Xây dựng tiến trình dạy học một số chủ đề bài tập vật lí chương Động lực học

LÍ CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN

Trên cơ sở lí luận đã phân tích ở chương I, trong nội dung phần này chúng tôi xây dựng một số giáo án nhằm làm sáng tỏ những vấn đề, những biện pháp đã đề ra. Quan điểm của chúng tôi là để học sinh tự lực học tập thì trước hết học sinh phải tích cực học tập, để học sinh tích cực thì học sinh phải có hứng thú và do đó chúng tôi tạo hứng thú bằng cách tạo ra những vấn đề học tập vừa sức và có sự gợi mở hướng dẫn kịp thời để học sinh hiểu được bước tiếp theo phải làm gì. Khi học sinh tự lực giải được bài tập thì tính tích cực lại được phát huy. Do vậy tính tích cực luôn gắn liền với tính tự lực trong nhận thức của các em.

2.2.1. Ý tƣởng sƣ phạm xây dựng tiến trình dạy học

2.2.1.1. Ý tƣởng sƣ phạm

Tiến trình dạy học chúng tôi xây dựng là tuân thủ theo các biện pháp mà chúng tôi đã đề xuất ở chương 1, mà mục đích là nhằm phát huy tính tích cực và tự lực học tập của học sinh THPT miền núi.

Để phát huy được tính tích cực học tập của học sinh, chúng tôi sử dụng phương pháp dạy học nêu vấn đề, kết hợp vấn đáp-đàm thoại; phương pháp làm việc độc lập của học sinh kết hợp với học tập hợp tác trong nhóm nhỏ. Giáo viên tạo ra những tình huống có vấn đề đó là nội dung các bài tập, cụ thể hơn là cái cần tìm trong mỗi bài toán. Giáo viên định hướng hành động học tập theo kiểu hướng dẫn tìm tòi, trong đó có dự kiến đối với học sinh yếu không đáp ứng được yêu cầu thì

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thu hẹp dần phạm vi tìm tòi đến khi có thể giải quyết được vấn đề. Sau đó tổ chức cho học sinh thảo luận và giao nhiệm vụ cho các nhóm. Trong nhóm các học sinh tự giác, chủ động suy nghĩ và trao đổi ý kiến. Với kiểu hướng dẫn này tất cả học sinh trong lớp sẽ tích cực suy nghĩ và chủ động tranh luận giải quyết bài toán.

Để phát huy tính tự lực học tập của học sinh, chúng tôi sử dụng phương tiện dạy học hiện đại để hỗ trợ chiếu đầu bài, hình vẽ và nhiệm vụ học tập lên màn chiếu để học dễ quan sát và dễ xác định được hiện tượng xảy ra ở mỗi bài toán. Ngoài ra, việc phân tích kĩ đầu bài (cái đã cho, cái cần tìm) cũng góp phần tạo hứng thú và kích thích tính tự lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Việc tranh luận và thảo luận ở các nhóm học sinh, việc trình bày ý tưởng và kết quả của nhóm, và việc lựa chọn các bài tập điển hình có nội dung tăng dần độ phức tạp để học sinh tiếp tục giải bài tập giao về nhà cũng góp phần phát huy tính tự giác học tập của mỗi học sinh.

Trong quá trình giải bài tập giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận theo nhóm và tự trình bày ý tưởng của mình, các nhóm khác nhận xét giúp cho quá trình kiểm tra, đánh giá và tự kiểm tra, đánh giá của học sinh được diễn ra một cách tự nhiên. Qua đây cũng phát huy được tính tự lực học tập, rèn luyện được khả năng diễn đạt và trình bày trước tập thể.

Trong quá trình tổ chức hoạt động giải bài tập, giáo viên cũng chú trọng rèn các kĩ năng cơ bản, cần thiết như: cách dùng đơn vị (tóm tắt đề bài), kĩ năng tính toán, sử dụng máy tính bỏ túi, kĩ năng phân tích, tổng hợp, so sánh,… Từ đó giúp phát triển tư duy lôgic và rèn ngôn ngữ vật lí cho học sinh miền núi.

