Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “cân bằng và chuyển động của vật rắn” – vật lí 10 theo định hướng giáo dục stem

1 Mở đầu Lý chọn đề tài Thế giới tiến tới cách mạng công nghiệp lần thứ 4, cách mạng có xu hướng kết hợp cơng nghệ với nhau, xóa mờ ranh giới kĩ thuật số, vật lí sinh học Là nước q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa hội nhập quốc tế, Việt Nam phải đối mặt với thách thức lớn để bắt kịp xu phát triển giới Muốn vậy, đòi hỏi Việt Nam phải có thay đổi cách mạng lĩnh vực Trong giáo dục đóng vai trị quan trọng, nhiệm vụ giáo dục đào tạo công dân đủ NL để đáp ứng nhu cầu khoa học, công nghệ thời 4.0 Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg việc tăng cường NL tiếp cận cách mạng công nghiệp lần thứ tư, giáo dục Việt Nam cần phải: “Thay đổi mạnh mẽ sách, nội dung, phương pháp giáo dục dạy nghề nhằm tạo nguồn nhân lực có khả tiếp nhận xu cơng nghệ sản xuất mới, cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo khoa học, công nghệ, kĩ thuật toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học chương trình giáo dục phổ thơng”[1].Thơng qua việc ban hành thị trên, giáo dục STEM thức trở thành phương pháp trọng đổi giáo dục đào tạo Giáo dục STEM (Science: Khoa học, Technology: Cơng nghệ, Engineering: Kĩ thuật Math: Tốn học) quan điểm dạy học định hướng phát triển NL HS thuộc lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học Các kiến thức bốn lĩnh vực tích hợp, lồng ghép bổ trợ cho để HS giải vấn đề thực tiễn cụ thể Thông qua giáo dục STEM, HS tiếp cận kiến thức liên môn cách sinh động gần gũi hơn, rèn luyện tư đa chiều, giải vấn đề dựa sở khoa học chặt chẽ mang tính ứng dụng cao Từ việc học trở nên thú vị, khơng cịn khơ khan, tăng khả tiếp thu, tự học giải vấn đề thực tiễn HS.[2] Khố luận tốt nghiệp Phạm Hồng My Trong chương trình Vật lí 10, chương “Cân chuyển động vật rắn” chứa đựng nhiều kiến thức có tính ứng dụng cao thực tế, chí vơ gần gũi với HS Tuy nhiên, HS thường gặp khó khăn việc tiếp thu vận dụng kiến thức chương Do thời gian để chuẩn bị ôn thi cuối kì lượng kiến thức chương nhiều nên giáo viên gặp khó khăn việc tổ chức dạy kiến thức để đáp ứng yêu cầu mục tiêu giáo dục, tạo hứng thú đảm bảo HS tiếp thu kiến thức hiệu Mặt khác, kiến thức chương Cân chuyển động vật rắn dễ dàng quan sát thực tế, ứng dụng rộng rãi sống sinh hoạt, kĩ thuật, y học, nghệ thuật xiếc, xây dựng … Chính lí đó, tơi chọn nghiên cứu đề tài: “Tổ chức dạy học số kiến thức chương “Cân chuyển động vật rắn” – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM” Mục đích đề tài Thiết kế tiến trình dạy học số kiến thức chương “Cân chuyển động vật rắn” – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL GQVĐVST HS Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu - Năng lực giải vấn đề sáng tạo học sinh - Cơ sở lí thuyết giáo dục STEM - Cách thức tổ chức kiến thức liên môn thuộc chương “Cân chuyển động vật rắn” - Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM b Phạm vi nghiên cứu Chương “Cân chuyển động vật rắn” – Vật lí 10 Khố luận tốt nghiệp Phạm Hồng My Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng tổ chức dạy học số kiến thức chương “Cân chuyển động vật rắn”- Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM phát triển NL GQVĐVST HS Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu sở lý luận thực tiễn dạy học theo định hướng giáo dục STEM - Phân tích nội dung kiến thức chương “Cân chuyển động vật rắn” – Vật lí 10 - Xây dựng nội dung kiến thức, lựa chọn xếp nội dung cho hợp lý, đảm bảo tính khoa học chủ đề - Xây dựng tiêu chí đánh giá NL GQVĐVST HS dạy học chương Cân chuyển động vật rắn – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM - Xây dựng tiến trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM - Xây dựng mẫu phiếu học tập, phiếu theo dõi, thông tin bổ sung công cụ hỗ trợ cho HS - Thực nghiệm sư phạm (TNSP) - Đánh giá kết thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu a Phương pháp nghiên cứu lý luận - Nghiên cứu sở lý luận dạy học theo định hướng giáo dục STEM - Nghiên cứu tài liệu tâm lý học, lý luận dạy học phổ thông, lý luận dạy học đại, văn kiện đại hội Đảng đổi giáo dục, báo, tạp chí có liên quan… - Nghiên cứu sách giáo khoa mơn có liên quan, tài liệu khoa học có liên quan Khố luận tốt nghiệp Phạm Hồng My - Nghiên cứu việc ứng dụng kiến thức chương “Cân chuyển động vật rắn” vào thực tế - Nghiên cứu tài liệu liên quan đến việc tích hợp cơng nghệ, kĩ thuật hỗ trợ nhằm phát huy hiệu tối đa trình dạy học b Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Tiến hành dạy thực nghiệm trường phổ thông theo quy trình, phương pháp tổ chức tiến trình dạy học đề xuất - Phân tích kết thu trình thực nghiệm sư phạm từ rút kết luận đề tài - Phương tiện: Phiếu khảo sát, phiếu đánh giá, dụng cụ ghi chép, ghi hình c Phương pháp thống kê tốn học Sử dụng phương pháp thống kê, mơ tả tốn học để trình bày kết thực nghiệm sư phạm Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục, đề tài gồm chương: Chương 1: Cơ sở lý luận dạy học theo định hướng giáo dục STEM Chương 2: Tổ chức dạy học số kiến thức chương Cân chuyển động vật rắn- Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM Chương 3: Thực nghiệm sư phạm Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1.1 Khái niệm STEM STEM thuật ngữ viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Cơng nghệ), Engineering (Kĩ thuật) Mathematics (Tốn học) [3] Hiện nay, thuật ngữ STEM dùng nhiều ngữ cảnh khác nhau, phổ biến ngữ cảnh giáo dục ngữ cảnh nghề nghiệp Trong ngữ cảnh giáo dục, nhắc đến STEM muốn nhấn mạnh đến quan tâm giáo dục việc dạy tích hợp kiến thực thuộc lĩnh vực khoa học, kĩ thuật, cơng nghệ tốn học gắn với thực tiễn để nâng cao NL cho người học Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM hiểu nghề nghiệp thuộc lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật tốn học, ví dụ: nhóm ngành nghề cơng nghệ thông tin, y sinh, kĩ thuật, điện tử truyền thông… [3] Trong phạm vi đề tài, quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục thuật ngữ STEM Giáo dục STEM Có nhiều cách hiểu khác giáo dục STEM, có ba cách hiểu giáo dục STEM là:[3] - Giáo dục STEM quan tâm đến môn Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học Đây cách hiểu theo nghĩa rộng nói giáo dục STEM Ở cách hiểu này, tổ chức dạy học môn thuộc lĩnh vực STEM nghĩa giáo dục STEM - Giáo dục STEM định hướng tích hợp liên môn bốn lĩnh vực/ môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Toán học Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, kiến thức hàn lâm kết hợp chặt chẽ với học thực tế thông qua việc HS áp dụng kiến