9. Cấu trúc của luận văn
2.1. Vị trí, vai trò, cấu trúc của chƣơng "Động lực học chất điểm"
2.1.1. Vị trí, vai trò của chương “Động lực học chất điểm”
Vị trí: Chƣơng “Động lực học chất điểm” là chƣơng thứ hai trong chƣơng
trình Vật lí 10 Nâng cao. Ngay sau khi kết thúc chƣơng I: “Động học chất điểm”, HS đã biết về tính chất chuyển động của các vật đối với một số chuyển động đơn giản nhƣng chƣa hiểu đƣợc nguyên nhân gây ra các chuyển động đó.
Vai trò: Chƣơng này trình bày ba định luật Niutơn. Đó là cơ sở của toàn bộ
cơ học. Ngoài ra trong chƣơng này còn đề cập đến những lực hay gặp trong cơ học: lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực ma sát. Các định luật Niutơn đƣợc vận dụng để khảo sát một số chuyển động đơn giản dƣới tác dụng của những lực nói trên.
2.1.2. Cấu trúc chương trình
Lôgic nội dung chƣơng trình có thể mô tả theo sơ đồ sau
CÁC ĐỊNH LUẬT NIUTƠN PHƢƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT BỊ NÉM HỆ QUY CHIẾU CÓ GIA TỐC. LỰC QUÁN TÍNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ VẬT CÁC LỰC CƠ HỌC LỰC HẤP DẪN LỰC ĐÀN HỒI LỰC MA SÁT ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN TRỌNG LỰC ĐỊNH LUẬT HÚC LỰC MA SÁT NGHỈ LỰC MA SÁT TRƢỢT LỰC MA SÁT LĂN LỰC, TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH LỰC ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 44 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Sơ đồ 2.1: Cấu trúc nội dung chương “Động lực học chất điểm”
Trong chƣơng trình SGK Vật lí 10 Nâng cao, nội dung các kiến thức chƣơng “ Động lực học chất điểm” đƣợc đƣa vào đầu học kì I, bao gồm 18 tiết học, trong đó có 10 tiết lí thuyết, 6 tiết bài tập và 2 tiết thực hành, cụ thể:
Bảng 2.1: Phân phối chƣơng trình chƣơng “ Động lực học chất điểm”
Tuần Tiết Tên bài Ghi chú
7
19 Bài 13. Lực. Tổng hợp và phân tích lực 20 Bài 14. Định luật I Niutơn
21 Bài 15. Định luật II Niutơn
8
22 Bài 16. Định luật III Niutơn 23 Bài 17. Lực hấp dẫn
24 Bài tập
9
25 Bài 18. Chuyển động của vật bị ném 26 Bài tập 27 Bài 19. Lực đàn hồi 10 28 Bài 20. Lực ma sát 29 Bài tập 30 (Chuyển thành ) 11
31 Bài 22. Lực hƣớng tâm và lực quán tính li tâm. Hiện tƣợng tăng, giảm, mất trọng lƣợng.
32 Bài 23. Bài tập về động lực học
.
LỰC HƢỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM. HIỆN TƢỢNG TĂNG, GIẢM, MẤT TRỌNG LƢỢNG
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 45 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
33 Bài 24. Chuyển động của hệ vật
12
34 Bài tập 35
Bài 25. Thực hành: Xác định hệ số ma sát 36
Trong quá trình đổi mới SGK THPT, các tác giả khi biên soạn đã chú ý đến cả nội dung kiến thức và kĩ năng HS cần đạt đƣợc trong mỗi bài học. Bố cục kiến thức trình bày trong mỗi bài đều có sự kết hợp hài hòa giữa truyền tải nội dung kiến thức và sự gợi ý về PP dạy và học, tạo điều kiện nâng cao năng lực tự học cho HS, qua đó giúp GV dễ dàng xây dựng và tổ chức các hoạt động học tập phù hợp với năng lực nhận thức của HS, nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của các em trong mỗi giờ học, giúp HS chủ động tự tìm hiểu, xây dựng và chiếm lĩnh tri thức.
2.2. Cách tiếp cận và trình bày các đơn vị kiến thức của chƣơng “động lực học chất điểm” [5], [6], [13], [14] chất điểm” [5], [6], [13], [14]
2.2.1. Các khái niệm và định luật
Các khái niệm
Trong chƣơng “Động lực học chất điểm” có 2 khái niệm rất cơ bản đƣợc đề cập là lực và khối lƣợng. Ta đều biết rằng, HS không thể học một lần mà hiểu hết về lực và khối lƣợng. Những kiến thức về hai khái niệm này phải đƣợc hình thành và hoàn chỉnh dần trong suốt quá trình HS học từ thấp lên cao. Cụ thể:
Ở THCS, HS đã biết lực đặc trƣng cho sự tác dụng vật này lên vật khác, độ lớn của lực đƣợc đo bằng lực kế. HS cũng biết lực là một đại lƣợng véctơ, biết cách biểu diễn vectơ lực.
