Tổ chức dạy học chương các định luật bảo toàn vật lý 10 phát triển năng lực học sinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ LÊ THỊ NGỌC ANH TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” – VẬT LÍ 10 PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HỌC SINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ LÊ THỊ NGỌC ANH TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” – VẬT LÍ 10 PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HỌC SINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý Khóa học: 2016 – 2020 Người hướng dẫn: TS Phùng Việt Hải Đà Nẵng, 2020 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA DẠY HỌC VẬT LÍ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC 1.1 Khái niệm lực học sinh chương trình giáo dục phổ thơng 2018 1.1.1 Khái niệm lực 1.1.2 Phân loại lực 1.1.3 Phẩm chất 11 1.2 So sánh dạy học tiếp cận nội dung dạy học phát triển lực 14 1.3 Một số phương pháp kĩ thuật dạy học dạy học phát triển lực 15 1.3.1 Đổi phương pháp dạy học nhằm trọng phát triển lực học sinh 15 1.3.2 Một số phương pháp dạy học phát triển lực học sinh 17 1.4 Quy trình thiết kế giáo án dạy học phát triển lực học sinh 17 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 CHƯƠNG THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” 25 2.1 Phân tích cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lý 10 THPT 25 2.1.1 Vị trí, đặc điểm chương “Các định luật bảo tồn” 25 2.1.2 Mục tiêu dạy học chương “Các định luật bảo toàn” 26 2.1.3 Phân tích cấu trúc kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” 28 2.1.4 Phân tích nội dung chương “Các định luật bảo tồn” 29 2.2 Thiết kế tiến trình dạy học chủ đề “Động lượng” thuộc chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 THPT 30 KẾT LUẬN CHƯƠNG 52 CHƯƠNG KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 53 3.1 Mục đích khảo sát 53 3.2 Phương pháp khảo sát 53 3.3 Phạm vi, đối tượng thời gian khảo sát 59 3.4 Kết khảo sát đánh giá 59 3.4.1 Kết khảo sát 59 3.4.2 Phân tích kết khảo sát 60 3.4.3 Một số ý kiến chuyên gia 62 KẾT LUẬN CHƯƠNG 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 PHỤ LỤC 68 PHỤ LỤC 84 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Xây dựng chương trình giáo dục theo định hướng phát triển lực học sinh nhiều nước giới nói chung Việt Nam quan tâm nghiên cứu Hiện với phát triển khoa học – kĩ thuật đại chương trình giáo dục theo định hướng nội dung khơng cịn phù hợp Chương trình giáo dục theo định hướng nội dung trọng đến trang bị cho người học hệ thống tri thức khoa học khách quan nhiều lĩnh vực Tuy nhiên chưa trọng đầy đủ đến việc áp dụng tri thức học vào tình thực tiễn Hiện chương trình giáo dục phổ thơng thực với mục tiêu hình thành phát triển phẩm chất tốt đẹp lực cần thiết để học sinh trở thành người lao động thích nghi với hồn cảnh sống, học tập làm việc ln biến đổi Để đạt mục tiêu trên, giáo dục nói chung dạy học nói riêng cần xác định cụ thể lực cần rèn luyện cho học sinh Trên giới có nhiều nước tiếp