thức Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học vào bối cảnh cụ thể tạo nên kết nối nhà trường, cộng đồng doanh nghiệp cho phép người học phát triển Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My kĩ STEM tăng khả nặng cạnh tranh kinh tế mới” Với cách hiểu này, giáo dục STEM hiểu giáo dục tích hợp STEM - Giáo dục STEM tích hợp từ hai lĩnh vực/ môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Toán học trở lên Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM mơ hình giáo dục dựa cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Toán học vào giải số vấn đề thực tiễn bối cảnh cụ thể” Trong khoá luận này, hiểu giáo dục STEM theo định nghĩa thứ ba, tích hợp từ hai lĩnh vực trở lên Cụ thể lĩnh vực giáo dục STEM bao gồm: [3] - Science (Khoa học): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả vận dụng kiến thức, kĩ khoa học (vật lí, sinh học, hóa học khoa học trái đất) HS, không giúp HS hiểu giới tự nhiên mà vận dụng kiến thức, kĩ để giải vấn đề sống hàng ngày cách khoa học - Technology (Công nghệ): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả hiểu đánh giá cơng nghệ HS Nó cung cấp cho HS hội để hiểu biết công nghệ nay, phát triển HS kĩ phân tích sử dụng công nghệ từ đơn giản đến phức tạp có ảnh hưởng đến sống HS cộng đồng - Engineering (Kĩ thuật): Là lĩnh vực nhằm phát triển hiểu biết HS cách công nghệ phát triển thơng qua quy trình thiết kế kĩ thuật Kĩ thuật cung cấp cho HS hội để tiếp cận kiến thức nhiều lĩnh vực, giúp cho khái niệm liên quan trở nên tường minh sống họ Kĩ thuật cung cấp cho HS kĩ để vận dụng sáng tạo kiến thức khoa học toán học trình thiết kế đối tượng, hệ thống hay xây dựng quy trình sản xuất - Mathematics (Tốn học): Là lĩnh vực nhằm phát triển HS khả phân tích, biện luận, truyền đạt ý tưởng cách hiệu thơng qua việc tính tốn giải thích, giải pháp giải vấn đề tốn học tình đặt Khố luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My Như vậy, giáo dục STEM hiểu cung cấp cho người học khả vận dụng kiến thức, kĩ cần thiết liên quan đến lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật toán học Giáo dục STEM giúp thu hẹp khoảng cách nhà trường sống, tạo người có NL làm việc “tức thì” mơi trường có tính sáng tạo khơng ngừng thay đổi Mục tiêu giáo dục STEM Mục tiêu giáo dục STEM bao gồm: Phát triển NL đặc thù STEM; Phát triển NL cốt lõi; Định hướng nghề nghiệp: [2] - Phát triển NL đặc thù môn học STEM cho HS: Là cung cấp cho học kiến thức, kĩ liên quan đến mơn Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật, Tốn học Phát triển HS NL vận dụng phối hợp kiến thức, kĩ lĩnh vực để giải vấn đề thực tiễn - Phát triển NL cốt lõi cho HS: Sự phát triển công nghệ 4.0 kỉ XXI đem đến hội đặt thách thức cho hệ trẻ Bên cạnh hiểu biết lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật, Tốn học, giáo dục STEM trang bị cho HS NL phù hợp để đáp ứng yêu cầu kỉ XXI - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM tạo điều kiện cho HS có kiến thức tảng phát triển HS NL phù hợp cho nghề nghiệp tương lai em, góp phần đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cho xã hội, đặc biệt ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM Chủ đề STEM Chủ đề STEM chủ đề dạy học thiết kế dựa vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kĩ mơn khoa học chương trình