Có thể mô tả cụ thể ý tưởng xây dựng tiến trình dạy một tiết học như sau:

* Phần kiểm tra bài cũ: giáo viên nêu ra những câu hỏi đơn giản dạng trắc nghiệm hoặc tự luận định tính (giải thích hiện tượng). Chủ yếu để khởi động tư duy và nêu ra những công thức cần nhớ để làm bài tập.

* Về nội dung: giáo viên đưa ra ba bài tập: bài mở đầu là bài cơ bản, đơn giản, mà học sinh có thể tự lực giải được nhằm kích thích hứng thú cho học sinh; hai bài tiếp theo là các bài tập tổng hợp tăng dần độ phức tạp. Nội dung các bài tập vừa có tác dụng củng cố kiến thức, vừa có tác dụng nêu ra kiến thức mới cho học sinh, mà cũng vừa sức và rất thực tế với học sinh miền núi.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

* Về phƣơng pháp:

- Phương pháp chung: Dạy học nêu vấn đề, vấn đáp-đàm thoại, hoạt động cá nhân, thảo luận nhóm.

- Phương pháp cụ thể: giáo viên nêu bài toán và hình vẽ trên máy chiếu projector để học sinh dễ quan sát. Hướng dẫn học sinh phân tích đầu bài để chỉ ra cái đã cho, cái cần tìm của bài toán. Sau đó hướng dẫn giải bài toán bằng kiểu hướng dẫn tìm tòi, giáo viên đặt ra những câu hỏi để gợi ý về tiến trình giải cụ thể của bài toán. Tổ chức cho học sinh hoạt động cá nhân kết hợp với thảo luận theo nhóm nhỏ để thực hiện nhiệm vụ giải bài tập. Giáo viên quan sát hoạt động của học sinh và có sự hướng dẫn thêm với những học sinh yếu để cho tất cả học sinh trong lớp tích cực giải bài tập. Khi làm bài xong, giáo viên yêu cầu đại diện 2 nhóm lên trình bày kết quả trên máy chiếu vật thể, các nhóm khác nhận xét và bổ sung. Cuối cùng giáo viên nhận xét chung và nêu ra những điều cần lưu ý khi giải bài tập và giao nhiệm vụ về nhà.

* Phƣơng tiện: Máy vi tính, máy chiếu projector để chiếu đầu bài, hình vẽ, nhiệm vụ học tập. Máy chiếu vật thể: chiếu phương án giải bài tập của học sinh.

Với cách phân tích như vậy ta có thể diễn đạt bằng sơ đồ tiến trình dạy học như sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.2.1.2. Sơ đồ tiến trình dạy học

- Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát

- Câu hỏi trắc nghiệm. Câu hỏi tự luận (định tính)

- Phương pháp: Kiểm tra trắc nghiệm, kiểm tra tự luận (giải thích)

Máy vi tính, máy chiếu projector Giải bài tập (Bài tập định tính)

- Khởi động tư duy - Tạo hứng thú học tập

- Nội dung bài tập định tính

- Phương pháp: Nêu vấn đề, vấn đáp- đàm thoại, hoạt động cá nhân.

Máy vi tính, máy chiếu projector

- Kích thích hứng thú học tập - Rèn ngôn ngữ vật lí cho học sinh

- Rèn kĩ năng trình bày vấn đề trước tập thể

- Nội dung bài tập tính toán (2 bài) - Phương pháp: Nêu vấn đề, vấn đáp- đàm thoại, hoạt động cá nhân, thảo luận nhóm. Giải bài tập (Bài tập tính toán) Máy vi tính, máy chiếu, phiếu học tập

- Rèn kĩ năng tính toán, phân tích, tổng hợp, so sánh.

- Rèn ngôn ngữ vật lí cho học sinh - Phát triển tư duy vật lí cho học sinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.2.2. Xây dựng tiến trình dạy học một số chủ đề bài tập

Dưới đây chúng tôi xin trình bày hai giáo án được biên soạn theo quan điểm, mục tiêu của đề tài đặt ra.

Phần này chúng tôi sử dụng một số kí hiệu sau:

◊ Nhận xét, dẫn dắt hoặc thông báo của giáo viên.

O Câu hỏi, đặt vấn đề của giáo viên. ▼ Hoạt động của học sinh.

