Dạy học bài tập vật lý phần “tĩnh học vật rắn” chương trình vật lý THPT

định lượng gắn liền với thực tế, HS còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như: không tìm được hướng giải quyết vấn đề, không vận dụng được lý thuyết vào việc giải bài tập

LỜI CẢM ƠN!

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ths Lê Ngọc Diệp - Giảng viên bộ

môn Vật lý trường Đại học Tây Bắc - đã luôn tạo điều kiện và tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo trong tổ phương pháp dạy học Vật lý, Ban chủ nhiệm khoa Toán - Lý - Tin, Phòng Khoa học công nghệ và Hợp tác quốc tế, Phòng Đào tạo và thư viện trường Đại học Tây Bắc đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận

Đồng thời tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo và học sinh trường THPT Thành phố Điện Biên Phủ - Thành phố Điện Biên - tỉnh Điện Biên và các thầy cô giáo trường THPT Ứng Hòa B - Thành phố Hà Nội đã tạo điều kiện giúp

đỡ tôi hoàn thành khóa luận này

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lớp K52 ĐHSP Vật Lý đã có những ý kiến đóng góp và động viên khích lệ tôi có thể hoàn thành khóa luận này

Xin trân trọng cảm ơn!

Sơn La, tháng 5 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Lưu Thị Huyền

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu 2

3 Mục đích nghiên cứu đề tài 2

4 Phạm vi của đề tài 2

5 Giả thuyết khoa học 2

6 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

7 Phương pháp nghiên cứu 3

8 Đóng góp của đề tài 3

9 Cấu trúc đề tài 3

PHẦN II: NỘI DUNG……….4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN 4

1.1 Khái niệm bài tập vật lý [9] 4

1.2 Vai trò của bài tập vật lý [9] 4

1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học [9] 5

1.4 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý [9] 5

1.4.1.Tiêu chuẩn lựa chọn hệ thống bài tập 5

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

1.5 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý [9] 7

1.6 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý 8

1.6.1 Định hướng hành động giải bài tập vật lý 8

1.6.1.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angôrit) 8

1.6.1.2 Hướng dẫn tìm tòi 9

1.6.1.3 Định hướng khái quát hóa chương trình 9

1.6.2 Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý 10

1.7 Thực trạng giảng dạy bài tập phần “Tĩnh học vật rắn” ở một số trường THPT hiện nay 11

1.7.1 Mục đích điều tra 11

1.7.2 Đối tượng điều tra 11

1.7.3 Phương pháp điều tra 11

1.7.4 Kết quả điều tra 11

1.7.5 Các sai lầm phổ biến của học sinh 12

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 14

CHƯƠNG 2: DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “TĨNH HỌC VẬT RẮN” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT 15

2.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung phần “Tĩnh học vật rắn” 15

2.1.1 Đặc điểm nội dung của phần “Tĩnh học vật rắn” 15

2.1.2 Sơ đồ nội dung cấu trúc chương “Tĩnh học vật rắn” 16

2.2 Nội dung kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học 16

2.2.1 Nội dung kiến thức 16

2.2.1.1 Cân bằng của vật rắn không có trục quay 16

2.2.1.2 Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định 17

2.2.1.3 Ngẫu lực đối với một vật rắn không có trục quay 18

2.2.1.4 Cân bằng của vật rắn có chân đế 18

2.2.1.5 Các dạng cân bằng 18

2.2.2 Các kỹ năng cơ bản của học sinh cần rèn luyện 19

2.3 Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập phần “Tĩnh học vật rắn” 20

2.3.1 Dạng 1: Bài tập xác định trọng tâm 20

2.3.1.1 Bài tập mẫu 20

2.3.1.2 Bài tập có hướng dẫn giải 23

2.3.2 Dạng 2: Điều kiện cân bằng của vật rắn 24

2.3.2.1 Bài tập về cân bằng của vật rắn khi không có chuyển động quay 24

2.3.2.2 Bài tập về chuyển động quay của vật rắn quanh trục cố định 31

2.3.2.3 Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn 39

2.3.3 Dạng 3: Khảo sát dạng của cân bằng Mức cân bằng bền vững của vật rắn 43 2.3.3.1 Bài tập định tính 43

2.3.3.2 Bài tập định lượng 44

2.4 Một số phương án dạy học bài tâp chương “Tĩnh học vật rắn” 49

2.4.1 Giáo án: Bài tập (tiết 1) (phân phối chương trình tuần 18) 50

2.4.2 Giáo án: Bài tập (tiết 2) (phân phối chương trình tuần 18) 52

2.4.3 Giáo án tự chọn 54

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 56

CHƯƠNG 3: CĂN CỨ ĐÁNH GIÁ MỤC TIÊU 57

3.1 Mục đích 57

3.2 Đối tượng 57

3.3 Phương pháp 57

3.4 Nội dung phiếu đánh giá 58

3.5 Kết luận 59

PHẦN III: KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, trong thời đại đòi hỏi cao về tri thức

và năng lực con người Giáo dục đào tạo luôn được coi là quốc sách hàng đầu của mỗi quốc gia Xã hội càng phát triển người ta càng trông đợi và đòi hỏi giáo dục phải làm thế nào giúp ích nhiều nhất cho sự phát triển cá nhân, làm thế nào chuẩn bị cho người học có tiềm năng tốt nhất để đương đầu, thích ứng và phát triển không ngừng trước thực tế luôn biến động Đặc biệt là người học phải đạt tới các mục tiêu đổi mới giáo dục mà Unesco đưa ra là: “Học để biết, học để làm, học để chung sống và học để làm người”