Về khối lƣợng, HS cũng đã biết đó là một đại lƣợng liên quan đến lƣợng chất tạo thành vật, biết cách dùng cân để đo khối lƣợng.
SGK THPT kế thừa những kiến thức đó của SGK trung học cơ sở để hoàn thiện hai khái niệm này.
Với khái niệm lực:
-Khi học về định luật II Niu-tơn, HS sẽ biết đƣợc thƣớc đo định lƣợng của lực, đó là tích của khối lƣợng với gia tốc (F = m.a) và biết đƣợc định nghĩa chính thức của đơn vị Niu-tơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 46 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
-Khi học về định luật III Niu-tơn, HS sẽ hiểu thêm một đặc điểm của lực là luôn xuất hiện từng cặp.
Với khái niệm khối lƣợng:
-Trên cơ sở những hiểu biết sơ lƣợc ở trung học cơ sở, khi học định luật II Niu- tơn, HS sẽ thấy rõ mối liên hệ giữa khối lƣợng và quán tính.
-Khi học về lực hấp dẫn, HS thấy đƣợc mối liên hệ giữa khối lƣợng và khả năng hấp dẫn của một vật. Về mặt lôgic thì có thể phân biệt “khối lƣợng quán tính” và “khối lƣợng hấp dẫn”, nhƣng trên thực nghiệm thì số đo của hai đại lƣợng này luôn trùng nhau nên ta gọi chung là “khối lƣợng”.
-Những hiểu biết của HS về khối lƣợng sẽ hoàn chỉnh hơn sau khi học chƣơng trình Vật lí lớp 12.
Trong SGK có đề cập đến khái niệm lực quán tính. Việc đƣa ra khái niệm lực quán tính là một phƣơng pháp luận nhằm áp dụng đƣợc các định luật Niu-tơn trong hệ quy chiếu phi quán tính. Điều này giúp cho việc giải một số bài toán cơ học trở nên đơn giản hơn (chẳng hạn các bài toán tăng giảm trọng lƣợng ở lớp 10, hoặc bài toán về dao động của con lắc đơn trong hệ quy chiếu có gia tốc ở lớp 12…)
Các định luật
Trong chƣơng “Động lực học chất điểm”, ba định luật Niu-tơn là những nguyên lí lớn, đặt nền móng cho sự phát triển của cơ học. Ba định luật là kết quả của hàng loạt quan sát và tƣ duy khái quát hóa.
Với quan niệm nhƣ vậy, SGK không đƣa ra ba định luật này bằng con đƣờng quy nạp thực nghiệm mà trình bày các định luật theo mô hình sau:
Ban đầu, sách nêu lên những hiện tƣợng có tính chất gợi mở để dẫn tới định luật. Sau đó, có thể thực hiện những thí nghiệm minh họa hoặc kiểm chứng.
GV có thể tùy điều kiện cụ thể mà nêu thêm những ví dụ gợi mở khác, hoặc bố trí T/N minh họa khác.
2.2.2. Các lực cơ học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 47 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Bài “Lực hấp dẫn” là bài đầu tiên nghiên cứu về một loại lực cơ học. Vì vậy, cần làm cho HS hiểu rõ, để xác định chuyển động của một vật, cùng với các định luật Niu-tơn, ta còn phải biết đặc điểm của các lực tác dụng vào vật. Trong những bài sắp tới, ta sẽ nghiên cứu những đặc điểm của các lực trong cơ học, đó là lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực ma sát. PP vận dụng các định luật Niu-tơn và đặc điểm của các lực để giải bài toán cơ học gọi là PP động lực học.
Ở trên lớp, không thể dùng T/N để rút ra định luật vạn vật hấp dẫn đƣợc. Tuy nhiên, cần nêu rõ với HS rằng định luật này đƣợc rút ra từ những quan sát thực tế và sự khái quát hóa của Niu-tơn.
Để cho HS tiếp thu nội dung định luật vạn vật hấp dẫn đƣợc tự nhiên, GV sẽ trình bày qua những ý tƣởng chính đã dẫn dắt Niu-tơn tới định luật này.
