9. Cấu trúc của luận văn
2.3.3. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Lực ma sát”
Bài 20. LỰC MA SÁT A. Mục tiêu, yêu cầu
1. Kiến thức, kĩ năng
- HS nêu đƣợc các lực ma sát nghỉ, ma sát trƣợt, ma sát lăn xuất hiện trong trƣờng hợp nào.
- HS hiểu đƣợc những đặc điểm của lực ma sát nghỉ và ma sát trƣợt.
- HS hiểu rõ đƣợc ý nghĩa các đại lƣợng trong biểu thức của lực ma sát nghỉ và ma sát trƣợt.
- Viết đƣợc công thức của của lực ma sát nghỉ và ma sát trƣợt. Vận dụng để giải các bài tập liên quan.
- Giải thích các hiện tƣợng thực tế có liên quan tới ma sát
2. Thái độ, tình cảm
- Thái độ 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.
- 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 73 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
B. Cấu trúc nội dung xây dựng kiến thức
Sơ đồ 2.4: Cấu trúc nội dung xây dựng kiến thức bài “ Lực ma sát”
Sự xuất hiện của lực ma sát nghỉ.
+ PTDH: Giáo án, T/N, máy vi tính, máy chiếu + PP: Thực nghiệm. + HS: Làm T/N, quan sát, trả lời câu hỏi.
+ PTDH: Giáo án, máy vi tính, máy chiếu, T/N + PP: Thực nghiệm +HS: Làm T/N, quan sát, trả lời câu hỏi.
LỰC MA SÁT NGHỈ LỰC MA SÁT TRƢỢT +PTDH: Giáo án, máy vi tính, máy chiếu, +PP: Đàm thoại +HS: Quan sát, trả lời câu hỏi
-Phƣơng, chiều của lực ma sát nghỉ.
- Độ lớn của lực ma sát nghỉ.
LỰC MA SÁT LĂN
Sự xuất hiện của lực ma sát trƣợt.
Phƣơng, chiều của lực ma sát trƣợt. - Độ lớn của lực ma sát trƣợt. VAI TRÒ CỦA MA SÁT TRONG ĐỜI SỐNG +PTDH: Giáo án, máy vi tính, máy chiếu,T/N +PP: Đàm thoại +HS: Quan sát, trả lời câu hỏi.
-Sự xuất hiện của lực ma sát lăn. - Độ lớn của lực ma sát lăn. -Vai trò của lực ma sát trƣợt. - Vai trò của lực ma sát lăn - Vai trò của lực ma sát nghỉ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 74 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ C. Chuẩn bị 1. Giáo viên - Dụng cụ T/N nhƣ hình 20.1 và 20.2 SGK. - Hai xe lăn. - Một ít dầu.
- Hình ảnh trên máy chiếu. - Phiếu học tập.
PHIẾU HỌC TẬP
Câu 1. Hãy điền các thông tin về lực ma sát trƣợt, ma sát nghỉ vào ô sau:[14]
Lực ma sát nghỉ ( ) Lực ma sát trƣợt ( ) Điều kiện xuất hiện
Chiều Độ lớn
Câu 2. Khi áp lực lên bề mặt tiếp xúc tăng lên 3 lần thì độ lớn của lực ma sát trƣợt:
A. Giảm 3 lần B. Tăng 3 lần C. Giảm 9 lần D. Tăng 9 lần
Đáp án phiếu học tập
PHIẾU HỌC TẬP
Câu 1. Hãy điền các thông tin về lực ma sát trƣợt, ma sát nghỉ vào ô sau:
Lực ma sát nghỉ ( ) Lực ma sát trƣợt ( ) Điều kiện xuất hiện Có ngoại lực tác dụng nhƣng chƣa đủ mạnh để làm cho vật dịch chuyển.
Có sự trƣợt tƣơng đối giữa hai vật (không nhất thiết phải có ngoại lực)
Chiều Ngƣợc chiều với thành phần ngoại lực song song với mặt tiếp xúc.
Ngƣợc chiều với vận tốc tƣơng đối.
Độ lớn Thay đổi theo ngoại lực và có một giá trị cực đại = N Có giá trị = N M F n mst F t
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 75 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Câu 2. Khi áp lực lên bề mặt tiếp xúc tăng lên 3 lần thì độ lớn của lực ma sát trƣợt:
A.Giảm 3 lần B. Tăng 3 lần C. Giảm 9 lần D. Tăng 9 lần
2. Học sinh
Ôn lại kiến thức về định luật II, III Niu-Tơn và điều kiện cân bằng của một chất điểm.
