Bộ TBTN mà chúng tôi thiết kế, chế tạo có thể sử dụng để dạy học các kiến thức của chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, trong đó, các TN được cải tiến bao gồm:
- TN kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai hay ba lực không song song
- TN kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy - TN kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực song song - TN kiểm nghiệm khảo sát quy tắc momen lực
- TN kiểm nghiệm quy tắc cộng độ dời
TBTN do chúng tôi xây dựng cho phép tiến hành toàn bộ các TN Cân bằng và chuyển động của vật rắn trong chương trình Vật lí 10. Các TN đều được trình bày theo bố cục:
- Mục đích TN
- Cơ sở lí thuyết (đối với TN kiểm nghiệm) - Bố trí TN
- Tiến hành TN - Kết quả TN
- Nhận xét, kết luận - Lưu ý (nếu có)
2.4.1. Thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực hoặc ba lực không song song
2.4.1.1. TN1: Kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai lực
- Mục đích: Kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai lực
- Cơ sở lí thuyết: Rút ra từ suy luận lí thuyết cần phải kiểm chứng
Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều: 1 2
F = −F
uur uur
Hình 4 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực
- Tiến hành TN
+ Treo quả nặng vào lực kế, chú ý sao cho phương của chúng phải nằm trên một đường thẳng đứng, khi hệ nằm cân bằng, thì đọc số chỉ của lực kế.
+ Tăng dần số quả nặng rồi ghi số chỉ của lực kế tương ứng.
- Kết quả TN
Số quả nặng 0,5N 1 2 3 4 5
Trọng lượng (N) 0,5 1 1,5 2 2,5
F (N) 0,5 1 1,5 2 2,5
Bảng 6 Kết quả thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực
- Nhận xét: Các quả nặng chịu tác dụng của hai lực (của trọng lực P và của lực kế) khi cân bằng thì số chỉ lực kế đúng bằng trọng lượng của các quả nặng, chứng tỏ tính đúng đắn điều kiện cân bằng rút ra từ lí thuyết.
2.4.1.2. Thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của ba lực không song song
- Mục đích: Kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của ba lực không song song.
- Cơ sở lí thuyết: Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực không song song ở trạng thái cân bằng thì hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba:
1 2 3
F +F = −F (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
uur uur uur
- Bố trí TN
Hình 5 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song
+ Tiến hành đo góc hợp phương của hai dây treo, đọc số chỉ hai lực kế rồi ghi vào bảng.
+ Giữ nguyên số lượng quả nặng, thay đổi góc hợp giữa hai dây treo, đo góc và đọc số chỉ lực kế.
+ Tăng số lượng quả nặng, đo góc hợp và số chỉ lực kế lặp lại như trên.
- Kết quả TN Góc hợp α F1 F2 Lực tổng hợp ( ) 2 2 1 2 2 1 2cos 1; 2 F = F +F + F F F Fuur uur 2 quả nặng (P = 1N) 290 0,6N 0,4N 0,969N 700 0,7N 0,5N 0,989N 1000 0,9N 0,8N 1,026N 4 quả nặng (P = 2N) 450 1,0N 1,2N 2,033N 650 1,2N 1,2N 2,024N 880 1,6N 1,3N 2,066N
Bảng 7 Kết quả thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực
- Nhận xét
Lực tổng hợp F có độ lớn bằng trọng lượng của các quả nặng, dẫn tới tổng hợp của hai lực F1 và F2 cân bằng với trọng lực P tác dụng lên vật. Qua đó chứng minh tính đúng đắn của lí thuyết về điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của ba lực không song song đã nêu trên.
- Chú ý: Khi đo lực và đo góc cần đặt mắt vuông góc với bảng, chỉnh lực kế sao cho trục lực kế không bị chạm vào thành để kết quả đo chính xác.
2.4.2. Thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy
- Mục đích: Kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy (theo quy tắc hình bình hành).
- Cơ sở lí thuyết: Hợp lực của hai lực đồng quy được biểu diễn bằng đường chéo kẻ từ điểm đồng quy của hình bình hành mà hai cạnh là những vector biểu diễn hai lực thành phần: ur uur uurF= +F1 F2
.
Hình 6 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy
- Tiến hành TN
+ Cho hai lực kế tác dụng lên vật theo hai phương tạo với nhau một góc α, có thể dùng ốc nam châm để cố định lực kế đánh dấu hình chiếu của hai phương này lên bảng. Đọc số chỉ của hai lực kế.
+ Biểu diễn hai vector F F1, 2 uur uur
lên bảng theo cùng một tỉ lệ xích. + Vẽ lên bảng hình bình hành với hai cạnh là hai vector F F1, 2
uur uur
và đường chéo biểu diễn lực tổng hợp F
ur
. Dùng thước đo chiều dài đường chéo biểu diễn F ur
, từ đó tính lực tổng hợp theo tỉ lệ xích đã chọn.
+ Dùng một lực kế để treo quả nặng này và đọc số chỉ lực kế để so sánh. + Lặp lại các bước TN với các cặp lực F F1, 2
uur uur và theo phương khác. - Kết quả TN: Số quả nặng F1 F2 Độ lớn lực tổng hợp đo theo tỉ lệ xích (0,1N↔ 10mm) Chỉ số lực thay thế đo bằng lực kế 2 0,6N 0,48 N 1,05N 1,2N 0,6N 0,7N 1,08N 1,1N 0,8N 0,8N 1,12N 1,1N 4 1,5N 1,3N 2,12N 2,1N 1,2N 1,2N 2,20N 2,1N 1,7N 1,5N 2,08N 2,1N
Bảng 8 Kết quả thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy
- Nhận xét: Kết quả TN cho thấy lực tổng hợp có độ lớn đúng theo quy tắc hình bình hành, chứng tỏ tính đúng đắn của kết quả rút ra từ suy luận lí thuyết.
2.4.3. Thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực song song (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Mục đích TN: Kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực song song, cùng chiều.
- Cơ sở lí thuyết: Hợp lực của hai lực F F1, 2 uur uur
song song, cùng chiều là một lực F ur
song song, cùng chiều với 1 2
,
F F
uur uur
, có giá nằm trong mặt phẳng chứa 1 2
, F F uur uur thỏa mãn công thức: 1 2 1 2 2 1 F F F F d F d = + = (chia trong). - Bố trí TN
Hình 8 Bố trí thí nghiệm tổng hợp hai lực song song – khi treo hai vật vào trọng tâm
- Tiến hành TN
+ Dùng vật thẳng dài (hình thước) có trọng tâm ở giữa, móc vào một lực kế đã được cố định trên bảng. Điều chỉnh sao cho thước nằm ngang.
+ Sau đó treo vào thước 2 chùm vật nặng ở 2 đầu thước. Thay đổi khoảng cách và trọng tâm thước đến điểm treo 2 chùm vật nặng sao cho thước vẫn nằm ngang.
+ Bây giờ, tháo 2 chùm vật nặng đó và gắn vào trọng tâm của thước thì vẫn thấy thước nằm ngang.
+ Số chỉ trên lực kế không đổi.
Lực tổng hợp F = 2,4N F 1 F2 d1 (mm) d 2 (mm) 12 F F 2 1 d d F1 + F2 Lần 1 1,6N 0,8N 10 20 2,00 2,00 2,4N Lần 2 1,5N 1,0N 20 30 1,50 1,50 2,5N Lần 3 1,2N 1,3N 40 40 0,92 1,00 2,4N Lần 4 1,0N 1,4N 60 40 0,71 0,67 2,4N
Bảng 9 Kết quả thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng cảu vật rắn chịu tác dụng của hai lực song song
- Nhận xét: Lực tổng hợp có độ lớn bằng tổng hai lực thành phần và tỉ lệ khoảng cách đúng theo công thức suy luận chứng minh tính đúng đắn của lí thuyết. 2.4.4. Thí nghiệm khảo sát quy tắc momen lực
- Mục đích: Khảo sát điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định để rút ra quy tắc momen lực và hình thành khái niệm momen lực đối với một trục quay.
- Bố trí TN
Hình 9 Bố trí thí nghiệm khảo sát quy tắc momen lực
+ Treo quả nặng vào đĩa momen sao cho đĩa cân bằng, giữ nguyên số quả nặng bên trái và đánh dấu vị trí cân bằng ban đầu. Đọc chỉ số Po, do, F1, d1.
+ Thay đổi lực tác dụng F bằng cách tăng hoặc giảm số quả nặng, di chuyển điểm treo sao cho đĩa nằm cân bằng ở đúng vị trí ban đầu. Đọc số chỉ của F2, d2.
+ Lặp lại các bước trên, so sánh tích số F.d rồi nhận xét.
- Kết quả TN Số liệu Lần đo F (N) d (cm) F.d Po = 84N do = 7,2cm Po.do = 6,048 1 83,6 0,072 6,019 2 169 0,036 6,084 Po = 84N do = 4,8 cm Po.do = 4,032 3 83,6 4,8 4,013 4 169,5 2,4 4,068
Bảng 10 Kết quả thí nghiệm khảo sát quy tắc momen lực
- Nhận xét:
+ Khi lực F thay đổi thì cánh tay đòn d thay đổi tỉ lệ nghịch với nhau và tích số F.d luôn không đổi. Từ đó suy ra đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực, được đo bằng tích số F.d, đó chính là momen lực.
+ So sánh tích số F.d và Po.do luôn bằng nhau (tức là momen của Po luôn cân bằng với momen của lực F), rút ra quy tắc momen lực: “Tổng các momen lực có xu hướng làm cho vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm cho vật quay ngược chiều kim đồng hồ”.
2.4.5. Thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc cộng độ dời (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Mục đích thí nghiệm:
Khảo sát quy tắc hình bình hành trong cộng độ dời.
Hình 10 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc cộng độ dời
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Cố định các thiết bị lên mặt phẳng nằm ngang. + Đặt bút vào con chạy và gắn chặt bằng bulong. + Điều chỉnh góc giữa 2 thanh theo phương bất kì. + Đánh dấu vị trí ban đầu của hệ trên 2 thanh. + Di chuyển hệ 2 thanh theo phương ngang.
+ Khi đó trên bảng sẽ vạch ra một đường chính là tổng hợp phương chuyển động của con chạy theo các phương.
Hình 11 Kết quả thí nghiệm đối với trường hợp hai thanh trượt hợp nhau một góc 90
- Nhận xét: Vẽ lại hình dạng đường đi của con chạy trên thanh dọc và đường đi của thanh ngang, sau đó nối lại với đường vẽ trên bảng khi con chạy di chuyển. Ta thấy các đường vẽ thỏa mãn quy tắc hình bình hành.
2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương này, chúng tôi đã đạt được một số kết quả sau:
Phân tích được thực trạng sử dụng TBTN ở trường THPT, ưu nhược điểm, qua đó dẫn tới sự cần thiết phải chế tạo TBTN này.
Xây dựng được bộ TBTN Cân bằng và chuyển động của vật rắn cho phép tiến hành toàn bộ các thí nghiệm cần sử dụng để DH các nội dung kiến thức của Chương III: “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10.
Xây dựng được bộ TBTN Cộng độ dời cho phép tiến hành toàn bộ các thí nghiệm cần sử dụng để DH các nội dung kiến thức của bài Tính tương đối của chuyển động.
KẾT LUẬN
Đối chiếu với mục đích nghiên cứu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài, chúng tôi đã đạt được một số kết quả sau:
- Bổ sung và làm rõ thêm được những cơ sở lí luận việc xây dựng và sử dụng TBTN trong DH vật lí theo phương pháp DH PH&GQVĐ nhằm phát triển năng lực GQVĐ của HS.
- Xây dựng được TBTN Cân bằng và chuyển động của vật rắn, soạn thảo được tiến trình dạy học nội dung kiến thức “Mức vững vàng của cân bằng” và công cụ đánh giá năng lực GQVĐ của HS.
- Thực nghiệm sư phạm trong đó tổ chức DH nội dung kiến thức “Mức vững vàng của cân bằng” nhằm phát triển NL GQVĐ của HS và đánh giá sơ bộ hiệu quả của tiến trình DH đã xây dựng theo kiểu DH PH&GQVĐ.
Qua quá trình nghiên cứu, tổ chức dạy học và đánh giá kết quả của việc tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực GQVĐ của HS, chúng tôi có một số kiến nghị như sau:
- Đối với nhà trường: Mặc dù TBTN của khối THPT được cung cấp nhưng chưa đầy đủ, cộng với việc các TBTN dù có nhưng lại rất ít khi được sử dụng. Chúng tôi đề nghị nhà trường đầu tư bổ sung ngay. Đồng thời, cần khuyến khích GV và HS tăng cường xây dựng và tổ chức dạy học các phương pháp DH tích cực, có sử dụng TBTN trong các giờ học thực hành và cả giờ học lí thuyết để phát triển hơn nữa năng lực của HS.
- Đối với GV: cần có sự đầu tư hơn nữa trong việc thiết kế và tổ chức DH, thường xuyên sử dụng các phương pháp DH tích cực để tạo sự hứng thú, đồng thời phát triển các năng lực cần thiết của HS.