VẬT LÝ 10. MÁY BẮN ĐÁ

CHỦ ĐỀ 2: THẾT BỊ MÔ PHỎNG MÁY BẮN ĐÁ Các tác giả: TS Phạm Văn Hoằng, Trường THPT Kim Liên, Hà Nội Nguyễn Thị Diệu Linh, Trường THCS&THPT Nguyễn Siêu, Hà Nội I PHẦN 1: MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU Mục đích: - Trang bị kiến thức hàm bậc hai, kỹ vẽ đồ thị hàm bậc hai - Phối hợp vận dụng kiến thức mơn học khác tốn để thực nhiệm vụ thiết kế thiết bị mô máy bắn đá - HS thấy ý nghĩa gắn kết kiến thức môn học nhà trường giải vấn đề thực tiễn Yêu cầu: - Đảm bảo tính trải nghiệm người học giai đoạn: + tìm hiểu kiến thức cần thiết để thiết kế + xây dựng kế hoạch để thực nhiệm vụ + thực kế hoạch để tạo sản phẩm theo yêu cầu - Đảm bảo tính tự học, hợp tác trình giải vấn đề người học Giới thiệu chủ đề Lứa tuổi học sinh Lớp 10 Mức độ tiếp thu Khá Vấn đề cần tập trung Nguyên lí hoạt động máy bắn đá liên quan đến nhiều kiến thức vật lí tốn học như: chuyển động ném xiên, lực đàn hồi, bảo tồn chuyển hóa lượng, quỹ đạo chuyển động vật Bối cảnh thực tế Tuy nhiên, dạy học, HS khơng có hội tiếp xúc trực tiếp với máy bắn đá chúng phức tạp, kích thước khổng lồ Do đó, phương án chúng tơi lựa chọn là: tìm hiểu máy bắn đá thơng qua phim ảnh nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình máy bắn đá mini Tổ chức học Tên chủ đề Thiết bị mô máy bắn đá Tổ chức nhóm học sinh/nhóm Vật liệu cần thiết cho nhóm Hai mươi dây chun Một nắp chai Mười que dài 40-45cm ( đũa tre) Một viên bi, Lưu ý an tồn Khơng gian, sở vật chất cần thiết Sân trường phòng đa tập thể dục Kế hoạch học Mục tiêu học - Vận dụng kiến thức xác định quỹ đạo chuyển động vật bị ném động lực học chất điểm - Xác định vấn đề, thiết kế tìm giải pháp - Đánh giá hiệu giải pháp thiết kế - Nhận diện hạn chế thiết kế - Kĩ hợp tác nhóm - Kĩ thuyết trình giao tiếp hiệu Các nội dung kiến thức liên quan Toán học: Quỹ đạo chuyển động vật: đường parabol, liên quan đến đồ thị hàm số bậc hai Khoa học: Động lực học chất điểm + Lực: Tổng hợp phân tích lực: Phân tích lực đàn hồi địn bẩy + Định luật III Newton: ta tác dụng vào địn bẩy lực địn bẩy tác dụng trở lại lực để đẩy bóng + Chuyển động vật bị ném: Quỹ đạo vật bị ném xiên, tầm bay cao tầm bay xa Kĩ thuật: Quy trình thiết kế kĩ thuật - Bản vẽ kĩ thuật Học sinh tiếp cận Học sinh vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật gồm bước (3 giải vấn đề hoạt động) để giải vấn đề đặt ra: nào? Tìm hiểu thực tiễn, xác định vấn đề Nghiên cứu kiến thức Động não – tìm giải pháp Lựa chọn giải pháp khả thi Thiết kế - chế tạo mẫu thử nghiệm Thử nghiệm mẫu thiết kế Báo cáo thảo luận kết Đánh giá thiết kế lại II PHẦN 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Xác định mục đích vấn đề nhu cầu thực tiễn a Mục đích hoạt động + GV phải chuyển giao nhiệm vụ cho HS, giúp HS phát vấn đề + HS đọc/ nghe/ xem nội dung tình để xác định vấn đề cần giải Cụ thể HS xem video clip máy bắn đá thời xưa, thảo luận xem nguyên lí hoạt động máy bắn đá chế tạo máy bắn đá b Nội dung hoạt động  Máy bắn đá loại vũ khí hành trình cổ đại, có sức sát thương cao sử dụng chủ yếu để công thành chiến tranh cổ đại Từ đó, mơ mơ hình thiết kế mơ hình gần giống thiết bị máy bắn đá sử dụng bóng bi ve để bắn  Ngun lí giúp bật bóng Khi bóng bật làm cách để đo khoảng cách bay xa bóng Mỗi lần bắn bóng bóng bay xa mét, làm cách để điều chỉnh tầm bay xa bóng Khó khăn thiết bị gần cố định, cần lợi dụng sức bật đòn bẩy để bật bóng, ta khó điều chỉnh hướng, tầm bay cao, bay xa bóng  Học sinh tìm hiểu máy bắn đá thơng qua phim ảnh nghiên cứu thiết kế, chế tạo mơ hình máy bắn đá mini c Dự kiến sản phẩm Các báo cáo nghiên cứu tình HS: HS ghi câu trả lời vào HS thảo luận nhóm để thống trả lời d Cách thức tổ chức hoạt động +Đại diện nhóm báo cáo thảo luận + GV gợi ý hướng dẫn HS thảo luận để thống + Một số nội dung thảo luận đây: • Tại thiết bị lại bật bóng • Khi làm thiết bị cần đề nguyên vật liệu để bật bóng Hoạt động 2: Nghiên cứu lý thuyết a Mục đích hoạt động Nghiên cứu kiến thức liên quan để chế tạo thiết bị Giải thích với thiết bị lại bắn bóng b Nội dung hoạt động Học sinh phải nắm số kiến thức sau: Toán học: Quỹ đạo chuyển động vật: đường parabol, liên quan đến đồ thị hàm số bậc hai Khoa học: Động lực học chất điểm + Lực: Tổng hợp phân tích lực: Phân tích lực đàn hồi đòn bẩy + Định luật III Newton: ta tác dụng vào đòn bẩy lực địn bẩy tác dụng trở lại lực để đẩy bóng + Chuyển động vật bị ném: Quỹ đạo vật bị ném xiên, tầm bay cao tầm bay xa Kĩ thuật: Quy trình thiết kế kĩ thuật - Bản vẽ kĩ thuật * Tài liệu dành cho học sinh • Tài liệu (Phiếu tập): http://thuvienhoclieu.vn/uploads/tvhlapp/courses/attachments/7600/1532043406-phieu-bai-tap.docx • Tài liệu (Nghiên cứu lí thuyết): http://thuvienhoclieu.vn/uploads/tvhlapp/courses/attachments/7600/1532052339-nghien-cuu-li-thuyet.docx c Dự kiến sản phẩm + HS hoàn thành phiếu học tập nhóm + Phiếu học tập GV thiết kế số toán liên quan đến kiến thức học d Cách thức tổ chức hoạt động + GV cho nhóm báo cáo thảo luận dựa sở hoàn thành phiếu học tập nhóm + GV hướng dẫn cho HS vận dụng kiến thức học để giải thích kiến thức liên quan đến học Hoạt động 3: Đề xuất giải pháp a Mục đích hoạt động Học sinh thảo luận nhóm đề xuất ý tưởng thiết kế (có tính tốn, lí giải); chọn 01 thiết kế để thử nghiệm Ghi chép thông tin cần thiết vào phiếu hoạt động nhóm b Nội dung hoạt động Từ vấn đề thực tế HS nghĩ ra nguyên vật liệu phù hợp để tiến hành lắp ráp c Dự kiến sản phẩm Phiếu thảo luận nhóm HS lên ý tưởng mơ hình thiết kế đề xuất nguyên vật liệu cần thiết d Cách thức tổ chức hoạt động + GV chia nhóm HS yêu cầu HS tập hợp nguyên vật liệu cần thiết + HS tiến hành thử mẫu theo điều phối giáo viên Xây dựng lắp đặt mẫu thử Lưu lại trình làm việc ghi chép, hình ảnh video Sau GV lựa chọn mơ hình thích hợp, tối ưu Hoạt động 4: Chọn giải pháp tốt a Mục đích hoạt động Tập hợp nguyên vật liệu cần thiết Xây dựng lắp đặt mẫu thử Lưu lại trình làm việc ghi chép, hình ảnh video Trong mơ hình trên, mơ hình thứ hai đơn giản tốn vật liệu khơng điều chỉnh điều kiện, bóng bay với khoảng cố định Mơ hình thứ điều chỉnh b Nội dung hoạt động Từ mơ hình lắp ráp, chọn mơ hình mà tối ưu nhất, tiết kiệm nguyên vật liệu chi phí lắp đặt c Dự kiến sản phẩm Bản vẽ thiết kế mơ hình nhóm sau lựa chọn mẫu thử nghiệm tối ưu d Cách thức tổ chức hoạt động GV chia HS thành nhóm để vẽ mơ hình, tính tốn ngun vật liệu Hoạt động 5: Chế tạo mơ hình mẫu thử nghiệm a Mục đích hoạt động HS phải nắm trước kiến thức nền, chuyển động ném ngang ném xiên b Nội dung hoạt động Nguyên liệu cần chuẩn bị: [Minh họa] Hai mươi dây chun Một nắp chai Mười que dài 40-45cm (hoặc đũa tre) Một viên bi Các bước tiến hành: Bước 1: Dùng dây chun buộc hai đầu bốn que gỗ lại với tạo thành hình vng Bước 2: Ở hai góc đỉnh que gỗ hình vng, buộc dựng đứng que gỗ khác lên đầu phía cịn lại buộc que chắn ngang song song với cạnh phía Bước 3: Lấy hai que gỗ khác buộc chéo nối với t đỉnh dựng tạo khung ban đầu cho máy bắn đá Bước 4: Đặt gỗ song song với cạnh thân máy dùng dây chun buộc cố định lại Bước 5: Buộc đầu que gỗ vào phía cạnh sau máy Sau bạn buộc dây chun vào hai đầu que ngang để làm phận đẩy lực bắn Bước 6: Dùng dùi đục lỗ thân nắp chai đưa vào đầu tay bắn làm phần đựng đạn * Tài liệu dành cho học sinh • Tài liệu 3: http://thuvienhoclieu.vn/uploads/tvhlapp/courses/attachments/7600/1532052204-thiet-ke.docx • Tài liệu (Thiết bị mơ trị chơi ném bóng) http://thuvienhoclieu.vn/uploads/tvhl-app/courses/attachments/7600/1532071413thietbimophongtrochoinembong-1.docx c Dự kiến sản phẩm Bản vẽ thiết kế chi tiêu lắp đặt nguyên vật liệu d Cách thức tổ chức hoạt động Cho nhóm báo thảo luận Giao việc cho nhóm trước, nhóm nhà lắp đặt mơ hình trước mang sản phẩm đến lớp báo cáo Hoạt động 6: Thử nghiệm đánh giá a Mục đích hoạt động Học sinh lựa chọn sản phẩm tối ưu GV đánh giá kĩ làm việc nhóm b Nội dung hoạt động Học sinh lựa chọn dụng cụ thí nghiệm tiến hành thí nghiệm theo phương án thiết kế/chế tạo thiết bị theo mẫu thử nghiệm thiết kế; phân tích số liệu thí nghiệm/thử nghiệm; rút kết luận/phân tích kết thử nghiệm c Dự kiến