Bài soạn 1

BÀI TẬP VỀ PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC

I. MỤC TIÊU 1. Về kiến thức:

- Nắm được các công thức của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục; - Nắm được các tính chất của chuyển động quay;

- Phân tích được mối liên hệ giữa chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của vật rắn quanh một trục.

2. Về kĩ năng:

- Có kĩ năng phân tích chuyển động của hệ vật;

- Có kĩ năng vận dụng các kiến thức về chuyển động quay của vật rắn và vận dụng PT động lực học của vật rắn quay quanh một trục để giải các bài tập;

- Có kĩ năng vận dụng tổng hợp kiến thức về chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của vật rắn để phân tích chuyển động tổng hợp của hệ vật.

3. Về thái độ:

- Tích cực tham gia giải bài tập dưới sự hướng dẫn của giáo viên; - Chủ động vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn.

II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Phân tích phương pháp giải các bài toán cụ thể; - Đồ dùng dạy học: máy vi tính, máy chiếu.

2. Học sinh:

- Ôn tập các kiến thức lí thuyết về chuyển động quay của vật rắn, PT động lực học của vật rắn quay quanh một trục;

- Ôn tập các kiến thức Vật lí ở lớp 10: mômen lực, PT động lực học của chất điểm, PT chuyển động thẳng đều, thẳng biến đổi đều, chuyển động tròn đều;

- Phiếu học tập.

III. PHÂN TÍCH PHƢƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ

Bài toán 1: Hãy tìm biểu thức tính mômen quán tính đối với trục quay đi qua đầu một thanh có chiều dài l, khối lượng m?

A. Phân tích đầu bài

- Cái đã cho: Thanh dài l, khối lượng m

- Cái cần tìm: Mômen quán tính I của thanh đối với trục quay đi qua một đầu của thanh.

B. Định hƣớng tƣ duy cho học sinh

- Giáo viên sẽ đưa ra công thức tính mômen quán tính I đối với trục quay bất kì song song với trục đối xứng: 2

0

I  I ma

- Vì trong lí thuyết chỉ cho biết mômen quán tính I0 của thanh đối với trục quay là trục đối xứng, nên để tìm được mômen quán tính đối với trục quay đi qua một đầu của thanh thì cần dựa vào công thức tính mômen quán tính đối với trục quay bất kì. Học sinh cần xác định được khoảng cách từ trục quay đến trục đối xứng.

C. Lập kế hoạch giải

- Công thức tính mômen quán tính I đối với trục quay bất kì: 2 0

I  I ma

Trong đó: I0 là mômen quán tính đối với trục đối xứng; a là khoảng cách từ trục quay đến trục đối xứng, m là khối lượng của vật rắn.

- Ta đã biết I0 đối với thanh mảnh đồng chất. Xác định được

2 l a 2 3 ml I  

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

* Sơ đồ lôgic giải bài toán:

Bài toán 2

Một quả nặng có khối lượng m1 = 500g, còn quả nhẹ có khối lượng m2 = 460g được nối với nhau bằng một dây không dãn vắt qua một ròng rọc (như hình vẽ). Ròng rọc là một hình trụ đặc đồng chất có bán kính R = 5cm. Khi được thả từ nghỉ người ta thấy quả nặng hơn rơi được 75cm trong 5s. Bỏ qua ma sát ở ổ trục và giữa dây và ròng rọc, coi dây không trượt trên ròng rọc. Hãy tính:

a. Gia tốc của mỗi vật b. Gia tốc góc của ròng rọc

c. Lực căng của dây ở hai nhánh, lấy g = 9,8 m/s2

d. Mômen quán tính của ròng rọc

A. Phân tích đầu bài

- Cái đã cho: Hệ gồm 2 vật m1, m2, ròng rọc m1 = 500 g = 0,5 kg; m2 = 460 g = 0,46 kg R = 5cm = 0,05 m; s = 75 cm = 0,75 m ; t = 5 s; g = 9,8 m/s2 m1 m2 Cho biết: 2 0 I  I ma Và 2 0 1 12 I  ml

