Điều thể qua văn kiện đại hội Đảng lần thứ X - 2006 : “Giáo dục đào tạo với khoa học công nghệ quốc sách hàng đầu” [7] Để thực nhiệm vụ đó, yêu cầu cấp bách giai đoạn Ngành Giáo dục đổi phương pháp dạy học Mục tiêu lớn Nghị Hội nghị lần thứ hai Ban chấp hành Trung ương Đảng khoá VIII rõ: "Đổi mạnh mẽ phương pháp giáo dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ chiều, rèn luyện thành nếp tư sáng tạo người học Từng bước áp dụng phương pháp tiên tiến phương tiện đại vào trình dạy học, đảm bảo thời gian tự học tự nghiên cứu học sinh" [8] Điều 28 luật Giáo dục Quốc hội khoá XI, kỳ thứ thông qua ngày 14 tháng năm 2005 quy định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo học sinh; phù hợp với đặc điểm lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” [22] Trong trình đổi phương pháp, phương tiện dạy học có vai trị quan trọng, vừa phương tiện cho hoạt động dạy, hoạt động học, vừa nguồn tri thức, nguồn thông tin Việc tăng cường sử dụng phương tiện dạy học đại điều kiện để thực đổi PPDH Vì vậy, áp dụng phương tiện đại có ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học ngày phổ biến rộng rãi mang lại hiệu tích cực cho q trình dạy học Trên sở đó, Chỉ thị 22/2005/CT - BGDĐT, nêu rõ: "Tiếp tục đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học; tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin hoạt động nhà trường, ứng dụng giảng dạy, học tập…” [1], thị số 3398/CT-BGDĐT nhiệm vụ năm học 2011 - 2012 nêu rõ: "Tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin đổi phương pháp dạy - học công tác quản lí giáo dục" [2] Như biết, Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, hầu hết kiến thức vật lí rút từ quan sát thí nghiệm Chính dạy học vật lí trường phổ thông, TN phương tiện quan trọng việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, TN có vai trị to lớn việc nâng cao hứng thú học tập mơn, góp phần vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp hướng nghiệp cho học sinh trung học phổ thông Dạy học tập hoạt động quan trọng dạy học môn khoa học tự nhiên trường THPT Bài tập thí nghiệm dạng tập đặc trưng mơn Vật lí Bài tập thí nghiệm tập giải phải làm thí nghiệm phải quan sát để thu thập liệu cho việc giải tập, dự kiến phải nghiên cứu phụ thuộc thông số để giải tập kiểm tra lại lời giải lí thuyết Như BTTN vừa tập vừa thí nghiệm nên phát huy tốt chức hai hoạt động đặc thù Để BTTN phát huy tốt chức nó, người GV cần có phương pháp giảng dạy phù hợp Từ trước đến nay, việc dạy BTTN lớp thường theo phương pháp truyền thống: GV đề, HS giải trình bày phương án trả lời lên bảng giấy, sau GV kết luận, có điều kiện GV thực thí nghiệm thực cho HS quan sát Phương pháp dạy lí tưởng GV HS thực thí nghiệm kiểm chứng phương án nêu Tuy nhiên, thực tế BTTN dễ dàng thực lớp, có nhiều nguyên nhân việc này, điều kiện sở vật chất dụng cụ, hạn chế thời gian, yêu cầu đảm bảo an tồn Nếu khơng thực thí nghiệm thực mà GV khơng tìm phương pháp khác trực quan hóa phương án nêu BTTN khơng thể phát huy hết vai trị mình, việc giảng dạy BTTN không đạt hiệu mong muốn Mặt khác, GV thực thí nghiệm thực, khơng có phương tiện hỗ trợ việc phân tích chế tượng xảy (như phân tích lực, chuyển động, ) gặp khó khăn số HS khó hiểu sâu sắc thí nghiệm mà GV vừa thực Như yêu cầu đặt để việc dạy BTTN vật lí có hiệu GV phải có phương tiện hỗ trợ thực thí nghiệm thực phải có phương án thay khơng thực thí nghiệm Căn vào yêu cầu vừa đặt ra, xét ưu công nghệ thông tin (CNTT), đồng thời phù hợp với định hướng Bộ GD&ĐT, nhận thấy việc ứng dụng CNTT, đặc biệt máy vi tính (MVT), dạy BTTN mơn Vật lí bậc THPT cần thiết Chương “Động lực học vật rắn” Vật lí lớp 12 nâng cao chương có nhiều kiến thức gần gũi với đời sống, GV sử dụng BTTN giảng dạy, nhiên BTTN phần khó thực thí nghiệm thực, BTTN sách giáo khoa chưa trọng nhiều nên học sinh cịn khó khăn việc lĩnh hội, vận dụng tri thức vào thực tiễn Chúng ta nên có hệ thống BTTN thuộc chương này, đồng thời đề phương án giảng dạy phù hợp với hỗ trợ MVT nhằm thực tốt mục tiêu rèn luyện cho HS phương pháp ứng dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu học tập Xuất phát từ lí trên, chúng tơi chọn đề tài: “Xây dựng sử dụng hệ thống tập thí nghiệm chương “Động lực học vật rắn” Vật lí 12 nâng cao với hỗ trợ máy vi tính” Lịch sử vấn đề nghiên cứu BTTN kỹ thí nghiệm thực hành vật lí lĩnh vực quan trọng Nó có tác dụng ba mặt: giáo dục, giáo dưỡng giáo dục kĩ thuật tổng hợp Từ lâu, có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm nghiên cứu, khai thác, xây dựng sử dụng tập thí nghiệm dạy học vật lí trường phổ thơng như: - Luận án Tiến sĩ Giáo dục học: “Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh dạy học học lớp 10” tác giả Phạm Thị Phú, Đại học Vinh, 1998 - Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học “Khai thác, xây dựng tập thí nghiệm thí nghiệm vật lí nhà nhằm nâng cao hiệu dạy học vật lí trường trung học 10 Câu 20 Một vật rắn có momen qn tính trục I Vật rắn quay với vận tốc góc ω quanh trục quay Coi ma sát trục quay không đáng kể Nếu tốc độ góc vật tăng lên lần động vật A tăng lên lần B tăng lên lần C giảm lần D không thay đổi Câu 21 Một hình trụ khối lượng m, bán kính R (m) quay quanh trục đối xứng từ trạng thái nghỉ với gia tốc góc γ (rad/s) khơng đổi, thời điểm t (s) bất kì, động quay vật tính cơng thức A mR γ t (J) B mR 2.γ t (J) C mR γt (J) D mR γ t (J) Câu 22 Một vận động viên trượt băng nghệ thuật quay người đầu mũi giày quanh trục thẳng đứng với hai tay dang rộng Nếu người từ từ co tay lại tượng A Người dừng lại B Người quay cũ C Người quay nhanh D Người quay chậm Câu 23 Một rịng rọc có momen qn tính trục 0,025 kg.m 2, bán kính 50 cm Một đoạn dây nhẹ khơng giãn quấn quanh rãnh rịng rọc, đầu dây treo vật nặng khối lượng 100 g Lấy g = 9,8 m/s Thả vật chuyển động, gia tốc góc rịng rọc A 4,9 rad/s2 B 6,4 rad/s2 C 9,8 rad/s2 D 3,5 rad/s2 Câu 24 Một bánh xe có dạng vành trịn bán kính 50 cm quay với tốc độ góc 10 rad/s bị hãm lại Lực hãm má phanh có độ lớn N, ép lên vành bánh xe hướng trục quay Hệ số ma sát má phanh vành 0,2 Sau thời gian s xe dừng lại Khối lượng bánh xe A 0,4 kg B 0,2 kg C 1,0 kg P102 D 0,8 kg Câu 25 Trái đất coi hình cầu đặc có bán kính 6400 km, khối lượng riêng 5,5.103 kg/m3 quay quanh trục với chu kì 24h Momen động lượng Trái đất xấp xỉ A 2,6.1033 kg.m2/s B 2,6.1018 kg.m2/s C 7,2.1033 kg.m2/s D 7,2.1018 kg.m2/s Câu 26 Động quay vật rắn có đơn vị B kg.m2/s A J C kg.m2 D rad/s Câu 27 Công thức liên hệ động quay momen động lượng vật rắn A Wđ = L 2I2 B Wđ = L2 2I C Wđ = L2 I D Wđ = L2 2I2 Câu 28 Một vật hình trụ đồng chất khối lượng m, bán kính R quay với tốc độ góc ω quanh trục đối xứng Cơng thức tính momen động lượng vật A L = mR 2ω2 B L = mR 2ω C L = mR 2ω D L = mRω2 Câu 29 Cho vật hình trụ đồng chất có kích thước, khối lượng, bề mặt nhẵn nhau, làm chất liệu có khối lượng riêng khác Một vật đặc, vật rỗng Nếu thả lúc cho hai vật lăn từ đỉnh mặt phẳng nghiêng vật xuống đến chân trước ? A Vật rỗng B Vật đặc C Hai vật đến lúc D Chưa kết luận Câu 30 Đĩa trịn đường kính d = m, quay với tốc độ 120 vòng/phút, tốc độ tức thời điểm vành đĩa A v ≈ 240 m/s B v ≈ 25,1 m/s C v ≈ 480 m/s D v ≈ 6,3 m/s P103 Phụ lục MỘT SỐ GIÁO ÁN SỬ DỤNG BTTN ĐÃ XÂY DỰNG Giáo án 2: BÀI 4: ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH I MỤC TIÊU Kiến thức: Sau học xong 4, HS cần: - Phát biểu điều kiện để vật rắn có động quay; - Viết cơng thức tính động vật rắn quay quanh trục; - Viết công thức liên hệ động quay momen động lượng vật rắn Kĩ năng: HS cần rèn luyện kĩ năng: - Làm việc theo nhóm, trình bày kết trước đám đông; - Vận dụng kiến thức vào tập định tính thực tế đơn giản; - Vận dụng công thức để làm tập định lượng đơn giản (tính tốn, đổi đơn vị, biến đổi cơng thức) Thái độ - HS tích cực hoạt động Chủ động, tự giác hoạt động nhóm - HS có ham hiểu biết vấn đề khoa học II CHUẨN BỊ Chuẩn bị giáo viên - Tranh vẽ 4.1, 4.2; Thí nghiệm vật lăn mặt phẳng nghiêng Các video hỗ trợ giảng - Phiếu học tập có nội dung chính: Vật hình trụ đồng chất có khối lượng kg bán kính 20 cm quay quanh trục với tốc độ góc 25 rad/s Tính động quay hình trụ P104 Cho vật hình trụ trịn kích thước khối lượng, làm chất liệu khác nhau, bề mặt có độ nhẵn tương đương nhau, vật đặc đồng chất, vật rỗng Có mặt phẳng nghiêng có chiều dài đủ lớn Hãy thiết lập phương án thí nghiệm xác định xem vật vật rỗng Chuẩn bị học sinh Ôn lại công thức động biểu thức định lý động vật chuyển động tịnh tiến III NỘI DUNG GHI BẢNG Động vật rắn quay quanh trục Động vật rắn quay quanh trục tổng động tất phần tử tạo nên vật; đo nửa tích số momen qn tính vật bình phương tốc độ góc vật trục quay Wđ = Iω Với : I = ∑ mi ri2 i momen quán tính vật rắn trục quay - Đơn vị Wđ Jun (J) Bài tập áp dụng IV TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU Ổn định tổ chức (2 phút) Kiểm tra cũ (5 phút) Câu hỏi 1: Momen động lượng vật trục viết cơng thức tính momen động lượng? P105 Câu hỏi 2: Phát biểu định luật bảo toàn momen động lượng vật rắn viết hệ thức định luật Tạo tình học tập: [Xem video] Tại động bốn kì có kì sinh cơng chạy đều? B TIẾN TRÌNH BÀI HỌC HĐ 1: (15 phút) Xây dựng cơng thức tính động vật rắn quay quanh trục Hoạt động GV Hoạt động HS Đặt vấn đề: Khi vật chuyển động tịnh tiến thẳng với vận tốc v vật có động mv Vậy vật chuyển m1, r1 động quay với tốc độ góc ω có động m , r2 năng khơng có cơng thức tính nào? Hình 2.25 HS suy nghĩ trả lời câu hỏi Yêu cầu HS trả lời câu hỏi: - Viết biểu thức động chất điểm i vật có khối lượng mi cách trục quay khoảng ri Hướng dẫn: + Tốc độ dài chất điểm i? vi = ri ω P106 + Công thức động chất điểm chuyển động có vận tốc v? Wđ = mv 2 mi vi2 = mi (ri ω)2 Wđ = - Viết cơng thức tính động vật + Wđ = ∑ 2mi (ri ω)2 i rắn ω2 mi ri = ∑ i Hướng dẫn: Động vật rắn quay quanh trục tổng động tất phần tử tạo nên vật = Với I = Iω ∑ mi ri momen quán tính i vật rắn trục quay - Nêu kết luận + Động vật rắn quay quanh trục tổng động tất phần tử tạo nên vật; đo nửa tích số momen qn tính vật bình phương tốc độ góc vật trục quay - Trong hệ thống đo lường quốc tế đơn + Đơn vị động Jun (J) vị động ? - Yêu cầu trả lời câu hỏi đầu bài: Tại Trong kì sing cơng, cơng làm tăng P107 động bốn kì có động bánh đà Trong chu kì kì sinh cơng chạy đều? động quay dự - Tổ chức HS thành nhóm nhỏ – HS trữ cung cấp cho động thảo luận trả lời câu hỏi C1 C2 - HS thảo luận nhóm: Từ C1, giải thích thêm: Vì C1: Cùng ω , I lớn Wđ bánh đà thường có cấu tạo ngồi vành lớn Do bánh đà có cấu tạo cho làm dày, gần tâm khối lượng phân bố xa trục quay mỏng có khoét lỗ? nhằm làm tăng momen qn tính u cầu nhóm trưởng nhóm trình bày phần trả lời nhóm GV kiểm tra làm việc thành viên nhóm C2: Wđ = Iω ; L = I ω ⇒ Wđ = L2 L2 I = I 2I HĐ2 (20 phút) Áp dụng kiến thức vào số tập Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh GV tổ chức HS theo nhóm nhỏ -7 HS để giải hai tập phiếu học tập Bài Bài Hướng dẫn: Áp dụng cơng thức tính I= momen qn tính khối trụ cơng thức tính động Chú ý đổi đơn vị = 1 Iω = mR ω2 2 1 mR 2ω2 = 2.0, 2.252 4 = 12,5(J) P108 Bài Bài Ở đỉnh mặt phẳng nghiêng, Gợi ý: Cho hình trụ lăn xuống từ đỉnh vật (chỉ có mặt phẳng nghiêng Vật xuống năng), lăn đến chân mặt phẳng nghiêng vật đến chân trước? GV yêu cầu HS thực thí nghiệm với dụng cụ có sẵn Chiếu video quay chậm chuyển động vật bao gồm phần động tịnh tiến động quay Vật có momen qn tính lớn phần động quay chiếm tỉ lệ lớn, vận tốc khối tâm vật nhỏ Vậy thả vật cho lăn xuống từ đỉnh mặt phẳng nghiêng, vật đến chân trước vật vật đặc, vật lại vật rỗng C HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC Củng cố kiến thức: (2 phút) GV yêu cầu HS nhắc lại: - Công thức tính động quay vật rắn; - Ý nghĩa đơn vị đại lượng biểu thức động quay Giao tập nhà: (1 phút) Bài 4,5,6,7 SGK P109 Giáo án BÀI 5: BÀI TẬP VỀ ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN I MỤC TIÊU Kiến thức: Sau học xong 5, HS phải hệ thống hóa kiến thức học phương trình động lực học vật rắn quay, momen động lượng động quay vật rắn Kỹ năng: HS phải rèn luyện kĩ năng: - Vận dụng linh hoạt công thức phương trình động lực học vật rắn quay momen động lượng để giải tập định lượng; - Vận dụng kiến thức học để giải tập thí nghiệm; - Đổi đơn vị, biến đổi cơng thức, tính tốn; - Làm việc theo nhóm để giải vấn đề, trình bày vấn đề trước đám đơng Thái độ: HS cần: - Có thái độ đắn, nghiêm túc học tập ý thức việc hợp tác học tập, nhìn nhận tượng vật lí cách khoa học; - Có lịng u khoa học, ln tìm tịi, vận dụng kiến thức cách sáng tạo vào tình cụ thể sống II CHUẨN BỊ Giáo viên - Hình vẽ video minh họa tập - Phiếu học tập có nội dung: P110 Cho sơ đồ thí nghiệm hình vẽ: Một bánh xe đạp có trục quay giữ cố định, sợi dây quấn qua trục quay bánh xe, đầu sợi dây nối vào vật nặng khối lượng m Ban đầu vật nặng cách mặt đất khoảng h Thả vật rơi xuống, người ta đo thời gian rơi t Bỏ qua ma sát trục quay Bán kính h trục quay r, gia tốc rơi tự g Hãy tìm biểu thức momen quán tính bánh xe theo m, g, r, h, t Từ kết 1, thiết kế phương án thí nghiệm để đo momen quán tính bánh xe đạp (Chú ý thực tế ma sát trục quay đáng kể) Học sinh Ôn lại kiến thức học chương I III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU: Ổn định tổ chức (2 phút) B TIẾN TRÌNH BÀI HỌC HĐ1: (8 phút) Ôn lại số kiến thức kết hợp với kiểm tra cũ Hoạt động GV Hoạt động HS GV gọi HS lên bảng trình bày vấn HS tự ơn lại kiến thức thực đề sau: theo yêu cầu GV: + Viết phương trình động lực học + Phương trình chuyển vật rắn chuyển động quay quanh động quay: trục Ý nghĩa vật lý đơn vị M = Iγ đại lượng công thức trên? P111 M (Nm): Momen lực tác dụng lên vật I (kgm2): Momen quán tính vật rắn trục quay γ (rad/s2): Gia tốc góc vật rắn + Viết biểu thức tính momen quán tính số vật thường gặp: Khối trụ đồng chất Khối cầu đồng chất I= mR (đối với trục đối xứng) I= mR (đối với trục đối xứng) I= ml (đối với trục qua trung 12 Thanh thẳng tiết diện nhỏ điểm) Momen động lượng: L = I ω + Viết biểu thức momen động lượng vật rắn quay ω (rad/s): tốc độ góc vật Động quay: Wđ = + Viết biểu thức động quay Iω vật rắn GV nhận xét, kết luận cho điểm HĐ2: (13 phút) HS hoạt động độc lập để giải tập Hoạt động GV Hoạt động HS Đưa đề bài, yêu cầu HS suy nghĩ lên Thực theo yêu cầu GV bảng trình bày P112 Bài Hai đĩa trịn Đ1 Đ2 có độ Bài Ta có: dày, bán kính R1 R2 với R1 = 2R2 Hai đĩa lồng vào trục I1 = 1 m1R12 = π.R14 d.D (d độ dày; 2 thẳng đứng tiết diện không đáng kể D khối lượng riêng) Lúc đầu đĩa