tục nghiên cứu theo định hướng như: Úc, Canada, NewZealand, Pháp… Một số nước khác, đưa chuẩn cụ thể cho chương trình giáo dục theo hướng như: Indonesia, Hàn Quốc, Phần Lan Việt Nam năm gần quan tâm tới vấn đề thể qua nhiều văn như: Luật giáo dục số 38/2005/QH11, báo cáo chương trình đại hội Đảng lần thứ XI, chiến lược phát triển giáo dục 2011 – 2020… Tháng 7/2015 Bộ giáo dục Đào tạo đưa “Dự thảo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể” vào năm 2014 Bộ giáo dục Đào tạo đưa “Tài liệu tập huấn hướng dẫn dạy học kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển lực học sinh THPT Trong chương tình giáo dục phổ thơng HS phải học nhiều mơn học Mỗi mơn học có đặc điểm riêng mơn học Vì mơn học giúp học sinh hình thành phát triển lực đặc thù riêng Nhưng tất lực đặc thù góp phần hình thành phát triển lực chung HS Năng lực HS hình thành đựơc giúp HS sống tốt xã hội, nhằm hướng đến sản phẩm giáo dục định hướng theo bốn trụ cột giáo dục Unesco, là: Học để biết; Học để làm; Học để khẳng định mình; Học để chung sống Đây hướng phù hợp với mong muốn xã hội dành cho giáo dục, đào tạo người tương lai hồn thiện Vì nghiên cứu em chọn nghiên cứu đề tài Tổ chức dạy học chương “Các định luật bảo tồn” – vật lí 10 phát triển lực học sinh lí sau: + Thứ nhất, giáo dục theo định hướng phát triển lực vấn đề thực tiễn + Thứ hai, năm gần nhà nước trọng đến việc giáo dục HS theo định hướng phát triển lực + Thứ ba, chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lý 10 THPT chương có nhiều vấn đề liên quan đến thực tế, nhiều ứng dụng thực tiễn, việc tổ chức hoạt động học tập theo tiến trình SGK hay tiến trình dạy học theo PPDH truyền thống làm bật mảng ứng dụng Đề tài giúp tiếp cận với hướng giáo dục định hướng phát triển lực Mục tiêu nghiên cứu - Hệ thống hóa sở lí luận dạy học Phát triển lực vật lí học sinh - Thiết kế tiến trình dạy học số thuộc chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 phát triển lực học sinh - Tổ chức dạy học để phát triển lực vật lí học sinh chủ đề “Động lượng” Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Hiệu hoạt động dạy học số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lý 10 THPT - Phạm vi nghiên cứu: + Vận dụng dạy học chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lý 10 THPT thành phố Đà Nẵng Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng lí luận dạy học phát triển lực chương trình giáo dục phổ thơng 2018 để thiết kế tổ chức dạy học mơn Vật lí hành sẽ phát triển lực vật lí học sinh Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận dạy học phát triển lực - Nghiên cứu cấu trúc, nội dung chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lý 10 THPT - Vận dụng “Dạy học phát triển lực” vào thiết kế tiến trình dạy học cho số kiến thức thuộc chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lý 10 THPT - Tiến hành TNSP để kiểm chứng giả thuyết khoa học đề tài tính khả thi việc vận dụng “Dạy học phát triển lực” dạy học vật lí trường THPT Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết + Nghiên cứu văn kiện Đảng, Nhà nước thị Bộ Giáo dục Đào tạo vấn đề đổi PPDH nâng cao chất lượng giáo dục + Nghiên cứu tài liệu giáo dục học, tâm lý học, lý luận dạy học PPDH vật lý cần cho việc xây dựng tiến trình DH nâng cao hiệu hoạt động học tập HS + Nghiên cứu chương trình, nội dung SGK, sách giáo viên tài liệu tham khảo liên quan đến nội dung chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lý 10 THPT - Phương pháp chuyên gia: Các tiến trình dạy học xây dựng đánh giá qua chuyên gia, gáo viên phổ thơng có hiểu biết, kinh nghiệm chương trình giáo dục phổ thơng 2018 - Phương pháp thống kê toán học + Tiến hành thống kê kết khảo sát chun gia, tính tốn số liệu cần thiết để đánh giá kết tính khả thi đề tài + Sử dụng thống kê toán học để kiểm định giả thuyết khoa học CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA DẠY HỌC VẬT LÍ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC 1.1 Khái niệm lực học sinh chương trình giáo dục phổ thơng 2018 1.1.1 Khái niệm lực Đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu, đưa khái niệm lực, chẳng hạn như: - Năng lực huy động tổng hợp kiến thức, kĩ thuộc tính cá nhân hứng thú, niềm tin, ý chí… để thực loại cơng việc bối cảnh định - Năng lực đặc điểm cá nhân thể mức độ thông thạo – tức thực cách thành thục chắn – hay số dạng hoạt động - Là lại thuộc tính với mở rộng nghĩa từ – bao hàm khơng đặc tính bẩm sinh mà đặc tính hình thành phát triển nhờ q trình học tập, rèn luyện người - Năng lực (Competence) HS khả vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ vào giải tình học tập thực tiễn, thu sản phẩm cụ thể, quan sát, đánh giá - Năng lực kết hợp phức tạp kiến thức, kĩ năng, giá trị thái độ cho phép người thể hành động hiệu họ sống - Khái niệm lực theo “Chương trình giáo dục phổ thơng Chương trình tổng thể 2018” sau: [2] “Là thuộc tính cá nhân hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có q trình học tập, rèn luyện, cho phép người huy động tổng hợp kiến thức, kĩ thuộc tính cá nhân khác hứng thú, niềm tin, ý chí, thực thành công loại hoạt động định, đạt kết mong muốn điều kiện cụ thể” 1.1.2 Phân loại lực Phân loại lực vấn đề phức tạp Kết phân loại phụ thuộc vào quan điểm tiêu chí phân loại Nhìn vào chương trình thiết kế theo hướng tiếp cận lực nước thấy loại chính: lực chung lực đặc thù 1.1.2.1 Năng lực chung Năng lực chung lực bản, thiết yếu để người sống làm việc bình thường xã hội Năng lực hình thành phát triển từ nhiều phía giáo dục hình thành từ nhiều mơn học Khái nhiệm “năng lực chung” hội đồng châu Âu gọi lực chính, nhiều nước khối EU sử dụng với thuật ngữ khác như: Năng lực tảng, lực chủ yếu, kĩ chính, kĩ cốt lõi, lực sở, khả – phẩm chất Theo “Chương trình giáo dục phổ thơng Chương trình tổng thể 2018” – Bộ Giáo dục Đào tạo đưa yêu cầu cần đạt lực chung cấp THPT sau: [2] Bảng 1 Các yêu cầu cần đạt lực chung cấp THPT Năng lực Biểu Năng lực tự chủ tự học Tự lực Ln chủ động, tích cực thực công việc thân học tập sống; biết giúp đỡ người sống ỷ lại vươn lên để có lối sống tự lực Tự khẳng định bảo vệ Biết khẳng định bảo vệ quyền, nhu cầu cá nhân phù quyền, nhu cầu đáng hợp với đạo đức pháp luật Tự điều chỉnh tình cảm, thái Đánh giá ưu điểm hạn chế tình cảm, độ, hành vi cảm xúc thân; tự tin, lạc quan Biết tự điều chỉnh tình cảm, thái độ, hành vi thân; ln bình tĩnh có cách cư xử Sẵn sàng đón nhận tâm vượt qua thử thách học tập đời sống Biết tránh tệ nạn xã hội Thích ứng với sống Điều chỉnh hiểu biết, kĩ năng, kinh nghiệm cá nhân cần cho hoạt động mới, môi trường sống Thay đổi cách tư duy, cách biểu thái độ, cảm xúc thân để đáp ứng với yêu cầu mới, hoàn cảnh Định hướng nghề nghiệp Nhận thức cá tính giá trị sống thân Nắm thơng tin thị trường lao động, yêu cầu triển vọng ngành nghề Xác định hướng phát triển phù hợp sau trung học phổ thông; lập kế hoạch, lựa chọn học môn học phù hợp với định hướng nghề nghiệp thân Tự học, tự hoàn thiện Xác định nhiệm vụ học tập dựa kết đạt được; biết đặt mục tiêu học tập chi tiết, cụ thể, khắc phục hạn chế Đánh giá điều chỉnh kế hoạch học tập; hình thành cách học riêng thân; tìm kiếm, đánh giá lựa chọn nguồn tài liệu phù hợp với mục đích, nhiệm vụ học tập khác nhau; ghi chép thơng tin hình thức phù hợp, thuận lợi cho việc ghi nhớ, sử dụng, bổ sung cần thiết Tự nhận điều chỉnh sai sót, hạn chế thân trình học tập; suy ngẫm cách học mình, rút kinh nghiệm để vận dụng vào tình khác; biết tự điều chỉnh cách học Biết thường xuyên tu dưỡng theo mục tiêu phấn đấu cá nhân giá trị công dân Năng lực giao tiếp hợp tác Xác định mục đích, nội Xác định mục đích giao tiếp phù hợp với đối dung, phương tiện thái độ tượng ngữ cảnh giao tiếp; dự kiến thuận lợi, giao tiếp khó khăn để đạt mục đích giao tiếp Biết lựa chọn nội dung, kiểu loại văn bản, ngôn ngữ phương tiện giao tiếp khác phù hợp với ngữ cảnh đối tượng giao tiếp Tiếp nhận văn vấn đề khoa học, nghệ thuật phù hợp với khả định hướng nghề lắc giảm Vậy có trường hợp vật chuyển động mà động vật giảm không? - Vậy trình chuyển động vật động tăng giảm ngược lại hay có chuyển hóa qua lại - Lắng nghe chúng? Hơm ta tìm hiểu chuyển hóa động * Dự kiến sản phẩm - [VL.2.1] HS phát vấn đề học (Trong trình chuyển động vật động tăng giảm ngược lại hay có chuyển hóa qua lại chúng?) b Hình thành kiến thức Hoạt động Tìm hiểu khái niệm động * Mục tiêu - [VL.1.1] Trình bày định nghĩa định luật bảo toàn vật chuyển động trọng trường * Tư liệu, thiết bị hỗ trợ - Phiếu học tập số - SGK * Cách thức tổ chức + GV: Dựa vào kiến thức học lớp 8, cho biết xác định nào? + HS: Cơ tổng động vật + GV: Để tìm hiểu mối quan hệ động ta tiến hành thực phiếu học tập số + HS đươc chia thành nhóm, tìm hiểu kiến thức SGK thực nhiệm vụ phiếu học tập số PHIẾU HỌC TẬP SỐ Cơ bảo toàn vật chuyển động trọng trường Câu hỏi Từ kiến thức học lớp trước, trình bày định nghĩa biểu thức tính 119 Câu hỏi Xét vật chuyển động trọng trường từ M đến N Xác định vật vị trí M vị trí N So sánh M N Gợi ý: Sử dụng định lí động để xác định cơng vật chuyển động từ M đến N