Mục đích nghiên cứu Thông qua việc tìm hiểu, nghiên cứu về bản chất, cơ chế xuất hiện của lực ma sát từ đó vận dụng tốt cho việc dạy và học phần lực ma sát, đồng thời giải thích được một
Trang 1MỤC LỤC
2.1.5 Một số kiến thức cơ bản về lực ma sát trượt 3 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 4 2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 5
Trang 21 MỞ ĐẦU 1.1.Lí do chọn đề tài
Vật lí là một môn khoa học liên quan đến rất nhiều hiện tượng trong đời sống hàng ngày Trong đó, cơ học là nền móng cơ bản của vật lí, là một mảng rộng lớn rất gần gũi với đời sống thực tế
Các hiện tượng trong vật lí nói chung và các hiện tượng thuộc lĩnh vực cơ học nói riêng luôn diễn ra xung quanh chúng ta hằng ngày, hằng giờ Có những hiện tượng tưởng chừng dễ hiểu, hiển nhiên, ai cũng biết, nhưng khi đi sâu nghiên cứu thì ta lại gặp muôn vàn khó khăn Tìm hiểu bản chất các hiện tượng vật lí là một việc làm hết sức quan trọng và cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu khám phá thế giới của nhân loại trong mọi thời đại, từ đó, phát huy những mặt tích cực của nó đồng thời hạn chế những tác hại để vận dụng vào đời sống và kĩ thuật sao cho đem lại hiệu quả cao nhất
Lực ma sát là một trong những hiện tượng rất đỗi quen thuộc với chúng ta nhưng cho đến nay vẫn chưa có được một bức tranh đầy đủ về sự xuất hiện lực
ma sát và bản chất lực ma sát vẫn chưa được làm sáng tỏ Ở SGK phổ thông, loại lực này mới chỉ được xem xét ở mức độ đơn giản Để phục vụ tốt cho việc
giảng dạy sau này về phần lực ma sát, tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu một số ứng dụng của lực ma sát trong đời sống hằng ngày từ đó giáo dục một số kĩ năng cho học sinh”.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Thông qua việc tìm hiểu, nghiên cứu về bản chất, cơ chế xuất hiện của lực
ma sát từ đó vận dụng tốt cho việc dạy và học phần lực ma sát, đồng thời giải thích được một số hiện tượng thực tế hằng ngày liên quan đến lực ma sát để giáo dục học sinh một số kĩ năng giao tiếp và thực hành liên quan đến lực ma sát
1.3 Đối tượng nghiên cứu
+ Kiến thức về lực ma sát nói chung
+ Những ứng dụng về lực ma sát trong thực tế đời sống hằng ngày
+ Một số nội dung giáo dục kĩ năng liên quan đến lực ma sát trong thực tế 1.4 Phương pháp nghiên cứu
a Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
+ Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn về phương pháp dạy học nói chung và phương pháp dạy học mới trong vật lí nói riêng,tham khảo SGK, SGV, SBT Vật
lí 10
+ Phương pháp phân tích, thống kê, đánh giá, so sánh…
b Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
+ Phương pháp dạy và học hoạt động nhóm
+ Phương pháp dạy và học đặt và giải quyết vấn đề
+ Áp dụng dạy thử vào giờ dạy trên lớp
2
Trang 32 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1 Lực ma sát xuất hiện như thế nào?