Ở nước ta hiện nay đã và đang tiến hành thực hiện đổi mới nội dung và phương pháp dạy học ở hầu hết các cấp học, “khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy, sáng tạo của người học” (theo Nghị quyết TW2 khóa VIII) Trong nhà trường phổ thông môn Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, gắn liền với thực tế sản xuất và đời sống; có vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu giáo dục Mục tiêu giáo dục đòi hỏi một trong những đổi mới phương pháp dạy học bài tập vật lý là phải làm cho học sinh có ý thức và biết cách vận dụng các kiến thức vật lý vào thực tế đời sống, từ đó hình thành kĩ năng hoạt động thực tiễn tìm tòi và phát hiện các tình huống có thể vận dụng các kiến thức vật lý vào thực tế nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống Hơn nữa, học sinh cũng hiểu và có ý thức về kiến thức vật lý trong đời sống sản xuất Từ đó định hướng nghề nghiệp cho những em có năng khiếu, hứng thú và yêu thích môn Vật lý

Có nhiều giải pháp để thực hiện các mục tiêu trên, trong đó việc xây dựng

và sử dụng các bài tập trong dạy và học vật lý đóng một vai trò quan trọng

Việc tăng cường bài tập sẽ góp phần thực hiện nguyên lý giáo dục học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao động sản xuất, lý luận gắn với thực tiễn, giáo dục nhà trường kết hợp giáo dục gia đình và xã hội

Phần “Tĩnh học vật rắn” SGK Vật lý 10 THPT là phần gồm nhiều kiến thức gắn liền đến đời sống và khoa học kĩ thuật Có nhiều bài tập định tính và

định lượng gắn liền với thực tế, HS còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như: không tìm được hướng giải quyết vấn đề, không vận dụng được

lý thuyết vào việc giải bài tập, không tổng hợp được kiến thức của phần để giải quyết một vấn đề chung…hay khi giải bài tập thì thường áp dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rõ ý nghĩa vật lý của chúng

Xuất phát từ thực tế trên và tham khảo một số tài liệu, với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình trong việc nâng cao chất lượng dạy và học môn Vật

lý ở trường phổ thông, chúng tôi chọn đề tài: “Dạy học bài tập vật lý phần

“Tĩnh học vật rắn” chương trình vật lý THPT” nhằm củng cố thêm kiến thức

lý 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 đại học sư phạm Vật lý và học sinh THPT làm tài liệu tham khảo lý thuyết

và giải một số bài tập cơ bản của phần “Tĩnh học vật rắn”

2 Đối tượng nghiên cứu

- Các nội dung kiến thức thuộc phần “Tĩnh học vật rắn” SGK Vật lý 10 THPT

- Hoạt động của giáo viên và học sinh trong dạy và học phần “Tĩnh học vật rắn” SGK Vật lý 10, đặc biệt biết vận dụng lý thuyết giải bài tập trong phần “Tĩnh học vật rắn”

3 Mục đích nghiên cứu đề tài

Vận dụng cơ sở lý luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lý thuyết, phân loại và hướng dẫn giải các bài tập phần “Tĩnh học vật rắn” SGK Vật lý 10 THPT có định hướng tư duy cho học sinh bám sát mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng học sinh cần đạt được trong chương trình

4 Phạm vi của đề tài

Đề tài nghiên cứu nội dung kiến thức phần “Tĩnh học vật rắn” SGK Vật lý 10 THPT, phân loại bài tập và hướng dẫn giải có định hướng tư duy cho học sinh

5 Giả thuyết khoa học

Nếu hướng dẫn giải bài tập vật lý theo cơ sở lý luận, có định hướng tư duy thì có tác dụng rèn luyện kiến thức và kĩ năng cho người học hiệu quả hơn, đáp

ứng được mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng người học cần đạt được trong chương trình

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu ở trên, chúng tôi đề ra các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

- Hệ thống cơ sở lý thuyết phần “Tĩnh học vật rắn” SGK Vật lý 10 THPT phù hợp với từng dạng bài tập

- Điều tra tình hình thực tế dạy và học bài tập phần: “Tĩnh học vật rắn” ở lớp 10 THPT

- Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập phần “Tĩnh học vật rắn”

7 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận

- Phương pháp điều tra

8 Đóng góp của đề tài

- Hệ thống hóa những vấn đề lý luận về bài tập vật lý

- Đưa ra được hệ thống cơ sở lý thuyết phần “Tĩnh học vật rắn” chương trình Vật lý THPT

- Đưa ra các dạng bài tập và hướng dẫn học sinh giải các hệ thống các bài tập phần “Tĩnh học vật rắn” chương trình Vật lý 10 THPT

- Là tài liệu tham khảo cho giáo viên trung học phổ thông, sinh viên sư phạm Vật lý, học sinh THPT