Tìm I đối với trục quay đi qua đầu thanh dài l, khối lượng m

- Tìm khoảng cách a - Viết biểu thức 2 0 1 12 I  ml 2 3 ml I  Phƣơng pháp: - Vấn đáp-đàm thoại - Hoạt động cá nhân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Cái cần tìm: a. Gia tốc của mỗi vật: a; b. Gia tốc góc của ròng rọc: 

c. Lực căng: T1, T2 ; d. Mômen quán tính của ròng rọc: I

B. Định hƣớng tƣ duy cho học sinh

- Để trả lời được các câu hỏi của bài toán này, ta phải phân tích và biểu diễn được các lực tác dụng vào vật m1, m2, và ròng rọc và phân tích chuyển động của từng vật để thấy được tính chất chuyển động của vật nào là tịnh tiến, vật nào là chuyển động quay quanh một trục. Từ đó ta sẽ xác định được các đại lượng đặc trưng cho chuyển động của mỗi vật.

- Sau đó vận dụng các công thức đã học về động học, động lực học chất điểm, định luật II Niutơn và PT động lực học vật rắn ta sẽ tìm được mối liên hệ giữa cái đã cho và cái cần tìm. Từ các hệ thức đó sẽ suy ra cái cần tìm.

C. Lập kế hoạch giải * Phân tích các lực tác dụng lên hệ vật: -Vật m1: T1 ; P1 - Vật m2: T2 ; P2 - Ròng rọc: T1 ; T2 ; P ; N Lưu ý: P và N là trọng lực và phản lực của trục ròng rọc cân bằng nhau

* Phân tích chuyển động của các vật:

- Vật m1, m2 chuyển động tịnh tiến; còn ròng rọc chuyển động quay quanh một trục cố định đi qua tâm của ròng rọc.

- Vì dây không trượt trên ròng rọc và các vật chịu tác dụng của những lực không đổi nên chuyển động của vật m1, m2 là chuyển động thẳng biến đổi đều.

- Vì dây không dãn nên 2 vật m1, m2 chuyển động với cùng gia tốc a. * Chọn chiều dương theo chiều chuyển động của hệ vật

a./ Vật m1 được thả từ nghỉ nên v0 = 0, và đi được quãng đường s trong khoảng thời gian t, ta có hệ thức: 1 2 2 s at (1) m1 m2 2 T T1 1 T 2 T 2 P 1 P R +

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Từ (1) ta tìm được a: a 22s t

 (2)

b./ Gia tốc góc của ròng rọc  liên hệ với gia tốc tiếp tuyến at theo hệ thức: at R . Mà gia tốc tiếp tuyến at ở mỗi điểm ở vành ngoài của ròng rọc chính bằng gia tốc chuyển động tịnh tiến của mỗi vật. Vậy: aR (3) Từ đó ta tìm được: a

R

  (4)

c./ Để tìm lực căng T1, T2 ở mỗi nhánh của ròng rọc, ta dựa vào định luật II Niu-tơn viết phương trình động lực học cho mỗi vật m1, m2:

+ Vật m1: P1 T1 m a1 (5) - Chiếu (5) lên phương chuyển động: m g T1  1 m a1 (6) T1m g1 a (7) + Vật m2: P2T2 m a2 (8) - Chiếu (8) lên phương chuyển động: T2m g2 m a2 (9) T2 m2ga (10) d./ Để tính mômen quán tính của ròng rọc, ta dựa vào PT động lực học của vật rắn quay quanh một trục: M I (T1T R2) (11) T1 T2

I R





  (12)

D. Nhận xét kết quả bài toán

- Do ròng rọc có khối lượng, tức là có mômen quán tính nên lực căng ở hai bên ròng rọc khác nhau.

- Khác với các bài toán về ròng rọc đã xét ở lớp 10, ta đã bỏ qua khối lượng của ròng rọc nên lực căng của dây ở 2 bên ròng rọc là như nhau. Trong thực tế ròng rọc luôn có khối lượng đáng kể nên lực căng dây ở 2 bên ròng rọc là khác nhau.

* Sơ đồ tiến trình rút ra kết quả:

a. b. c. d. 1 2 a 3 4  11 12 I 9 10 8 T2 6 7 5 T1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

* Sơ đồ lôgic giải bài toán: