Dạy học bài tập Vật lý phần “Động lực học chất điểm” chương trình Vật lí THPT

Đây cũng chính là lí do tôi mạnh dạn chọn đề tài: Dạy học bài tập Vật lý phần “Động lực học chất điểm” chương trình Vật lí THPT nhằm củng cố thêm kiến thức lí thuyết và phương pháp giả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

BÙI THỊ HẰNG

DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ THPT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SƠN LA, NĂM 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

BÙI THỊ HẰNG

DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ THPT

Chuyên ngành: Phương pháp dạy học Vật lý

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: ThS Doãn Phương Lan

SƠN LA, NĂM 2015

Lời cảm ơn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.s Doãn Phương Lan giảng viên dạy bộ môn Vật lý trường Đại học Tây Bắc đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo trong tổ bộ môn Vật lý khoa Toán – Lý – Tin, thư viện trường Đại học Tây Bắc đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian thực hiện khóa luận này

Chân thành cảm ơn tới thầy Vũ Đình Lý, cô Lò Thị Duyên, Thầy Bùi Ngọc Anh Toàn – GV các trường THPT đã đóng góp ý kiến giúp em trong quá trình thực hiện đề tài

Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Sơn La, tháng 5 năm 2015 Người thực hiện

Bùi Thị Hằng

KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

THPT Trung học phổ thông ĐHSP Đại học sư phạm NXB Nhà xuất bản

TB Trung bình

HS Học sinh

GV Giáo viên

MỤC LỤC

PHẦN I MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

3 Mục đích nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

5 Giả thuyết khoa học 2

6 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

7 Phương pháp nghiên cứu 3

8 Đóng góp của đề tài 3

9 Cấu trúc của đề tài 3

PHẦN II NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN 4

1 Cơ sở lí luận 4

1.1 Khái niệm bài tập vật lý 4

1.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học 4

1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học 5

1.4 Hoạt động giải bài tập vật lý 5

1.5 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý 5

1.5.1 Lựa chọn hệ thống bài tập 5

1.5.2 Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý 6

1.6 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý 6

1.7 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý 8

1.7.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) 8

1.7.2 Hướng dẫn tìm tòi 8

1.7.3 Định hướng khái quát hóa chương trình 9

2 Cơ sở thực tiễn 9

2.1 Cơ sở pháp lý 9

2.2 Cơ sở thực nghiệm 10

2.2.1.Thực trạng dạy học bài tập vật lí chương “Động lực học chất điểm” ở THPT 11

2.2.1.1 Mục đích điều tra 11

2.2.1.3 Phương pháp điều tra 11

2.2.1.4 Kết quả điều tra 11

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 13

CHƯƠNG 2 DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT 14

2.1 Kiến thức cơ bản 14

2.1.1 Các khái niệm cơ bản 14

2.1.2 Ba định luật Niutơn 14

2.1.3 Các lực cơ 15

2.1.3.1 Định luật vạn vật hấp dẫn 15

2.1.3.2 Lực đàn hồi 16

2.1.3.3 Lực ma sát 17

2.1.3.4 Lực quán tính 17

2.1.3.5 Lực hướng tâm 17

2.2 Phương pháp giải bài tập phần Động lực học chất điểm 18

2.3 Những điểm cần lưu ý về phương pháp 19

2.4 Hướng dẫn giải một số dạng bài tập động lực học 20

2.4.1 Bài tập định tính 21

2.4.2 Bài tập định lượng 24

2.4.2.1 Dạng 1: Bài toán về áp dụng phương pháp động lực học cho chuyển động thẳng 24

2.4.2.2 Dạng 2: Bài toán về áp dụng phương pháp động lực học cho chuyển động tròn đều 41

2.4.2.3 Dạng 3: Bài toán về áp dụng phương pháp động lực học cho chuyển động parabol (chuyển động của vật bị ném) 46

2.4.2.4 Dạng 4: Bài toán về tính các lực cơ học 52

2.5 Một số đề kiểm tra 58

2.5.1 Đề kiểm tra 15 phút 58

2.5.2 Đề kiểm tra 45 phút 59

2.6 Một số phương án giảng dạy bài tập chương “Động lực học chất điểm” 63

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 70

CHƯƠNG 3: CĂN CỨ ĐÁNH GIÁ MỤC TIÊU 71

1 Mục đích đánh giá 71

2 Đối tượng đánh giá 71

3 Phương pháp đánh giá 71

PHIẾU ĐÁNH GIÁ 72

4 Kết quả đánh giá 73

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

1 Kết luận 75

2 Kiến nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

PHẦN I MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình giáo dục phổ thông, nằm trong hệ thống giáo dục phổ thông của nước ta Học tập tốt bộ môn vật lý giúp con người nói chung và học sinh nói riêng có kỹ năng tư duy sáng tạo, làm cho con người linh hoạt hơn, năng động hơn trong cuộc sống cũng như trong công việc Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc trung học phổ thông là thực hiện được những mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề ra là làm cho học sinh đạt được các yêu cầu sau: Nắm vững được kiến thức của bộ môn, có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn, có hứng thú học tập bộ môn, có cách học tập và rèn luyện

kỹ năng hợp lý, đạt hiệu quả cao trong học tập bộ môn vật lý, hình thành ở học sinh những kỹ năng tư duy đặc trưng của bộ môn

Bộ môn vật lý được phân phối theo chương trình đồng tâm Lớp 10 và 11 học

để chuẩn bị cho lớp 12, nên nhiệm vụ chính của vật lý lớp 10 là tạo cho học sinh kỹ năng học tập vật lý theo đúng đặc trưng bộ môn Vật lý lớp 10 có vai trò quan trọng nhất, có toàn bộ cách tiếp cận bộ môn vật lý, cách vận dụng kiến thức và phát triển tư duy vật lý cho học sinh Trong nội dung môn Vật lý lớp 10, phần “Động lực học chất điểm” có tác dụng rất tốt, giúp học sinh phát triển tư duy vật lý Trong phần này thể hiện rất rõ các thao tác cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn khách quan như: phân tích hiện tượng

và huy động các kiến thức có liên quan để đưa ra kết quả của từng nội dung được đề cập, sử dụng kiến thức toán học có liên quan như để thực hiện tính toán đơn giản hoặc suy luận tiếp trong các nội dung mà bài yêu cầu, sử dụng kiến thức thực tế để suy luận,

để biện luận kết quả của bài toán (xác nhận hay nêu điều kiện để bài toán có kết quả) Việc học tập phần này được tập trung vào việc vận dụng kiến thức để giải các bài tập

về động lực học chất điểm

Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để học sinh có những kỹ năng giải các bài tập về động lực học chất điểm một cách logic, chặt chẽ, đặc biệt là làm thế nào để qua việc rèn luyện kỹ năng giải các bài tập động lực học chất điểm là một nội dung cụ thể có thể phát triển tư duy Vật lý, và cung cấp cho học sinh cách tư duy cũng như cách học đặc trưng của bộ môn Vật lý ở cấp trung học phổ thông

Ở mỗi phần kiến thức đều có yêu cầu cao về vận dụng kiến thức đã học được vào giải bài tập Vật lý Vì vậy cần đưa ra được những phương án hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức một cách tối ưu để học sinh có thể nhanh chóng tiếp thu và vận dụng dễ dàng vào giải các bài tập cụ thể

Đây cũng chính là lí do tôi mạnh dạn chọn đề tài: Dạy học bài tập Vật lý phần

“Động lực học chất điểm” chương trình Vật lí THPT nhằm củng cố thêm kiến thức

lí thuyết và phương pháp giải bài tập cho bản thân trong quá trình học chương này,làm tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT trong quá trình giảng dạy, sinh viên sư phạm Vật lí và học sinh THPT làm tài liệu tham khảo lí thuyết và giải một số bài tập cơ bản của chương “Động lực học chất điểm”