9 Cấu trúc đề tài

Phần I: Mở đầu

Phần II: Nội dung

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn

Chương 2: Dạy học bài tập vật lý phần “Tĩnh học vật rắn” chương trình Vật

lý 10 THPT

Chương 3: Căn cứ đánh giá mục tiêu

Phần III: Kết luận

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

1.1 Khái niệm bài tập vật lý [9]

Theo X.E Camenetxki và V.P Ôrêkhốp “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 lôgic, 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 lý trong nhà trường phổ thông

1.2 Vai trò của bài tập vật lý [9]

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

Bài tập vật lý có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp, là phương tiện thuận lợi để học sinh liên hệ lý 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 [9]

Thông thường có 3 hình thức phân loại bài tập vật lý 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 trừu tượng

+ Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp

1.4 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý [9]

1.4.1.Tiêu chuẩn 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

1.4.2 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 lý 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 lý 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

1.5 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý [9]

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

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

- Tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với dữ kiện đã cho

Bước 4: Kiểm tra, nhận xét kết quả

- 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

- Nhận xét về:

+ Giá trị thực tế của kết quả

+ Phương pháp giải

+ Khả năng mở rộng bài tập

+ Khả năng ứng dụng của bài tập…

Như vậy, xem xét tư duy khi giải bài tập vật lý cho thấy có hai phần việc

quan trọng nhất thiết cần thực hiện

• Xác lập cho được các mối liên hệ cơ bản dựa trên sự vận dụng trực tiếp

kiến thức vật lý vào điều kiện bài tập

• Luận giải tính toán để tìm mối liên hệ đã xác lập đi đến kết quả cuối cùng

Sự thực hiện hai phần này có thể lần lượt và xen kẽ nhau, trong đó quan trọng

nhất là việc xác lập được mối liên hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm

Các công thức, phương trình đã xác lập dựa trên các kiến thức vật lý và điều

kiện cụ thể của bài tập là sự biểu diễn những mối liên hệ định lượng giữa các đại

lượng vật lý Đối với các bài tập tính toán định lượng thì đó chính là thiết lập các

phương trình để đi đến việc giải hệ phương trình để tìm nghiệm của ẩn số

Người ta có thể biểu diễn mô hình hóa các mối liên hệ giữa cái đã cho (kí

hiệu bằng các chữ a, b, c …), cái phải tìm (kí hiệu bằng chữ x) và cái chưa biết

(kí hiệu bằng các số 1, 2, 3…) như sơ đồ dưới đây:

Trong đó: là cái phải tìm

, … là những cái đã cho

, … là những cái chưa biết

1.6 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý

1.6.1 Định hướng hành động giải bài tập vật lý

1.6.1.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angôrit)

- Là sự hướng dẫn hành động theo một mẫu đã có Angôrit 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

+ 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

1.6.1.2 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 đinh các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả

+ 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 chung chung, không giúp ích cho sự định hướng tư duy của học sinh

1.6.1.3 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 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

1.6.2 Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý

Trên cơ sở lí thuyết của phương pháp hình thành kĩ năng học tập ta thấy, công việc quan trọng nhất của giáo viên khi hướng dẫn giải bài tập vật lý đó là phải xác định cho được các thành phần cấu trúc kĩ năng rồi sau đó là tổ chức cho học sinh luyện tập thực hiện các kĩ năng thành phần đó

Muốn hướng dẫn học sinh giải bài tập trước tiên giáo viên phải giải được bài tập đó, sau đó mới bàn đến việc hướng dẫn của giáo viên đối với học sinh

Vì vậy, sau khi đã lựa chọn được nội dung bài tập, quy trình hoạt động của giáo viên trong việc soạn phương án lên lớp về bài tập vật lý được chia thành các giai đoạn như sau :

- Giải trước bài tập cụ thể định giao cho học sinh

- Phân tích phương pháp giải bài tập cụ thể theo trình tự:

+ Trình bày một cách trực quan, tóm tắt đề bài bằng các kí hiệu vật lý, chỉ

rõ các dữ liệu đã cho và cái phải tìm, đổi đơn vị, hình vẽ

+ Phân tích hiện tượng vật lý xảy ra Biểu diễn một cách trực quan, cô đọng các mối liên hệ cơ bản cần xác lập để giải được bài tập đó

+ Khái quát hóa tiến trình luận giải, mô hình hóa tiến trình này bằng sơ

đồ, từ đó hình dung một cách rõ ràng các trình tự hành động cần thực hiện để giải được bài tập

+ Trình bày sự tính toán, biện luận cụ thể để có được kết quả cuối cùng

- Xác định phương án hướng dẫn học sinh giải bài tập đã cho theo các bước: + Lựa chọn, xác định kiểu hướng dẫn phù hợp với mục đích sư phạm + Xác định tiến trình hoạt động dạy học cho việc hướng dẫn học sinh giải bài tập

+ Soạn thảo các câu hỏi hoặc lời hướng dẫn cụ thể sẽ sử dụng khí lên lớp tương ứng với từng bước của tiến trình hướng dẫn đã vạch ra

Như vậy, đối với giáo viên vật lý, kĩ năng giải bài tập và trình bày lời giải;

kĩ năng lựa chọn hệ thống bài tập phù hợp với mục đích dạy học nhất định; kĩ năng hướng dẫn học sinh giải bài tập…là những kĩ năng cần thiết của công tác dạy học về bài tập vật lý

1.7 Thực trạng giảng dạy bài tập phần “Tĩnh học vật rắn” ở một số trường THPT hiện nay

+ Cô Trịnh Thị Quỳnh - GV trường THPT Ứng Hòa B, Thành phố Hà Nội

- HS lớp 11A1, 11A2 trường THPT Thành phố Điện Biên phủ, thành phố Điện Biên, tỉnh Điện Biên

1.7.3 Phương pháp điều tra

- Điều tra giáo viên: Sử dụng phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp với giáo viên

- Điều tra học sinh: Đề kiểm tra

1.7.4 Kết quả điều tra

Vấn đề tổ chức hoạt động dạy học bài tập của GV trong dạy học vật lý:

- Tài liệu tham khảo của GV THPT thường là SGK và SBT Vật lý, chuẩn kiến thức kĩ năng và một số tài liệu tham khảo bài tập Số lượng bài tập trong chương trình học là khá nhiều và khó Khi soạn thảo phân loại hệ thống bài tập

GV cũng gặp khó khăn

- Các phương pháp dạy học tích cực được vận dụng chưa hiệu quả và còn một số hạn chế, thể hiện hình thức thảo luận nhóm ít được vận dụng HS thường

ít có cơ hội thảo luận về những vấn đề kiến thức có liên quan đến bài học Việc

sử dụng phiếu học tập là chưa nhiều

- Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học của giáo viên còn nhiều hạn chế điều đó thể hiện ở chỗ chỉ có một số rất ít giờ có sử dụng máy vi tính

- Hình thức kiểm tra dưới dạng trắc nghiệm và tự luận Việc sử dụng bài tập định tính và định lượng có phân loại dạng của các dạng bài còn hạn chế

- Đa số GV cho rằng kiến thức của phần “Tĩnh học vật rắn” khó dạy hơn so với chương khác, phần kiến thức này có nhiều ứng dụng trong thực tế và kĩ thuật

1.7.5 Các sai lầm phổ biến của học sinh

Kết quả điều tra cho thấy vấn đề học bài tập vật lý của HS THPT Thành phố Điện Biên Phủ hiện nay còn mắc phải sai lầm, cụ thể:

- HS không phân biệt khái niệm chất điểm với vật rắn Hợp lực của hai lực tác dụng vào vật là thay thế hai lực này bằng một lực có tác dụng giống hệt như tác dụng của hai lực ấy Nếu vật coi là chất điểm thì hai lực tác dụng lên vật luôn đồng quy, chúng luôn có hợp lực Với vật rắn, hai lực tác dụng lên vật nói chung không nằm trong cùng một mặt phẳng (không đồng phẳng), không tồn tại một lực duy nhất đặt lên vật rắn có tác dụng giống hệt như hai lực ấy Nói cách khác hai lực không đồng phẳng tác dụng lên một vật rắn không có hợp lực

- HS khi giải các bài tập về ĐKCB thường không biết chiếu phương trình cân bằng lên các trục tọa độ

- HS không biết cách xác định hợp lực của hai lực tác dụng vào vật rắn trong hai trường hợp: song song cùng chiều và song song ngược chiều

- HS không phân biệt được ba dạng cân bằng

- HS xác định sai cánh tay đòn và khoảng cách giữa giá của hai lực nên tính sai độ lớn momen lực và momen ngẫu lực

- Trong chương “Tĩnh học vật rắn” là chương gắn liền với thực tế đời sống

HS thường ngại trả lời các câu hỏi định tính liên quan đến thực tế đời sống

HS mắc những sai lầm trên, một phần do những nguyên nhân sau:

- Trong phần “Tĩnh học vật rắn”, HS phải xét rất nhiều vật thể với rất nhiều hình dạng, kích thước và tư thế khác nhau Vì hạn chế HS không được quan sát trực quan và kinh nghiệm thực tế ít, nên ảnh hưởng không nhỏ tới hiệu quả học tập Thiếu trải nghiệm thực tế còn khiến cho tư duy HS trở lên sáo mòn hoặc hình dung sai về sự vật, hiện tượng Ví dụ: những hình vẽ trong SGK chỉ là hình phẳng (không gian 2 chiều) nhưng nếu được quan sát trực quan, HS sẽ thấy cả

độ dày mỏng hay hình khối (không gian 3 chiều của chúng)

- HS không nhớ quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy, các định lí cosin để tính độ lớn của hợp lực

- Phần lớn HS đều thừa nhận khả năng vận dụng những kiến thức vật lý vào cuộc sống của các em là rất yếu kém Vì vậy các em ngại phải “đối mặt” với các BT định tính và BT định lượng có nội dung thực tế, sẵn sàng bỏ qua các loại bài tập này khi không có những yêu cầu đánh giá của GV về mặt điểm số

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Kết quả nghiên cứu trình bày trong chương 1 có thể được tóm tắt như sau:

- Khái niệm bài tập vật lý, mục đích sử dụng bài tập vật lý trong giờ dạy học, phân loại bài tập vật lý, hoạt động giải bài tập vật lý và các yêu cầu chung trong dạy học bài tập vật lý nói chung

- Tìm hiểu các bước chung của việc giải bài tập vật lý và hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý

- Chúng ta đều biết BT vật lý là phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức đã học nhưng cũng là phương tiện phát triển tư duy lôgic và khả năng vận dụng vào thực tế Thông qua khảo sát thực tế ở một số trường THPT hiện nay, chúng tôi

đã đánh giá được thực trạng giảng dạy bài tập phần “Tĩnh học vật rắn” và các sai lầm phổ biến của học sinh trong dạy học bài tập vật lý ở trường THPT hiện nay Những luận điểm và thực tiễn trình bày ở chương này là cơ sở của việc vận dụng lý luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lý thuyết, phân loại và hướng dẫn giải các bài tập phần “Tĩnh học vật rắn” SGK Vật lý 10 THPT có định hướng

tư duy cho học sinh bám sát mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng học sinh cần đạt được trong chương trình

CHƯƠNG 2: DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “TĨNH HỌC VẬT RẮN”

CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT

2.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung phần “Tĩnh học vật rắn”

2.1.1 Đặc điểm nội dung của phần “Tĩnh học vật rắn”

Trong cơ học, trong một hệ quy chiếu cân bằng là trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều của vật rắn hay một hệ thống cơ học trong hệ quy chiếu này Nghiên cứu về sự cân bằng của vật rắn hay hệ thống cơ học được gọi là tĩnh học Khi trạng thái là đứng yên hoàn toàn thì cân bằng còn được gọi là cân bằng tĩnh học

Nội dung chủ yếu của phần tĩnh học là việc xét sự cân bằng của vật rắn Trong thực tế mọi vật rắn đều có hình dạng và thể tích nhất định Việc coi chúng

là chất điểm để dễ dàng khảo sát chỉ là một biện pháp gần đúng để nghiên cứu Chính vì vậy đến phần “Tĩnh học vật rắn” chúng ta thấy các vật được khảo sát dưới các dạng hình khối khác nhau, mỗi vật rắn có một điểm đặc biệt gọi là trọng tâm của vật Trọng tâm của vật rắn là điểm đặt của hợp lực tác dụng lên vật Khi một vật được coi là chất điểm thì chất điểm này nằm chính ở trọng tâm của vật Vật rắn có hình khối như vậy, bản thân các trạng thái và cơ chế vận hành của nó đương nhiên phức tạp hơn rất nhiều so với chất điểm Vì thế chương này trình bày ĐKCB của VR trong một số trường hợp khác nhau: vật rắn chịu tác dụng của hai lực, của ba lực, vật có giá đỡ và vật có trục quay cố định Ngoài ra khảo sát trọng tâm, quy tắc hợp lực và quy tắc momen

Bài tập tĩnh học vật rắn khảo sát các ĐKCB của VR cùng một số đặc điểm của động học tịnh tiến và chuyển động quay quanh trục của VR

Cấu trúc chương gồm 5 bài, được phân phối trong 8 tiết, trong đó có 2 tiết bài tập và 2 tiết thực hành

2.1.2 Sơ đồ nội dung cấu trúc chương “Tĩnh học vật rắn”

2.2 Nội dung kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học

2.2.1 Nội dung kiến thức

2.2.1.1 Cân bằng của vật rắn không có trục quay

Trọng tâm của vật rắn là điểm đặt của trọng lực tác dụng vào vật rắn Với các vật rắn đồng chất và có dạng hình học đối xứng thì trọng tâm của vật rắn trùng với tâm hình học của vật

Ngẫu lực

Các dạng cân bằng của VR

Cân bằng của VR trên giá đỡ nằm ngang (ĐKCB vật rắn có mặt

chân đế)

Bền Không

bền

Phiếm định

VR dưới tác dụng của ba lực song song

VR có trục quay cố định

Mômen lực Tổng hợp hai

lực song song

cùng chiều

 Cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực không song song:

F + F = 0 Muốn cho một vật rắn chịu tác dụng của hai lực ở trong trạng thái cân bằng thì hai lực phải trực đối

 Cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song

F + F + F = 0 F + F = - F Điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song là hợp lực của hai lực bất kì cân bằng với lực thứ ba

 Quy tắc hợp lực hai lực song song

- Trường hợp hai lực song song cùng chiều có:

+ Cùng chiều với hai lực

- Trường hợp hai lực song song ngược chiều có:

+ Phương song song với hai lực

+ Cùng chiều với hai lực lớn

- Có độ lớn M = F.d , trong đó d là cánh tay đòn của lực (là khoảng cách từ giá của lực đến trục quay)

 Điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định:

- Tổng các momen lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng tổng momen lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ

- Biểu thức: M = 0i

2.2.1.3 Ngẫu lực đối với một vật rắn không có trục quay

Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều và có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là ngẫu lực

Ngẫu lực tác dụng vào vật sẽ làm cho vật quay quanh một trục đi qua tâm

và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực

M = F.d Trong đó F là độ lớn của mỗi lực; d là khoảng cách giữa hai giá của lực Chú ý: Hệ hai lực của ngẫu lực không có hợp lực, tức là không thể tìm được một lực duy nhất có tác dụng như ngẫu lực

2.2.1.4 Cân bằng của vật rắn có chân đế

Chân đế là diện tích hình đa giác lồi nhỏ nhất chứa tất cả các điểm tiếp xúc giữa vật rắn và giá đỡ

Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay trọng tâm “rơi” vào mặt chân đế)

2.2.1.5 Các dạng cân bằng

a Cân bằng bền: Vật ở dạng cân bằng bền có

- Trọng tâm ở vị trí thấp nhất so với các vị trí lân cận

- Thế năng trọng trường cực tiểu so với vị trí lân cận

- Khi kéo vật ra khỏi VTCB bền một chút thì trọng lực có xu hướng kéo nó

về VTCB

b Cân bằng không bền: Vật ở dạng cân bằng không bền có

- Trọng tâm ở vị trí cao nhất so với các vị trí lân cận

- Thế năng trọng trường cực đại so với các vị trí lân cận

- Khi kéo vật ra khỏi VTCB không bền thì trọng lực của vật có xu hướng kéo nó ra xa VTCB

c Cân bằng phiếm định: Vật ở dạng cân bằng phiếm định có

- Trọng tâm ở cùng độ cao so với các vị trí lân cận

- Thế năng trọng trường của vật có cùng giá trị so với ở các vị trí lân cận

2.2.2 Các kỹ năng cơ bản của học sinh cần rèn luyện

- Nêu được điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định

- Phát biểu được quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều và phân tích một lực thành hai lực song song cùng chiều

- Phát biểu được định nghĩa ngẫu lực và nêu được tác dụng của ngẫu lực Viết được công thức tính momen ngẫu lực

- Nêu được trọng tâm của một vật là gì

- Nêu được cân bằng của một vật có mặt chân đế Nhận biết được các dạng cân bằng bền, cân bằng không bền, cân bằng phiếm định của vật rắn có mặt chân đế

* Kĩ năng

- Vận dụng được điều kiện cân bằn và quy tắc tổng hợp lực để giải các bài tập đối với trường hợp vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy

- Vận dụng được quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều và phân tích một lực thành hai lực song song cùng chiều

- Vận dụng quy tắc momen lực để giải được các bài toán về điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác dụng của hai lực

- Xác định được trọng tâm của các vật phẳng đồng chất bằng thí

nghiệm

- Xác định được hợp lực của hai lực song song cùng chiều bằng thí nghiệm

2.3 Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập phần “Tĩnh học vật rắn”

Dựa vào đặc điểm nội dung cấu trúc phần “Tĩnh học vật rắn” và chuẩn kiến thức kĩ năng Chúng tôi, chia BT phần “Tĩnh học vật rắn” thành 03 dạng

- Dạng 1: Bài tập xác định trọng tâm

- Dạng 2: Điều kiện cân bằng của vật rắn

+ BT về cân bằng của vật rắn khi không có chuyển động quay

+ BT về chuyển động quay của vật rắn quanh trục cố định

+ Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn

- Dạng 3: Khảo sát dạng của cân bằng Mức cân bằng bền vững của vật rắn Các dạng BT có mối quan hệ chặt chẽ hệ thống với nhau Chúng chính là các thành tố của một chỉnh thể thống nhất Mỗi một thành tố có thuộc tính rất đặc trưng và độc lập Nhưng chúng luôn luôn tác động qua lại với nhau, thậm chí xen kẽ nhau Hơn nữa, tất cả các dạng đều nhằm hướng tới mục tiêu chung: Đó là phát triển tư duy của người học được gọi là mục tiêu của hệ thống

2.3.1 Dạng 1: Bài tập xác định trọng tâm

* Phương pháp

Đưa về bài toán xác định trọng tâm của một hệ thống chất điểm

- Trọng tâm của hệ thống chất điểm được xác định bằng quy tắc hợp lực song song cùng chiều

- Trọng tâm của hệ thống nhiều chất điểm được xác định bằng công thức tọa độ trọng tâm

1 Mục đích của bài tập: Vận dụng quy tắc hợp lực song song để xác định trọng tâm của bản mỏng đồng chất

2 Hướng dẫn học sinh giải bài tập

* Cách 1: Bài tập liên quan tới việc xác định trọng tâm của một vật đồng

chất Do tính chất đối xứng, trọng tâm của phần còn lại phải nằm trên đường kính đi qua O và G Vì bản đồng chất nên trọng lực P tỉ lệ với diện tích S

- Gọi P1 và S1 lần lượt là trọng lượng và diện tích của bản hình tròn bị khoét đi; P2, S2 là trọng lượng và diện tích của phần còn lại

2 1

1 2

 

1P

d Biện luận: Trọng tâm của phần còn lại, nằm trên đường thẳng nối tâm đi

qua O và I, và ở ngoài khoảng hai tâm đó OG cách O đoạn R

6

3 Khó khăn của học sinh khi giải bài tập

- Xác định mối liên hệ giữa trọng lượng với diện tích tiết diện của hình

- Nhận biết được mối liên hệ giữa trọng tâm của hình bị khoét với điểm đặt của hợp lực của hai lực song song cùng chiều

- Vận dụng công thức hợp hai lực song song cùng chiều

4 Định hướng tư duy học sinh

- Hãy cho biết mối liên hệ của khối lượng, khối lượng riêng và diện tích của bản mỏng có dạng hình tròn?

