2.1.1. Mục tiêu kiến thức
- Hiểu được khái niệm tầm ném xa của vật trong chuyển động ném ngang.
- Thiết lập được phương trình chuyển động, phương trình quỹ đạo của vật ném ngang.
- Viết được biểu thức tầm ném xa của vật chuyển động ném ngang. - Đe xuất được phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức về chuyển động ném ngang.
2.1.2. Mục tiêu kĩ năng
- Biết cách chọn hệ quy chiếu thích hợp, biết cách phân tích chuyến động ném ngang thành các chuyển động thành phần, biết tổng hợp 2 chuyển động thành phần thành chuyển động tổng hợp.
- Vẽ được (một cách định tính) quỹ đạo chuyển động của vật ném ngang.
- Biết vận dụng những kiến thức đã học để giải thích các tình huống trong các thí nghiệm và các quá trình trong thực tiễn cuộc sống.
- Biết vận dụng những kiến thức đã học để làm bài tập liên quan đến chuyển động ném ngang.
- Biết cách lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm, tiến hành các thí nghiệm kiểm nghiệm và đưa ra những kết luận cần thiết.
2.2.NỘÌ dung kiến thức về chuyển động ném 2.2.1. Chuyển động ném xiên
M y
Chuyển động ném xiên là chuyển động rất phổ biến liên quan đến nhiều hiện tượng xảy ra trong cuộc sống như: chuyển động của viên đạn khi rời khỏi nòng súng, chuyển động của những quả pháo hoa, chuyển động của trái bóng trong khi chơi bóng rổ, bóng chuyền, hay chuyến động của “trái còn” trong trò chơi ném còn của các dân tộc vùng núi.. .vv.
♦♦♦ Nội dung kiến thức về chuyển động ném xiên bao gồm: - Phương trình chuyển động
• Theo phương nằm ngang Ox: X = (v0 cos a) t (1)
• Theo phương thẳng đứng Oy: y = (v0s in a ) t- - g t2 (2)
- Phương trình quỹ đao: y = (tga)x--- 2g - X 2
2v0cos a (3)
- Phương trình vận tốc:
• Theo phương nằm ngang Ox: vx = v0x = v0cosa
• Theo phương thẳng đứng Oy: v y = v 0 s i n oc — g t
(4) (5)
♦♦* Các giai đoạn nghiên cứu chuyến động ném xiên: thay vì nghiên cứu chuyến động cong phức tạp ta nghiên cứu chuyến động của hai hình chiếu của vật trên hai trục toạ độ: trục Ox nằm ngang, theo phương ngang vật không chịu tác dụng của lực nào. Trục Oy thẳng đứng, theo phương này vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực p. Chọn mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyến động. Ket quả là:
Theo phương nằm ngang chuyển động của vật là chuyển động thẳng đều với gia tốc ax = 0
Theo phương thẳng đứng chuyển động của vật là chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc ay = -g
❖ Một số đặc điểm của chuyển động ném xiên:
• Thời gian chuyển động: t = 2v°— a (6)
Dựa vào các đặc điểm của chuyển động ném xiên ta có thể xây dựng được các bài tập có nội dung thực tiễn và sử dụng chúng trong dạy học để kiểm nghiệm quy luật của chuyển động ném xiên.
g
Tầm bay cao H: H = ymax= ^
2g (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tầm bay xa L:
Vq sin2 a
(7)
(8) Vận tốc của vật tại thời điếm t bất kì:
2.2.2. Chuyển động ném ngang
Hình 2: Quỹ đạo của vật chuyên động ném ngang.
Chuyển động ném ngang là chuyến động phổ biến mà ta dễ gặp trong thực tiễn như: chuyển động của viên bi được bắn từ trên mặt bàn nằm ngang rơi xuống đất, chuyển động tia nước được phun ra từ một vòi phun nước đặt nằm ngang, chuyển động của viên đạn được bắn theo phương ngang từ một độ cao h so với mặt đ ất... vv.