D.Tiến trình dạy học
1. Ổn định tổ chức
2. Kiểm tra bài cũ
GV: Nêu yêu cầu đối với HS
- Phát biểu và viết biểu thức của định luật III Niu-tơn?
- Nêu điều kiện cân bằng của một chất điểm? - Hãy biểu diễn các lực tác dụng lên vật khi
vật đứng yên trên mặt bàn nhƣ hình vẽ và lực do vật tác dụng lên bàn. So sánh độ lớn của các lực đó.
HS: Trả lời câu hỏi.
- Định luật III Niu-tơn: Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng trở lại A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối.
- Biểu thức:
- Điều kiện cân bằng của một chất điểm là hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật bằng không.
- Biểu diễn các lực nhƣ hình vẽ.
3. Bài mới GV: Đặt vấn đề
Tại sao khi trời mƣa, đƣờng trơn ta lại hay bị trƣợt chân ngã? Hay tại sao tay có thể cầm, nắm các đồ vật?
Để trả lời cho các câu hỏi trên, chúng ta sẽ học bài “Lực ma sát”
AB BA F F ' P P N
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 76 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hoạt động 1: Tìm hiểu đặc điểm của lực ma sát nghỉ
Sự trợ giúp của GV Hoạt động của HS
GV: Làm T/N về lực ma sát nghỉ (hình
20.1.SGK)
GV dùng lực kế móc vào vật, kéo nhẹ để lực kế chỉ giá trị khác không mà vật không chuyển động.
Yêu cầu HS giải thích: Vì sao đã có lực kéo mà khối gỗ vẫn đứng yên?
GV: Nguyên nhân vật không chuyển động
là do có lực ma sát cân bằng với lực kéo. Lực ma sát này đƣợc gọi là lực ma sát nghỉ. Vậy, lực ma sát nghỉ xuất hiện khi nào? Có đặc điểm gì? ta sẽ đi tìm hiểu phần 1.
GV: Vậy lực ma sát nghỉ xuất hiện trong
trƣờng hợp nào?
- Gợi ý cho HS rút ra điều kiện xuất hiện lực ma sát nghỉ.
- Yêu cầu 1 em HS lên bảng phân tích các lực tác dụng vào khúc gỗ trong hình vẽ 20.1 (hình vẽ đã đƣợc chuẩn bị trên giấy khổ A3)
GV: Bạn biểu diễn đúng hay sai? Các em
có ý kiến nào khác không?
Sau đó GV kết luận hình biểu diễn đúng.
BÀI 20. LỰC MA SÁT
HS: Vận dụng kiến thức về cân bằng
lực để trả lời: do có lực ma sát cân bằng với lực kéo.
1. Lực ma sát nghỉ
a. Điều kiện xuất hiện
HS suy nghĩ và trả lời:
chỉ xuất hiện khi có ngoại lực tác dụng lên vật. Ngoại lực này có xu hƣớng làm cho vật chuyển động nhƣng chƣa đủ để thắng lực ma sát. HS lên bảng. HS biểu diễn đúng đƣợc các lực tác dụng. N P PP PP k F
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 77 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
GV: Em hãy cho biết phƣơng, chiều của
lực ma sát nghỉ?
GV yêu cầu HS quan sát trạng thái của vật và số chỉ của lực kế trong khi GV tiến hành T/N kéo chậm lực kế (để sao cho HS thấy đƣợc số chỉ của lực kế tăng dần nhƣng vật vẫn đứng yên). Từ kết quả T/N, các em hãy so sánh độ lớn của lực ma sát nghỉ và độ lớn của ngoại lực? GV: Trong trƣờng hợp vật chịu tác dụng của lực kéo có hƣớng nhƣ hình vẽ thì lực ma sát nghỉ có hƣớng và độ lớn nhƣ thế nào?
GV gợi ý HS phân tích lực kéo thành hai thành phần: một thành phần song song với mặt tiếp xúc và một thành phần vuông góc với mặt tiếp xúc.
Vậy, các em có kết luận gì về độ lớn của lực ma sát nghỉ?
GV hƣớng sự chú ý của HS trở lại với TN kiểm tra độ lớn của Fmsn.
HS quan sát hình vẽ và trả lời:
b.Phƣơng, chiều của lực ma sát nghỉ
- Giá của luôn nằm trong mặt tiếp xúc giữa hai vật.
- Chiều của ngƣợc chiều với ngoại lực.
HS quan sát T/N.
HS trả lời câu hỏi:
có độ lớn tăng dần để cân bằng với lực kéo.
HS sẽ lúng túng hoặc biểu diễn sai.