phổ thơng 1.1.4.1 Các tiêu chí xây dựng chủ đề/ bài học STEM Để xây dựng chủ đề STEM, cần đảm bảo tiêu chí, cụ thể: [4] - Chủ đề STEM tập trung vào vấn đề thực tiễn: Trong học STEM, học sinh đặt vào vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường u cầu tìm giải pháp Khố luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My - Cấu trúc học STEM kết hợp tiến trình khoa học quy trình thiết kế kĩ thuật: Tiến trình học STEM cung cấp cách thức linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định vấn đề yêu cầu thiết sáng tạo phát triển giải pháp Theo quy trình này, học sinh thực hoạt động bao gồm: Xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp/thiết kế, lựa chọn giải pháp/thiết kế, chế tạo mơ hình, thử nghiệm đánh giá, chia sẻ thảo luận, điều chỉnh thiết kế Trong thực tiễn dạy học, quy trình bước thể qua hoạt động: Xác định vấn đề; Nghiên cứu kiến thức đề xuất giải pháp thiết kế; Trình bày thảo luận phương án thiết kế; Chế tạo mơ hình, thiết bị theo phương án thiết kế, thử nghiệm đánh giá; Trình bày, thảo luận sản phẩm chế tạo, điều chỉnh thiết kế ban đầu Trong quy trình kĩ thuật, nhóm học sinh thử nghiệm ý tưởng dựa nghiên cứu mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận học từ sai lầm, thử lại Sự tập trung học sinh phát triển giải pháp để giải vấn đề đặt ra, nhờ học vận dụng kiến thức chương trình giáo dục - Phương pháp dạy học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tịi khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm tạo sản phẩm: Quá trình tìm tịi khám phá thể tất hoạt động giáo dục STEM Trong học STEM, hoạt động học sinh thực theo hướng mở có “khn khổ” điều kiện mà học sinh sử dụng Hoạt động học sinh hoạt động chuyển giao hợp tác; định giải pháp giải vấn đề học sinh Học sinh thực hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng tái thiết kế nguyên mẫu cần Học sinh tự điều chỉnh ý tưởng thiết kế hoạt động tìm tịi, khám phá thân - Hình thức tổ chức học STEM lơi học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo: Giúp học sinh làm việc nhóm kiến tạo việc khó khăn, địi hỏi tất giáo viên STEM trường làm việc cùng để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng cùng ngơn ngữ, tiến trình u cầu sản phẩm học tập mà học sinh phải Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My hoàn thành Làm việc nhóm thực hoạt động học STEM sở phát triền lực giao tiếp hợp tác cho học sinh - Nội dung học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học toán mà học sinh học: Trong học STEM, giáo viên cần kết nối tích hợp cách có mục đích nội dung từ chương trình khoa học, cơng nghệ, tin học toán Lập kế hoạch để hợp tác với giáo viên tốn, cơng nghệ, tin học khoa học khác để hiểu rõ nội hàm việc làm để mục tiêu khoa học tích hợp học cho Từ đó, học sinh dần thấy khoa học, công nghệ, tin học tốn khơng phải mơn học độc lập mà chúng liên kết với để giải vấn đề Điều có liên quan đến việc học tốn, công nghệ, tin học khoa học học sinh - Trong tiến trình học STEM nhiệm vụ có nhiều đáp án coi thất bại phần cần thiết học tập: Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; Một vấn đề cần giải quyết, đề xuất nhiều phương án, lựa chọn phương án tối ưu Trong giả thuyết khoa học, có giả thuyết Ngược lại, phương án giải vấn đề khả thi, khác mức độ tối ưu giải vấn đề Tiêu chí cho thấy vai trò quan trọng lực giải vấn đề sáng tạo dạy học STEM 1.1.4.2 Phân loại chủ đề STEM [2] Dựa lĩnh vực STEM - Chủ đề STEM đầy đủ: HS vận dụng kiến thức bốn lĩnh vực STEM để giải vấn đề - Chủ đề STEM khuyết: HS vận dụng kiến thức hai bốn lỉnh vực STEM để giải vấn đề Dựa phạm vi kiến thức để giải vấn đề STEM - Chủ đề STEM bản: xây dựng sở kiến thức thuộc phạm vi môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Tốn học chương trình giáo dục phổ thông Các sản phẩm chủ đề STEM thường đơn giản, bám sát nội dung sách giáo khoa Khố luận tốt nghiệp Phạm Hồng My 10 thường xây dựng sở nội dung thực hành, thí nghiệm chương trình giáo dục phổ thơng - Chủ đề STEM mở rộng: có kiến thức nằm ngồi chương trình giáo dục phổ thơng sách giáo khoa Những kiến thức HS phải tự tìm hiểu nghiên cứu từ tài liệu chuyên ngành Sản phẩm STEM loại hình có độ phức tạp cao Dựa vào mục đích dạy học - Chủ đề STEM dạy học kiến thức mới: xây dựng sở kết nối kiến thức nhiều môn học khác mà HS chưa học (hoặc học phần) HS vừa giải vấn đề, vừa lĩnh hội kiến thức - Chủ đề STEM dạy học vận dụng xây dựng sở kiến thức HS học Chủ đề STEM dạng bồi dưỡng cho HS NL vận dụng lí thuyết vào thực tiễn Kiến thức lí thuyết củng cố khắc sâu Ở đây, thiết kế chủ đề STEM nhằm dạy kiến thức cho học sinh 1.1.4.3 Quy trình xây dựng chủ đề STEM [3] Bước 1: Lựa chọn chủ đề Các chủ đề STEM thường gợi ý chương trình giáo viên tự xác định cho phù hợp với hoàn cảnh địa phương, trình độ HS Để xác định chủ đề, giáo viên rà sốt mơn thơng qua khung chương trình có để tìm chủ đề gắn với thực tế, có tính phổ biến, gắn liền với sống HS, phù hợp với trình độ nhận thức HS Bước 2: Xác định vấn đề cần giải chủ đề Đây bước định hướng nội dung cần đưa vào chủ đề Các vấn đề câu hỏi mà thông qua q trình học tập chủ đề HS trả lời Bước 3: Xác định kiến thức cần thiết để giải vấn đề Dựa vấn đề cần giải quyết, ta xác định kiến thức cần đưa vào chủ đề Các kiến thức thuộc mơn học hay nhiều môn học khác Các nội dung chủ đề cần gắn với mục tiêu đề có tính liên kết với Để đảm bảo tính xác kiến thức kết hợp giáo viên mơn có liên quan tới Khố luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My PL4 3) Cân vật có mặt chân đế.[10] a) Mặt chân đế gì? - Những vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ nằm ngang mặt đáy cốc nước đặt bàn, hòm gỗ đặt sàn nhà… Khi mặt chân đế mặt đáy vật - Có vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ nằm ngang số diện tích rời bàn, ghế, ô tô… Khi mặt chân đế đa giác lồi nhỏ bao bọc tất diện tích tiếp xúc b) Điều kiện cân vật có mặt chân đế Khố luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My PL5 - Điều kiện cân vật có mặt chân đế giá trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay trọng tâm rơi mặt chân đế) c) Mức vững vàng cân Muốn tăng mức vững vàng vật có mặt chân đế hạ thấp trọng tâm tăng diện tích mặt chân đế vật 4) Chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định [10] a) Đặc điểm chuyển động quay, tốc độ góc - Khi vật rắn quay quanh trục cố định, điểm vật quay với góc khoảng thời gian Nói cách khác, điểm vật quay với tốc độ góc 𝜔 gọi tốc độ góc vật - Vật quay tốc độ góc khơng đổi, quay nhanh dần tốc độ góc tăng dần, quay chậm dần tốc độ góc giảm dần b) Tác dụng momen lực vật quay quanh trục - Momen lực tác dụng vào vật quay quanh trục cố định làm thay đổi tốc độ góc vật c) Mức qn tính chuyển động quay - Trong chuyển động quay quanh trục, vật có qn tính giống chuyển động tịnh tiến Khi tác dụng momen lực lên vật khác nhau, tốc độ góc vật tăng chậm vật có mức quán tính lớn ngược lại - Mức quán tính vật quay quanh trục phụ thuộc vào khối lượng vật vào phân bố khối lượng trục quay Khối lượng vật lớn phân bố xa trục quay momen qn tính lớn ngược lại - Thí nghiệm cho thấy vật quay mà chịu momen cản vật quay chậm lại Vật có mức qn tính lớn tốc độ góc vật giảm chậm ngược lại - Nếu trục quay khơng qua trọng tâm momen qn tính lớn, khó để lấy đà cho vật quay hãm vật lại Ngoài ra, trọng tâm chuyển động tròn xung quanh trục quay, vật có xu hướng chuyển động li tâm nên tác dụng lực vào trục Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My PL6 quay làm trục quay bị biến dạng Nếu vật quay nhanh, xu hướng chuyển động li tâm vật lớn, trục quay bị biến dạng nhiều gãy 5) Nhắc lại kiến thức: Động điện - Cấu tạo: Động điện chiều có hai phận nam châm tạo từ trường (bộ phận đứng yên) khung dây dẫn có dịng điện chạy qua (bộ phận quay) Bộ phận đứng yên gọi stato, phận quay rôto - Nguyên tắc hoạt động: Khi đặt khung dây dẫn ABCD từ trường cho dịng điện chạy qua khung tác dụng lực điện từ, khung dây quay 6) Ngun lí hoạt động cần cẩu tháp Khố luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My PL7 - Cần cẩu tháp hoạt động dựa quy tắc momen lực Tải trọng treo móc cẩu cân với đối trọng (đối trọng phần phía sau cẩu)Gdo cẩu không bị lật: 𝐹𝑡 𝑑1 = 𝐹đ𝑡 𝑑2 - Toàn tải cân truyền lực tổng hợp 𝐹⃗ xuống đế cẩu (dựa móng cẩu) - Cẩu quay tròn hệ thống quay với trục quay qua trọng tâm G cần cẩu - Ngoài tháp cân dựa vào đế rộng, móng cẩu đào sâu khung trụ cần cẩu gắn vào tòa nhà tịa nhà cao dần lên Khố luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My PL8 PHỤ LỤC Đáp án phiếu học tập Họ tên: Nhóm: Phiếu học tập Hoạt động 2.1 Tìm điều kiện cân vật có trục quay cố định Đặt vấn đề: Khi có đối trọng, khơng treo vật, cần cẩu có bị lệch khơng, lệch phía nào? Khi có đối trọng mà không treo vật, cần cẩu bị lệch phía có đối trọng Khi móc vật vào cẩu vật xa trụ cần cẩu có xu hướng lệch phía so với trụ? Khi bấm công tắc cho vật di chuyển xa trụ cần cẩu bị lệch phía cánh tay có treo vật Theo em, mối quan hệ lực mà cần cẩu nâng với khoảng cách từ lực đến trụ với nhau? Càng xa trụ cần cẩu nâng trọng lượng hơn, gần trụ cần cẩu nâng nhiều Khố luận tốt nghiệp Phạm Hồng My PL9 Họ tên: Nhóm: Phiếu học tập Hoạt động 2.1 Tìm điều kiện cân vật có trục quay cố định Thực hiện thí nghiệm và điền thông tin vào chỗ trống: - Gắn đĩa momen lên bảng thép, điều chỉnh cho dây dọi treo tâm đĩa nằm song song với mặt đĩa qua vạch thước ngang - Lần lượt treo sợi dây có buộc gia trọng vào điểm khác đĩa để trả lời câu hỏi: Khi lực tác dụng lên đĩa không làm đĩa quay; lực tác dụng lên đĩa làm đĩa quay quay theo chiều nào? Hình 3.2 Thí nghiệm quy tắc momen lực Khi gắn dây tâm đĩa (hoặc điểm nằm đường thẳng đứng qua tâm đĩa) đĩa khơng quay, ta gắn điểm khác đĩa quay Nếu ta gắn dây điểm nằm phía bên phải đĩa quay theo chiều chiều kim đồng hồ, ta gắn dây điểm nằm phía bên phải đĩa quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ Khi lực tác dụng lên vật có giá qua trục quay đĩa khơng làm cho đĩa quay Khi lực tác dụng lên vật có giá