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Bài tập thuộc chương II: Động lực học chất điểm (SGK Vật lí 10 – THPT)

trong đó nghiên cứu:

- Hệ thống cơ sở lí luận về bài tập Vật lý, sau đó vận dụng chúng vào nghiên cứu các bài tập chương II

- Hệ thống lý thuyết chương II

- Hệ thống các bài tập

3 Mục đích nghiên cứu

- Vận dụng cơ sở lí luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lí thuyết, phân

loại và hướng dẫn giải các bài tập chương “Động lực học chất điểm”, sách giáo khoa Vật lí 10 THPT có định hướng tư duy cho học sinh nhằm bám sát mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng học sinh cần đạt được trong chương trình

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đề tài nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Động lực học chất điểm”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT, phân loại bài tập và hướng dẫn giải có hướng định hướng

tư duy cho học sinh

5 Giả thuyết khoa học

- Nếu vận dụng cơ sở lí luận về bài tập vật lý vào giải và hướng dẫn giải bài tập vật

lý thì có tác dụng rèn luyện kĩ năng cho người học hiệu quả hơn, đáp ứng được mục tiêu

dạy mà chương trình phổ thông yêu cầu

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích đề ra, đề tài cần thực hiện những nhiệmvụ sau:

- Điều tra tình hình thực tế dạy và học bài tập chương II “Động lực học chất điểm”, ở trường phổ thông

- Hệ thống nội dung lí thuyết chương II “Động lực học chất điểm”

- Lưu ý phương pháp giải và giải bài tập chương II: “Động lực học chất điểm” SGK Vật lý 10 ở trường THPT

7 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được các nhiệm vụ chúng tôi phối hợp sử dụng các phương pháp sau:

+ Phương pháp nghiên cứu lí luận

+ Phương pháp điều tra thăm dò

+ Phương pháp thống kê toán học

Phần II: Nội dung gồm:

Chương 1: Cơ sở lí luận và cơ sở thực tiễn

Chương 2: Dạy học bài tập Vật lý phần: “Động lực học chất điểm” chương trình THPT

Chương 3: Căn cứ đánh giá mục tiêu

Phần III: Kết luận và kiến nghị

PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN

1 Cơ sở lí luận

1.1 Khái niệm bài tập vật lý

Trong thực tế dạy học, “bài tập vật lý được hiểu là một vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lý”…

Hay trong các tài liệu về phương pháp dạy học bộ môn người ta hiểu “bài tập vật lý là những bài tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lý, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lý của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn”

Do đó, bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí trong nhà trường phổ thông

1.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học

Thông qua dạy học về bài tập vật lý, người học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lý, những hiện tượng vật lý, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của người học

Bài tập vật lý có thể sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh Trong quá trình giải quyết các tình huống

cụ thể do bài tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc

Bài tập vật lý sẽ là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học, đặc biệt

là khi phải khám phá ra bản chất của các hiện tượng vật lý được trình bày dưới dạng các tình huống có vấn đề

Bài tập vật lý còn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh

Ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp, là phương tiện thuận lợi để học sinh liên hệ lí thuyết với thực hành, học tập với đời sống, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế sản xuất và cuộc sống

1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học

Thông thường có 3 hình thức phân loại bài tập vật lí được coi là cơ bản nhất

- Phân loại theo yêu cầu phát triển tư duy của học sinh:

+ Bài tập nhận biết, tái hiện, tái tạo

+ Bài tập hiểu, áp dụng trực tiếp

+ Bài tập vận dụng linh hoạt

+ Bài tập vận dụng sáng tạo

- Phân loại theo nội dung bài tập:

+ Bài tập có nội dung cụ thể

+ Bài tập có nội dung lịch sử

+ Bài tập có nội dung cụ thể trừu tượng

+ Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp

1.4 Hoạt động giải bài tập vật lý

- Xác lập được mối liên hệ cơ bản cụ thể dựa trên việc vận dụng kỹ thuật vật lí vào những điều kiện cụ thể của bài toán đã cho

- Sự tiếp tục luận giải, tính toán đi từ đầu mối liên hệ đã xác lập đến kết luận cuối cùng của việc giải quyết vấn đề đã đặt ra trong bài toán

1.5 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý

1.5.1 Lựa chọn hệ thống bài tập

- Khi lựa chọn hệ thống bài tập cần đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Thông qua việc giải hệ thống bài tập, những kiến thức cơ bản, đã được xác định của đề tài phải được củng cố, ôn tập, hệ thống hóa và khắc sâu thêm

+ Tính tuần tự tiến lên từ đơn giản đến phức tạp của các mối quan hệ giữa các đại lượng và các khái niệm đặc trưng cho các quá trình hoặc hiện tượng phải được mô

tả trong hệ thống bài tập

+ Mỗi bài tập phải đóng góp một phần nào đó vào việc hoàn thiện kiến thức

cho học sinh Mỗi bài tập phải đem lại cho học sinh một điều mới mẻ nhất định, một khó khăn vừa sức

+ Hệ thống bài tập phải đa dạng về thể loại (bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập đồ thị…) và nội dung phải không được trùng lặp

+ Các kiến thức toán lý được sử dụng trong bài tập phải phù hợp với trình độ học sinh

+ Số lượng bài tập được lựa chọn phải phù hợp với sự phân bố thời gian

1.5.2 Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý

- Người giáo viên phải dự tính được kế hoạch cho toàn bộ công việc về bài tập, với từng đề tài, từng tiết học cụ thể Muốn vậy:

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nêu vấn đề để sử dụng trong tiết nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hứng thú học tập và phát triển tư duy học sinh

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm củng cố, bổ sung hoàn thiện những kiến thức lí thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho người học những hiểu biết về thực tế và kĩ thuật có liên quan đến kiến thức lí thuyết

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập điển hình nhằm hình thành phương pháp chung giải mỗi loại bài tập đó

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức, kĩ năng về từng kiến thức cụ thể và từng phần của chương trình

- Sắp xếp các bài tập thành hệ thống, định kế hoạch và phương pháp sử dụng

- Khi dạy giải bài tập vật lý cần dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức đó để giải quyết vấn đề đặt ra, rèn cho người học kĩ năng giải các bài tập cơ bản thuộc các phần khác nhau trong chương trình vật lý

- Người giáo viên cần đặc biệt coi trọng việc rèn luyện tư duy và tính tự lập của học sinh Chính thông qua việc giải bài tập vật lý mà có thể hình thành ở người học phong cách nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các hiện tượng cần nghiên cứu, qua đó

có thể phát triển tư duy của người học

1.6 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý

Có rất nhiều phương pháp khác nhau để giúp học sinh giải một bài tập Nhưng

có một phương pháp thường được dùng nhiều hơn hết là phương pháp thông qua các bước sau:

Bước 1: Đọc đề bài Tìm hiểu đề bài

- Xác định ý nghĩa của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số phải tìm, đâu là dữ kiện đã cho

- Dùng các kí hiệu vật lý để ghi tóm tắt đề bài

- Đổi đơn vị về đơn vị hợp pháp

- Vẽ hình mô tả hiện tượng vật lý trong bài tập

Bước 2: Phân tích các hiện tượng của bài toán để xác lập các mối liên hệ cơ bản

- Đối chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm, xét bản chất vật lý của hiện tượng để nhận ra các định luật, công thức lí thuyết có liên quan

- Xác lập các mối liên hệ cụ thể của cái đã biết và cái phải tìm (mối liên hệ cơ bản)

- Tìm kiếm và lựa chọn các mối liên hệ tối thiểu cần thiết sao cho thấy được mối liên hệ của cái phải tìm với các dữ liệu xuất phát, từ đó có thể rút ra cái phải tìm

