9. Cấu trúc của luận văn
2.3.2. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Lực đàn hồi”
Bài 19. LỰC ĐÀN HỒI A. Mục tiêu
1. Kiến thức, kĩ năng
- HS hiểu đƣợc khái niệm lực đàn hồi, viết đƣợc công thức của định luật Húc. - HS nêu đƣợc các đặc điểm của lực căng của sợi dây.
- Phân tích đƣợc lực đàn hồi của lò xo và lực căng của sợi dây tác dụng vào vật trong một số trƣờng hợp đơn giản.
- Nắm đƣợc nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của lực kế.
– Vận dụng kiến thức về lực đàn hồi của lò xo để giải đƣợc một số bài tập đơn giản và giải thích các hiện tƣợng Vật lí liên quan.
- Sử dụng đƣợc lực kế để đo lực.
2. Thái độ, tình cảm
- HS có thái độ đúng đắn, nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, tỉ mỉ, trung thực trong khi tiến hành T/N và hợp tác trong quá trình hoạt động nhóm, biết lắng nghe ý kiến của ngƣời khác.
- HS hăng hái, nhiệt tình tham gia các hoạt động do GV tổ chức, tích cực phát biểu ý kiến xây dựng bài.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 59 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
B. Cấu trúc nội dung xây dựng kiến thức
Sơ đồ 2.3: Cấu trúc nội dung xây dựng kiến thức bài “ Lực đàn hồi”
- Xuất hiện khi một vật bị biến dạng. - Xu hƣớng: chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng + PTDH: Giáo án, máy vi tính, máy chiếu, T/N + PP: Đàm thoại, phát vấn. + HS: Quan sát, trả lời . câu hỏi. + PTDH: Giáo án, máy vi tính, máy chiếu, T/N + PP: Thực nghiệm, đàm thoại, phát vấn +HS: Tiến hành T/N, thảo luận nhóm. Lực đàn hồi của lò xo Lực căng của dây LỰC KẾ - Điểm đặt -Phƣơng - Chiều - Độ lớn - Định luật Húc: Khi dây bị kéo căng Khi dây vắt qua ròng rọc - Điểm đặt -Phƣơng - Chiều - Độ lớn
- Nguyên tắc cấu tạo - Cách sử dụng KHÁI NIỆM LỰC ĐÀN HỒI MỘT VÀI TRƢỜNG HỢP THƢỜNG GẶP +PTDH: Giáo án, máy vi tính, máy chiếu +PP: Đàm thoại, phát vấn +HS: Quan sát, trả lời câu hỏi +PTDH: Giáo án, máy vi tính, máy chiếu, lực kế +PP: Đàm thoại, phát vấn +HS: Quan sát, trả lời câu hỏi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 60 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
C. Chuẩn bị 1. Giáo viên
- Một số lò xo, lực kế, các quả gia trọng, thƣớc đo, thanh thép mỏng, bảng từ, giấy khổ A3, bút dạ.
- Một số hình ảnh về ứng dụng của lực đàn hồi - Phiếu học tập với nội dung sau:
PHIẾU HỌC TẬP Câu 1: Em hãy cho biết:
- Lực đàn hồi xuất hiện khi nào? Xu hƣớng của nó là gì?
Câu 2:
- Em hãy cho biết điểm đặt, phƣơng, chiều của lực kéo của tay và lực do lò xo tác dụng lên tay?
- Các lực nói trên xuất hiện ở vị ví nào của lò xo?
- So sánh hƣớng của lực này với hƣớng của ngoại lực gây ra biến dạng. - Khi thôi kéo, lực nào làm cho lò xo lấy lại hình dạng và kích thƣớc ban đầu?
2. Học sinh
- Ôn lại các khái niệm về lực đàn hồi đã đƣợc học ở lớp 6.
D. Tiến trình dạy học 1. Ổn định tổ chức 2. Kiểm tra bài cũ
GV: Yêu cầu một em HS lên bảng:
- Viết biểu thức của định luật vạn vật hấp dẫn. Nêu ý nghĩa của các đại lƣợng trong biểu thức.
- Xác định hƣớng và độ lớn của lực do trái đất hút một vật có khối lƣợng 500g, đƣợc treo cố định tại nơi có gia tốc trọng trƣờng g = 10 m/s2
.
HS: lên bảng trả lời Đáp án:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 61 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Trong đó: m1, m2: khối lƣợng của hai vật (kg) r : khoảng cách giữa hai vật (m) Fhd: lực hấp dẫn giữa hai vật (N)
G = 6,67.10-11N.m2/kg2: hằng số hấp dẫn - Lực do trái đất hút vật:
+ Đặt tại trọng tâm của vật, hƣớng thẳng đứng, xuống dƣới. + Độ lớn: P = m.g = 0,5.10 = 5 (N).
GV yêu cầu HS khác nhận xét câu trả lời của bạn trên bảng.
3. Bài mới Tình huống:
- Một vật đƣợc treo bởi một lò xo nhƣ hình vẽ. Có những nào tác dụng lên vật? Tại sao vật lại nằm cân bằng?
HS: Vật chịu tác dụng của trọng lực.
GV: Ngoài trọng lực còn có lực nào nữa không?
Dự đoán 1: HS sẽ lúng túng. GV gợi ý: nếu chỉ có trọng lực tác dụng lên vật thì
áp dụng định luật II Niutơn, vật sẽ phải chuyển động nhƣ thế nào?
HS: vật phải chuyển động có gia tốc.
GV: Ở đây, vật nằm cân bằng. Vậy, ngoài trọng lực còn phải có thêm một lực
nữa tác dụng lên vật? Các em có nhận xét gì về hƣớng và độ lớn của lực này?
HS: có độ lớn bằng trọng lực nhƣng ngƣợc chiều với trọng lực.
GV: Lực này do lò xo tác dụng lên vật. Ta còn gọi nó là lực đàn hồi. Vậy, lực
đàn hồi có đặc điểm nhƣ thế nào? Chúng ta sẽ cùng nghiên cứu trong bài học ngày hôm nay. Bài “ Lực đàn hồi”.
Dự đoán 2: HS có thể trả lời là lực tác dụng lên vật gồm có trọng lực và lực kéo
của lò xo. Khi đó, giáo viên sẽ trình bày: trọng lực chính là lực trái đất hút vật ta đã nghiên cứu trong bài lực hấp dẫn. Vậy, lực kéo của lò xo có đặc điểm nhƣ thế nào, chúng ta sẽ cùng nghiên cứu trong bài ngày hôm nay. Bài “Lực đàn hồi”.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 62 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hoạt động 1: Hình thành khái niệm về lực đàn hồi
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
GV gọi một HS lên bảng để thực hiện
T/N dùng hai tay để kéo giãn lò xo bằng một lực vừa phải. Em hãy cho biết, lực nào có tác dụng kéo giãn lò xo?
Lò xo có tác dụng lực vào tay ta không? Nếu có, em hãy nhận xét về lực do lò xo tác dụng vào tay?
GV thông báo lực do lò xo tác dụng vào
tay đƣợc gọi là lực đàn hồi.
Tiếp theo, em hãy thả tay ra. Quan sát hình dạng của lò xo sau khi thôi kéo lò xo?
GV yêu cầu cả lớp cùng quan sát bạn
làm T/N, nghe câu trả lời của bạn để nhận xét.
GV trình chiếu hình ảnh lấy tay kéo
giãn lò xo và yêu cầu HS biểu diễn lực do tay tác dụng vào lò xo và lực do lò xo tác dụng lên tay (là lực đàn hồi) Gọi một HS lên bảng biểu diễn. Hình ảnh đã đƣợc GV chuẩn bị sẵn trên giấy khổ A3, dùng nam châm gắn trên bảng. Các em khác tự biểu diễn vào giấy nháp.
1. Khái niệm về lực đàn hồi
HS tiến hành T/N và trả lời câu hỏi:
- Lực do tay tác dụng vào lò xo làm lò xo giãn ra.
- Lò xo sẽ tác dụng vào tay một lực chống lại tác dụng làm giãn.
- Khi không kéo nữa, lò xo lại trở về hình dạng ban đầu.
Các HS khác đƣa ra nhận xét về câu trả lời của bạn trên bảng.
HS làm việc độc lập trên giấy nháp.
Các HS khác nhận xét phần biểu diễn của bạn trên bảng. Đƣa ra đƣợc phần biểu diễn đúng nhất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 63 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Tƣơng tự cho trƣờng hợp dùng tay nén lò xo lại.
GV tiến hành tiếp T/N đặt một vật nặng
lên thanh cao su A. Ban đầu thanh thẳng, đặt nằm ngang. Yêu cầu HS hãy quan sát hình dạng của thanh A khi đặt vật B lên trên và biểu diễn lực do thanh A tác dụng lên vật B? Nếu nhấc vật B ra thì thanh A sẽ nhƣ thế nào?
GV yêu cầu HS quan sát hình dạng của
quả bóng khi ấn tay vào quả bóng cao su và khi thả tay ra?
GV yêu cầu HS làm việc độc lập trên
phiếu học tập số 1.
GV có thể đi dọc các dãy bàn để quan
sát các câu trả lời của HS. Có thể lựa chọn một số phiếu của HS trả lời sai hoặc chƣa đầy đủ để đƣa ra thảo luận trƣớc lớp để các HS khác có thể hiểu
HS biết cách biểu diễn đúng các lực do
tay tác dụng vào lò xo và lực do lò xo tác dụng lên tay trong trƣờng hợp tay nén lò xo.
HS biểu diễn đƣợc
- Nếu nhấc vật B ra thì thanh A trở về hình dạng ban đầu.
- Khi ấn tay vào quả bóng, quả bóng bị biến dạng. Khi thả tay ra, quả bóng lấy lại hình dạng ban đầu.
HS cùng thảo luận, đánh giá phiếu học
tập để rút ra đƣợc các thông tin về lực đàn hồi:
- Lực đàn hồi là lực xuất hiện khi một vật bị biến dạng đàn hồi, và có xu hướng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 64 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hoạt động 2: Tìm hiểu một vài trƣờng hợp thƣờng gặp
đƣợc bạn sai ở chỗ nào và tự rút kinh nghiệm cho mình. Sau đó, có thể chọn phiếu trả lời đúng nhất để khen ngợi, động viên HS trƣớc lớp.
GV: lực đàn hồi của lò xo là một trong
những trƣờng hợp chúng ta thƣờng gặp. Ta sẽ xét cụ thể các đặc điểm của lực này trong phần 2.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
GV: Căn cứ vào những kết luận đã nói
ở phần 1, các em hãy rút ra các đặc điểm về điểm đặt, phƣơng, chiều của lực đàn hồi của lò xo?
GV:Theo các em, độ lớn của lực đàn
hồi phụ thuộc vào yếu tố nào?
Yêu cầu HS đề xuất phƣơng án T/N để kiểm tra độ lớn của lực đàn hồi phụ thuộc độ biến dạng của lò xo.
Sau khi HS đề xuất phƣơng án, GV sẽ
a. Lực đàn hồi của lò xo
HS đƣa ra nhận xét.
- Véc tơ lực đàn hồi có:
+ Điểm đặt: Ở hai đầu của lò xo, chỗ tiếp xúc với vật chạm hay gắn với lò xo.
+ Phƣơng của lực trùng với phƣơng của trục lò xo.
+ Chiều của lực: Ngƣợc với chiều biến dạng của lò xo (chiều biến dạng là chiều dịch chuyển tƣơng đối của mỗi đầu lò xo so với đầu kia)
+ Độ lớn:
HS: Độ lớn của lực đàn hồi của lò xo
phụ thuộc độ biến dạng của lò xo.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 65 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nhận xét xem phƣơng án đó có khả thi không. Sau đó, GV sẽ hƣớng dẫn theo phƣơng án sau:
GV giới thiệu mục đích, dụng cụ, cách
bố trí T/N.
Mục đích của T/N là khảo sát mối quan hệ giữa lực đàn hồi và độ dãn của lò xo. Bố trí T/N: Lò xo đƣợc treo thẳng đứng. Lúc đầu lò xo có chiều dài tự nhiên là l0. Ta đã biết, nếu treo quả nặng vào đầu dƣới của lò xo thì lò xo sẽ dãn ra. Khi quả nặng cân bằng, độ lớn của lực đàn hồi bằng độ lớn của trọng lực.
Dùng thƣớc để xác định độ dãn của lò xo. Để đơn giản ta bố trí thƣớc sao cho vạch số 0 trùng với vị trí mép dƣới của lò xo khi chƣa biến dạng. Dựa vào vị trí của lò xo khi treo vật ta sẽ xác định đƣợc độ dãn tƣơng ứng của lò xo. Tiến hành T/N: Ta sẽ treo 1 quả nặng vào lò xo, sau đó xác định độ dãn của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi.
GV: Muốn tăng lực đàn hồi lên 2 lần ta
làm thế nào?
GV chia HS thành các nhóm, yêu cầu HS
tự lấy các bộ T/N đã đƣợc chuẩn bị sẵn. Yêu cầu HS làm T/N: lần lƣợt treo 1, 2, 3 quả cân vào lò xo. Ghi lại giá trị độ lớn của lực đàn hồi và độ dãn tƣơng ứng của lò xo vào bảng số liệu.
HS: Ta sẽ treo 2 quả nặng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 66 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
GV:Xác định thƣơng số khi treo lần
lƣợt 1, 2, 3 quả cân. Các kết quả có gợi ý cho em một mối quan hệ nào không? Nếu có hãy phát biểu mối liên hệ đó.
GV: Lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận
với độ biến dạng của lò xo theo một hệ số tỉ lệ k.
GV: Nếu cứ tiếp tục tăng số quả cân lên mãi có đƣợc không? Tại sao?
Nhƣ vậy với mỗi một lò xo đều có một giới hạn đàn hồi nhất định, nếu vƣợt quá giới hạn ấy lò xo không thể trở về hình dạng và kích thƣớc ban đầu.
GV: Lực đàn hồi xuất hiện cả khi lò xo
bị nén hay bị dãn (bị biến dạng).
Rô-bớt Húc đã nghiên cứu, làm nhiều thí nghiệm và đã tổng kết mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo thành một định luật.
HS tiến hành T/N và ghi vào bảng số liệu.
Lực đàn hồi
F = P (N) 0 Độ dãn của lò xo ∆l = l-l0 (m) 0
0
HS phát biểu: Lực đàn hồi của lò xo tỉ
lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.
HS: Không tăng lên mãi đƣợc. Vì đến
một lúc nào đó, lò xo sẽ bị hỏng.
HS tiếp nhận thông tin về giới hạn đàn
hồi: mỗi lò xo đều có một giới hạn đàn hồi nhất định, nếu vƣợt quá giới hạn ấy lò xo không thể trở về hình dạng và kích thƣớc ban đầu.
* Định luật Húc
- Nội dung: Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.
F l
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 67 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
GV: Dấu “ – ” trong biểu thức có ý
nghĩa gì?
GV: Hãy nêu ý nghĩa của đại lƣợng k trong biểu thức định luật Húc?
GV yêu cầu các nhóm HS tiến hành
T/N nhƣ hình 19.5 SGK. Lần lƣợt treo các quả nặng có trọng lƣợng nhƣ nhau vào 3 lò xo có độ cứng khác nhau. Yêu cầu HS nhận xét kết quả thu đƣợc.
Chúng ta vừa xét trƣờng hợp lực đàn hồi của lò xo. Khi ta kéo hoặc nén một lò xo thì ở lò xo đều xuất hiện lực đàn hồi. Nhƣng với một sợi dây thì lại khác, ở sợi dây chỉ xuất hiện lực căng khi sợi dây bị kéo căng.
GV: Yêu cầu 1 em HS lên bảng, biểu
diễn lực căng trên hình vẽ và nêu các đặc điểm của lực căng dây.
- Biểu thức:
: Độ biến dạng của lò xo (m) k: Hệ số đàn hồi hay độ cứng (N/m) Fđh: Lực đàn hồi (N)
Dấu “ – ” trong biểu thức cho biết lực đàn hồi luôn ngƣợc với chiều biến dạng. k: phụ thuộc vào bản chất, kích thƣớc và hình dạng của lò xo Các nhóm HS tiến hành T/N nhƣ hình 19.5 và rút ra đƣợc nếu tác dụng một lực nhƣ nhau, lò xo nào có k càng lớn thì độ biến dạng càng nhỏ => k còn đƣợc gọi là độ cứng.
b. Lực căng của dây
Khi một sợi dây bị kéo căng, nó sẽ tác dụng lên hai vật gắn với hai đầu dây những lực căng.
HS: lên bảng biểu diễn và chỉ ra các đặc điểm của lực căng dây.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 68 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
GV thông báo cho HS đặc điểm về độ
lớn. Có thể yêu cầu HS khá, giỏi về nhà chứng minh đặc điểm này.
GV: Ròng rọc có tác dụng đổi phƣơng của lực tác dụng.
GV: yêu cầu HS biểu diễn lực căng dây
trên hai nhánh dây.
Lực căng dây có đặc điểm:
- Điểm đặt: là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật.
- Phƣơng: trùng với chính sợi dây. - Chiều: hƣớng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây.
- Độ lớn: với dây có khối lƣợng không đáng kể thì lực căng ở hai đầu dây luôn có cùng một độ lớn.
Trường hợp dây vắt qua ròng rọc: Khi