khơng qua trục quay đĩa làm cho đĩa quay - Theo em, quay đĩa phụ thuộc vào yếu tố nào? (Có thể học sinh có dự đốn sau: + Phụ thuộc vào khoảng cách từ tâm đĩa đến phương lực tác dụng + Phụ thuộc vào khoảng cách từ tâm đĩa đến điểm đặt dây + Phụ thuộc vào khối lượng vật treo vơ dây nhiều hay Khố luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My PL10 + …) - Theo em, vật chịu tác dụng cùng lúc lực làm cho vật quay theo chiều ngược điều kiện để vật cân bằng, khơng quay gì? (Có thể học sinh có dự đốn sau: + Khi F1=F2 + Khi F1.d1 = F2.d2 + Khi 𝐹1 𝑑1 = 𝐹2 𝑑2 + …) ❖ Thực thí nghiệm xem ta dự đốn khơng nhé! - Điều chỉnh thước gắn với đĩa mô men theo phương ngang (giá rọi qua vạch thước) - Treo đồng thời sợi dây thứ có móc gia trọng (1 nặng) vào điểm bên trái đĩa mô men sợi dây thứ có móc gia trọng khác (2 nặng) vào điểm bên phải đĩa (như hình) Khi đĩa cân bằng, đọc giá trị F1, d1, F2, d2 (d1, d2 khoảng cách từ giá hai lực đến trục quay – phương dây rọi) Lập tích số F1.d1, F2.d2   F - Lặp lại thí nghiệm cách thay đổi độ lớn lực , F2 , thay đổi phương lực  F2 (bằng cách vắt sợi dây thứ qua ròng rọc cố định, tìm vị trí rịng rọc để đĩa cân (sợi căng theo phương tiếp tuyến vòng tròn) Ghi số liệu vào bảng: Lần F1 F2 d1 d2 đo Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hồng My PL11 - Em có nhận xét số liệu F1, F2, d1, d2 (gợi ý, nhận xét thương tích F d) F1.d1 = F2.d2 - Rút nhận xét điều kiện cân vật có trục quay cố định: Tổng momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ tổng momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ Vận dụng: Hãy vận dụng quy tắc momen lực để giải thích trường hợp sau, vẽ rõ đâu trục quay O, đâu lực tác dụng a) Một người nâng vật tay Trục quay O đặt khuỷu tay, lực F tạo hướng lên, momen lực F có tác dụng làm cánh tay quay ngược chiều kim đồng hồ, lực P vật gây có momen làm cho cánh tay quay thuận chiều kim đồng hồ, momen lực làm cánh tay cân Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My PL12 b) Nguyên tắc hoạt động cân đĩa Khi cân P1d1=P2d2, mà d1=d2 nên P1=P2  Khối lượng cân khối lượng vật cần cân b) Cần cẩu nâng vật Khi cần cẩu cân bằng: 𝐹𝑡 𝑑1 = 𝐹đ𝑡 𝑑2 Một người dùng búa để nhổ đinh Khi người tác dụng lực 100N vào đầu búa đinh bắt đầu chuyển động Hãy tính lực cản gỗ tác dụng vào đinh F1.d1 = F2 d → F1 = F2 d d1 100.20 = 1000( N ) = Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hồng My PL13 Họ tên: Nhóm: Phiếu học tập Hoạt động 2.2 Tìm hiểu cân vật có mặt chân đế Nêu điều kiện cân vật có mặt chân đế? - Giá trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay trọng tâm rơi mặt chân đế) Có cách để tăng mức vững vàng vật có mặt chân đế? - Hạ thấp trọng tâm tăng diện tích mặt chân đế Đá Ba Chồng quần thể di tích thắng cảnh thị trấn Định Quán, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai Nổi bật quần thể ba đá khổng lồ chồng lên với chiều cao 36m, nằm chênh vênh bên cạnh quốc lộ 20, cảnh tượng hùng vĩ danh thắng hút du khách ngang qua Ai lần nhìn thấy hịn đá có chung cảm giác “khơng an tồn” Hãy giải thích hịn đá đứng vững cân bằng, khơng bị lăn xuống đường? -Vì giá trọng lực xuyên qua mặt chân đế đá Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My PL14 Những siêu xe xe thể thao Lamborghini, Ferrari hay Bugatti hấp dẫn nhờ thiết kế ấn tượng, động mạnh mẽ, âm phấn khích