PHƯƠNG PHÁP dạy bài “ hệ QUY CHIẾU có GIA tốc lực QUÁN TÍNH’’ TRONG CHƯƠNG TRÌNH vật lí 10 NÂNG CAO

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT TĨNH GIA I SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP DẠY BÀI “ HỆ QUY CHIẾU CÓ GIA TỐC LỰC QUÁN TÍNH’’ TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 10 NÂNG CAO Người thực hiện: Cao Thị Hương Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc mơn: Vật lí THANH HĨA NĂM 2014 A/ ĐẶT VẤN ĐỀ Vật lí mơn mà học sinh ngại học mang tính trừu tượng, cần phải tư nhiều, ngồi phải có óc quan sát phân tích hiểu tượng vật lí, định luật vật lí Hơn để làm tốn vật lí người học phải biết kết hợp thành thạo kiến thức toán học hiểu biết chất vật lí Vì vậy, để vượt qua tâm lí học sinh giáo viên dạy tiết vật lí cần tạo hứng thú học tập cho học sinh từ đầu tiết trì tính tích cực hoạt động học sinh đến hết học Giáo viên phải tổ chức hoạt động vừa sức với học sinh, giúp học sinh thấy việc xây dựng kiến thức phát triển tảng kiến thức cũ mà học sinh biết từ tạo trí tò mò kích thích khám phá, nghiên cứu, tiếp thu kiến thức Mỗi tiết dạy, giáo viên học sinh cố gắng thực hết thí nghiệm đồ dùng có sãn phòng thiết bị nhà trường khơng ngừng tạo đồ dùng để phục vụ dạy, tạo hứng thú niềm tin học tập cho học sinh Căn vào mục đích dạy học mơn vật lí nói chung dạy tiết vật lí nói riêng nên tơi chọn đề tài B/ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I/ CƠ SỞ LÍ LUẬN - Q trình nhận thức người từ trực quan sinh động đến tư trừu tượng Từ quan sát thực tế người đưa nhận định, hệ thống hóa chúng, nâng lên thành quy luật từ vận dụng Do đó, đưa vào học thí nghiệm mà học sinh gặp thực tế để nghiên cứu gần gũi dễ phân tích - Lực nguyên nhân gây biến đổi gia tốc làm vật biến dạng - Định luật I Niu Tơn: Nếu vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực có hợp lực 0, giữ ngun trạng thái đứng yên chuyển động thẳng - Định luật II Niu Tơn: Vectơ gia tốc vật hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn vectơ lực tác dụng lên vật tỉ lệ nghịch với khối lượng vật II/ THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ 1/ Thực trạng chung - Đồ dùng thí nghiệm trường THPT khơng nhiều chưa đáp ứng nhu cầu dạy học - Một số thí nghiệm có đồ dùng khơng tiến hành thí nghiệm kết chưa thuyết phục - Mặt khác 21: “ Hệ quy chiếu có gia tốc Lực qn tính” Sách giáo khoa trình bày sau: * Mở SGK giới thiệu đối thoại đưa câu hỏi: “ Vậy liệu định luật Niu Tơn có nghiệm hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với mặt đất hay khơng?” Sau SGK giới thiệu mục *Hệ quy chiếu có gia tốc SGK đưa thí nghiệm hình dung: bi đặt xe lăn hình r Khi xe chuyển động với gia tốc a so với bàn, khơng có ma sát bi rãnh xe theo định luật I Niu Tơn, bi đứng yên phía điểm M so với bàn Trong hệ quy chiếu gắn với xe, khơng có lực tác dụng lên bi