sản phẩm + Phiếu đánh giá thái độ làm việc kĩ làm việc nhóm + Mơ hình tối ưu d Cách thức tổ chức hoạt động Các nhóm thử nghiệm mẫu thiết kế nhóm xem mơ hình nhóm hoạt động có tốt không Hoạt động 7: Chia sẻ thảo luận a Mục đích hoạt động Học sinh phải báo cáo mẫu thiết kế chia sẻ vướng mắc khó khăn gặp phải q trình thiết kế b Nội dung hoạt động Giáo viên tổ chức cho nhóm học sinh báo cáo kết thảo luận Các câu hỏi dự kiến hỏi học sinh: Làm để điều chỉnh mức bắn xa mơ hình? Làm để điều chỉnh hướng bắn máy bắn đá? Làm để điều chỉnh vận tốc ban đầu? Làm để tăng độ xác cho mơ hình? Làm để bóng vượt qua độ cao xác đinh? c Dự kiến sản phẩm Dựa mơ hình học sinh lắp ráp d Cách thức tổ chức hoạt động Các nhóm đứng trước lớp chia sẻ mơ hình nhóm Hoạt động 8: Điều chỉnh thiết kế a Mục đích hoạt động GV hỏi phân tích vấn đề kĩ thuật nhóm Các mơ hình hoạt động tốt chưa, chưa tốt phải điều chỉnh lại cho hồn thiện Nếu sản phẩm hoạt động tốt GV lưu ý với nhóm tính thẩm mỹ b Nội dung hoạt động Trên sở sản phẩm học tập học sinh, giáo viên nhận xét, đánh giá; học sinh ghi nhận kết tiếp tục chỉnh sửa, bổ sung, hoàn thiện sản phẩm c Dự kiến sản phẩm Mẫu mơ hình hồn thiện nhóm d Cách thức tổ chức hoạt động + Học sinh nhóm báo cáo + GV chấm điểm mẫu mơ hình hồn thiện nhóm + GV tổng kết buổi học sau chuỗi hoạt động PHẦN III CÁC TÀI LIỆU KÈM THEO Tài liệu (Hoạt động 2) Bài 1: Bật bóng từ điểm cách mặt đất 3m với vận tốc ném v = 20m / s 300 theo phương hợp với phương ngang góc Tính khoảng cách từ lúc bật bóng đến lúc bóng chạm đất vận tốc bóng chạm đất Lấy g = 10 m / s Bài 2: Bật bóng từ điểm cách mặt đất v = 20m / s 3m theo phương hợp với phương ngang góc độ cao cực đại bóng đạt Lấy g = 10 m / s với vận tốc ném 300 Tính tầm xa Bài 3: Bật bóng từ hố sâu có độ sâu cách vách đất khoảng x L h ( m) Hỏi phải đặt bóng so với phương ngang để tầm xa bóng mặt đất lớn Lấy tốc bóng rời khỏi máy g = 10 m / s Tính tầm xa biết vận v0 Tài liệu (Hoạt động 2) Một số kiến thức liên quan đến hàm số bậc + Kiến thức 1: xác định quỹ đạo chuyển động vật, đồ thị hàm số bậc hai (kiến thức nằm chương hai: Hàm số -Đại số 10) Hàm số bậc hai cho công thức: + TXĐ: y = ax + bx + c ( a ≠ ) D=¡ + Đồ thị hàm số bậc hai đường parabol Đồ thị hàm số có đỉnh điểm x= Trục đối xứng đường thẳng  −b −∆  I ; ÷  2a a  −b 2a + Kiến thức 2: Bài toán thống kê: Sau bóng ném số lần, nhóm ghi lại kết ước lượng tầm bay cao tầm bay xa bóng Thiết kế bảng số liệu: Lần thứ … n Tầm bay cao Tầm bay xa Từ bảng liệu trên, ta tìm số số đặc trưng mẫu số liệu: khoảng cách bay xa bay cao trung bình, phương sai, độ lệch chuẩn, kì vọng Từ đánh giá chất lượng hoạt động mơ hình Dựa bảng số liệu với tính tốn thực