Lực ma sát là lực cản xuất hiện giữa hai mặt tiếp xúc giữa hai vật đang chuyển động tương đối hoặc có xu hướng chuyển động tương đối với nhau
Lực ma sát làm chuyển hóa động năng của chuyển động tương đối của các bề mặt thành năng lượng ở dạng khác Việc chuyển hóa năng lượng thường
do va chạm phân tử của hai bề mặt gây ra chuyển động nhiệt hoặc thế năng dự trữ trong biến dạng của bề mặt hay chuyển động của các electron, được tích lũy một phần thành điện năng hay quang năng Trong đa số trường hợp thực tế, động năng của các bề mặt chủ yếu chuyển hóa thành nhiệt năng
Về bản chất vật lí, lực ma sát xuất hiện giữa các vật thể trong cuộc sống là lực điện từ, một trong các lực cơ bản tự nhiên giữa các nguyên tử, phân tử
Theo quan điểm hiện đại, ma sát là kết quả tương tác của nhiều dạng tương tác phức tạp khác nhau khi có sự tiếp xúc và dịch chuyển hoặc có xu hướng dịch chuyển giữa hai vật thể, trong đó diễn ra các quá trình cơ, lí, hóa, điện… Quan hệ giữa các quá trình đó rất phức tạp, phụ thuộc vào tính chất tải, vận tốc trượt, vật liệu và môi trường
2.1.2 Phân loại lực ma sát
Căn cứ vào chuyển động tương đối của hai vật trên bề mặt của nhau, ta
có thể chia lực ma sát thành các loại sau:
+ Ma sát khô: Ma sát trượt và ma sát nghỉ
+ Ma sát ướt
+ Ma sát lăn
2.1.3 Nguyên nhân sinh ra lực ma sát
Chúng ta biết rằng hai mặt tiếp xúc với nhau luôn có những chỗ gồ ghề, mấp mô nên diện tích tiếp xúc thực sự giữa hai mặt rất bé so với diện tích toàn phần giữa hai mặt Những nguyên tử, phân tử vật rắn tại phần tiếp xúc thực sự này sẽ tương tác với nhau bằng lực tương tác phân tử (lực điện từ) Muốn cho vật chuyển động được trên mặt vật rắn khác thì cần phải đặt một lực tiếp tuyến với mặt tiếp xúc để thắng lực cản sinh ra do tương tác giữa các phân tử Lực cản này chính là một trong những nguyên nhân sinh ra ma sát
Ma sát động thường nhỏ hơn ma sát nghỉ cực đại
Tóm lại, nguyên nhân sinh ra lực ma sát là do sự tương tác giữa các phân
tử, nguyên tử ở những vùng tiếp xúc thực sự giữa các vật
2.1.4 Hệ số ma sát
Hệ số ma sát không phải là một đại lượng có đơn vị, nó biểu thị tỉ số lực
ma sát nằm giữa hai vật trên lực tác dụng đồng thời lên chúng Hệ số ma sát này phụ thuộc vào chất liệu làm nên vật
Hệ số ma sát là một đại lượng mang tính thực nghiệm, nó được xác định
ra trong quá trình thực nghiệm chứ không phải trong quá trình tính toán
2.1.5 Một số kiến thức cơ bản về lực ma sát trượt
Trong quá trình nghiên cứu lực ma sát trượt luôn có những khó khăn và không tránh khỏi mắc sai lầm
Trang 4Thực chất, lực ma sát trượt là một loại lực cơ bản trong tự nhiên Khi hai vật chuyển động trên bề mặt của nhau, năng lượng bị mất mát do lực ma sát Khi
độ nhám của hai bề mặt tiếp xúc còn đáng kể thì lực ma sát sinh ra do sự móc ngoặc cơ học giữa các đồi chỗ lồi lên của hai mặt tiếp xúc Khi ấy lực ma sát phụ thuộc vào độ nhám Độ nhám của hai bề mặt tiếp xúc giảm thì lực ma sát giảm Tuy nhiên khi độ nhám giảm đến một mức nào đó thì lực ma sát lại tăng lên Khi ấy, lực ma sát xuất hiện là do lực tương tác phân tử giữa các phân tử của cả hai mặt ở chỗ tiếp xúc thực sự với nhau
Các phép tính toán đều cho thấy cả lực tương tác phân tử này lẫn độ nhám cũng chỉ chịu trách nhiệm một phần về sự xuất hiện của lực ma sát
Trong thực tế, lực ma sát trượt phụ thuộc vào vận tốc mà không phụ thuộc vào nhiệt độ như một số quan niệm trước đây từng nhầm tưởng