giá trị đắt đỏ Những xe chạy với tốc độ cao, khả ôm cua ấn tượng Tuy nhiên gầm xe thường thấp, dựa vào hiểu biết em giải thích sao? Gầm xe thấp nên trọng tâm xe thấp loại xe khác, điều giúp xe cân tốt hơn, không bị lật chạy với tốc độ cao xe ôm cua gấp Khố luận tốt nghiệp Phạm Hồng My PL15 Họ tên: Nhóm: Phiếu học tập Hoạt động 2.4 Xây dựng quy tắc hợp lực song song chiều Đặt vấn đề: Ta biết điều kiện cân vật có mặt chân đế giá trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế Vậy để xác định trọng lực cần cẩu tháp? Chúng ta xây dựng quy tắc hợp lực song song chiều nhé! Tổng hợp lực thay lực tác dụng đồng thời vào cùng vật lực có tác dụng giống hệt lực Ta biết cách hợp lực lực có giá đồng quy, làm để tổng hợp lực song song cùng chiều? - Một vật chịu tác dụng hai lực song song cùng chiều lực tổng hợp chúng có đặc điểm nào? Hãy nêu dự đoán em Điểm đặt: HS có dự đốn: Tại điểm nằm vật hai lực thành phần; Tại điểm vật, … Phương, chiều: Cùng phương chiều với hai lực thành phần Độ lớn: Bằng tổng độ lớn hai lực thành phần - Theo em, điểm đặt lực có phụ thuộc vào độ lớn hai lực song song cần tổng hợp hay không? HS dự đốn “có” “khơng” Chúng ta phân vân điểm đặt lực đâu, để xem dự đốn có khơng, làm thí nghiệm nhé! Thực hiện thí nghiệm và điền thơng tin vào chỡ trống Khố luận tốt nghiệp Phạm Hồng My PL16 - Bước 1: Bố trí thí nghiệm hình minh họa, thước dài có cách vạch chia kích thước xác, treo thước vào đầu lực kế, sau treo thêm nặng vào điểm đầu thước (gọi điểm A B), đánh dấu lại vị trí đầu thước - Bước 2: Gộp nặng lại, sau treo lên vị trí khác thước cho hai đầu thước trùng với hai đầu đánh dấu Điểm đặt lúc gọi O - Bước 3: Tính khoảng cách OA, OB Ghi số liệu vào bảng Lần P1(N) P2(N) OA (cm) OB (cm) - Em có nhận xét số liệu? (Điểm đặt lực tổng hợp O liên quan đến lực P1, P2, thử lập tỉ số tích số liệu) P1.OA = P2.OB Hoặc 𝑃1 𝑂𝐵 = 𝑃2 𝑂𝐴 - Dựa vào kiến thức hình học mình, chứng minh Khố luận tốt nghiệp 𝑂𝐴 𝑂𝐵 = 𝑑1 𝑑2 Phạm Hoàng My PL17 - Kết luận hợp lực lực song song cùng chiều: Điểm đặt: Giá hợp lực chia khoảng cách giưã hai giá cua hai lực song song thành đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn hai lực F1 d = F2 d1 Phương, chiều: Phương song song, chiều với hai lực Độ lớn: Bằng tổng độ lớn hai lực Một cần cẩu tháp nâng tải có khối lượng 2000kg (như hình) Tay cần BD nặng 1500kg trọng tâm G1, tay cần BC nặng 500kg trọng tâm G2 Đối trọng đặt C có trọng tâm G3 Xác định khối lượng đối trọng cho tổng hợp trọng lực hai tay cần, tải đối trọng đặt B Để tìm tổng hợp lực hai tay cần, tải đối trọng, ta tổng hợp cặp lực Khố luận tốt nghiệp Phạm Hồng My PL18 - Tổng hợp P1 , P2 : + Độ lớn P12 = P1 + P2 = 1500.g + 500.g = 2000.g ( N ) + Điểm đặt d1 P2 500 = = = d2 P1 1500 d1 + d2 = G1G2 = + 9.5 = 13.5cm ➔ d1 = 27 81 (m) d = (m) 8 - Tổng hợp P12 , Pt + Độ lớn: P12t = P12 + Pt = 2000.g + 2000.g = 4000.g ( N ) + Điểm đặt d12 Pt 2000 = = =1 dt P12 2000 d12 + dt = d1 + G1T = ➔ d12 = 27 51 + = (cm) 8 51 51 (m) dt = (m) 16 16 - Để hợp lực có điểm đặt B hợp lực P12t Pt có điểm đặt B ➔ d3 = CB = 7,5(m) d12t = BT − dt = 12,5 − 51 149 = 16 16 Mà: d3 P = 12t d12t P3 → P3 = P12t d12t = 4966, 67.g ( N ) d3 → m3 = 4966, 67(kg ) Vậy đối trọng có khối lượng 4966,67(kg) (HS giải theo quy tắc momen lực) Khố luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My