Ngoài vật chịu tác dụng trọng lực nên công xác định độ biến thiên vật Câu hỏi Từ phát biểu định luật bảo tồn Viết biểu thức Câu hỏi Từ định luật bảo toàn vật chuyển động trọng trường, ví dụ chuyển động lắc đơn đầu bài, trình bày hệ trình chuyển động vật trọng trường 120 Câu hỏi Con lắc đơn tạo vật nhỏ gắn vào sợi dây mảnh không co dãn, đầu dây gắn cố định C Đưa vật lên vị trí A thả nhẹ, vật xuống đến O (vị trí thấp lên đến B, sau quay lại trình tiếp diễn Nếu khơng có tác dụng lực cản, lực ma sát: a) Chứng minh rằng: A B đối xứng qua O? b) Vị trí vật có động cực đại? Cực tiểu? c) Trong trình động chuyển hóa thành ngược lại? d) So sánh động năng, năng, vật vị trí A, M, O B? - HS trình bày kết phiếu học tập - GV nhận xét, chốt kiến thức * Dự kiến sản phẩm - Kết phiếu học tập số HS PHIẾU HỌC TẬP SỐ Cơ bảo toàn vật chuyển động trọng trường Câu hỏi Khi vật chuyển động trọng trường tổng động vật gọi vật trọng trường (gọi tắt vật) 𝑊 = 𝑊đ + 𝑊𝑡 →𝑊= 𝑚𝑣 + 𝑚𝑔𝑧 Câu hỏi 𝐴𝑀𝑁 = 𝑊𝑡𝑀 − 𝑊𝑡𝑁 𝐴𝑀𝑁 = 𝑊đ𝑁 − 𝑊đ𝑀 𝑊𝑡𝑀 − 𝑊𝑡𝑁 = 𝑊đ𝑁 − 𝑊đ𝑀 → 𝑊𝑡𝑀 + 𝑊đ𝑀 = 𝑊đ𝑁 + 𝑊𝑡𝑁 Vì 121 𝑊 = 𝑊đ + 𝑊𝑡 Nên 𝑊𝑀 = 𝑊𝑁 Cơ vật vị trí M vật vị trí N Câu hỏi Khi vật chuyển động trọng trường chịu tác dụng trọng lực vật đại lượng bảo toàn 𝑊 = 𝑊đ + 𝑊𝑡 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 Hay 𝑚𝑣 + 𝑚𝑔𝑧 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 Câu hỏi Nếu động giảm tăng (động chuyển hóa thành năng) ngược lại Tại vị trí động cực đại cực tiểu ngược lại Câu hỏi a) Áp dụng định luật bảo toàn năng: 𝑊𝐴 = 𝑊𝐵 ⇔ 𝑚𝑔𝑧𝐴 + = 𝑚𝑔𝑧𝐵 + ⇔ 𝑧𝐴 = 𝑧𝐵 ⇒ A B đối xứng qua CO (tại A B vật dừng lại nên động 0) b) Chọn gốc O (là vị trí thấp nhất) ∗ Tại A B có độ cao lớn nhất, vật dừng lại nên: 𝑊đ(𝐴) = 𝑊đ(𝐵) = 𝑊𝑡(𝐴) = 𝑊𝑡(𝐵) = 𝑚𝑔𝑧𝑀𝑎𝑥 = 𝑊𝑡𝑚𝑎𝑥 Tại O: Vật có vận tốc lớn chuyển động qua O nên: 𝑊𝑡(𝑂) = 0, 𝑊đ(𝑂) = 𝑚𝑣𝑜𝑚𝑎𝑥 = 𝑊đ(𝑚𝑎𝑥) 𝑧𝐴 c) Quá trình cầu nhỏ lắc chuyển động từ biên A O giảm dần, chuyển hóa thành động Ngược lại lắc chuyển động từ O A động giảm dần, chuyển hóa dần thành d) Q trình cầu nhỏ lắc chuyển động từ biên A O giảm dần, chuyển hóa thành động 122 Hoạt động Tìm hiểu vật chịu tác dụng lực đàn hồi * Mục tiêu - [VL.1.1] Trình bày định nghĩa vật chịu tác dụng lực đàn hồi định luật bảo toàn vật chuyển động tác dụng lực đàn hồi lò xo * Tư liệu, thiết bị hỗ trợ - Phiếu học tập số * Nhiệm vụ/ cách thức tổ chức dạy học - GV: Cơ vật chịu tác dụng trọng lực đại lượng bảo tồn Cịn vật chịu tác dụng lực đàn hồi sao? Ta tiến hành thực phiếu học tập số - HS đươc chia thành nhóm, tìm hiểu kiến thức SGK thực nhiệm vụ phiếu học tập số PHIẾU HỌC TẬP SỐ Cơ vật chịu tác dụng lực đàn hồi Câu hỏi Xét hệ vật hình vẽ Biết O vị trí cân (vị trí lị xo khơng biến dạng); M N điểm có độ biến dạng Δl Xét trình chueyẻn động từ N đến M Xác định vật lại N mà M Và so sánh chúng Gợi ý: Sử dụng định lí động để xác định cơng lực đàn hồi Ngồi công lực đàn hồi xác định công thức 𝐴 = 𝐹 𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛼 Câu hỏi Từ đó, trình bày định nghĩa vật chịu tác dụng lực đàn hồi định luật bảo toàn vật chịu tác