Các thí nghiệm về chuyển động của đạn trong nòng súng chứng tỏ rằng khi tốc độ đạn tăng lên, giá trị của lực ma sát bắt đầu giảm nhanh, sau đó giảm chậm dần, và khi tốc độ lớn hơn 100m/s thì lại bắt đầu tăng lên Nguyên nhân là
do ở chỗ tiếp xúc tỏa ra một nhiệt lượng lớn Với tốc độ đạn bằng 100m/s, nhiệt
độ ở chỗ tiếp xúc có thể lên tới vài ngàn độ C, lúc đó giữa các bề mặt sẽ tạo thành một lớp kim loại nóng chảy Ma sát khô ban đầu trở thành ma sát ướt Người ta đã chứng minh được với những tốc độ lớn thì lực ma sát ướt tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ Từ đó có thể khẳng định lực ma sát phụ thuộc vào tốc
độ của vật
Lực ma sát trượt phụ thuộc vào áp lực tác dụng lên bề mặt tiếp xúc, bản chất bề mặt tiếp xúc
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Qua thực tế giảng dạy ở trường THPT Như Xuân tôi thấy rằng học sinh rất có định kiến với môn vật lí Đa số các em đều cho rằng môn vật lí rất khó nên ngay từ đầu đã không để ý đến môn này Tôi nhận thấy rằng học sinh tiếp nhận kiến thức thụ động, máy móc, không được phát triển về tư duy tích cực, chủ động, sáng tạo Học sinh có thể nhớ và thuộc kiến thức nhưng không hiểu sâu bản chất của kiến thức, vận dụng kiến thức không linh hoạt, nhạy bén, khả năng thực hành của các em chưa cao
Nguyên nhân của tình trạng trên được thể hiện ở một số điểm sau:
Một phần giáo viên áp dụng chưa thật hợp lí hoặc máy móc không cải biến hoặc áp dụng chưa thật phù hợp với loại bài dạy, phần dạy Trong phương pháp cụ thể nào đó giáo viên chưa xác định chính xác các bước đi, giáo viên chưa tận dụng triệt để đồ dùng dạy học, đồ dùng thí ngiệm
Trong quá trình dạy giáo viên chưa thực sự là người điều khiển dẫn dắt học sinh tự chiếm lĩnh kiến thức Do vậy học sinh chưa được và chưa có thói quen phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo, phát triển tư duy mới
Kết quả của sự dạy và học đó làm cho giáo viên không có thói quen và kĩ năng trong phương pháp dạy học tích cực còn học sinh học tập chưa trở thành chủ thể của việc tiếp nhận thức kiến thức mới
Do vậy , trong một số tiết dạy của mình tôi có lồng ghép các hiện tượng thực tế, dễ hiểu và gần gũi với học sinh thì có một số em có chuyển biến tích cực Các em đã bắt đầu thay đổi quan niệm của mình Tuy nhiên, học sinh chỉ
4
Trang 5thích những câu hỏi dễ, không phải giải thích dài dòng, kết hợp nhiều kiến thức
và đặc biệt không thích tính toán, nhất là những bài mang tính hàn lâm dạng nghiên cứu sâu sa Có em còn nói rằng : Những bài khó đó để cho các nhà bác học làm thôi cô ơi, bọn em sao mà làm được
Tôi nhận thấy học sinh của mình đang hiểu sai mục đích của việc lồng ghép một số hiện tượng thực tế vào dạy học Đó không chỉ là học trên lớp , học
để lấy điểm rồi thôi mà mục đích chính là giúp các em vận dụng vào thực tế để tránh điều có hại và tận dụng những điều có lợi
Chính vì vậy, tôi đã viết ra sáng kiến của mình để sưu tập những tình huống, những hiện tượng thực tế nhằm giải thích một cách ngắn gọn và dễ hiểu
để lồng ghép vào bài học Đồng thời từ các tình huống đó giáo dục cho học sinh các kĩ năng phán đoán tình huống, thực hành các tình huống, giao tiếp với mọi người
2.3.Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề
DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ: “TÌM HIỂU CÁC ỨNG DỤNG CỦA LỰC
MA SÁT VÀ GIÁO DỤC CÁC KĨ NĂNG THỰC HÀNH TRONG THỰC
TẾ CHO HỌC SINH LIÊN QUAN ĐẾN LỰC MA SÁT”.
I Phân bố kiến thức vật lí và nội dung trong chuyên đề “ tìm hiểu ứng dụng của lực ma sát và giáo dục các kĩ năng thực hành trong thực tế cho học sinh liên quan đến lực ma sát”
Trang 6LỰC MA SÁT
Giáo dục tư tưởng
- Lực ma sát xuất hiện khi có sự
cọ xát giữa hai mặt tiếp xúc.
- Phụ thuộc vào áp lực của vật
lên mặt tiếp xúc và tính chất mặt
tiếp xúc.
- Lực ma sát xuất hiện khi có sự
cọ xát giữa hai mặt tiếp xúc.
- Phụ thuộc vào áp lực của vật
lên mặt tiếp xúc và tính chất mặt
tiếp xúc.
- Có xu hướng cản trở chuyển động.
- Bào mòn bề mặt tiếp xúc.
- Đóng vai trò lực phát động trong một số trường hợp.
- Có xu hướng cản trở chuyển động.
- Bào mòn bề mặt tiếp xúc.
- Đóng vai trò lực phát động trong một số trường hợp.
Lực ma sát trượt
Lực ma sát lăn Lực ma sát nghỉ
- Giáo dục tiết kiệm năng lượng
- Giáo dục kỹ thuật tổng hợp
- Giáo dục hướng nghiệp
- Giáo dục an toàn giao thông -Giáo dục môi trường
-Đóng vai trò lực phát
động.
-Giúp cầm nắm các v t ật
-Đóng vai trò lực phát
động.
-Giúp cầm nắm các v t ật
- Xuất hiện khi vật có
xu hướng chuyển động
nhưng chưa chuyển
động, có độ lớn tăng
từ 0 đến F
M =µ
n N
- Xuất hiện khi vật có
xu hướng chuyển động
nhưng chưa chuyển
động, có độ lớn tăng
từ 0 đến F M =µ n N
- Xuất hiện khi vật này trượt trên bề mặt vật khác.
- Có độ lớn không đổi Fmst=µ t .N
- Xuất hiện khi vật này trượt trên bề mặt vật khác.
- Có độ lớn không đổi Fmst=µ t .N
- Xuất hiện khi vật này trượt trên bề mặt vật khác.
µ l < µ t < µ n <1
- Xuất hiện khi vật này trượt trên bề mặt vật khác.
µ l < µ t < µ n <1
Chuyển từ ổ trượt sang ổ lăn.
Chuyển từ ổ trượt sang ổ lăn.
-Giúp vật giảm tốc độ để dừng lại.
-Giúp vật giảm tốc độ để dừng lại.
- Lực phát động
- Băng chuyền
- Kéo co
- Cua xe an toàn
- Lực phát động
- Băng chuyền
- Kéo co
- Cua xe an toàn
- Chuyển động của ổ bi
- Các khía của lốp xe
- Chuyển động của ổ bi
- Các khía của lốp xe
-Má phanh xe, -Máy mài nhẵn, đánh bóng
- Bơm lốp xe đúng cách -Tàu đệm từ
-Má phanh xe, -Máy mài nhẵn, đánh bóng
- Bơm lốp xe đúng cách -Tàu đệm từ
GD kỹ năng thực hành, kỹ năng giao tiếp.
GD kỹ năng thực hành, kỹ năng giao tiếp.