❖ Nội dung kiến thức về chuyển động ném ngang bao gồm: Phương trình chuyển động
• Theo phương nằm ngang Ox: X = v01 (10) 1 9
• Theo phương thăng đứng Oy: y = — gt (11)
- Phương trình quỹ đao: y = - ^ - x 2 (12)
2vv0
Phương trình vận tốc:
• Theo phương nằm ngang Ox: vx = v()x = v() (13) • Theo phương thẳng đứng Oy: v y = g t (14)
❖ Các giai đoạn nghiên cứu chuyển động ném ngang: thay vì nghiên cún chuyển động cong phức tạp ta nghiên cứu chuyển động của hai hình chiếu của vật trên hai trục toạ độ: trục Ox nằm ngang, theo phương ngang vật không chịu tác dụng của lực nào. Trục Oy thẳng đứng, theo phương này vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực p. Chọn mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động.
Kết quả là:
Theo phương nằm ngang chuyển động của vật là chuyển động thẳng đều với gia tốc ax = 0
Theo phương thẳng đứng chuyển động của vật là chuyển động rơi tự do với gia tốc ay = g
❖ Một số đặc điểm của chuyển động ném ngang:
Dựa vào các đặc điểm của chuyển động ném ngang ta có thể xây dựng được các bài tập có nội dung thực tiễn và sử dụng chúng trong dạy học để kiểm nghiệm quy luật của chuyển động ném ngang.
(15)
• Tầm bay xa L:
(16)
• Vận tốc của vật lúc chạm đất: vx = v0 ; V = y/2gh
• Vận tốc của vật tại thời điểm t bất kì:
(17)
2.3. Xây dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về “Chuyển động ném”- Vật lí 10 - Vật lí 10
2.3.1. Sự cần thiết phải xây dựng các bài tập yật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném
Bài tập có nội dung thực tiễn là bài tập đề cập tới những vấn đề có trong đời sống, kĩ thuật. Dĩ nhiên những vấn đề đó cần được thu hẹp và đon giản hóa đi nhiều so với thực tiễn.
Bản thân mỗi BTVL đã là một tình huống vận dụng tích cực. Song tính tích cực của nó còn được nâng cao hơn khi nó được sử dụng đế giúp HS tìm tòi, rèn luyện khả năng tư duy sáng tạo. Do đó, BTVL có nội dung thực tiễn thực sự là một phương tiện hữu hiệu để tích cực hóa hoạt động phát triển tư duy của HS trong việc quan sát và giải thích các hiện tượng trong cuộc sống. Thông qua việc giải các BT có nội dung thực tiễn, HS không những có hứng thú tìm tòi, khám phá thế giới mà còn có điều kiện rèn luyện, phát triển năng lực sáng tạo. HS biết vận dụng những lí thuyết đã được học để giải thích các tình huống trong các thí nghiệm, các quá trình trong thực tiễn và kĩ thuật. Còn chuyển động ném tuy dễ quan sát, dễ hình dung nhưng lại bao trùm nhiều kiến thức và có thể kết họp với những kiến thức khác. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi nhận thấy việc xây dựng hệ thống BT có nội dung thực tiễn về chuyển động ném là vô cùng cần thiết. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.2. Yêu cầu về xây dựng các bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném chuyển động ném
BTVL có nội dung thực tiễn về chuyển động ném là những bài tập được lựa chọn sao cho chúng phải thỏa mãn những yêu cầu chung của việc lựa chọn, xây dựng hệ thống bài tập, đồng thời những BT đó phải đáp ứng được những yêu cầu sau:
- Bài tập phải đề cập đến chuyển động của những vật bị ném trong thực tiễn.
- Bài tập về chuyển động của vật bị ném phải có ứng dụng rộng rãi trong đời sống.
- Số liệu trong bài tập phải phù họp với thực tiễn.
- Ket quả của bài tập phải có tác dụng thực tiễn, tức là phải đáp ứng một vấn đề thực tiễn nào đó.
- Các bài tập phải kiểm nghiệm được quy luật chuyển động của chuyển động ném.
2.3.3. Xây dựng các bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném
Trong tài liệu này chúng tôi sẽ tập trung vào các biểu hiện của tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS trong học tập và các đặc điếm của chuyển động ném ngang, ném xiên để xây dựng các bài tập có nội dung thực tiễn như sau:
Bài 1: Trong lúc đang chơi đùa với một số chai nhựa đựng nước thì Nam vô tình phát hiện tia nước từ lỗ hở ở thân chai được phun ra không chạm đất ở vị trí sát mép chân bàn mà nó chạm đất ở một vị trí cách xa chân bàn. Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm quy luật chuyến động của tia nước?
Bài 2: Thời gian rơi của viên bi được ném theo phương ngang bằng thời gian rơi của viên bi rơi tự do ở cùng độ cao. Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm nhận định trên.
Bài 3: Người ta bắn một viên bi đặt trên mặt bàn nằm ngang với vận tốc v0 sao cho v0 có hướng đi qua vị trí đặt một đồng xu được buộc vào một sợi dây treo thẳng đứng cách mép bàn một khoảng 1 (như hình 3). Khi viên bi được bắn đi thì đồng thời cắt dây treo đồng xu. Hỏi viên bi có chạm vào đồng xu hay không?
Hình 3. Thí nghiệm bắn viên bi theo phương ngang và thả đổng xu rơi tự do.
Bài 4: Tìm sự phụ thuộc của vận tốc tia nước tại lỗ hở ở thành bình của một bình nhựa vào độ cao h của lỗ hở đối với mức mà ta đánh dấu điểm rơi của tia nước. Từ đó hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để tiến hành thí nghiệm xác định vận tốc của tia nước tại lỗ hở của bình?
Bài 5: Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm
nghiệm sự phụ thuộc của tầm ném xa trong chuyển động ném ngang vào vận tốc ban đầu v0 của vật.
Bài 6: Hãy tìm trong thực tiễn cuộc sống một vài ví dụ liên quan đến chuyên động ném ngang để chứng minh cho nhận định: “Chuyển động ném ngang xét theo phương nằm ngang là chuyển động thắng đều”.
Bài 7: Sử dụng kiến thức về chuyến động ném ngang đã được học hãy giải thích:
a) Tại sao phần đập tràn của nhà máy thuỷ điện ở phía hạ lun được xây theo dạng cong cong như hình vòi nước?
b) Tại sao con khỉ bắt được quả chuối trong trường họp một người đứng trên bục cao trong vườn thú ném quả chuối theo phương ngang về phía con khỉ. Giả thiết rằng khi người bắt đầu ném quả chuối thì con khỉ buông tay rơi xuống. Biết quả chuối được cung cấp vận tốc ban đầu sao cho phương của
v0 đi qua vị trí ban đầu của con khỉ.
chuyển động ném xiên: chai nhựa hoặc bình chứa, ống nhựa, bảng chia độ, thước, giá đỡ và thanh sắt.
Bài 9: Hãy đề xuất phương án thí nghiệm kiếm nghiệm kiến thức về đặc điểm tầm bay cao cực đại của chuyển động ném xiên.
Bài 10: Dựa vào các kiến thức về chuyển động ném xiên đã được học hãy chứng minh rằng: “Trong các dịp lễ, tết khi bắn pháo hoa theo phương thẳng đúng thì pháo hoa sẽ đạt tới độ cao lớn nhất so với các trường hợp bắn theo các phương khác”.
Bài 11: Trong bộ môn giáo dục quốc phòng, khi học bắn súng trường, ta phải đặt khẩu súng trong mặt phẳng đứng. Hãy giải thích tại sao khi ngắm bắn các mục tiêu ở xa ta phải nâng thước ngắm lên?
Hãy tìm những ví dụ về các quá trình, các trò chơi liên quan đến chuyển động ném xiên trong thực tiễn.
2.4. Hướng dẫn hoạt động giải các bài tập có nội dung thực tiễn về chuyển động ném chuyển động ném
Bài 1:
* Mục đích của bài tập: BT này được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 để kiểm nghiệm quy luật chuyển động của vật ném ngang.
* Câu hỏi định hưóng tư duy của HS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Sau khi các phần tử nước rời khỏi lỗ hở, nếu bỏ qua lực cản của không khí có những lực nào tác dụng lên chúng?
- Quỹ đạo chuyển động của mỗi phần tử nước có dạng như thế nào? - Hãy lập phương trình chuyển động của mỗi phần tử nước (quy luật toạ độ phụ thuộc vào thời gian)?
* Lòi giải BT
Khi được phun ra từ lỗ hở, các phần tử nước chuyển động trong không gian, lúc này chúng chịu tác dụng của trọng lực p và lực cản không khí. Neu bỏ qua lực cản của không khí thì các phần tử nước chỉ chịu tác dụng của trọng lực hướng theo phương thẳng đứng, chiều hướng xuống. Sau một thời gian nhất định thì chúng chạm đất.
Do đó, quỹ đạo của từng phần tử nước không phải là một đường thắng mà là một đường cong.
Ta có thể thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm quỹ đạo của từng phần tử nước như sau: Dùng một parabol hình học để kiểm tra quỹ đạo của từng phần tử nước. Neu quỹ đạo của từng phần tử nước trùng vói parabol hình học thì quỹ đạo của tia nước cũng là một parabol.
Đe có thể tiến hành được thí nghiệm kiểm nghiệm trên ta cần sử dụng các dụng cụ như: một chai nhựa được đục lỗ ở thân chai và nắp chai, ống hút nước (vòi phun) bằng nhựa, parabol hình học được tạo bởi đường cong đi qua tâm bốn hình tròn nhỏ được gắn cố định với bốn thanh sắt sao cho khoảng cách từ tâm bốn hình tròn đến một vị trí cố định trên thanh sắt có chiều dài theo tỉ lệ 1: 4: 9: 16, bốn thanh sắt được đặt cách đều nhau. Bố trí thí nghiệm như hình 4.
ct> 1 1 1
Q
V
Ố
Hình 4. Thí nghiêm kiêm nghiêm quỹ đạo của tỉa nước.
Ta tiến hành thí nghiệm như sau: Lấy đầy nước vào chai nhựa, cắm ống nhựa (vòi phun) vào lỗ hở trên nắp chai, tia nước được phun ra tại lỗ hở ở thân chai chuyển động như một vật ném ngang. Quan sát quá trình chuyển động của tia nước, nếu tia nước đi qua cả bốn vòng tròn tạo bởi parabol hình học thì quỹ đạo của tia nước là một parabol.
Bài 2:
* Mục đích của bài tập: BT được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 để kiểm nghiệm kiến thức thời gian rơi của vật bị ném ngang bằng thời gian rơi của vật rơi tự do ở cùng độ cao.
* Câu hỏi định hướng tư duy của HS
- Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để có thể tạo ra cả hai chuyển động là chuyển động ném ngang và rơi tự do?
- Từ các dụng cụ thí nghiệm đã lựa chọn, hãy thiết kế phương án thí nghiệm để kiếm nghiệm nhận định trên?
- Hãy tiến hành thí nghiệm dựa vào phương án thí nghiệm đã thiết kế?
* Lời giải BT
Ta có thể lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm như sau: hai viên bi, 1 thanh thép đàn hồi, vật đỡ, búa.
Có thể thiết kế phương án thí nghiệm như sau: cho hai viên bi A và B rơi cùng một thời điểm. Bi A chuyển động ném ngang còn bi B rơi tự do. Quan sát quá trình chuyển động của cả hai viên bi. Rút ra kết luận về thời gian rơi của chúng. Từ đó kiểm nghiệm được nhận định.
Thí nghiệm được bố trí như hình 5.
chuyên động ném ngang.
Tiến hành thí nghiệm:
Dùng búa đập nhẹ vào thanh thép, lúc này hai viên bi rơi xuống đồng thời. Khi đó bi A chuyển động ném ngang còn bi B rơi tự do.
Quan sát quá trình chuyển động của hai viên bi kết họp dùng phương
Kết quả thí nghiệm: Ta thấy hai viên bi ở mọi thời điểm luôn ở cùng một độ cao và chúng rơi xuống đất đồng thời.
Bài 3:
* Mục đích của bài tập: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
BT này được sử dụng để kiểm nghiệm kiến thức thời gian rơi của vật ném ngang bằng thời gian rơi của vật rơi tự do ở cùng độ cao. Được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10. Từ đó kiểm tra được kiến thức chuyển động ném ngang của viên bi xét theo phương thẳng đứng là chuyển động rơi tự do.
* Câu hỏi định hướng tư duy của HS