theo phương nằm ngang, bi chuyển động phía B với gia tốc uu r ur r r a , = − a giống có lực F = −ma tác dụng lên vật Vậy hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu qn tính, định luật Niu Tơn khơng nghiệm Ta gọi hệ hệ quy chiếu phi qn tính Theo tơi phần SGK giới thiệu thí nghiệm cho học sinh để xây dựng hệ quy chiếu phi quán tính làm sở cho mục 2, nhiên hạn chế mục thí nghiệm mang tính tưởng tượng, yêu cầu học sinh hình dung làm cho học sinh lúng túng suy luận, dễ xảy phân tích sai lệch khơng logic kiến thức có kiến thức mơ tả thí nghiệm Mặt khác giáo viên tạo thí nghiệm học khơng cho kết bi đứng yên so với bàn mà chuyển động so với bàn thực tế ln có ma sát xe lăn bi Đơi giáo viên ngại khó nên khơng làm SGK sử dụng định luật I Niu Tơn để lập luận bi đứng yên M làm cho học sinh khó hiểu, mang tính lừa dối học sinh dạy định luật I Niu Tơn ta cho học sinh thừa định luật Ngồi ra, với cách xây dựng khơng tạo cho học sinh sử dụng kiến thức biết để phát triển khái niệm hệ quy chiếu phi quán tính *Mục 2: Lực quán tính SGK trình bày: “Để giải tốn học thuận lợi, người ta tìm cách làm để áp dụng định luật I II Niu Tơn hệ quy chiếu phi quán tính Muốn vậy, ta thừa nhận rằng: Trong hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc r a so với hệ quy chiếu quán tính, tượng học xảy giống r vật có khối lượng m chịu thêm tác dụng lực −ma Lực gọi lực quán tính: uur r Fqt = −ma Với quan niệm đó, ta dễ dàng lí giải tượng nêu phần Khi xe r lăn chuyển động gia tốc a so với bàn, hệ quy chiếu gắn với xe, bi uur r coi chịu thêm lực quán tính Fqt = −ma Lực truyền cho bi gia tốc uur uu r F r , a = qt = −a m Và bi chuyển động phía B Lực quán tính giống lực thơng thường chỗ, gây biến dạng gây gia tốc cho vật Nhưng khác lực thơng thường chỗ, xuất tính chất phi quán tính hệ quy chiếu hông tác dụng vật lên vật khác Do lực qn tính khơng có phản lực.” Phần SGK yêu cầu học sinh thừa nhận “Trong hệ quy chiếu chuyển r động với gia tốc a so với hệ quy chiếu quán tính, tượng học xảy r giống vật có khối lượng m chịu thêm tác dụng lực −ma ur r Lực gọi lực quán tính: F = −ma ” mang tính áp đặt, khơng cần thiết phải u cầu học sinh thừa nhận thế, làm cho học sinh khơng có niềm tin vào kiến thức *Mục 3: Bài tập vận dụng SGK đưa tập có giải Bài 1: Dùng dây treo cầu khối lượng m lên đầu cọc đặt xe lăn Xe r chuyển động với gia tốc a khơng đổi Hãy tính góc lệch α dây so với phương thẳng đứng lực căng dây Bài 2: Một vật có khối lượng m = 2kg móc vào lực kế treo buồng thang máy Hãy tìm số lực kế trường hợp sau: a) Thang máy chuyển động b) Thang máy chuyển động với gia tốc a = 2.2m/s2 hướng lên c) Thang máy chuyển động với gia tốc a = 2.2m/s2 hướng xuống d) Thang máy rơi tự với gia tốc a = g = 9,8m/s2 Tôi nghĩ với thời lượng tiết học mà đưa cho học sinh tập nhiều khó với học sinh 2/ Thực trạng giáo viên - Kiến thức học trừu tượng nên khó khăn việc thiết kế giảng - Kỹ làm thí nghiệm chưa tốt nên thí nghiệm tiến hành mang tính hình thức, qua loa, chiếu lệ - Tâm lí ngại làm thí nghiệm mà đồ dùng khơng có sẵn 3/ Thực trạng học sinh - Kiến thức khó với học sinh - Học sinh vận dụng kiến thức để làm tập hệ quy chiếu qn tính khó nên khó vận dụng vào hệ quy chiếu có gia tốc không hiểu học cách sâu sắc - Bài tập vận dụng khó dài học sinh khơng có khả làm hết học sinh khơng khắc sâu kiến thức học III/ GIẢI PHÁP VÀ TỔ CHỨC THỰC HIỆN 1/ Giải pháp - Đưa vào học tượng mà học sinh gặp thực tế tạo tình học tập có vấn đề, kích thích trí tò mò hứng thú học tập học sinh - Chỉnh sửa cách bố trí thí nghiệm hợp lí để học sinh dễ quan sát dễ hiểu - Sử dụng thí nghiệm phần học - Thiết kế học theo hệ thống câu hỏi mà chủ yếu phát huy tính tích cực học sinh 2/ Tổ chức thực hiện: từ phân tích tơi đưa phương pháp dạy “Hệ quy chiếu có gia tốc Lực qn tính” với hoạt động sau: * Hoạt động 1: Kiểm tra cũ GV đặt câu hỏi: Hệ quy chiếu quán tính gì? * Hoạt động 2: Tạo tình có vấn đề (Vào bài) - GV giới thiệu với học sinh máy chiếu hình ảnh chuyển động xe khách có hành khách ngồi - (?) Nếu xe phanh gấp, em nêu tượng xảy ra? - (?) Giải thích tượng? - Bằng kiến thức có học sinh giải thích tượng quán tính - GV nhận xét câu trả lời học sinh giới thiệu “hiện tượng giải thích qn tính mang tính định tính để hiểu kĩ tượng định lượng quán tính ta nghiên cứu học: Hệ quy chiếu có gia tốc Lực quán tính” * Hoạt động 3: Mục 1: Hệ quy chiếu có gia tốc - GV giới thiệu thí nghiệm hình vẽ: - Gv cho xe chuyển động nhanh dần từ trạng thái đứng yên cách thả vật nặng Học sinh quan sát thí nghiệm trả lời câu hỏi GV (?)Nêu lực tác dụng vào viên bi hệ quy chiếu gắn với bàn? Viết phương trình định luật II NiuTơn? r r r r ⇒ T , P Phương trình định luật II NiuTơn: T + P = mar (?)Nêu lực tác dụng vào viên bi hệ quy chiếu gắn với xe? Viết phương trình định luật II NiuTơn? r r r r r ⇒ T , P Phương trình định luật II NiuTơn: T + P = ⇒ điều vơ lí thực tế dây treo lệch khỏi phương thẳng đứng! ⇒ Kết luận: Vậy hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính, định luật Niu Tơn khơng nghiệm nữa, nên hệ quy chiếu hệ quy chiếu phi quán tính (?) Dây treo bị lệch chứng tỏ điều gì? ⇒ Chứng tỏ có lực đẩy viên bi phía sau GV: Vậy lực lực có đặc điểm nào, nghiên cứu mục sau Hoạt động 4: Mục 2: Lực quán tính 10 - GV hệ quy chiếu phi quán tính gắn với xe lực đẩy viên bi sau lực quán tính Chúng ta nghiên cứu đặc điểm lực quán tính (?) Nhận xét hướng lực quán tính hướng gia tốc xe thí nghiệm trên? ( Làm lại thí nghiệm) ⇒ Lực quán tính ngược hướng với gia tốc xe - Gv cho xe chuyển động chậm dần cách giữ vật nặng lại xe vật chuyển động Học sinh quan sát thí nghiệm trả lời câu hỏi GV (?) Nhận xét hướng lực quán tính hướng gia tốc xe thí nghiệm trên? ⇒ Lực quán tính ngược hướng với gia tốc xe - Giáo viên kết luận: Lực quán tính ngược hướng với gia tốc hệ quy chiếu (?) Viết biểu thức lực quán tính? - Từ giáo viên kết luận biểu thức lực quán tính (?) Nêu đặc điểm lực quán tính? Hoạt động 5: Mục 3: Bài tập vận dụng - Củng cố học tập Bài 1: Giải thích hành khách xe ngả trước xe phanh gấp ngả sau xe tăng ga? Hướng dẫn trả lời Bài 1: + Khi phanh xe gia tốc xe hướng sau nên lực quán tính hướng trước (ngược chiều với gia tốc xe) tác dụng lên hành khách làm hành khách ngả trước + Khi tăng ga gia tốc xe hướng trước nên lực quán tính hướng sau (ngược chiều với gia tốc xe) tác dụng lên hành khách làm hành khách ngả sau 11 - Tổ chức cho học sinh giải tập theo hoạt động sau: + Chia học sinh làm nhóm + Phát phiếu học tập + Học sinh nhóm 1, làm câu a câu b với ô thuộc cột hệ quy chiếu gắn với mặt đường + Học sinh nhóm 3, làm câu a câu b với ô thuộc hệ quy chiếu phi quán tính gắn với xe + So sánh nội dung làm nhóm 3; nhóm từ khắc sâu kiến thức: đặc điểm lực quán tính - Nội dung phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP Bài 2: Hãy điền đầy đủ thơng tin thiếu vào phiếu để giải tập sau: Dùng dây treo cầu khối lượng m = 100g lên đầu cọc đặt xe lăn Xe chuyển động với gia r tốc a khơng đổi có độ lớn 2m/s2 hình vẽ; lấy g = 10m/s2 a/ Xác định hướng gia tốc xe? b/ Hãy tính góc lệch α dây so với phương thẳng đứng lực căng dây Câu a: Các Gia tốc xe hướng sang……………………… Hệ quy chiếu quán tính gắn với Hệ quy chiếu phi quán tính gắn bước mặt đường với xe 12 làm câu b Các lực tác dụng, biểu diễn hình vẽ Biểu thức định luật Niu Tơn Biến đổi biểu thức Hướng dẫn làm phiếu học tập Bài 2: Các Hệ quy quán tính gắn với mặt Hệ quy chiếu phi quán tính gắn với bước đường xe làm 13 ur ur ur ur uur P , T , Fqt r ur ur P + T = ma r ur ur uur + P T + Fqt = Các lực P , T tác dụng, biểu diễn hình vẽ Biểu thức định luật Niu Tơn Biến ur ur Tổng hợp lực P T r ur F = ma đổi biểu thức ⇒ tan α = F a = = 0,2 P g ⇒ α = 110 T= F 0,1.2 = = 1, 05 N sin α sin11 ur ur Tổng hợp lực P T uur ur F = Fqt ⇒ F = ma ⇒ tan α = F a = = 0,2 P g ⇒ α = 110 T= F 0,1.2 = = 1, 05 N sin α sin11 Sau học sinh làm xong phiếu học tập GV củng cố lại cho học sinh vấn đề sau: 14 + Có thể giải toán hệ quy chiếu ( cho đáp số) + Lực quán tính xuất hệ quy chiếu phi quán tính + Lực quán tính ngược hướng với gia tốc hệ quy chiếu - Còn lại tập SGK tơi cho học sinh làm hướng dẫn vào tiết tự chọn IV/ KIỂM NGHIỆM Tôi chọn lớp 10A4 10A5 hai lớp A, đối tượng học sinh lớp để dạy năm Lớp 10A4 dạy SGK, lớp 10A5 dạy theo nội dung đưa Sau tơi cho học sinh làm kiểm tra 15 phút theo đề sau : Một vật khối lượng 1kg móc vào lực kế treo vào buồng thang máy Thang máy chuyển động nhanh dần hướng lên, độ lớn gia tốc 1m/s2, lấy g = 10m/s2 Tính số lực kế? Kết thu sau kiểm tra sau: Năm Năm học Lớp 10A4 Điểm đến