Bước 3: Luận giải, tính toán các kết quả bằng số

- Mỗi bài tập phải bắt đầu giải ở dạng tổng quát (tức là với các kí hiệu chữ), hơn nữa, đại lượng cần tìm phải được biểu thị qua các đại lượng đã cho Sau khi tìm được kết quả cuối cùng bằng chữ, học sinh tiếp tục luận giải để rút ra mối liên hệ tường minh, trực tiếp giữa cái đã cho và cái phải tìm bằng cách thay các đại lượng bằng trị số của chúng để tính kết quả bằng số

- Các trị số của các đại lượng vật lí luôn luôn là gần đúng Do đó, khi tính toán cần tuân theo các quy tắc áp dụng cho các số gần đúng

Bước 4: Kiểm tra, nhận xét kết quả (biện luận)

- Kiểm tra xác nhận kết quả:

+ Kiểm tra xem đã tính toán đúng chưa

+ Kiểm tra xem thứ nguyên có phù hợp không

+ Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không

+ Giải bài toán theo cách khác xem có cho cùng kết quả không

1.7 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý

1.7.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit)

- Là sự hướng dẫn hành động theo một mẫu đã có Angorit là một quy tắc hoạt động hay chương trình hoạt động được xác định một cách rõ ràng, chính xác, chặt chẽ trong đó cần thực hiện hoạt động nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả

- Giáo viên giới thiệu cho học sinh mẫu hành động và kết quả hành động, còn những chỉ dẫn phải hành động như thế nào không được nêu ra Học sinh thực hiện nhiệm vụ một cách mò mẫm theo cách thử và sai Kết quả nhiệm vụ có thể thực hiện được nhưng hành động mà nhờ đó nhiệm vụ được thực hiện không bền vững khi thay đổi điều kiện

+ Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải bài toán một cách chắc chắn, giúp cho

việc rèn luyện kĩ năng giải toán của học sinh có hiệu quả

+ Nhược điểm: Học sinh chỉ chấp nhận những hành động đã được chỉ sẵn theo

một mẫu đã có sẵn do đó ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi sáng tạo, sự phát triển tư duy của học sinh bị hạn chế

1.7.2 Hướng dẫn tìm tòi

- Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi, phát hiện cách giải quyết Giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả

- Giáo viên giới thiệu cho học sinh biết mẫu của hành động trên một cơ sở định hướng chặt chẽ và những chỉ dẫn, những cách thức để thực hiện hành động Hành động ở đây được chia thành những giai đoạn và đảm bảo cho việc thực hiện nó một cách đúng đắn Ở đây, học sinh nắm vững được kĩ năng thực hiện hành động và có khả năng di chuyển sang thực hiện nhiệm vụ mới, nhưng sự di chuyển này đòi hỏi phải có trong thành phần của nhiệm vụ mới những yếu tố tương tự trong thành phần của nhiệm

vụ đã nắm vững

+ Ưu điểm: Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải

bài toán

+ Nhược điểm: Theo cách này không đảm bảo cho học sinh giải toán một cách

chắc chắn Giáo viên phải hướng dẫn sao cho không được đưa học sinh đến chỗ chỉ việc thực hiện các hành động theo mẫu đồng thời không hướng dẫn viển vông, quá

1.7.3 Định hướng khái quát hóa chương trình

- Là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết chứ không thông báo ngay cho học sinh cái đã có sẵn Giáo viên tiến hành dạy có kế hoạch về sự phân tích các nhiệm vụ nhằm rút ra những điểm tựa để thực hiện nhiệm vụ Đặc biệt của kiểu hướng dẫn này là giáo viên định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp hơn phạm vi tìm tòi, giải quyết phù hợp với học sinh Nếu vẫn không đủ khả năng tự lập tìm tòi, giải quyết thì hướng dẫn của giáo viên chuyển thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành yêu cầu của một bước, sau yêu cầu học sinh tự tìm tòi, giải quyết bước tiếp theo Nếu cần, giáo viên lại giúp đỡ cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài toán của học sinh, nhằm giúp học sinh tự lực giải quyết được bài toán đã cho, đồng thời dạy học sinh cách suy nghĩ trong quá trình giải toán

+ Ưu điểm: Hình thành ở người học kĩ năng định hướng, kĩ năng kế hoạch hóa

hoạt động giải bài tập, kĩ năng thực hiện kế hoạch giải bài tập

2 Cơ sở thực tiễn

2.1 Cơ sở pháp lý

Ngày 5 tháng 5 năm 2006, Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo đã kí quyết định số 16/2006/QĐ – BGDĐT về việc ban hành Chương trình giáo dục phổ thông gồm: + Mục tiêu giáo dục

+ Phạm vi và cấu trúc nội dung giáo dục

+ Chuẩn kiến thức kĩ năng và yêu cầu về thái độ của từng môn học, cấp học + Phương pháp và hình thức tổ chức giáo dục

+ Đánh giá kết quả từng môn học ở mỗi lớp, cấp học

Dựa vào chuẩn kiến thức kĩ năng, các bài tập chương II cần đạt được những mục tiêu về kiến thức, kĩ năng sau:

Kiến

thức

+ Phát biểu được định nghĩa của lực và nêu được lực là một đại lượng vectơ Nêu được các quy tắc tổng hợp và phân tích lực Phát biểu được điều kiện cân bằng của chất điểm dưới tác dụng của nhiều lực

+ Nêu được quán tính của vật là gì? Phát biểu được định luật I Niutơn

Nêu được mối quan hệ giữa lực, khối lượng và gia tốc được thể hiện trong định luật II Niutơn như thế nào và viết hệ thức của định luật này Phát biểu

và viết hệ thức của định luật III Niu tơn Phát biểu và viết hệ thức của định luật vạn vật hấp dẫn

+ Đặc điểm của lực đàn hồi Phát biểu và viết hệ thức của định luật này đối với độ biến dạng của lò xo

+ Nắm được phương pháp phân tích chuyển động cong

+ Viết được công thức lực ma sát trượt Khái niệm lực ma sát lăn và lực

ma sát nghỉ

+ Nêu được lực hướng tâm trong chuyển động tròn và viết hệ thức

Kĩ

năng

+ Biểu diễn được vectơ lực và phản lực trong các bài tập cụ thể

+ Vận dụng được ba định luật Niu tơn để giải được các bài toán đối với một vật hoặc hệ hai vật chuyển động

+ Vận dụng được mối quan hệ giữa khối lượng và mức quán tính của vật

để giải thích một số hiện tượng trong đời sống và kĩ thuật

+ Giải được các bài toán về chuyển động ném ngang

+ Vận dụng được các công thức tính lực hấp dẫn để giải các bài tập đơn giản

+ Vận dụng được công thức tính lực ma sát để giải các bài tập

+ Vận dụng được định luật Húc để giải được bài tập đơn giản về sự biến dạng của lò xo

+ Xác định được lực hướng tâm và giải được bài toán về chuyển động tròn đều khi vật chịu tác dụng của một lực hoặc hai lực

Căn cứ văn bản số 5842/BGDĐT-VP ngày 01 tháng 9 năm 2011 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc: Hướng dẫn điều chỉnh nội dung dạy học GDPT

Theo phân phối chương trình, chương Động lực học chất điểm gồm hai tiết bài tập Kết luận: Dựa vào chuẩn kiến thức kĩ năng cần đạt thì số lượng tiết bài tập trong chương trình còn ít chưa đáp ứng được việc vận dụng đủ các kiến thức vào giải quyết các bài tập của chương

2.2 Cơ sở thực nghiệm

Bằng việc sử dụng các mẫu phiếu hỏi giáo viên THPT và giảng viên trường ĐHTB

2.2.1.Thực trạng dạy học bài tập vật lí chương “Động lực học chất điểm” ở THPT 2.2.1.1 Mục đích điều tra

- Tìm hiểu thực trạng dạy học bài tập vật lý nói chung và dạy học bài tập phần

“Động lực học chất điểm” nói riêng để từ đó đưa ra các phương hướng khắc phục

- Tìm hiểu về việc tổ chức hoạt động dạy và học bài tập phần “Động lực học chất điểm” và việc sử dụng hệ thống bài tập cho phần này

- Tiếp cận với các dạng bài tập động lực học chất điểm thường dùng trong thực

- Giảng viên trường Đại học Tây Bắc

1 Cô Doãn Phương Lan

2.2.1.3 Phương pháp điều tra

Để đạt được mục đích điều tra sử dụng hai phương thức điều tra là: gửi mẫu câu hỏi qua gmail và trao đổi trực tiếp

2.2.1.4 Kết quả điều tra

- Hầu hết giáo viên đều nhận thức được tầm quan trọng của bài tập vật lý trong

quá trình dạy học, nội dung chương trình của phần Động lực học chất điểm hơi nặng, yêu cầu cao so với năng lực của học sinh, trong khi đó thời gian phân phối chương trình cho dạy và học chương này còn thiếu, không đủ thời gian để đảm bảo các yêu cầu chuẩn kiến thức kĩ năng

- Trong quá trình dạy học bài tập vật lý ở tiết chính khóa thường là sử dụng bài

tập trong SGK và SBT, trong tiết học phụ đạo có sử dụng một số bài tập nâng cao với

độ khó ở mức độ vừa phải phù hợp với chuẩn kiến thức, kĩ năng

- Việc lựa chon hệ thống bài tập trong việc dạy cũng như trong những tiết kiểm tra còn phụ thuộc rất nhiều bởi yếu tố học sinh

- Bài tập trong chương Động lực học chất điểm được phân dạng theo các chủ đề nhỏ tương ứng với từng bài học Về bài tập trọng tâm trong chương là các bài tập về

áp dụng các định luật Niutơn

- Trong quá trình dạy học bài tập vật lí chương “Động lực học chất điểm”, giáo viên thường hướng dẫn học sinh giải bài tập bằng phương pháp động lực học: Tóm tắt;

vẽ hình; phân tích lực tác dụng lên vật; viết phương trình động lực học theo định luật

II Niutơn; chiếu phương trình ĐLH lên chiều dương đã chọn; xác định gia tốc a (nếu

dữ kiện đầu bài chưa có); kết hợp các công thức động học để xác định các yếu tố cần tìm (quãng đường, vận tốc, thời gian….)

- Trong các tiết kiểm tra thì thường sử dụng các bài tập trắc nghiệm xen kẽ với các bài tập tự luận để đánh giá mức độ nhận biết, thông hiểu, vận dụng của học sinh

- Do kiến thức phần này khá nhiều và quan trọng với việc hình thành tư duy vật

lý cho học sinh mà phân phối tiết bài tập không đáp ứng đủ mục tiêu về kiến thức và kĩ năng nên cần bổ sung tiết tự chọn

- Phần “Lực ma sát lăn Lực ma sát nghỉ Chuyển động li tâm” thuộc phần giảm tải nhưng kiến thức của phần này vẫn giúp cho học sinh giải thích được một số hiện tượng trong đời sống và kĩ thuật, kiến thức phần này gắn liền với các bài tập thực tế giúp học sinh có khả năng tư duy và yêu thích bộ môn vật lý hơn, vì vậy nên cho các bài tập phần này vào tiết tự chọn

- Khi giải bài tập vật lý chỉ có một số bộ phận rất nhỏ học sinh giỏi và khá có thể độc lập suy nghĩ để tìm lời giải các bài tập, tự mình giải quyết nhiệm vụ học tập Học sinh thường gặp khó khăn vận dụng kiến thức để thấy được kiến thức vật lý trong

kĩ thuật và hiểu được ý nghĩa của các kiến thức học được trong đời sống

Kết luận: Như vậy, việc dạy học bài tập vật lý ở THPT là rất quan trọng, việc sử dụng bài tập còn phụ thuộc quá nhiều vào năng lực hiện tại của học sinh nên việc dạy

và học bài tập vật lí chưa hiệu quả, còn mang nặng hình thức áp đặt, do chia nhỏ các dạng bài tập mà học sinh chỉ có thể nhận biết được những dạng bài tập tương tự, nếu đặt bài tập trong các tình huống khác nhau học sinh sẽ gặp khó khăn về việc nhận dạng bài tập từ đó dẫn tới không giải được bài Điều này cũng cản trở sự yêu thích, hứng thú của học sinh với môn vật lý Vì vậy việc phân dạng bài tập sao cho ít dạng và tổng quát nhất là điều quan trọng, học sinh nhìn vào đề bài là biết dạng bài tập và giải quyết bài tập một cách dễ dàng hơn Trong quá trình dạy bài tập, giáo viên cần định hướng tư duy cho học sinh, giúp học sinh tự lực nhận biết được phương pháp giải bài tập thuộc dạng đó

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này tôi đã trình bày cơ sở lí luận và cơ sở thực tiễn về bài tập vật

lý trong dạy học bài tập vật lý Trong đó tôi đã trình bày về các chức năng của việc sử dụng bài tập vật lý, phân loại bài tập vật lý, đưa ra các cách hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý một cách khoa học Tôi cũng đã trình bày kiến thức kĩ năng mà học sinh cần đạt trong chương “Động lực học chất điểm” và phân tích các mẫu phiếu hỏi giáo viên THPT và giảng viên trường ĐHTB để đưa ra các dạng bài tập cơ bản của chương một cách đầy đủ và hợp lí, tổng quát nhất Hi vọng với việc vận dụng cơ sở lí luận và

cơ sở thực tiễn vào việc dạy học vật lý ở trường phổ thông sao cho có hiệu quả

CHƯƠNG 2 DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC

+ Trong vật lý thường dùng quy tắc hình bình hành: Hợp lực của hai lực đồng quy được biểu diễn bằng đường chéo (kẻ từ điểm đồng quy) của hình bình hành mà hai cạnh là những vectơ biểu diễn hai lực thành phần

+ Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời và gây hiệu quả giống hệt như lực ấy

- Để phân tích một lực thành hai lực thì cần phải biết phương tác dụng của hai lực đó

Nếu phương tác dụng của hai lực thành phần vuông góc với nhau thì lực thành phần là hình chiếu của hợp lực trên các phương đó

2.1.2 Ba định luật Niutơn

a Định luật I

- Nội dung định luật: “Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào, hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều”

- Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng

và độ lớn Chuyển động thẳng đều được gọi là chuyển động theo quán tính

- Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu trong đó định luật I Niutơn được nghiệm đúng Hệ quy chiếu gắn với mặt đất hoặc chuyển động thẳng đều so với mặt đất là hệ quy chiếu quán tính

- Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng thì F là hợp lực của các lực đó

- Khối lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật, khối lượng

là một đại lượng vô hướng, dương, không đổi đối với mỗi vật và có tính chất cộng

- Điều kiện cân bằng của vật: “Hợp lực của tất cả các lực tác dụng vào vật đều bằng không” Hệ các lực như vậy gọi là hệ lực cân bằng

- Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng vào một vật, có cùng giá, cùng độ lớn, ngược chiều nhau

- Trọng lực là lực hút của Trái Đất vào các vật, gây ra cho chúng gia tốc rơi tự

do Độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật gọi là trọng lượng của vật

Biểu thức của trọng lượng: P = mg

c Định luật III Niutơn

- Nội dung định luật: “Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lên vật A một lực Hai lực này là hai lực trực đối”

FAB = -FBA

- Trong tương tác giữa hai vật, một lực gọi là lực tác dụng, còn lực kia gọi là phản lực Cặp lực và phản lực có những đặc điểm sau đây:

- Lực và phản lực luôn luôn xuất hiện từng cặp

- Lực và phản lực không thể cân bằng nhau vì chúng đặt vào hai vật khác nhau

- Lực và phản lực có giá là đường thẳng nối hai vật

Để vận dụng được các định luật Niutơn, trong một hệ quy chiếu phi quán tính ta coi như mỗi vật chịu thêm tác dụng của lực quán tính:

r: Khoảng cách giữa hai chất điểm

2 2

Nm-11

G = 6,67.10

kg

- Trọng lực của một vật là hợp lực của lực hấp dẫn mà Trái Đất tác dụng lên vật

và lực quán tính li tâm xuất hiện do sự tự quay của Trái Đất quanh trục của nó

P = F + Fhd qt

- Gia tốc rơi tự do ở độ cao h: GM 2

g =(R + h) Trong đó: M, R tương ứng là khối lượng, bán kính của Trái Đất

- Định luật Huc: Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo

Fdh = -k ∆l

k: độ cứng (hệ số đàn hồi) [N/m]

∆l: độ biến dạng (độ nén hay độ giãn) của lò xo

Dấu trừ thể hiện lực đàn hồi luôn có chiều ngược với chiều biến dạng

- Khi sợi dây bị kéo căng nó sẽ tác dụng lên vật những lực căng có đặc điểm: + Điểm đặt của lực là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật

+ Phương trùng với chính sợi dây, chiều của lực hướng từ hai đầu sợi dây vào phần giữa của sợi dây

Với những dây khối lượng không đáng kể thì lực căng ở hai đầu dây có cùng một độ lớn Đối với dây vắt qua ròng rọc, nếu khối lượng của dây, của ròng rọc, ma sát

ở trục quay không đáng kể thì lực căng trên hai nhánh dây đều có độ lớn bằng nhau

- Đối với các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau, lực đàn hồi được gọi là lực pháp tuyến

+ Hướng: Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc

Chiều: ngược chiều chuyển động tương đối của vật ấy so với vật kia

+ Độ lớn: Fms = l.N l: hệ số ma sát lăn

Chú ý: Hệ số ma sát lăn l nhỏ hơn hệ số ma sát trượt t hàng chục lần

- Lực ma sát nghỉ: xuất hiện khi một vật có xu hướng chuyển động trên mặt vật

khác Lực ma sát nghỉ xuất hiện để cân bằng với các ngoại lực khác tác dụng vào vật + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực ma sát

+ Hướng: ngược với hướng của lực tác dụng

+ Độ lớn: không có độ lớn nhất định Độ lớn của nó bằng độ lớn của lực tác dụng

Độ lớn của lực có giá trị cực đại Fmscđ = n.N n : Hệ số ma sát nghỉ

Nên có thể viết: Fmsn.N

2.1.3.4 Lực quán tính: xuất hiện khi dùng hệ quy chiếu phi quán tính

Đặc điểm

+ Điểm đặt: Ở vật ta xét

+ Hướng: Ngược hướng với gia tốc của hệ quy chiếu

+ Độ lớn: Fqt = ma với a là độ lớn gia tốc của hệ quy chiếu quán tính so với mặt đất

2.2 Phương pháp giải bài tập phần Động lực học chất điểm

Khi hướng dẫn học sinh giải các bài tập nên đưa ra angorit và cách vận dụng trong linh hoạt các bài tập cụ thể

a Phương pháp động lực học

Phương pháp động lực học là phương pháp vận dụng ba định luật Niu-tơn, nhất

là định luật II, và các lực cơ học để giải các bài toán cơ học Phương pháp gồm các bước chính sau đây:

Bước 1: Chọn hệ quy chiếu

Bước 2: Biểu diễn các lực tác dụng lên vật

Bước 3: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn

Bước 4: Chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số và tính đại lượng yêu cầu Việc chọn hệ quy chiếu thực hiện sao cho bài toán giải được thuận lợi nhất Đồng thời cũng quyết định đến các lực tác dụng vào vật và quỹ đạo của vật, do chọn

hệ quy chiếu là quán tính hay là phi quán tính

b Các bài toán động lực học

Trong động lực học, người ta chia làm hai loại bài toán sau đây:

+ Bài toán thuận của động lực học

Bài toán thuận của động lực học là biết chuyển động của chất điểm, xác định lực gây ra chuyển động

Để giải loại bài toán này, trước tiên cần phải xác định gia tốc của chất điểm, sau đó sẽ áp dụng công thức để tìm lực tác dụng lên chất điểm

+ Bài toán ngược của động lực học

Bài toán ngược của động lực học là biết các lực tác dụng lên chất điểm và những điều kiện ban đầu của chuyển động, xác định chuyển động của chất điểm

Để giải bài toán ngược cần xác định cụ thể các lực tác động lên từng chất điểm, sau đó áp dụng tìm gia tốc mà chất điểm thu được Nếu biết vận tốc và vị trí ban đầu của chất điểm thì bằng cách lấy tích phân của gia tốc a ta có thể xác định được vận tốc và tọa độ của chất điểm theo thời gian, nghĩa là có thể biết được phương trình chuyển động cũng như phương trình qũy đạo của chất điểm

c Các dạng bài toán cơ bản

Dựa trên những đặc trưng của bài tập, khả năng nhận biết các dạng bài tập của học sinh, các bài tập về động lực học chất điểm có thể chia thành 4 dạng:

+ Dạng 1: Bài toán về áp dụng phương pháp động lực học cho chuyển động thẳng + Dạng 2: Bài toán về áp dụng phương pháp động lực học cho chuyển động tròn đều

+ Dạng 3: Bài toán về áp dụng phương pháp động lực học cho chuyển động của vật bị ném

+ Dạng 4: Bài toán về tính các lực cơ học

2.3 Những điểm cần lưu ý về phương pháp

Phương pháp cơ bản khi vận dụng định luật Niu-tơn để khảo sát chuyển động là

phương pháp động lực học

a Khi tìm hiểu đề bài cần phải vẽ hình trên đó ghi rõ các đặc trưng động học được đề cập trong bài tập Đặc biệt chú ý đến biểu diễn các lực trên hình vẽ và đổi đơn

vị Lưu ý rằng, vì vật được coi như chỉ chuyển động tịnh tiến và do đó được xem như

một điểm nên có thể biểu diễn điểm đặt của lực lên vật là trọng tâm O của nó

b Để có thể lập được phương trình chuyển động cần xét xem vật chuyển động

đã cho chịu tác dụng của những lực nào và biểu diễn các lực đó Chú ý rằng trong cơ học chỉ có 3 loại lực: đàn hồi, ma sát, hấp dẫn Trọng lực bao giờ cũng có phương thẳng đứng, lực ma sát tiếp tuyến với mặt tiếp xúc và lực đàn hồi thường có hai dạng: dây kéo và phản lực của mặt đường Nếu là phản lực của mặt đường thì vuông góc với mặt đường

Khi đề cập đến các lực tương tác giữa hai vật cần được phân tích theo trình tự:

- Tìm các lực bằng và ngược hướng mà vật này tác dụng lên vật khác

- Xem mỗi vật là riêng biệt và tìm tất cả các lực tác dụng lên nó

- Xác định xem điều gì xảy ra với vật đang xét: chuyển động của vật có thay đổi không, có sự biến dạng không…

c Nếu bài tập đề cập đến một hệ gồm nhiều vật liên kết với nhau, cùng chuyển động nhưng gia tốc của chúng khác nhau thì phải xét riêng từng vật một rồi từ đó tìm mối liên hệ giữa gia tốc của các vật với nhau

d Dựa trên sự xem xét các lực tác dụng lên từng vật, ta có thể áp dụng định luật

II Niu-tơn để lập phương trình đó Trong phương trình này vế trái là tổng hợp các lực tác dụng lên vật, vế phải là tích số của khối lượng và gia tốc của vật – trong đó gia tốc của chuyển động của vật xét trong hệ quy chiếu quán tính Vì thế nếu trong bài tập đề cập đến các vật chuyển động có gia tốc tương đối với một vật nào đó thì ta cần sử dụng công thức cộng gia tốc

e Từ phương trình vectơ đã thiết lập được, ta cần chuyển thành phương trình

vô hướng Trong các bài toán thuộc chương này, các lực tác dụng thường nằm trong cùng một mặt phẳng, bởi vậy có thể chọn hệ tọa độ sao cho phương trình vectơ của định luật II Niu-tơn được quy về hai phương trình vô hướng, thường là chọn trục tọa