HS phân tích và tìm ra câu trả lời:
HS: Lực ma sát nghỉ luôn cân bằng
với thành phần ngoại lực song song với mặt tiếp xúc.
c. Độ lớn
Fmsn = Fx (Fx là thành phần ngoại lực song song với mặt tiếp xúc) Fk N Fy Fx Fmsn Fk P
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 78 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
GV: Nếu ngoại lực tiếp tục tăng, liệu Fmsn có tăng mãi để luôn cân bằng với ngoại lực hay không?
GV: Khi vật bắt đầu trƣợt, các em có nhận xét gì về độ lớn của lực ma sát nghỉ?
GV: Nếu ta gọi giá trị lớn nhất của lực ma
sát nghỉ là FM. Các em hãy dự đoán xem, FM phụ thuộc vào yếu tố nào?
GV: Vậy làm thế nào để có thể kiểm tra dự đoán của các em có chính xác không? GV nhận xét phƣơng án của HS đƣa ra. Sau đó tiến hành làm nhanh thí nghiệm để kiểm tra: GV đặt thêm một, rồi hai quả nặng lên khúc gỗ ban đầu rồi lần lƣợt kéo. Sau mỗi lần, đều thấy FM tăng khi số quả nặng tăng lên.
GV: Thay khúc gỗ bằng một vật làm từ
nhựa. Hai vật có khối lƣợng nhƣ nhau nhƣng làm từ vật liệu khác nhau. Sau khi kéo, thấy FM nhận giá trị khác nhau.
GV: Nhƣ vậy, qua T/N, ta thấy, lực ma
sát nghỉ cực đại tỉ lệ với độ lớn của áp lực do vật nén lên mặt tiếp xúc. Ta đã biết, áp lực này có độ lớn bằng phản lực pháp tuyến N. Nếu ta gọi là hệ số ma sát
HS: Làm T/N và rút ra nhận xét:
- Nếu số chỉ của lực kế tăng đến một mức nhất định thì vật sẽ không đứng yên đƣợc nữa mà sẽ trƣợt trên bàn. - Khi vật bắt đầu chuyển động thì lực ma sát nghỉ có giá trị cực đại.
HS đƣa ra dự đoán FM phụ thuộc lực vật ép lên mặt tiếp xúc và phụ thuộc mặt tiếp xúc giữa hai vật.
HS đƣa ra phƣơng án.
HS thấy dự đoán FM phụ thuộc lực vật ép lên mặt tiếp xúc là đúng.
HS thấy dự đoán FM phụ thuộc mặt tiếp xúc là đúng.
HS viết đƣợc biểu thức:
msn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 79 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hoạt động 2: Tìm hiểu đặc điểm của lực ma sát trƣợt
nghỉ thì ta viết biểu thức FM nhƣ thế nào?
GV: Từ những công thức trên ta có thể
viết biểu thức độ lớn của lực ma sát nghỉ nhƣ thế nào?
GV thông báo, hệ số ma sát nghỉ phụ thuộc vào từng cặp vật liệu tiếp xúc.
Suy ra:
Sự trợ giúp của GV Hoạt động của HS
GV: Chúng ta sẽ cùng làm T/N sau đây
để nghiên cứu một loại lực ma sát nữa có tên là ma sát trƣợt.
Mục đích của T/N là nghiên cứu sự xuất hiện của lực ma sát trƣợt và các đặc điểm của nó.
Dụng cụ thí nghiệm và cách bố trí thí nghiệm nhƣ hình 20.2 SGK.
GV giới thiệu cách tiến hành T/N: Kéo tấm ván B trƣợt trên mặt bàn. Các em hãy quan sát trạng thái của vật A và số chỉ của lực kế. Sau đó, đƣa ra nhận xét?
2. Lực ma sát trƣợt
a. Sự xuất hiện của lực ma sát trƣợt
HS quan sát và trả lời.
Khi ta mới kéo, tấm ván B trƣợt trên mặt bàn, vật A chuyển động cùng với vật B làm lò xo lực kế dãn dần ra. Khi số chỉ lực kế đạt tới một giá trị nhất định, nếu ta vẫn kéo, tấm ván sẽ trƣợt so với A. Khi đó, A sẽ đứng yên so với bàn và số chỉ lực kế không đổi. B A A B VAB Fmst VBA F’mst
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 80 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
GV: Lực ma sát trƣợt xuất hiện khi nào?
GV: Tại sao A lại đứng yên so với bàn?
Số chỉ của lực kế cho ta biết độ lớn của lực nào?