dụng lực đàn hồi 123 - HS cử đại diện nhóm trình bày kết phiếu học tập số - GV nhận xét, chốt kiến thức * Dự kiến sản phẩm - Kết phiếu học tập số HS PHIẾU HỌC TẬP SỐ Cơ vật chịu tác dụng lực đàn hồi Câu hỏi Tại M vật có vận tốc 𝑣𝑀 𝑊đ𝑀 = 𝑚𝑣𝑀 Lị xo có độ biến dạng 𝛥𝑙𝑀 nên 𝑊𝑡𝑀 = 𝑘(𝛥𝑙𝑀 )2 Lị xo có độ biến dạng 𝛥𝑙𝑁 nên 𝑊𝑡𝑁 = 𝑘(𝛥𝑙𝑁 )2 Tại N vật có vận tốc 𝑣𝑁 𝑊𝑡𝑁 = 𝑚𝑣𝑁2 Định lí động 𝐴𝐹đℎ = 𝑊đ𝑁 − 𝑊đ𝑀 = 1 𝑚𝑣𝑁2 − 𝑚𝑣𝑀 2 Ngoài 𝐴𝐹đℎ = 𝐹đℎ 𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛼 Vì lực đàn hồi đoạn OM phương ngược chiều với chiều dịch chuyển vật nên 𝛼 = 1800 Vật chuyển động từ O đến M nên 1 𝐴𝐹đℎ1 = − 𝑘 𝛥𝑙𝑀 𝛥𝑙𝑀 𝑐𝑜𝑠1800 = 𝑘𝛥𝑙𝑀 2 Vì lực đàn hồi đoạn NO phương chiều với chiều dịch chuyển vật nên 𝛼 = 00 Vật chuyển động từ N đến O nên 1 𝐴𝐹đℎ2 = − 𝑘 𝛥𝑙𝑁 𝛥𝑙𝑁 𝑐𝑜𝑠00 = − 𝑘𝛥𝑙𝑁2 2 124 Công lực đàn hồi vật chuyển động từ N đến M 1 𝑘𝛥𝑙𝑀 − 𝑘𝛥𝑙𝑁2 2 1 1 2 𝐴𝐹đℎ = 𝑚𝑣𝑁2 − 𝑚𝑣𝑀 = 𝑘𝛥𝑙𝑀 − 𝑘𝛥𝑙𝑁2 2 2 1 1 2 → 𝑚𝑣𝑁2 + 𝑘𝛥𝑙𝑁2 = 𝑘𝛥𝑙𝑀 + 𝑚𝑣𝑀 2 2 𝐴𝐹đℎ = 𝐴𝐹đℎ1 + 𝐴𝐹đℎ2 = → 𝑊đ𝑁 + 𝑊𝑡𝑁 = 𝑊𝑡𝑀 + 𝑊đ𝑀 → 𝑊𝑁 = 𝑊𝑀 Câu hỏi Khi vật chịu tác dụng lực đàn hồi gây biến dạng lò xo đàn hồi trình chuyển động vật, tính tổng động đàn hồi vật đại lượng bảo toàn 𝑊= 1 𝑚𝑣 + 𝑘(𝛥𝑙)2 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 2 Hoạt động Tìm hiểu trường hợp khơng bảo tồn (bảo tồn lượng) * Mục tiêu - [VL.1.1] Trình bày định luật bảo toàn lượng * Tư liệu, thiết bị hỗ trợ - Phiếu học tập số * Nhiệm vụ/ cách thức tổ chức dạy học - GV: Trong trường hợp vật chịu tác dụng trọng lực lực đàn hồi vật bảo tồn Còn trường hợp vật chịu thêm tác dụng lực khác (lực ma sát, lực cản…) vật có bảo tồn khơng? - HS dự đốn - GV: để kiểm chứng dự đốn ta tiến hành thực phiếu học tập số - HS đươc chia thành nhóm, tìm hiểu kiến thức SGK thực nhiệm vụ phiếu học tập số PHIẾU HỌC TẬP SỐ Định luật bảo toàn lượng Xét vật nhỏ trượt không vận tốc đầu từ đỉnh dốc cao h = 5m Khi xuống tới chân dốc B, vận tốc vật v = 6m/s 125 Câu hỏi Cơ vật có bảo tồn khơng? Vì sao? Câu hỏi Theo em, nguyên nhân dẫn đến vật khơng bảo tồn Câu hỏi Vậy đâu? Câu hỏi Từ phát biểu định luật bảo tồn chuyển hóa lượng (đã học từ THCS) - HS cử đại diện nhóm trình bày kết phiếu học tập số - GV nhận xét, chốt kiến thức * Dự kiến sản phẩm - Kết phiếu học tập số HS PHIẾU HỌC TẬP SỐ Định luật bảo toàn lượng Câu hỏi Chọn mốc chân dốc B ∗ Cơ vật đỉnh dốc A là: 126 𝑊𝐴 = 𝑚𝑔𝑧𝐴 + = 50𝑚 (𝑡ạ𝑖 𝐴: 𝑣 = ⇒ 𝑊đ = 0) ∗ Cơ chân dốc B : 𝑊𝐵 = + 𝑚𝑣 = 18𝑚 (𝑡ạ𝑖 𝐵: 𝑧𝐵 = → 𝑊𝑡 = 0) ∗ Như không bảo toàn (𝑊𝐴 ≠ 𝑊𝐵 ) Câu hỏi Do có ma sát mặt phẳng nghiêng với vật trượt Câu hỏi Cơ vật có lực ma sát nên chuyển thành cơng lực ma sát 𝐴𝐹𝑚𝑠 = 𝐹𝑚𝑠 𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛼 (1) Vì lực ma sát phương ngược chiều với chiều chuyển động vật nên 𝛼 = 1800 Theo định luật II Newtơn ሬ⃗ = 𝑚𝑎⃗ 𝐹⃗𝑚𝑠 + 𝑃ሬ⃗ + 𝑁 Chiếu lên phương chuyển động vật −𝐹𝑚𝑠 + 𝑃 𝑠𝑖𝑛𝛽 = 𝑚𝑎 → 𝐹𝑚𝑠 = 𝑚𝑔𝑠𝑖𝑛𝛽 − 𝑚𝑎 (2) Ta có vật chuyển động thẳng biến đổi nên 𝑣𝐵2 − 𝑣𝐴2 = 2𝑎𝑠 → 62 − 02 = 𝑎 𝑠 →𝑎= 18 𝑠 (3) Vật trượt từ A đến B nên 𝑠 = 𝐴𝐵 = ℎ 𝑠𝑖𝑛𝛽 (4) Thay (2), (3), (4) (1) 𝐴𝐹𝑚𝑠 = (𝑚𝑔 𝑠𝑖𝑛𝛽 − 𝑚 𝐴𝐹𝑚𝑠 = 𝑚 (𝑔 − 18𝑠𝑖𝑛𝛽 