độ có phương song song và vuông góc với phương chuyển động hoặc tìm hợp lực theo quy tắc hình bình hành

f Khi lập phương trình theo định luật II Niu-tơn, nếu chưa biết chiều của vectơ gia tốc thì phải tạm thời giả thiết chiều chuyển động nào đó Khi giải ra kết quả nếu thấy gia tốc có dấu không phù hợp với chiều giả thiết ban đầu thì phải đổi lại giả thiết

để xét lại phương trình Nếu trong phương trình có mặt lực ma sát thì việc đổi lại chiều giả thiết của gia tốc sẽ dẫn đến sự thay đổi cường độ của tổng hợp lực trong phương trình vì vậy phải lập và giải lại phương trình từ đầu

g Nếu số phương trình lập được theo định luật còn nhỏ hơn số ẩn số thì cần phải theo điều kiện của bài tập để lập thêm phương trình

h Nếu vật chuyển động tròn thì cần xác định các lực tác dụng lên vật chuyển động tròn Hợp lực của chúng đóng vai trò là lực hướng tâm

Viết phương trình định luật II Niu-tơn và chiếu phương trình lên phương hướng tâm Trong một số bài tập, có thể phải chiếu cả lên phương vuông góc với phương hướng tâm Điều kiện để vật không rời giá đỡ là lực đàn hồi của giá đỡ tác dụng lên vật khác không và điều kiện để vật không trượt khi chuyển động là khi đó ma sát đóng vai trò là ma sát nghỉ

Nếu vật chuyển động tròn dưới tác dụng của lực hấp dẫn của trái đất là vệ tinh địa tĩnh thì vận tốc góc của vật bằng vận tốc góc của trái đất

2.4 Hướng dẫn giải một số dạng bài tập động lực học

Trong mục này tôi đưa ra hai loại bài tập là bài tập định tính và bài tập định lượng + Bài tập định tính: giúp đánh giá mức độ thông hiểu của học sinh đối với từng kiến thức đã được học

+ Bài tập định lượng: giúp học sinh có khả năng tự nhận biết các dạng bài, vận dụng các kiến thức đã học đề từ đó linh hoạt, chủ động, tự lực giải được các dạng bài ứng với những tình huống khác nhau

2.4.1 Bài tập định tính

Bài tập mẫu

Bài tập 1: Ba học sinh A, B, C cùng tranh luận về lực và chuyển động Trong các ý

kiến sau đây ý kiến nào sai, đúng? Vì sao?

a Bạn A cho rằng: “Nếu không có lực tác dụng vào vật thì vật không chuyển động được”

b Bạn B nói: “Nếu thôi tác dụng lực vào vật thì vật dừng lại”

c Bạn C nêu ý kiến: “Nếu có lực tác dụng lên vật thì vận tốc của vật bị thay đổi”

Bài làm

Bước 1: Tìm hiểu đầu bài

Đề bài liên quan đến khái niệm lực và chuyển động

Bước 2 + Bước 3: Xây dựng chuỗi lập luận logic để tìm câu trả lời

Bài tập đề cập tới lực và chuyển động Do vậy định luật chi phối là định luật I Niutơn

Để biết được ai đúng ai sai ta cần nhớ lại nội dung định luật I Niutơn: “Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào, hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều”

a Bạn A sai vì theo định luật I Niutơn thì nếu không có lực tác dụng vào một vật thì vật có thể đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều tùy theo lúc đầu nó đứng yên hoặc chuyển động

b Bạn B sai vì phát biểu của bạn B trái với định luật I Niutơn Theo định luật I thì một vật đang chuyển động dưới tác dụng của một lực, nếu ta thôi không tác dụng lực nữa thì vật sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều

c Ý kiến của bạn C đúng Theo định luật I nếu không có lực tác dụng thì vận tốc của vật không thay đổi (kể cả về phương và độ lớn) hay bằng không Từ đó suy ra nếu lực tác dụng thì vận tốc của vật phải thay đổi Mặt khác theo định nghĩa, lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng của vật này vào vật khác mà kết quả là truyền gia tốc cho vật, tức là làm biến đổi vận tốc của vật

Bước 4: Nhận xét kết quả

Theo định luật I Niutơn thì A, B trả lời sai, C nói đúng

Bài tập 2: Trên thuyền và bờ cách nhau 2m Từ trên bờ ta có thể nhảy xuống thuyền

dễ dàng nhưng từ thuyền nhảy lên bờ dễ bị rơi xuống nước Tại sao?

Bài làm

Bước 1: Tìm hiểu đầu bài

Bài toán liên quan tới hai tới hai hành động: nhảy từ bờ xuống thuyền dễ hơn nhảy từ thuyền lên bờ Hỏi tại sao?

Bước 2 + Bước 3: Xây dựng chuỗi lập luận logic để tìm câu trả lời

Khi người từ bờ nhảy xuống thuyền, chân người tác dụng vào bờ một lực, bờ tác dụng lên người một phản lực đẩy người về phía trước Như vậy định luật chi phối

là định luật III Niutơn Lúc này khoảng cách giữa thuyền và bờ không thay đổi

Khi người nhảy từ thuyền lên bờ, chân người tác dụng lên thuyền một lực khiến thuyền bị đẩy ra xa, nếu không khéo người sẽ bị rơi xuống nước

Bước 4: Nhận xét kết quả

Đây là hiện tượng mà chúng ta thường gặp hoặc biết tới, vì vậy khi nhảy từ thuyền lên bờ để tránh bị rơi xuống nước người ta sẽ cho thuyền tiến tới gần bờ hơn so với khi nhảy từ bờ xuống thuyền

Bài tập 3: Quan sát các tay đua khi vào họ khúc quanh, ta rất dễ dàng nhận thấy ở những

khúc quanh càng gắt thì các tay đua càng ngả người vào phía trong Lý do vì sao?

Bước 1: Tìm hiểu đầu bài

Bài toán liên quan tới khái niệm “khúc quanh” và “ngả người” vào phía trong khúc quanh Hiện tượng này bởi chi phối bởi kiển thức nào?

Bước 2 + Bước 3: Xây dựng chuỗi lập luận logic để tìm câu trả lời

Xe chuyển động vào khúc quanh vậy quỹ đạo chuyển động có dạng cong Để đưa xe vào quỹ đạo cong của đường đua, các tay đua phải tạo ra một gia tốc hướng tâm tương ứng cho cả người và xe, tức cần tạo ra một lực hướng tâm thích hợp Lúc này động tác nghiêng người và xe vào phía trong, nhằm tạo ra một phản lực có phương thích hợp sao cho hợp lực của tạo ra một lực hướng vào tâm quỹ đạo

Bước 4: Nhận xét kết quả

Ta thấy hành động ngả người khi đi vào những khúc quanh nhằm tạo ra lực hướng tâm để tránh sao cho chúng ta không bị ngã (hay không bị văng ra khỏi quỹ đạo)

Bài tập hướng dẫn giải

Bài tập 1: Một người đứng trên một chiếc thuyền đang chuyển động Tại sao người ấy

lai khó giữ được vị trí cũ của mình nếu thuyền dừng lại đột ngột?

Người phải làm gì để giữ được vị trí cũ?

Bài tập 2: Một vật đang đứng yên Ta có thể kết luận rằng vật không chịu tác dụng của

lực nào được không?

Định hướng giải

Đứng yên có nghĩ là gì? Điều kiện để vật ở trạng thái cân bằng là gì?

Bài tập 3: Một hành khách ngồi ở cuối xe phàn nàn rằng, do lái xe phanh gấp mà một

túi sách ở phía trước bay, về phía anh ta làm anh ta bị đau Người đó nói đúng hay sai?

