Ứng dụng phương pháp tương tự trong giảng dạy động lực học vật rắn ở chương trình nâng cao lớp 10

Những vấn đề chung khi dạy học chương “Động lực học vật rắn”

- Là phần đầu tiên mà kiến thức đạo hàm được áp dụng vào vật lý các khái niệm về vận tốc tức thời gia tốc tức thời được chính xác hóa và nâng cao bằng ngôn ngữ toán học vì vậy học sinh phải nắm chắc khái niệm đạo hàm trong toán học. - Phần kiến thức liên quan chặt chẽ với động lực học chất điểm: các khái niệm về vận tốc, gia tốc, lực, khối lượng , mô mem lực, động lượng, động năng lại được sử dụng nhiều trong chương và có sự tương tự với các khái niệm như tốc độ góc, gia tốc góc, mô men quán tính, mô men động lượng. GV chỉ cần giới thiệu sơ lược với HS gia tốc góc tức thời có thể tính bằng đạo hàm bậc một của tốc độ góc nhưng cần nhấn mạnh gia tốc tức thời ( gọi tắt là gia tốc góc) của vật rắn quay quanh trục cố định là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc ở một thời điểm đã cho.

- SGK chỉ nêu công thức tính mô men quán tính của một số vật rắn đồng chất đối với trục đối xứng của nó mà không yêu cầu chứng minh tuy nhiên trong quá trình dạy học, GV nhấn mạnh, khi núi đến mụ men quỏn tớnh phải núi rừ mụ men quỏn tính đối với trục quay nào. Tùy trình độ học sinh, giáo viên có thể giới thiệu sơ lược định lý động năng áp dụng cho động năng quay: “ Độ biến thiên động năng của vật rắn quay (quanh một trục)bằng tổng công các ngoại lực tác dụng lên vật ” để cung cấp thêm kiến thức cho học sinh, biết thêm cách giải bài toán về chuyển động quay của vật rắn bằng phương pháp năng lượng.

Phân tích sự tương tự giữa động học chất điểm, động lực học chất điểm và động lực học vật rắn

- Vị trí của vật tại mỗi thời điểm được xác định bằng góc quay ϕ giữa một mặt phẳng động P gắn với vật và một mặt phẳng cố định P0 ( hai mặt phẳng này đều chứa trục quay). (Lực bằng tích của khối lượng của vật và gia tốc mà vật thu được dưới tác dụng của lực đó hay lực bằng độ biến thiên xung lượng trong một đơn vị thời gian). (Mô men lực bằng tích của mô men quán tính với gia tốc góc mà vật thu được dưới tác dụng của mô men lực đó , hay mô men lực bằng độ biến thiên mô men xung lượng trong một đơn vị thời gian).

(Nếu tổng các mô men lực tác dụng lên một vật rắn hay hệ vật rắn đối với một trục bằng 0 thì tổng mô men động lượng của vật rắn hay hệ vật đối với trục đó được bảo toàn). Trớc hết GV phải cho HS nhớ lại, nhắc lại các kiến thức của chuyển động thẳng đó là tập hợp các dấu hiệu về đối tợng đã biết, sau đó đặt vấn đề về đối tợng cần nghiên cứu đó là chuyển động quay của vật rắn quanh trục cố định.

Mục tiêu bài học

Mục đích của bài học là học sinh phải vận dụng đợc những kiến thức chuyển. Truyền các tính chất của đối tợng đã biết cho đối tợng cần nghiên cứu. Vận tốc dài, gia tốc hớng tâm Vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay.

- Từ các công thức chuyển động thẳng biến đổi đều, xây dựng công thức chuyển.

Tổ chức các hoạt động dạy học

- Hãy nêu đặc điểm của chuyển động quay của vật rắn quanh trục cố định - Thế nào là tọa độ, hệ quy chiếu trong chuyển động thẳng?. GV nhấn mạnh sự tơng tự giữa chuyển động thẳng và chuyển động quay: Trong chuyển động thẳng thờng chọn chiều dơng là chiều chuyển động, trong chuyển. GV nhấn mạnh sự tơng tự giữa chuyển động thẳng và chuyển động quay: Khái niệm vận tốc trung bình và vận tốc tức thời đã học trong chuyển động thẳng tương tự với khái niệm tốc độ góc trung bình và tốc độ góc tức thời trong chuyển động quay.

Khái niệm gia tốc trung bình và gia tốc tức thời trong chuyển động thẳng tương tự với khái niệm gia tốc góc trung bình và gia tốc goc tức thời trong chuyển động quay. - Tiếp nhận BT mà GV ra - Hớng dẫn HS so sánh chuyển động thẳng và chuyển động quay, chuyển động thẳng biến đổi đều và chuyển đông quay biến đổi.

Phơng pháp tơng tự với bài: mô men động lợng, định luật bảo toàn mô

- Gợi ý HS phân tích bài toán bằng PP động lực học và vận dụng các kết quả đã học - Đánh giá, nhận xét kết quả. Nếu tổng các mô men lực tác dụng lên vật rắn ( hay hệ vật ) đối với một trục bằng không thì tổng các mô men động l- ợng của vật rắn ( hay hệ vật ) đối với trục. - Tranh chuyển động của vật rắn, có liên quan đến momen động lợng (xiếc, nhào lộn, trợt bằng nghệ thuật ..) để khai thác các kiến thức liên quan.

Giáo viên nhấn mạnh sự tương tự giữa chuyển động thẳng chất điểm và chuyển động quay là : với chuyển động thẳng có khái niệm động lượng và định luật bảo toàn động lượng. Với chuyển động quay của vật rắn có khái niệm và đinh luật tương tự là mô men động lượng và định luật bảo toàn mô men động lượng.

Ý tưởng sư phạm bài : Động năng của vật rắn quay quanh trục cố định

Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Hiểu khái niệm khối tâm của vật rắn và định luật chuyển động của khối tâm của vật rắn. - Hiểu trong thực tế, chuyển động của một vật rắn đợc xét nh chuyển động khối tâm của nó.

- Nắm vững khái niệm tổng hình học các véctơ biểu diễn các lực đặt lên một vật rắn và phân biệt đợc khái niệm này với tổng hợp lực đặt lên một chất điểm. - Áp dụng tìm hợp lực các lực tác dụng lên vật; động năng của vật rắn chuyển động.

Chuẩn bị 1. Giáo viên

- Hiểu và thuộc công thức động năng của vật rắn trong chuyển động tịnh tiến.

Tổ chức các hoạt động dạy học

• Vận dụng phơng pháp tơng tự để hớng dẫn học sinh giải bài tập .1. Phơng pháp giải bài tập vật lý
• Nội dung thực nghiệm s phạm

Giáo viên nhấn mạnh sự tương tự của chuyển động thẳng và chuyển động quay là công thức tính động năng và định lý động năng trong cả 2 loại chuyển động có cùng 1 dạng ( trong chuyển động quay khối lượng m được thay bởi mô men quán tính I ). Khi giải bài tập về động học vật rắn, giáo viên hớng dẫn học sinh căn cứ vào phơng pháp giải bài tập phần động học chất điểm đã biết ( chọn hệ quy chiếu, xác. định dạng chuyển động của chất điểm, lập các phơng trình chuyển động, từ đó xác. định các đại lợng cha biết) để áp dụng cho vật rắn. Sự tơng tự còn thể hiện trong một chơng, một phần có các loại bài tập tơng tự nhau về nội dung và tơng tự nhau về phơng pháp giải..Từ các sự tơng tự đó ta có thể phân loại các dạng bài tập, đa ra phơng pháp chung để giải các dạng bài tập.

Phân tích sự tương tự giữa động học chất điểm chuyển động thẳng và động học vật rắn chuyển động quay, sự tương tự giữa động lực học chất điểm và động lực học vật rắn, sự tương tự giữa các khái niệm định luật phần động lực học chất điểm và động lực học vật rắn. Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định” trong đó có nhấn mạnh sự tương tự của các khái niệm, định luật phần động học, động lực học chất điểm và phần động lực học vật rắn. Đánh giá đúng hiệu quả cũng nh tác dụng của phơng pháp tơng tự trong dạy học vật lý nói chung và trong dạy học phần “ Động lực học vật rắn” thuộc SGK nâng cao lớp 12 THPT nói riêng.

- Ở lớp thực nghiệm dạy học vận dụng phương phương pháp tương tự học sinh tiếp thu bài tốt hơn, học sinh biết vận dụng kiến thức cũ đã học để nhận thức kiến thức mới tốt hơn so với lớp đối chứng.