tế, để so sánh + Kiến thức 3: tốn kinh tế: bất phương trình bậc hai ẩn, liên quan đến tính tốn chi phí lắp đặt mơ hình cho có phương án tối ưu Có nhiều mơ hình lắp máy bắn đá mini, học sinh tự thảo luận với mơ hình tốn chi phí lắp đặt mà sử dụng nguyên lí hoạt động máy bắn đá thời xưa + Kiến thức 4: Giá trị lượng giác góc nhọn, cơng thức lượng giác + Kiến thức 5: động lực học chất điểm: định luật II Newton, chuyển động vật ném xiên, tầm bay cao bay xa vật, lực đàn hồi địn bẩy …… Một số tốn liên quan đến kiến thức học: Bài 1: Bật bóng từ điểm cách mặt đất 3m v = 20m / s với vận tốc ném 300 theo phương hợp với phương ngang góc Tính khoảng cách từ lúc bật bóng đến lúc bóng chạm đất vận tốc bóng chạm đất Lấy g = 10 m / s Bài 2: Bật bóng từ điểm cách mặt đất v = 20m / s 3m theo phương hợp với phương ngang góc độ cao cực đại bóng đạt Lấy L 300 Tính tầm xa g = 10 m / s Bài 3: Bật bóng từ hố sâu có độ sâu bóng cách vách đất khoảng với vận tốc ném h ( m) Hỏi phải đặt so với phương ngang để tầm xa x bóng mặt đất lớn Lấy biết vận tốc bóng rời khỏi máy - g = 10 m / s Tính tầm xa v0 Cách thức tổ chức hoạt động: GV cho nhóm báo cáo thảo luận dựa sở hồn thành phiếu học tập nhóm Hướng dẫn cho HS vận dụng kiến thức học để giải thích kiến thức liên quan đến học Tài liệu (Hoạt động 5) Nguyên liệu cần chuẩn bị: [Minh họa] Hai mươi dây chun Một nắp chai Mười que dài 40-45cm ( đũa tre) Một viên bi, Các bước tiến hành: Bước 1: Dùng dây chun buộc hai đầu bốn que gỗ lại với tạo thành hình vng Bước 2: Ở hai góc đỉnh que gỗ hình vng, buộc dựng đứng que gỗ khác lên đầu phía cịn lại buộc que chắn ngang song song với cạnh phía Bước 3: Lấy hai que gỗ khác buộc chéo nối với t đỉnh dựng tạo khung ban đầu cho máy bắn đá Bước 4: Đặt gỗ song song với cạnh thân máy dùng dây chun buộc cố định lại Bước 5: Buộc đầu que gỗ vào phía cạnh sau máy Sau bạn buộc dây chun vào hai đầu que ngang để làm phận đẩy lực bắn Bước 6: Dùng dùi đục lỗ thân nắp chai đưa vào đầu tay bắn làm phần đựng đạn 4 Tài liệu (Hoạt động 5) Những máy bắn đá hay gọi Sảo Pháo, vũ khí lạnh thời xưa Với kiểu dáng thiết kế đơn giản không nhiều lực sử dụng máy bắn đá ác mộng chiến tranh cổ đại Chúng bắn viên đá nặng hàng tạ đè bẹp mục tiêu Trong viết này, chuyên mục hướng dẫn bạn cách làm máy bắn đá đồ chơi từ que kem dây chun đơn giản Cách làm máy bắn đá từ que kem chun Nguyên liệu cần chuẩn bị: Hai mươi dây chun Một nắp chai Mười que dài 20-25cm ( đũa tre) Các bước tiến hành: Bước 1: Dùng dây chun buộc hai đầu bốn que gỗ lại với tạo thành hình vng Bước 2: Ở hai góc đỉnh que gỗ hình vng, buộc dựng đứng que gỗ khác lên đầu phía cịn lại buộc que chắn ngang song song với cạnh phía Bước 3: Lấy hai