Định hướng giải

Bài này nói tới việc xe phanh gấp, các vật và người trong xe như thế nào? Định

luật nào chi phối hiện tượng này? (Nhớ lại kiến thức về quán tính)

Bài tập 4: Nếu định luật I Niutơn đúng thì tại sao các vật chuyển động trên mặt đất cuối cùng lại dừng lại?

Định luật I Niutơn chỉ đúng khi loại bỏ những yếu tố nào? Và yếu tố đó trong

thực tế có thể loại bỏ được không?

Bài tập 6: Điều gì sẽ xảy ra với người lái xe máy chạy sau một chiếc xe tải nếu xe tải

đột ngột dừng lại?

Định hướng giải

Bài toán này liên quan tới chuyển động và sự việc gắn với thực tế

Người lái xe máy có kịp phanh xe lại khi xe tải dừng đột ngột không? Vì sao? Nếu phanh kịp thì xe có dừng lại ngay không? Điều này được chi phối bởi định luật nào?

Bài tập 7: Hãy giải thích sự cần thiết của dây an toàn và cái tựa đầu ở ghế ngồi trong

xe taxi?

Định hướng giải

Đây là câu hỏi sát với thực tế

Khi xe phanh đột ngột thì người chuyển động như thế nào? Khi xe tăng tốc thì người chuyển động như thế nào? Định luật nào chi phối điều này?

Bài tập 8: Lực nào làm cho thuyền (có mái chèo) chuyển động được trên mặt hồ?

Lực nào làm cho máy bay cánh quạt chuyển động được trong không khí?

Định hướng giải

Bài toán đề cập đến các khái niệm lực, chuyển động Vậy định luật chi phối ở đây là định luật nào? Khi thuyền di chuyển trên mặt hồ thì mái chèo tác dụng vào mặt nước, có nhận xét gì về mối tương quan giữa mái chèo và nước, giữa cánh quạt máy

bay và không khí?

Bài tập 9: Phía bên phải đặt một cốc nước, bên trái đặt các quả cân Điều chỉnh cho

cân nằm cân bằng Nếu thả một viên nước đá vào trong cốc nước thì có hai học sinh

dự đoán như sau:

A: “Khối lượng của cốc nước tăng lên, vì vậy cân bị nghiêng về phía cốc nước” B: “Do cục nước đá nổi trên mặt nước nên trọng lượng của nước đá cân bằng với lực đẩy Ác-si-mét Vì vậy cân vẫn nằm ở vị trí cân bằng

A hay B đúng?

Định hướng giải

Bài toán nhắc tới các khái niệm như khối lượng, trọng lượng

Khi thả viên nước đá vào thì trọng lượng cốc nước tăng hay giảm? Lực đẩy si-mét tác dụng vào cục nước đá có làm giảm trọng lượng của cốc nước không?

Ác-2.4.2 Bài tập định lượng

2.4.2.1 Dạng 1: Bài toán về áp dụng phương pháp động lực học cho chuyển động thẳng Bài tập mẫu

Bài tập 1: Một xe điện đang chạy với vận tốc 36 km/h thì bị hãm lại đột ngột Bánh xe

không lăn nữa mà chỉ trượt trên đường ray Kể từ lúc bị hãm xe điện còn đi được bao

xa thì đỗ hẳn, biết hệ số ma sát giữa bánh xe và đường ray là 0,2 Lấy g = 9,8 m/s2

Bài làm

1 Mục đích bài tập

Vận dụng định luật II Niutơn và công thức liên hệ giữa gia tốc, vận tốc và quãng đường đi được để tìm đại lượng cần tìm

2 Hướng dẫn giải bài tập

Bước 1: Tìm hiểu đầu bài

Cho: v0 = 36 km/h = 10 m/s

µt = 0,2; g = 9,8 m/s2

Tìm: s =?

Bước 2: Phân tích hiện tượng

Đây là bài toán về chuyển động dưới tác dụng của lực Xe bị hãm lại đột ngột nên chuyển động của xe lúc này là chuyển động chậm dần đều nên gia tốc a tính được phải mang dấu âm Tìm được gia tốc ta sẽ tính được quãng được xe điện đi được dưới tác dụng của lực hãm phanh

Bước 3: Xây dựng lập luận

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe

Các lực tác dụng vào xe: trọng lực P, phản lực N, lực ma sát, lực hãm phanh Viết phương trình định luật II Niutơn cho xe: P + N + Fmst = F = ma (1) h

Chiếu lên chiều chuyển động: -Fmst = ma (2)

Mà Fmst = µtN (3)

N = P = mg (4)

Từ (2), (3), (4) ta tìm được: a = -µtg = -0,2.9,8 = -1,96 m/s2

Dấu – thể hiện xe đang chuyển động chân dần đều

Áp dụng công thức liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường đối với chuyển động chậm dần đều ta có, quãng đường xe đi được đến lúc xe dừng hẳn là:

Sơ đồ luận giải

Bước 4: Biện luận

a < 0 nên xe chuyển động chậm dần đều vậy quãng đường xe đi được đến lúc dừng hẳn được xác định bởi công thức liên hệ giữa a và s trong chuyển động chậm dần đều nên ta tính được s = 25,5 m

h

F

mstF

N

P

(1) (2)

(3) (4)

3 Khó khăn

-Phải biết dạng chuyển động của xe và quãng đường xe đi được ứng với chuyển động đó

4 Định hướng tư duy

- Khi xe hãm phanh đột ngột thì theo quán tính xe có tiết tục chuyển động hay không? Chuyển động này là chuyển động như thế nào?

- Phân tích các lực tác dụng vào xe? Biểu diễn các lực đó lên hình vẽ?

- Viết phương trình tổng quát của định luật II Niutơn cho xe và chiếu lên phương chuyển động?

- Dấu của gia tốc a thể hiện điều gì? Viết biểu thức liên hệ giữa vận tốc, quãng đường, gia tốc của vật?

Lưu ý: Bài toán này có thể giải bằng 2 cách:

Cách 1: Dùng định luật II Niutơn như trên, cách này giúp học sinh hình dung rõ nét các lực tác dụng vào vật và vận dụng linh hoạt phương trình của định luật Cách này dễ hiểu, học sinh vẽ hình và làm từng bước theo phương pháp động lực học Tuy nhiên cách này làm cho học sinh thụ động trước những bài toán khó cần suy luận

Cách 2: Bằng suy luận ta có thể biết được các lực tác dụng gây chuyển động cho xe là Fh và Fmst từ đó ta tính được gia tốc của xe, xe bị hãm đột ngột nên chuyển động của xe là chuyển động chậm dần đều, để tính s cần tìm mối liên hệ giữa a và s

Bài tập 2: Một đầu tàu có khối lượng 50 tấn được nối với 2 toa, mỗi toa có khối lượng

20 tấn Đoàn tàu bắt đầu chuyển động với gia tốc 0,2 m/s2 Hệ số ma sát lăn giữa bánh

xe với đường ray là 0,05; lấy g = 10 m/s2 Hãy tính:

a Lực phát động tác dụng vào đầu tàu

Bước 2: Phân tích hiện tượng

Đây là bài toán hệ vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, để tính lực căng của mỗi đoạn dây ta cần biết gia tốc chuyển động của vật Để biết điều đó ta cần phân tích các lực tác dụng lên vật, sau đó áp dụng định luật II Niutơn cho vật

Bước 3: Xây dựng lập luận

Chọn hệ quy chiếu: chiều dương là chiều

chuyển động của hệ vật

Vì dây không dãn, khối lượng của dây không

đáng kể nên các vật chuyển động cùng gia tốc

Coi hệ vật là một vật khối lượng M+2m

chuyển động dưới tác dụng của lực phát động và

Sơ đồ luận giải

Bước 4: Biện luận

F = 63000, T1 = 28000, T2= 14000

3 Khó khăn

- Phải xác định được các lực lên từng vật và biểu diễn đúng các lực lên hình vẽ đó

- Phải xác định lực căng dây là lực nào

- Phải xác định độ lớn của lực ma sát

- Phải biết được lí do tại sao gia tốc của các vật là như nhau

4 Định hướng tư duy

- Các vật tương tác với nhau bởi những lực nào? Biểu diễn các lực đó trên hình vẽ

- Gia tốc của vật có mối liên hệ như thế nào với nhau?