rời quay chiều với tốc độ ω1 = Tương tự: I = π.R 24 d.D rad/s ω1 = rad/s Sau đĩa Vì R1 = 2R2 nên I1 = 16I2 trượt không ma sát theo trục dính Theo định luật bảo tồn momen động vào đĩa Tính tốc độ góc hai đĩa lượng: sau dính vào nhau? I1ω1 + I2 ω2 = ( I1 + I ) ω ®1 ®1 ⇒ω= I1ω1 + I 2ω2 16I2 ω1 + I 2ω2 = I1 + I 16I + I ⇒ω= 16ω1 + ω2 36 = (rad/s) 17 17 Hình 2.26 - Hướng dẫn: Momen động lượng hệ có bảo tồn khơng? Momen qn tính khối trụ quan hệ với nào? - Nhận xét làm HS, cho điểm HĐ3: (20 phút) HS thảo luận nhóm để giải tập Hoạt động GV Hoạt động HS Tổ chức theo nhóm HS để giải Nhóm HS thảo luận để giải vấn đề GV đặt Sau 10 phút, nhóm vấn đề phiếu học tập trưởng nhóm nộp phương án trả lời nhóm P113 - Theo dõi hoạt động nhóm, đảm Khi thả rơi vật, ta có phương bảo trật tự chung trình sau: mg − T = ma T = m(g − a)    a ⇒  Tr Tr = Iγ = I I =  r a  m(g − a)r ⇒I= a Để tìm a, ta cho vật rơi hết quãng đường h, đo h thời gian chuyển động t Sử dụng cơng thức a = 2h ta t2 tìm I I= - Hướng dẫn câu 2: Thực tế ma sát 2h )r m(gt − 2h)r t2 = 2h 2h t m(g − trục quay Fms ≠ Do hệ phương Nếu Fms ≠ hệ phương trình ban trình ban đầu phải thay đổi là: đầu là: mg − T = ma  ( T − Fms ) r = Iγ  mg − T = ma  ( T − Fms ) r = Iγ Biến đổi tương tự ta được: m(g − a) − Fms ] r [ ⇒I= a Để tìm Fms ta ý: momen ngoại Với a = 2h2 t lực cân với momen lực ma sát Để tìm Fms, ta dùng thí nghiệm vật rắn quay nhỏ: Quấn sợi dây không dãn vào trục bánh xe, đầu sợi dây nối vào lực P114 kế Kéo lực kế để bánh xe quay đều, số ổn định lực kế Fms trục bánh xe Như vậy, biết m, h, r dụng cụ cần dùng thêm đồng hồ bấm giây lực kế - Nhận xét nhóm, kết luận phương án trả lời - Chiếu video trình tự bước đo momen qn tính bánh xe đạp C HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC Củng cố kiến thức: (2 phút) GV nhắc lại: - Các bước giải tập áp dụng định luật bảo toàn momen động lượng; - Cách vận dụng phương trình động lực học vật rắn quay trường hợp phức tạp Giao tập nhà: (5 phút) Cho thẳng đồng chất chiều dài l, khối lượng M quay gần tự quanh trục qua đầu Tìm phương án xác định vận tốc vật khối lượng m bắn ngang, biết vật m có khả bám dính tốt tay bạn có thước đo góc Làm tập cịn lại SGK P115 Phụ lục MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM P116 ... luận thực tiễn vi? ??c xây dựng sử dụng hệ thống tập thí nghiệm với hỗ trợ máy vi tính dạy học vật lí Chương 2: Xây dựng sử dụng hệ thống tập thí nghiệm chương “Động lực học vật rắn” Vật lí 12 nâng. .. nâng cao với hỗ trợ máy vi tính Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 14 NỘI DUNG CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VI? ??C XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH... học vật rắn” Vật lí 12 nâng cao Mục tiêu đề tài - Hệ thống BTTN chương “Động lực học vật rắn” Vật lí 12 nâng cao - Phương án sử dụng hệ thống BTTN xây dựng với hỗ trợ MVT tiến trình dạy học chương