- Trọng tâm của đĩa tròn nguyên vẹn là O có trọng lượng P Trọng tâm của đĩa bị khoét là I có trọng lượng P 1 P2là trọng lực của phần còn lại của hình tròn sau khi bi khoét và đặt tại điểm G P là hợp lực của P1và P 2 Điều này tương đương như xác định lực tổng hợp của hai lực song song cùng chiều Bản mỏng hình tròn khoét đi một lỗ tròn thì trọng tâm của vật xác định như thế nào?

- Chỉ ra mối liên hệ về điểm đặt của hai lực song song cùng chiều với độ lớn của hai lực ấy?

* Cách 2: Giả sử ta khoét thêm một lỗ tròn bán kính R

2nữa đối xứng với lỗ tròn đã khoét lúc đầu Gọi P là trọng lượng

của đĩa bán kính R khi chưa bị khoét P1 là trọng lượng của đĩa

- Hãy cho biết mối liên hệ của khối lượng, khối lượng riêng và diện tích

của bản mỏng có dạng hình tròn với trọng lượng P,P ,1 P ;2 tìm tỉ lệ 1 2 1

2.3.1.2 Bài tập có hướng dẫn giải

Bài 1: Một bản mỏng kim loại đồng chất hình chữ T

như hình vẽ Cho biết AB = CD = 60 cm; EF = HG = 20 cm;

AD = BC = 20 cm; EH = FG = 100 cm Hãy xác định vị trí

trọng tâm của bản?

Kết quả: Trọng tâm O của bản nằm trên trục đối xứng

của bản, cách đáy GH một đoạn: OO2 + EF

2 = 22,5 + 50 =72,5 cm Định hướng tư duy:

- Chia bản mỏng làm mấy phần? Dựa vào dạng hình học đối xứng hãy xác định trọng tâm của mỗi bản mỏng đó?

- Xác định điểm đặt, phương, chiều của vectơ trọng lực tác dụng lên các bản mỏng đồng chất?

- Hãy cho biết mối liên hệ của khối lượng, khối lượng riêng và diện tích của các bản mỏng hình chữ nhật?

- Từ hình vẽ ta thấy P1P2 áp dụng quy tắc nào để xác định vị trí trọng tâm bản mỏng?

Bài 2: Xác định trọng tâm của bản mỏng đồng chất hình

tròn cạnh bán kính R bị khoét đi mất mẩu hình vuông cạnh R/2

Định hướng tư duy:

- Hãy cho biết mối liên hệ của khối lượng, khối lượng riêng và diện tích của bản mỏng có dạng hình hình tròn và phần bị khoét đi hình vuông?

- Do tính đối xứng, hãy xác định vị trí trọng tâm O của bản mỏng?

- Xác định điểm đặt, phương, chiều của vectơ trọng lực tác dụng lên bản mỏng hình tròn và phần bị khoét đi hình vuông?

- Chỉ ra mối liên hệ về điểm đặt của hai lực song song ngược chiều với độ lớn của hai lực ấy?

2.3.2 Dạng 2: Điều kiện cân bằng của vật rắn

2.3.2.1 Bài tập về cân bằng của vật rắn khi không có chuyển động quay

a Bài tập định tính

Bài 1: Đối với những vận động viên leo núi bằng dây thì cách để họ nghỉ

giải lao giữa chừng là treo mình lơ lửng trên vách núi

a Họ có thể đứng cân bằng nhờ những yếu tố nào? Hãy

phân tích các lực tác dụng vào người đó?

b Tìm mối quan hệ giữa các lực đó?

1 Mục đích của bài tập: Vận dụng kiến thức điều kiện

cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song

Bước 1: Tìm hiểu đề bài

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

- Vận động viên leo núi bằng dây nghỉ giải lao giữa chừng treo mình lơ lửng trên vách núi, vận dụng kiến thức điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song cho vận động viên Ta coi vận động viên leo núi là vật rắn

- Muốn đứng cân bằng được người phải điều chỉnh sao cho trọng tâm của mình nằm ở phía trong chỗ dây buộc (thay đổi trọng tâm của người bằng cách thay đổi trạng thái - đứng yên, khom lưng, đưa tay ra,…)

- Các lực tác dụng vào vận động viên: Trọng lực P , lực căng dây T , phản lực N của núi tác dụng vào chân người

- Điều kiện cân bằng của mỗi vận động viên: P + N + T = 0  Ba lực này phải đồng phẳng (cùng nằm trong mặt phẳng thẳng đứng) đồng quy tại trọng tâm của người

Nếu F , F1 2ngược chiều (F1 > F2): F = F1 + F2 ; d = d2 – d1

(d là khoảng cách giữa điểm đặt)

- Đối với vật rắn khi không có chuyển động tịnh tiến, không có chuyển động quay, điều kiện cân bằng như một chất điểm (hợp lực đồng quy cân bằng)

Do vậy có thể vận dụng điều kiện cân bằng F = 0 để giải quyết bài toán theo các bước sau:

Bước 1: Xác định được vật cần được khảo sát

Bước 2: Phân tích các lực tác dụng lên vật, biểu diễn các lực đồng quy trên hình vẽ

- Bước 3: Viết điều kiện cân bằng của vật:F = 0 (1)

- Bước 4: Giải phương trình (1) để tìm các giá trị đại số, theo các cách sau: + Phương pháp chiếu phương trình vectơ (1) lên các trục tọa độ Ox, Oy (OxOy) để đưa về phương trình đại số: F = 0x và F = 0y

+ Di chuyển các lực trên giá của chúng về điểm đồng quy, tổng hợp vectơ lực theo quy tắc hình bình hành và vận dụng các hệ thức lượng trong tam giác, định lí pytago, định lý sin, cosin…

Chú ý: Khi một vật rắn cân bằng, chịu tác dụng của n lực Nếu hợp của

* Bài tập mẫu

Bài 1: Thanh AB trọng lượng P = 100 N1 , chiều

dài l = 1 m, trọng lượng vật nặng P = 200 N2 tại C,

AC = 60 cm Dùng quy tắc hợp lực song song:

a Tìm hợp lực của P1 và P ?2

b Tìm lực nén lên giá đỡ ở hai đầu thanh?