(hệ vật chuyển động với cùng một gia tốc nên ta có thể coi hệ vật chuyển động thành một vật có khối lượng M + 2m chuyển động để dễ dàng tính toán, phân tích các lực tác dụng vào vật, viết phương trình định luật II Niutơn cho vật)

Để tính lực căng giữa các đầu mối ta phân tích các lực tác dụng lên từng vật và viết phương trình định luật II Niutơn từ đó xác định phương trình vô hướng theo phương chuyển động Ta thấy các lực căng có mối liên hệ như thế nào?

Lưu ý: Bài toán về hệ vật thường được giải theo hai cách:

Cách 1: Phân tích các lực tác dụng lên từng vật, sau đó viết phương trình định luật II Niutơn cho từng vật, tìm mối liên hệ giữa các đại lượng trong từng phương trình

và giải các phương trình tìm đại lượng bài toán yêu cầu

Cách 2: Hệ vật chuyển động với cùng gia tốc ta quy hệ vật về một vật có khối lượng tương đương với hệ vật Sau đó cũng sử dụng phương pháp động lực học để giải bài toán

Bài tập 3: Một ròng rọc được treo vào một lực kế, một sợi dây vắt qua ròng rọc, ở hai

đầu dây treo hai vật có khối lượng m1 = 2 kg, m2 = 4 kg

a Xác định gia tốc của hai vật

b Xác định lực căng của dây

Bước 2 Phân tích hiện tượng

Vì vật có khối lượng nên chúng chịu tác dụng của trọng lực, vật được treo bởi sợi dây vắt qua ròng rọc nên chịu lực căng dây Hợp lực của hai lực này gây ra gia tốc cho vật

Vì bỏ qua khối lượng của dây nên gia tốc coi như không đổi và vì dây không dãn nên gia tốc của hai vật ở mỗi thời điểm có cùng độ lớn

m2

m1

2P

1P

2T

1T+

Để tính gia tốc, lực căng của dây, độ lớn của lực kế ta cần phân tích các lực tác dụng lên vật và vận dụng kiến thức của định luật II Niutơn

Bước 3: Xây dựng lập luận

Phân tích các lực tác dụng lên vật

+ Vật m1: trọng lực P , lực căng 1 T 1

+ Vật m2: trọng lực P , lực căng 2 T 2

Xét hệ gồm hai vật thì ngoại lực tác dụng chỉ là trọng lực P , 1 P Ta tính được 2

độ lớn của trọng lực tác dụng lên mỗi vật:

P1 = m1g = 2.10 = 20 N

P2 = m2g = 4.10 = 40 N

Ta thấy P2 > P1 nên vật có khối lượng m2 sẽ đi xuống, còn vật có khối lượng m1

sẽ đi lên

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật m2

Viết phương trình định luật II Niutơn cho hệ vật:

Chiếu (1) lên chiều dương đã chọn: P2 – P1 + T1 – T2 = (m1 + m2)a (2)

Do dây không dãn, bỏ qua khối lượng ròng rọc nên T1 = T2

Bước 4 Biện luận

Không biết tính giá trị của lực kế

4 Định hướng tư duy

- Xác định các ngoại lực gây ra chuyển động của từng vật? So sánh tổng hợp các lực gây ra chuyển động đối với mỗi vật? Lực tác dụng vào vật nào lớn hơn thì vật sẽ chuyển động theo hướng của lực đó

- Viết phương trình chuyển động của mỗi vật và chuyển về phương trình đại số theo chiều chuyển động

- Số chỉ của lực kế chính là chỉ độ lớn của lực tác dụng lên ròng rọc? Phân tích các lực tác dụng lên ròng rọc?

Lưu ý: Bài toán hệ vật nối với nhau bởi dây vắt qua ròng rọc cố định, bài toán này

có thẻ giải theo 2 cách

Cách 1: Xét riêng từng vật áp dụng điịnh luật II Niutơn như đã trình bày ở trên Cách 2: Vì vật chuyển động cùng gia tốc, ta coi hệ 2 vật thành hệ 1 vật có khối lượng m = m1 + m2 chuyển động với gia tốc a Khi đó phương trình định luật II được viết như sau: P1 –P2 = (m1 + m2)a Từ đó ta tính được gia tốc của hệ một cách dễ dàng hơn Cách này có ưu điểm là dễ tính toán, đối với bài toán hai vật ta có thể xét riêng từng vật cũng được, nhưng nếu bài toán nhiều vật hơn mà ta xét riêng từng vật thì rất khó, vì ứng với n vật ta có n phương trình định luật II Niutơn Vì vậy ta cần xem vật chuyển động cùng gia tốc hay không mà chuyển về hệ ít vật hơn từ đó thuận tiện cho việc tìm ra đáp số

Bài tập 4: Đặt một vật có khối lượng

khối lượng ròng rọc và dây Hệ số ma

sát giữa hai vật A và B là 0,5

a Xác định lực kéo F cần kéo vật A

theo phương ngang để nó chuyển động với gia tốc a = 0,5 g

b Tính lực căng của dây nối hai vật, cho g = 10 m/s2

Bài làm

1 Mục đích bài tập

Áp dụng phương pháp giải bài tập động lực học

Vận dụng các công thức để tính các đại lượng đặc trưng lực F, lực căng dây

Bước 2: Phân tích hiện tượng

Vì bỏ qua khối lượng của dây, dây không dãn nên các vật chuyển động với cùng gia tốc nhưng ngược chiều nhau

Để tính được lực F và lực căng dây ta phải tính được gia tốc của vật Để biết được gia tốc ta cần phân tích các lực tác dụng lên vật, sau đó áp dụng định luật II Niutơn

Do dây không dãn nên lực căng dây: T1 = T2 = T

Theo định luật III Niutơn thì ta có: Fms1 = Fms2 = Fms

Phương trình chuyển động của mỗi vật là:

F – T – Fms = m1a (1)

Sơ đồ luận giải

Bước 4 Biện luận

Kết quả: F = 50 N, T = 20 N

3 Khó khăn

- Phải biết được lí do tại sao gia tốc của vật như nhau

- Lực ma sát tác dụng lên hai vật là như nhau

4 Định hướng tư duy

- Các vật tương tác với nhau như thế nào? Phân tích các lực tác dụng lên vật?

- Gia tốc của các vật có liên hệ với nhau như thế nào?

- Lực ma sát giữa hai vật có mối liên hệ như thế nào?

- Hãy viết phương trình tổng quát của định luật II Niu tơn cho mỗi vật, từ đó xác định phương trình vô hướng theo phương chuyển động

Lưu ý: Bài toán vật trượt trên mặt vật khác, cần chú ý tới việc xác định lực ma sát

Bài toán cũng được giải theo hai cách tương tư như các bài toán trên

Bài tập 5: Một vật đang chuyển động trên đường ngang với vận tốc 20 m/s thì trượt

lên một cái dốc dài 100m, cao 10m

a Tìm gia tốc của vật khi lên dốc Vật có lên hết dốc không? Nếu có tìm vận tốc của vật ở đỉnh dốc và thời gian lên dốc

b Nếu trước khi trượt lên dốc, vận tốc của vật chỉ là 15m/s thì đoạn lên dốc của vật là bao nhiêu? Tính vận tốc của vật khi trở lai chân dốc và thời gian kể từ khi vật bắt đầu trượt lên dốc cho đến khi nó trở lại chân dốc

Cho biết hệ số ma sát trượt giữa vật và dốc trong cả hai trường hợp là k=0,1 Lấy g=10 m/s2

(1)

(2)

(3) (4)

(5)

T

F