Sau khi đã có biểu thức của Fhd, HS đƣợc đặt vào tình huống: Tại sao theo định luật vạn vật hấp dẫn thì lực này là rất phổ biến nhƣng trong thực tế lại khó cảm nhận lực này (ngoại trừ trọng lực)? Tình huống này sẽ đƣợc giải quyết khi HS biết rõ trị số của G.
Trên cơ sở kiến thức về lực hấp dẫn, GV hƣớng dẫn HS đi đến nhận thức rằng, trọng lực là trƣờng hợp riêng của lực hấp dẫn, đó là lực hấp dẫn của Trái đất tác dụng lên một vật. Từ “trọng lực” thƣờng chỉ dùng cho những vật ở gần Trái đất. Còn nhƣ lực hấp dẫn do Trái đất tác dụng vào Hải Vƣơng Tinh chẳng hạn thì ít ai gọi là trọng lực. Nói trọng lực là lực hấp dẫn của Trái đất là cách nói gần đúng về trọng lực, khi chƣa xét đến lực quán tính tác dụng lên vật. Ở bài 17, ta sẽ có định nghĩa hơn đầy đủ hơn về trọng lực.
Bài “Lực đàn hồi”
Để làm rõ sự xuất hiện của lực đàn hồi, ở phần 1, GV làm một số T/N định tính để thấy đƣợc khi một vật biến dạng, có một lực xuất hiện, lực này có xu hƣớng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng là lực đàn hồi. Ngoài các T/N nhƣ trong SGK, có thể làm thêm các T/N với sợi dây chun, thanh cật tre, chiếc găng cao su…
Đơn vị kiến thức quan trọng nhất của bài này là lực đàn hồi của lò xo. Để thấy rõ các đặc điểm của lực này, tiến hành dùng T/N nhƣ hình 19.3 SGK để chỉ rõ phƣơng, chiều của lực đàn hồi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 48 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Để rút ra hệ thức giữa lực đàn hồi và độ biến dạng, làm T/N định lƣợng (hình 19.4 SGK).
Để hiểu rõ ý nghĩa của đại lƣợng k, làm T/N định tính (hình 19.5 SGK).
Nếu điều kiện và thời gian cho phép, có thể dùng ngay T/N hình 19.5 SGK để xác định k của một lò xo.
Nhƣ vậy, việc rút ra các đặc điểm về phƣơng, chiều, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo đều dựa trên con đƣờng quy nạp thực nghiệm.
Trong phần lực căng của sợi dây, HS sẽ rút ra các đặc điểm của lực này từ những quan sát thông thƣờng. Lƣu ý rằng, khi ta kéo hoặc nén một lò xo thì đều xuất hiện lực đàn hồi. Nhƣng ở sợi dây, lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi dây bị kéo.
Bài “lực ma sát”
Nội dung của bài này hơi dài nên trong một tiết, khó có thể trình bày đầy đủ. Vì vậy, nên tập trung vào trọng tâm của bài là lực ma sát nghỉ và lực ma sát trƣợt.
Dùng một T/N đơn giản để thấy đƣợc xuất hiện của lực ma sát nghỉ. Gợi ý cho HS để các em xác định đƣợc phƣơng, chiều của lực đó.
Dùng T/N để làm rõ đặc điểm về độ lớn của lực ma sát nghỉ:
Fmsn không có giá trị nhất định, độ lớn của nó có thể thay đổi để cân bằng với ngoại lực.
Fmsn có một giá trị cực đại FM. Khi ngoại lực vƣợt quá giá trị đó thì các vật sẽ trƣợt trên bề mặt của nhau, lực ma sát giữa chúng khi đó sẽ là lực ma sát trƣợt.
Nếu có thời gian sẽ làm thêm T/N để chứng tỏ rằng, với một cặp vật liệu tiếp xúc nhất định thì FM tỉ lệ thuận với áp lực lên mặt tiếp xúc. Tỉ số gọi là hệ số ma sát nghỉ.
Cách tiến hành T/N về lực ma sát trƣợt khác với T/N về lực ma sát nghỉ ở chỗ ta không kéo lực kế, mà kéo tấm ván B cho nó trƣợt trên mặt bàn (hình 20.2 SGK). Khi B đã trƣợt so với A và A đứng yên so với mặt bàn, thì lực đàn hồi của lực kế cân bằng với lực ma sát trƣợt do B tác dụng lên A. Lúc này, số chỉ của lực kế là số đo lực ma sát trƣợt.
Cách làm này có ƣu điểm rõ rệt so với cách kéo vật A vì lực kế đứng yên nên ta dễ đọc số chỉ. Ngay cả khi tay ta kéo không đều thì số chỉ của lực kế vẫn ổn định.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 49 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Dựa vào hình 20.2 SGK để phân tích kỹ,lực ma sát trƣợt luôn xuất hiện thành một cặp lực - phản lực. Dùng Câu hỏi C2 trong SGK để giúp cho HS đi tới nhận xét: Khi hai vật trƣợt trên bề mặt của nhau, lực ma sát trƣợt tác dụng lên mỗi vật luôn ngƣợc chiều với vận tốc tƣơng đối của nó so với vật kia.
Làm T/N định lƣợng để chứng tỏ lực ma sát trƣợt tỉ lệ với áp lực, do đó dẫn đến khái niệm về hệ số ma sát trƣợt. Về quan hệ giữa Fmst với diện tích tiếp xúc, với tính chất của mặt tiếp xúc,… thì tùy điều kiện thời gian GV cân nhắc xem có làm T/N chứng minh hay không.
2.3. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chƣơng “động lực học chất điểm”(vật lí 10 nâng cao) theo hƣớng phát huy tính tích cực, tự lực của HS trƣờng (vật lí 10 nâng cao) theo hƣớng phát huy tính tích cực, tự lực của HS trƣờng PT DTNT
2.3.1. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Lực hấp dẫn”
Bài 17. LỰC HẤP DẪN A. Mục tiêu, yêu cầu
1. Kiến thức, kĩ năng
- Nêu đƣợc khái niệm về lực hấp dẫn và các đặc điểm của lực hấp dẫn. - Phát biểu và viết đƣợc biểu thức của định luật vạn vật hấp dẫn.
- Viết đƣợc biểu thức tính gia tốc rơi tự do g.
- Hiểu đƣợc rằng hấp dẫn là một đặc điểm của mọi vật trong tự nhiên.
- Giải thích một số hiện tƣợng liên quan nhƣ: sự rơi tự do, chuyển động của các hành tinh, vệ tinh...
- Phân biệt lực hấp dẫn với các loại lực khác nhƣ: lực điện, lực từ, lực đẩy Acsimet,....
- Vận dụng đƣợc các biểu thức để giải các bài toán.
2. Thái độ, tình cảm
- Niềm say mê yêu thích môn Vật lí, chủ động tích cực, trong quá trình học tập xây dựng kiến thức mới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 50 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- HS có thái độ đúng đắn, nghiêm túc trong học tập và hợp tác trong quá trình hoạt động nhóm.
- 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 51 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
B. Cấu trúc nội dung xây dựng kiến thức
Sơ đồ 2.2: Cấu trúc nội dung xây dựng kiến thức bài “Lực hấp dẫn”
C. Chuẩn bị
1. Giáo viên
- Video về mô hình chuyển động của mặt trăng quanh trái đất, trái đất xung quanh mặt trời.
- 6 bảng phụ + 6 bút dạ.
- Phiếu học tập với nội dung sau:
PHIẾU HỌC TẬP
Câu 1. a) Tính lực hấp dẫn giữa hai tàu thủy, mỗi tàu có khối lƣợng 50.000 tấn khi
chúng ở cách nhau 0,5 km. Lực đó có làm cho chúng tiến lại gần nhau không ?
b) Tại sao hàng ngày ta không cảm nhận đƣợc lực hấp dẫn giữa ta với các vật xung quanh nhƣ bàn, ghế, tủ...
Câu 2. Khi khối lƣợng của hai vật và khoảng cách giữa chúng đều tăng lên gấp đôi
thì lực hấp dẫn của chúng có độ lớn nhƣ thế nào ? Giải thích? A. Tăng gấp đôi. B. Giảm đi một nửa.
2 h R GM g + Nội dung + Biểu thức + Hình vẽ biểu diễn lực tƣơng tác. + 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, bảng phụ, bút dạ.
+ PP: Nêu vấn đề; Đàm thoại; + HS: Trả lời câu hỏi.
+ PTDH: Giáo án, máy vi tính, máy chiếu.
+ PP: Đàm thoại, phát vấn. + HS: Quan sát, trả lời câu hỏi.
ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN TRƢỜNG HẤP DẪN. TRƢỜNG TRỌNG LỰC BIỂU THỨC CỦA GIA TỐC RƠI TỰ DO
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 52 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
C. Tăng lên gấp 4. D. Giữ nguyên nhƣ cũ.
Câu 3. Viết biểu thức tính lực hấp dẫn giữa hai vật trong hình vẽ sau: