dạy học phần động học chất điểm
2.2.2. Ph−ơng pháp hình thành khái niệm vận tốc ở tr−ờng trung học phổ thông
thông
ở tr−ờng trung học phổ thông, khái niệm vận tốc đ−ợc trình bày theo nhiều ph−ơng án khác nhau.
Theo ph−ơng án 1, khái niệm vận tốc đ−ợc trình bày theo nhiều giai đoạn. Tr−ớc hết khái niệm vận tốc đ−ợc xây dựng cho chuyển động thẳng đều: “Vận tốc của chuyển động thẳng đều là một đại l−ợng vật lý đặc tr−ng cho sự nhanh hay chậm của chuyển động và đo bằng th−ơng số giữa quãng đ−ờng đi đ−ợc và khoảng thời gian để đi hết quãng đ−ờng đó v = s/t”. Để chặt chẽ hơn sách giáo khoa đ−a thêm vào khái niệm vectơ vận tốc.
Giai đoạn tiếp theo là hình thành khái niệm vận tốc trung bình, rồi dựa vào khái niệm vận tốc trung bình để hình thành vận tốc tức thời trong nghiên c−ứ chuyển động thẳng biến đổi đều: “vận tốc tức thời hay vận tốc tại một điểm đã cho trên quỹ đạo là đại l−ợng đo bằng th−ơng số giữa quãng đ−ờng đi rất nhỏ tính từ điểm đã cho và khoảng thời gian rất nhỏ để vật đi hết quãng đ−ờng đó, ký hiệu là vt: vt = ∆s/∆t”. Cách xây dựng nh− vậy là rất đơn giản, thiếu chặt chẽ, nh−ng học sinh có thể hiểu đ−ợc thế nào là vận tốc tức thời.
Đối với chuyển động thẳng không đều thì định nghĩa
t s v ∆ = r r có thể thỏa mãn cả hai yêu cầu: đặc tr−ng cho sự nhanh hay chậm và h−ớng của chuyển động. Bởi vậy, có sách giáo khoa đã chọn ph−ơng án này để định nghĩa vận tốc của chuyển động thẳng đều và vận tốc trung bình trong chuyển động thẳng biến đổi nh−ng có chiều không đổi. Trong những chuyển động đó, độ dời và đ−ờng đi có cùng độ lớn. Sách giáo khoa đó không đi sâu phân biệt độ dời và đ−ờng đi.
Khái niệm vận tốc trung bình không có ý nghĩa quan trọng trong việc khảo sát chuyển động, chỉ là khái niệm trung gian để hình thành vận tốc tức thời. Về sau, ở phần động lực học, khi xét đến chuyển động của vật ném xiên sẽ xuất hiện mâu thuẫn giữa định nghĩa vận tốc trung bình theo đ−ờng đi và theo độ dời. Khi
đó chỉ tập trung xét vận tốc tức thời mà thôi. Chỉ có vận tốc tức thời mới đặc tr−ng cho trạng thái chuyển động của vật và tham gia vào ph−ơng trình chuyển động của vật.
Việc hình thành vận tốc tức thời ở lớp 10 vẫn còn khó khăn không thể v−ợt qua đ−ợc vì học sinh ch−a có khái niệm về giới hạn. Bởi vậy, học sinh ch−a thể hiểu đ−ợc là tỷ số∆s/∆t sẽ tiến tới một giới hạn khi ∆t tiến tới không. Chính vì vậy phải chấp nhận một cách định nghĩa mô tả nhằm làm cho học sinh b−ớc đầu hình dung đ−ợc khái niệm: “ Vận tốc tức thời của một vật là vận tốc của vật ở một thời điểm trên quỹ đạo và đ−ợc xác định bằng th−ơng số của độ dời rất nhỏ ∆s tính từ thời điểm đã cho và khoảng thời gian ∆t rất nhỏ để đi hết độ dời đó”.
Có thể nói rõ hơn: ∆s và ∆t là rất nhỏ. Đối với những dụng cụ đo mà ta có thì không thể phát hiện ra đ−ợc sự biến đổi của vận tốc trên đoạn đ−ờng đó nên thực tế có thể coi vận tốc trung bình trên đoạn đ−ờng đó bằng vận tốc tức thời ở điểm đầu của đoạn đ−ờng đó.
Khái niệm vận tốc tức thời định nghĩa nh− thế thực ra còn rất trừu t−ợng, khó hiểu đối với học sinh, nhất là khi nói rằng vận tốc tức thời cũng đo bằng các đơn vị m/s, km/h ... Bởi vậy, dựa vào sự phân tích trên có thể đ−a ra thí dụ cụ thể để học sinh dễ hình dung nh− sau: Nói vận tốc tức thời của vật tại một điểm A trên quỹ đạo là 10 m/s có nghĩa là nếu bắt đầu từ điểm A vật tiếp tục chuyển động thẳng đều thì trong một giây vật đi đ−ợc một đoạn đ−ờng là 10 m.
Đối với ban khoa học xã hội, do không đ−a vào khái niệm độ dời nên phải chấp nhận ph−ơng án định nghĩa theo đ−ờng đi và đ−a thêm h−ớng của chuyển động vào để hình thành khái niệm vận tốc nh− đã phân tích ở phần trên, tuy có dễ hiểu hơn nh−ng kém chặt chẽ về mặt logic.
2.3. Gia tốc