GV: Gọi 1 em HS lên bảng biểu diễn
lực ma sát trƣợt do B tác dụng lên A và lực ma sát trƣợt do A tác dụng lên B? Nếu HS còn lúng túng, chƣa xác định đƣợc thì GV gợi ý: Dựa vào điều kiện A đứng yên so với bàn: biểu diễn lực đàn hồi tác dụng vào A. Sau đó biểu diễn lực ma sát trƣợt do B tác dụng lên A. Từ định luật III Niu-tơn, suy ra lực ma sát trƣợt do A tác dụng lên B.
GV: Các em hãy nhận xét về phƣơng
chiều của lực ma sát trƣợt?
GV: Độ lớn của lực ma sát trƣợt phụ
thuộc vào yếu tố nào?
GV: Yêu cầu HS hãy đề xuất phƣơng
án T/N để kiểm tra dự đoán đó?
HS: Lực ma sát trƣợt xuất hiện ở mặt
tiếp xúc khi hai vật trƣợt trên bề mặt của nhau.
HS: A đứng yên so với bàn vì lực đàn
hồi của lò xo cân bằng với lực ma sát trƣợt do B tác dụng lên A. Vậy, số chỉ của lực kế cho biết độ lớn của lực ma sát trƣợt giữa A và B.
HS: Biểu diễn lực.
b. Phƣơng, chiều của lực ma sát trƣợt HS: Lực ma sát trƣợt tác dụng lên một
vật luôn cùng phƣơng, ngƣợc chiều với vận tốc tƣơng đối của vật ấy đối với vật kia.
c. Độ lớn
HS: Độ lớn của lực ma sát trƣợt tỉ lệ
với áp lực của vật lên mặt tiếp xúc.
HS: Phƣơng án 1:
Móc lực kế vào vật A và kéo cho vật A chuyển động thẳng đều, thay đổi áp lực của vật A lên mặt tiếp xúc bằng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 81 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
GV: Với cách bố trí T/N nhƣ phƣơng án
1 thì việc đọc số chỉ của lực kế là khó khăn vì lực kế chuyển động cùng vật A.
GV: Với phƣơng án thí nghiệm 2, vì lực
kế đứng yên nên ta dễ đọc số chỉ. Ngay cả khi ta kéo vật B không đều thì số chỉ của lực kế vẫn ổn định.
GV tiến hành T/N, yêu cầu HS quan sát
và rút ra kết luận?
GV: Ta đã biết, áp lực của vật lên mặt tiếp xúc có độ lớn bằng phản lực pháp tuyến N của mặt tiếp xúc lên vật. Gọi là hệ số tỉ lệ thì biểu thức độ lớn Fmst có thể viết nhƣ thế nào?
GV:Thông báo
Hệ số ma sát trƣợt hầu nhƣ không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc mà phụ thuộc vào tính chất của mặt tiếp xúc (có nhẵn hay không, làm bằng vật liệu gì) Trong một số trƣờng hợp, hệ số ma sát trƣợt và hệ số ma sát nghỉ xấp xỉ bằng nhau ( ). Cũng có trƣờng hợp chúng chênh nhau đáng kể.
cách thêm gia trọng vào vật A, đọc số chỉ lực kế tƣơng ứng.
HS: Phƣơng án 2: Bố trí T/N giống
nhƣ khi xác định phƣơng, chiều của lực ma sát trƣợt. Thay đổi áp lực của vật A lên mặt tiếp xúc bằng cách thêm gia trọng vào vật A, đọc số chỉ của lực kế tƣơng ứng. HS quan sát và kết luận: Lực ma sát trƣợt tỉ lệ với áp lực của vật lên mặt tiếp xúc. = N Với: là hệ số ma sát trƣợt N: phản lực pháp tuyến của mặt tiếp xúc lên vật t n mst F t
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 82 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hoạt động 3: Tìm hiểu đặc điểm của lực ma sát lăn
Sự trợ giúp của GV Hoạt động của HS
GV: Đẩy chiếc xe lăn lăn trên mặt bàn,
nguyên nhân nào làm cho chiếc xe lăn chuyển động chậm dần?
GV: Lực ma sát lăn xuất hiện khi nào?
GV: Tƣơng tự, theo các em, độ lớn của lực
ma sát lăn phụ thuộc yếu tố nào?
GV: Để so sánh độ lớn của lực ma sát trƣợt
và ma sát lăn, các em cùng quan sát T/N sau: Hích cho xe lăn chuyển động trên mặt bàn trong hai tƣ thế.
GV: Trƣờng hợp nào xe đi đƣợc xa hơn?
Kết quả đó chứng tỏ điều gì?
GV: Em hãy so sánh hệ số ma sát lăn và hệ