Trang 7II MỤC TIÊU
1 Kiến thức
- Hệ thống lại các kiến thức của lực ma sát (trượt, nghỉ, lăn)
- Nêu được một số cách làm giảm hoặc tăng ma sát từ đó tích hợp giáo dục tiết kiệm năng lượng cho HS
2 Kỹ năng
- Vận dụng được công thức của lực ma sát trượt để giải các bài tập tương tự như
ở bài học, trên cơ sở đó tích hợp giáo dục ý thức và cách thức thực hiện an toàn giao thông
- Giải thích được vai trò của lực ma sát nghỉ đối với việc đi lại của người, động vật và xe cộ
-Tích hợp giáo dục kĩ thuật tổng hợp thông qua hoạt động của một số loại máy móc như: máy mài, máy đánh bóng
- Vận dụng sự phụ thuộc của lực ma sát vào áp lực của vật lên mặt tiếp xúc và tính chất bề mặt tiếp xúc để để tăng lực ma sát nghỉ trong thực tế khi cần thiết, tích hợp giáo dục an toàn giao thông
3 Thái độ:
- Có ý thức tham gia giao thông an toàn, ý thức sử dụng năng lượng tiết kiệm
- Hình thành thế giới quan khoa học cho học sinh: nhận thức được 2 mặt của 1 vấn đề "Lực ma sát vừa có ích vừa có hại"
4 Chuẩn bị
a Giáo viên
- Chuẩn bị các hình ảnh, các đoạn video về ứng dụng của lực ma sát trong công nghiệp và trong đời sống
- Chuẩn bị các nội dung tích hợp giáo dục:
TƯ LIỆU TÍCH HỢP
1.Ma sát trượt: que diêm cháy được nhờ lực ma sát trượt, khi bóp phanh, lực
ma sát trượt giữa má phanh và vành xe là lực hãm giúp xe giảm tốc độ
-Xét trường hợp một trục máy đang quay trong một ổ đỡ trục trượt Ma sát sinh ra ở ổ trục là ma sát trượt Muốn duy trì chuyển động quay đó thì ma sát trượt là có hại, phải làm giảm nó bằng cách bôi trơn
- Ta xét một trường hợp khác, xe đạp đang chạy mà muốn dừng lại, ta phải
Trang 8bóp phanh Lực ma sát trượt xuất hiện ở chỗ bánh xe tiếp xúc với mặt đường
đã hãm chuyển động của xe Ở đây ma sát trượt là có ích Ma sát trượt lại có ích trong các máy mài, trong gia công làm bóng, nhẵn các bề mặt kim loại
2.Ma sát lăn
Ma sát lăn nói chung là có hại và phải tìm cách giảm tới mức tối đa, chẳng hạn như phải cải tiến, thay ổ đỡ trục trượt bằng ổ đỡ trục có bi để giảm hao phí năng lượng
3.Ma sát nghỉ
Không có ma sát nghỉ thì ta không thể cầm được đồ vật bằng tay Nhờ
có ma sát nghỉ mà dây cuaroa truyền được chuyển động làm quay được các bánh xe trong máy móc Cũng nhờ nó mà người ta chuyển được các vật từ nơi này đến nơi khác bằng băng truyền
Có điều ta không ngờ tới là trong nhiều trường hợp lực ma sát nghỉ lại đóng vai trò lực phát động làm cho các vật chuyển động
8
Trang 94 Các nội dung khác:
Nếu như không có ma sát?
Nhờ có ma sát mà ta có thể ngồi, đi lại và làm việc được dễ dàng; nhờ nó
mà sách vở bút mực nằm yên trên mặt bàn, mà cái bàn không bị trượt trên sàn nhà, mặc dù người ta không đặt nó vào sát tường, và quản bút không tuột ra khỏi các ngón tay
Nhờ ma sát mà các vật thêm vững vàng Người thợ mộc ghép sàn nhà cho phẳng để khi người ta đặt bàn ghế ở đâu là chúng đứng yên ở đấy Cốc, đĩa, thìa đặt trên bàn ăn đều được nằm yên mà ta không cần phải quan tâm đặc biệt đến chúng, nếu như không gặp trường hợp có sự chòng chành bất thường như trên tàu thuỷ
Tuy nhiên, trong kỹ thuật người ta có thể lợi dụng sự ma sát rất bé để phục vụ những việc có ích Chẳng hạn những chiếc xe trượt trên mặt băng, hay những con đường băng dùng để vận chuyển gỗ từ chỗ khai thác đến chỗ đặt đường sắt, hoặc đến những bến sông để thả bè Trên những đường “ray” băng trơn nhẵn, hai con ngựa đã kéo nổi 70 tấn gỗ
Ma sát của lốp xe hơi
Các lốp xe ảnh hưởng đến sự an toàn của bạn đến mức nào khi bạn lái xe trên
xa lộ? Yếu tố nào ngăn cho xe khỏi bị trượt và cho phép bạn kiểm soát xe khi bạn cua xe hay dừng lại? Ma sát làm được gì ở đây?
Bề mặt lốp xe đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo ma sát hay chống trượt Trong điều kiện khô ráo, một lốp xe nhẵn sẽ tạo lực đẩy lớn hơn Vì vậy, lốp
xe dùng cho xe đua trên các đường đua có bề mặt nhẵn không có khía
Rủi thay, một lốp xe nhẵn tạo ra rất ít ma sát khi đường ướt bởi vì sự ma sát bị giảm đáng kể do có lớp nước rất mỏng bôi trơn giữa mặt đường và lốp xe Lốp xe có bề mặt nhiều khía sẽ tạo nên các rãnh cho nước bị ép thoát ra được
và cho phép lốp xe tiếp xúc trực tiếp với mặt đường
Khi xe thắng gấp trên đường khô, lực ma sát tạo ra có thể lớn hơn sức bền
Trang 10của bề mặt lốp xe Kết quả là thay vì chỉ bị trượt trên đường, cao su có thể bị
xé rách Rõ ràng độ bền chống lại xé rách sẽ phụ thuộc vào lớp lốp cũng như hình dạng các khía
Hơn nữa, kích thước của diện tích tiếp xúc là rất quan trọng bởi vì lực đẩy là động hơn là tĩnh tức là nó thay đổi khi bánh xe lăn Diện tích tiếp xúc càng lớn, lực đẩy càng lớn Do đó, với cùng tải và trên cùng bề mặt khô, lốp
xe rộng hơn sẽ có lực đẩy tốt hơn, làm xe có khả năng dừng tốt hơn
Khi bạn đi mua lốp xe, hãy suy nghĩ về điều kiện thời tiết và chất lượng mặt đường, cũng như vận tốc bạn lái xe Nếu bạn lái xe trên đường tốt, bạn chỉ cần lốp xe có khía vừa phải Nếu bạn lái xe trên đường bùn hay tuyết, bạn cần lốp
xe thiết kế cho các điều kiện này
Xe đua chạy trên đường siêu tốc được trang bị lốp rộng, nhẵn gọi là “lốp tăng tốc” Lốp xe đua trên đường khô có bề mặt tiếp xúc nhẵn Lốp có khía được dùng phổ biến để tạo rãnh cho nước thoát ra khi chạy trên đường ướt Bởi vì nếu không có khía, lốp xe đua không thể chạy trên đường ướt
Bơm lốp xe đúng cách
Khi tham gia giao thông, việc bơm lốp xe đúng cách cũng rất quan trọng Một
số người có quan niệm sai lầm rằng bơm lốp xe càng căng sẽ càng tốt cho xe hơn Tuy nhiên khi làm như vậy lực ma sát của mặt đường và lốp sẽ giảm xuống, những trường hợp cần phải thắng gấp sẽ rất dễ làm xe bạn trượt đi Vậy cái hại ở đây nhiều hơn cái lợi đạt được
Lốp để non hơi
Chạy xe với chiếc lốp non hơi chẳng khác nào để lốp xe dưới một lò lửa Gần như toàn bộ áp lực chuyển động và sức nặng của xe dồn vào chiếc lốp thiếu độ căng cần thiết Ma sát sinh ra đốt cháy cao su và sợi tổng hợp khiến lốp bị biến dạng Lái xe cần chú ý đến thông số về áp suất hơi phù hợp in trên thành lốp Lượng khí tiêu chuẩn có tác dụng giữ cho ta-lông và thành lốp không lệch hay méo mó Việc chuẩn bị một chiếc bơm chân trong hộp đồ và thường xuyên kiểm tra độ căng của lốp là rất cần thiết
Trường hợp lốp quá non sẽ làm tăng độ ma sát, dẫn đến động cơ phải hoạt động nhiều hơn, giảm tính tiết kiệm nhiên liệu và gây hiện tượng biến dạng bề mặt lốp như méo, phình hoặc mòn không đều Nó cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ của lốp xe một cách đáng kể
10