1 Mục đích của bài tập: Vận dụng quy tắc hợp lực song song cùng chiều và song song ngược chiều

2 Hướng dẫn giải bài tập

- Vật chịu tác dụng của hai lực P2 và T2

Điều kiện cân bằng của vật: P + T = 02 2 (1)

Hai lực song song cùng chiều:

- Lực nén lên giá đỡ ở hai đầu của thanh là N = 130 N, N = 170 NA B

3 Khó khăn của học sinh khi giải bài tập

- Vận dụng công thức hợp lực của hai lực song song cùng chiều

4 Định hướng tư duy cho học sinh

- Vật chịu tác dụng của hai lực: T2và P 2 Áp dụng điều kiện cân bằng của vật rắn để tìm hợp lực của hai lực cân bằng?

- G là vị trí đặt trọng lực của thanh AB, G là trung điểm thanh AB Vận dụng quy tắc tổng hợp lực song song cùng chiều để tìm vị trí đặt hợp lực P Hợp lực P = P + P1 2

- Xác định các lực nén tác dụng lên giá đỡ ở hai đầu thanh AB? Các lực nén có cân bằng với trọng lực P không?

Bài 2: Một giá treo như hình vẽ gồm:

- Thanh nhẹ AB = 1 m tựa vào tường ở A

- Dây BC = 0,6 m nằm ngang

Treo vào đầu B một vật nặng khối lượng m = 1 kg

Khi thanh cân bằng hãy tính độ lớn của phản lực đàn hồi

do tường tác dụng lên thanh AB và sức căng của dây BC? Lấy g = 10 m/s2

b Xác lập các mối liên hệ

- Đây là hiện tượng vật cân bằng khi không

có hiện tượng quay Các lực tác dụng vào vật là trọng lực P và lực căng dây T ,

áp dụng điều kiện cân bằng của vật:

- Các lực đồng quy tác dụng lên thanh AB là: Lực căng dây T, phản lực Q của tường, lực căng dây T của vật m Thanh AB cân bằng nên ta áp dụng điều kiện cân bằng của vật rắn:

P + Q + T = 0 (3)

Chiếu (3) lên các trục

Ox: Q.cos  T 0 (4) Oy: Q.sin  P 0 (5)

3 Khó khăn của học sinh khi giải bài tập

- Xác định mối liên hệ của trọng lực, lực căng dây và phản lực

4 Định hướng tư duy học sinh

- Hãy biểu diễn các lực tác dụng lên vật cân bằng trong điều kiện bài tập?

- Phân tích các lực tác dụng lên thanh AB, biểu diễn các lực đồng quy trên hình vẽ?

- Viết điều kiện cân bằng của thanh AB?

(4) (7)

(5) (6)

(8)

(9)

Q

T

- Hãy chọn hệ trục tọa độ để chuyển phương trình vectơ biểu diễn điều kiện cân bằng của vật về phương trình đại số và giải phương trình để xác định độ lớn lực căng dây T và phản lực Q?

Chú ý: Có thể giải bài toán bằng cách áp dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông

c Bài tập có hướng dẫn giải

Bài 1: Giải thích hiện tượng sau: Tại sao khi phơi quần áo trên dây, ở chỗ

treo quần áo, dây thường bị kéo xuống Giả sử chỉ treo ở một điểm, khi cân bằng, hãy phân tích các lực tác dụng vào điểm treo quần áo đó Các lực này có tuân theo quy tắc gì không? Tại sao dây treo càng căng thì khi phơi quần áo càng dễ bị đứt?

Định hướng tư duy:

- Vận dụng kiến thức về cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song để giải thích được hiện tượng xảy ra trong thực tế Coi quần áo như vật nặng treo giữa dây Phân tích các lực tác dụng vào dây tại thời điểm treo quần áo?

- Khi phơi nhiều quần áo trọng lực P càng lớn thì α, P và T có mối liên hệ như thế nào? Ngược lại trong trường hợp phơi ít quần áo?

Bài 2: Một bức tranh được treo vào tường bằng hai sợi dây song song với

nhau Hãy phân tích lực tác dụng lên bức tranh này, các lực này đã thoả mãn điều kiện gì để bức tranh cân bằng?

Định hướng tư duy:

- Bài toán vận dụng quy tắc hợp hai lực song song cùng chiều, đưa ra được

điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song

- Phân tích các lực tác dụng lên bức tranh

- Bức tranh cân bằng Chứng tỏ P phải cân bằng với hợp lực của T ,T ?

B