ℎ ) 𝑐𝑜𝑠1800 ℎ 𝑠𝑖𝑛𝛽 18 ) ℎ (−1) = −32𝑚 (𝐽) ℎ 𝛥𝑊 = 𝑊𝐵 − 𝑊𝐴 = 18𝑚 − 50𝑚 = −32𝑚 (𝐽) 𝐴𝐹𝑚𝑠 = 𝛥𝑊 127 Câu hỏi Định luật bảo toàn chuyển hóa lượng: Năng lượng khơng tự sinh không tự đi; lượng truyền từ vật sang vật khác chuyển hoá từ dạng sang dạng khác Hoạt động Củng cố kiến thức động * Mục tiêu - [VL.3.0] Vận dụng kiến thức học để giải tập * Tư liệu, thiết bị hỗ trợ - Phiếu tập vận dụng * Nhiệm vụ/ cách thức tổ chức dạy học - Yêu cầu HS làm tập cá nhân vào • Bài tập vận dụng Dạng 1: Định luật bảo tồn ➢ Trình bày định luật bảo Cơ vật chuyển động tác dụng trọng lực cbằng tổng động trọng trường vật Cơ vật chuyển động tác dụng lực đàn hồi tổng động đàn hồi vật Nếu khơng có tác dụng lực khác (như lực cản, lực ma sát…) trình chuyển động, vật đại lượng bảo toàn ➢ Vận dụng Bài Xét lắc đơn Thả cho lắc chuyển động tự từ vị trí mà dây hợp so với phương thẳng đứng góc 𝛼0 Tìm vận tốc lắc điểm thấp Chọn O làm mốc để tính độ cao vật 128 - Khi vật A có độ cao h với O là: 𝐻𝑂 = ℎ = 𝑙(1 − 𝑐𝑜𝑠𝛼) + Thế vật là: 𝑊𝑡1 = 𝑚𝑔𝑙(1 − 𝑐𝑜𝑠𝛼) + Động vật : 𝑊đ1 = - Khi vật tới O: + Thế vật: 𝑊𝑡2 = + Động vật: 𝑊đ1 = 𝑚𝑣 2 - Áp dụng định luật bảo toàn năng: 𝑊đ1 + 𝑊𝑡1 = 𝑊đ2 + 𝑊𝑡2 → + 𝑚𝑔𝑙(1 − 𝑐𝑜𝑠𝛼 ) = 𝑚𝑣 + → 𝑣 = √2𝑔𝑙(1 − 𝑐𝑜𝑠𝛼) Dạng 2: Định luật bảo tồn lượng ➢ Trình bày định luật bảo tồn lượng Năng lượng khơng tự sinh không tự đi; lượng truyền từ vật sang vật khác chuyển hoá từ dạng sang dạng khác Nếu trình chuyển động vật chịu thêm tác dụng lực cản, lực ma sát…thì công lực cản, lực ma sát,…sẽ độ biến thiên ➢ Vận dụng Bài Một vật có khối lượng m = kg trượt với vận tốc ban đầu m/s từ đỉnh mặt phẳng dài m nghiêng góc a = 300 so với phương nằm ngang Hệ số ma sát 𝜇 = 0,2 Tìm vận tốc v2 vật cuối dốc Chọn mốc B (vị trí chân mặt phẳng nghiêng) + Cơ vật vị trí đầu (A) cuối (B) đường 1 𝑊1 = 𝑚𝑔ℎ + 𝑚𝑣12 = 𝑚𝑔𝑙𝑠𝑖𝑛𝛼 + 𝑚𝑣12 2 129 𝑊2 = + 𝑚𝑣22 + Công lực ma sát 𝐴𝐹𝑚𝑠 = −𝐹𝑚𝑠 𝑙 = −𝜇𝑚𝑔𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑙 𝐴𝐹𝑚𝑠 = 𝑊2 − 𝑊1 → −𝜇𝑚𝑔𝑙𝑐𝑜𝑠𝛼 = 1 𝑚𝑣22 − 𝑚𝑔𝑙𝑠𝑖𝑛𝛼 − 𝑚𝑣12 2 → 𝑣2 = 6𝑚/𝑠 Hoạt động Vận dụng, tìm tòi mở rộng * Mục tiêu - [VL.3.0] Vận dụng kiến thức học để giải tập - [VL.3.1] Giải thích tượng liên quan sống, kỹ thuật: Nhà máy thủy điện, mối nguy hiểm người chuyển động trọng trường dự trữ lớn - [VL.3.4] Đưa biện pháp giảm thiểu bão, lũ quét, sạt lở đất * Tư liệu, thiết bị hỗ trợ - Bài tập vận dụng * Nhiệm vụ/ cách thức tổ chức dạy học - HS tiến hành làm tập cá nhận vào Câu [VL.3.0] Khi có tác dụng trọng lực lực đàn hồi vật tính nào? Khi có tác dụng trọng lực lực đàn hồi (ví dụ chuyển động vật nặng gắn vào đầu lị xo treo thẳng đứng) vật tính: 𝑊 = 𝑚𝑔𝑧 + 𝑘 (𝛥𝑙)2 Câu [VL.3.0] Một vật nhỏ ném lên từ điểm M phía mặt đất; vật lên tới điểm N dừng rơi xuống Bỏ qua sức cản khơng khí Trong q trình MN A động tăng B giảm C cực đại N D không đổi Câu [VL.3.0] Từ độ cao 10 m, vật ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 10 m/s, lấy g = 10 m/s2 130 a Tìm độ cao cực đại mà vật đạt so với mặt đất b Ở vị trí 𝑊đ = 3𝑊𝑡 c Xác định vận tốc vật 𝑊đ = 𝑊𝑡 d Xác định vận tốc vật trước chạm