que gỗ khác buộc chéo nối với t đỉnh dựng tạo khung ban đầu cho máy bắn đá Bước 4: Đặt gỗ song song với cạnh thân máy dùng dây chun buộc cố định lại Bước 5: Buộc đầu que gỗ vào phía cạnh sau máy Sau bạn buộc dây chun vào hai đầu que ngang để làm phận đẩy lực bắn Bước 6: Dùng dùi đục lỗ thân nắp chai đưa vào đầu tay bắn làm phần đựng đạn Như chuyên mục hướng dẫn bạn cách làm máy bắn đá đồ chơi vật liệu đơn giản Từ mơ típ súng bạn sáng tạo đại bác với sức công phá vô mạnh mẽ phát bắn Khơng kiểu dáng lạ làm trở nên thu hút khiến bạn bỏ qua Và chuyên mục “cách làm đồ chơi” hướng dẫn bạn chi tiết cách làm đại bác thế! Nguyên liệu cần chuẩn bị: Giấy màu A4 Nắp chai Que gỗ nhỏ Keo dán Dây chun Các bước tiến hành: Bước 1: Từ đầu đầu giấy trắng cuộn lại thành ống giấy, sau đặt lên mép dọc giấy màu xanh thành ống Dùng băng dính dán xung quanh cố định lại.(1:45) Bước 2: Từ đầu giấy trắng khác cuộn lại thành ống giấy làm bẹp lại Sau cắt bớt hai đầu cho dài 15 cm.(2:09) Bước 3: Cắt đoạn ống xanh làm ba phần dài 15 cm, 10 cm cm.(2:30) Bước 4: Gắn đoạn ống xanh dài lên ống giấy trắng làm bẹp, phía ống giấy trắng gắn ống giấy xanh dài thứ hai gắn ngang ống giấy xanh lại.(2:57) Bước 5: Lấy ống giấy trắng khác bẻ gập hai đầu đoạn lại, đuôi chếch lên Phết keo lên đoạn phía gắn hai ống lại tách hai đầu theo hai hướng gắn ống nịng súng xanh phía sau trục ống bánh xe.(3:35) Bước 6: Cắt bớt đầu ống giấy trắng khác bẻ gập lại cho dây chun vào cố định lại cắt ngắn bỏ phần đầu ống lại để phận lên nòng súng.(4:00) Bước 7: Cắt vát đầu ống giấy trắng khác, sau đưa qua ống xe xanh phía đánh dấu vị trí cho chiều dài gần cắt Ta phần cị bắn.(4:25) Bước 8: Làm thủng lỗ nắp chai Đưa đầu que tre qua nắp cho qua ống trục bánh xe cho nắp chai lại vào cắt ngắn bớt que tre đi.(4:55) Bước 9: Phết keo lên phía đầu cuối ống xe.(5:15) Thế đại bác vô độc đáo hoàn thành sau thời gian ngắn Hi vọng đại bác đồ chơi giúp bạn có giây phút thư giãn thú vị Cuối cùng, mời bạn xem video “Hướng dẫn làm đại bác đồ chơi giấy” mà chuyên mục “cách làm đồ chơi” tổng hợp để rõ cách làm Chúc bạn thành công! ... đề cần giải Cụ thể HS xem video clip máy bắn đá thời xưa, thảo luận xem nguyên lí hoạt động máy bắn đá chế tạo máy bắn đá b Nội dung hoạt động  Máy bắn đá loại vũ khí hành trình cổ đại, có sức... không nhiều lực sử dụng máy bắn đá ác mộng chiến tranh cổ đại Chúng bắn viên đá nặng hàng tạ đè bẹp mục tiêu Trong viết này, chuyên mục hướng dẫn bạn cách làm máy bắn đá đồ chơi từ que kem dây... có phương án tối ưu Có nhiều mơ hình lắp máy bắn đá mini, học sinh tự thảo luận với mô hình tốn chi phí lắp đặt mà sử dụng nguyên lí hoạt động máy bắn đá thời xưa + Kiến thức 4: Giá trị lượng