đất Chọn gốc mặt đất a Cơ O: 𝑊(𝑂) = ( ) 𝑚𝑣02 + 𝑚𝑔ℎ Cơ : 𝑊(𝐴) = 𝑚𝑔ℎ Theo định luật bảo toàn năng: 𝑊(𝑂) = 𝑊(𝐴) 𝑣02 + 2𝑔ℎ →ℎ= = 15𝑚 2𝑔 b) Tính h1 để: 𝑊đ1 = 3𝑊𝑡3 Gọi C điểm có 𝑊đ1 = 3𝑊𝑡3 Cơ C: 𝑊(𝐶) = 𝑊𝑡1 = 4𝑚𝑔ℎ1 Theo định luật bảo toàn năng: 𝑊(𝐶) = 𝑊(𝐴) → ℎ1 = ℎ 15 = = 3,75 4 c Tìm v2 để 𝑊đ2 = 𝑊𝑡2 Gọi D điểm có 𝑊đ2 = 𝑊𝑡2 Cơ D: 𝑊(𝐷) = 2𝑊đ2 = 𝑚𝑣22 Theo định luật bảo toàn năng: 𝑊(𝐷) = 𝑊(𝐴) → 𝑣2 = √𝑔ℎ = 12,2𝑚/𝑠 d Cơ B: 𝑊(𝐵) = ( ) 𝑚𝑣 𝑊 (𝐵) = 𝑊 (𝐴) → 𝑣 = √2𝑔ℎ = 24,4𝑚/𝑠 Câu [VL.3.0] Từ điểm A mặt bàn phẳng nghiêng, người ta thả vật có khối lượng m = 0,2 kg trượt không ma sát với vận tốc ban đầu rơi xuống đất 131 Cho AB = 50 cm, BC = 100 cm, AD = 130 cm, g = 10 m/s2 (hình vẽ) Bỏ qua lực cản khơng khí a Tính vận tốc vật điểm B điểm chạm đất E b Chứng minh rẳng quỹ đạo vật parabol Vật rơi cách chân bàn đoạn CE bao nhiêu? c Khi rơi xuống đất, vật ngập sâu vào đất 2cm Tính lực cản trung bình đất lên vật a Vì bỏ qua ma sát nên vật bảo toàn Cơ vật A là: 𝑊𝐴 = 𝑚 𝑔 𝐴𝐷 Cơ vật B: 𝑊𝐵 = ( ) 𝑚 𝑣𝑏2 + 𝑚 𝑔 𝐵𝐶 Vì bảo toàn nên: 𝑊𝐴 = 𝑊𝐵 ⇔ 𝑚 𝑔 𝐴𝐷 = ( ) 𝑚𝑣𝐵2 + 𝑚 𝑔 𝐵𝐶 ⇔ 𝑣𝐵 = √6 = 2,45 𝑚/𝑠 Tương tự áp dụng định luật bảo toàn A E ta tính được: 𝑣𝐸 = 5,1 𝑚/𝑠 b Chọn hệ quy chiếu (hình vẽ) Khi vật rơi khỏi B, vận tốc ban đầu vB hợp với phương ngang góc α Xét tam giác ABH có: 𝑠𝑖𝑛𝛼 = 𝐴𝐻 𝐴𝐷 − 𝐵𝐶 = = 𝐴𝐵 𝐴𝐵 (1) Phương trình chuyển động theo trục x y là: 𝑥 = 𝑣𝐵𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑡 (2) 𝑦 = ℎ − 𝑣𝐵 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑡 − ( ) 𝑔𝑡 2 Từ (2) (3) ta rút được: 132 (3) 𝑦 = ℎ − 𝑥𝑡𝑎𝑛𝛼 − 𝑔 2𝑣𝐵2 𝑐𝑜𝑠 𝛼 (4) Đây phương trình parabol có bề lõm quay xuống Vậy quỹ đạo cảu vật sau dời bàn parabol Từ (1): 𝑠𝑖𝑛𝛼 = → 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 𝑣à 𝑡𝑎𝑛𝛼 = 5 Khi vật chạm đất E y = Thay giá trị y 𝑣𝐵 vào phương trình (4), ta thu phương trình: 13𝑥 + 0,75𝑥 − = (5) Giải phương trình (5) thu x = 0,635 m Vậy vật rơi cách chân bàn đoạn CE = 0,635 m c Sau ngập sâu vào đất cm vật đứng yên Độ giảm động gần công cản Gọi lực cản trung bình 𝐹 ta có: 𝑊𝐸 − = 𝐹 𝑠 ⇔ 𝐹 = 𝑊𝐸 /𝑠 = 130 𝑁 Câu [VL.3.1] https://www.youtube.com/watch?v=pFdomIF2DZA HS xem khoảnh khắc thể thao mạo hiểm Trả lời câu hỏi sau - Xét chuyển hóa qua lại động trường hợp video? - Mối nguy hiểm người chuyển động trọng trường dự trữ lớn? 133 ... Phát triển lực vật lí học sinh - Thiết kế tiến trình dạy học số thuộc chương ? ?Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 phát triển lực học sinh - Tổ chức dạy học để phát triển lực vật lí học sinh chủ... dung chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? – Vật lý 10 THPT 25 2.1.1 Vị trí, đặc điểm chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? 25 2.1.2 Mục tiêu dạy học chương ? ?Các định luật bảo toàn? ??... trình dạy học chủ đề “Động lượng” thuộc chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? – Vật lí 10 THPT 30 DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “ĐỘNG LƯỢNG” – VẬT LÍ 10 PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC CỦA HỌC SINH (dạy tiết) I MỤC TIÊU DẠY HỌC