động của vật rắn” theo lý thuyết kiến tạo.
Bài 17. CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA HAI LỰC VÀ CỦA BA LỰC KHÔNG SONG SONG
Tiết 27 – 28 theo phân phối chương trình Vật lý 10 THPT ban cơ bản I. Mục tiêu:
1. Kiến thức:
- Phân biệt được khái niệm vật rắn và chất điểm.
- Phát biểu được điều kiện cân bằng của vật rắn. Phân biệt được điều kiện cân bằng của vật rắn và chất điểm.
- Phát biểu được định nghĩa trọng tâm và tính chất đặc biệt của trọng tâm. - Phát biểu được quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy.
- Phát biểu được điều kiện cân bằng của một chất điểm chịu tác dụng của ba lực không song song.
2. Kỹ năng:
- Biết đề xuất phương án thí nghiệm xác định điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song.
- Biết phân tích để nắm được mục đích thí nghiệm, lắp ráp và tiến hành thí nghiệm. - Biết đề xuất phương án thí nghiệm để xác định trọng tâm của vật rắn.
- Vận dụng tính chất đặc biệt của trọng tâm để giải quyết các trường hợp cụ thể. - Vận dụng kiến thức để giải một số bài tập tìm các lực tác dụng lên vật.
3. Thái độ:
- Tích cực, hứng thú, thích tìm tòi và tiến hành các thí nghiệm Vật lý - Khách quan, trung thực trong khi xử lý kết quả thí nghiệm.
- Có tinh thần hợp tác, trao đổi trong học tập.
II. Ý tưởng sư phạm
- Nhiều học sinh quan niệm trạng thái cân bằng chỉ bao gồm trạng thái đứng yên. Giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận để nhận ra rằng: Khi gia tốc của vật bằng
0 thì trạng thái của vật được gọi là trạng thái cân bằng. Qua quá trình thảo luận, học sinh sẽ tự điều chỉnh quan niệm của mình.
- Nhiều học sinh quan niệm sai về giá và phương (cho rằng giá và phương đồng nhất) nên cho rằng khi vật rắn chịu tác dụng của hai lực thì để vật rắn cân bằng hai lực đó phải cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn. Vận hành quan niệm này để kiểm tra bằng thực nghiệm thì mâu thuẫn: vật quay chứ không cân bằng. Thí nghiệm đơn giản do học sinh tiến hành đã bác bỏ quan niệm sai, đồng thời học sinh phải tự điều chỉnh quan niệm (quá trình điều ứng) để đưa ra điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực: hai lực phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.
- Đa số học sinh cho rằng: Trọng tâm của vật nào phải nằm trên vật đó, và nằm tại tâm hình học của vật rắn hoặc là điểm chính giữa vật. Từ điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực, học sinh tự lực đưa ra phương pháp xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng có hình dạng bất kỳ. Thí nghiệm đơn giản do học sinh tiến hành sẽ bác bỏ quan niệm sai đồng thời học sinh tự điều chỉnh quan niệm của mình: Trọng tâm của một vật chính là điểm đặt của trọng lực, trọng tâm có thể nằm trên vật hoặc ngoài phần vật chất của vật.
- Qua điều tra, chúng tôi nhận thấy chỉ có 15,73% học sinh quan niệm tác dụng của một lực lên một vật là không đổi khi lực đó trượt trên giá của chúng, như vậy, đa số học sinh đều quan niệm sai, phần lớn cho rằng: tác dụng của một lực lên một vật là không đổi khi độ lớn của lực không đổi nhưng phương của lực thay đổi. Vận hành quan niệm sai để kiểm tra bằng thực nghiệm thì thây mâu thuẫn: trạng thái của vật đã bị thay đổi. Học sinh tiến hành thí nghiệm thì thấy: khi lực trượt trên giá của nó thì trạng thái của vật không thay đổi, từ đó sẽ tự điều chỉnh quan niệm cho phù hợp. - Phần lớn học sinh cho rằng: để tổng hợp hai lực có giá đồng quy, ta có thể tịnh tiến hai lực đến một điểm sau đó áp dụng quy tắc hình bình hành. Nhưng sau khi biết được tác dụng của một lực lên một vật là không đổi khi trượt trên giá của chúng, học sinh sẽ tự điều chỉnh quan niệm từ đó biết được cách tổng hợp hai lực có
giá đồng quy, trên cơ sở đó tiến hành thí nghiệm để đưa ra điều kiện cân bằng của một chịu tác dụng của ba lực không song song.
III. Chuẩn bị
1. Giáo viên:
a. Điều tra quan niệm của học sinh (đã thực hiện ở mục 2.5)
b. Xây dựng phương án dạy học dựa trên việc phân tích phiếu điều tra
- Kiến thức thông báo: khái niệm vật rắn, trạng thái quay đều là trạng thái cân bằng. - Kiến thức thảo luận, bổ sung: Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song.
- Kiến thức học sinh tự tìm tòi: Cách xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng.
c. Các thí nghiệm và dụng cụ thí nghiệm
- Thí nghiệm 1: Xem trang 34 - Thí nghiệm 2 : Xem trang 35 - Thí nghiệm 3 : Xem trang 35
d. Nội dung ghi bảng (dự kiến) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bài 17: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song I. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực
1. Thí nghiệm:
Đường thằng AB mang vecto lực F
gọi là giá của lực F
. 2. Điều kiện cân bằng:
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.
2
1 F
F
3. Cách xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng, bằng thực nghiệm
Bước 1: Buộc dây vào một điểm trên vật rồi treo lên. Vẽ một đường đi qua sợi dây. Bước 2: Buộc dây vào một điểm khác, tương tự vẽ một đường đi qua sợi dây. Bước 3: Giao điểm của hai đường trên là trọng tâm của vật.
Chú ý: Trọng tâm của các vật phẳng, mỏng, đồng chất có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật.
1. Thí nghiệm:
Nhận xét: Ba lực không song song tác dụng lên vật rắn cân bằng có giá đồng phẳng và
đồng quy.
2. Quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng phẳng và đồng quy
Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng quy tác dụng lên một vật rắn, trước hết ta phải trượt hai vecto lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng quy, rồi áp dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực.
3. Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song - Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy.
- Hợp của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba. III. Vận dụng
e. Các phiếu học tập
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 - BÀI 17 SGK VL 10 Nhóm HS: Lớp:
Trường :
1. Một vật chịu tác dụng của hai lực đồng quy sẽ cân bằng khi: A. Hai lực có cùng độ lớn.
B. Hai lực cùng độ lớn, cùng phương, cùng chiều. C. Hai lực cùng phương, ngược chiều
D. Hai lực cùng phương, cùng độ lớn, ngược chiều. 2. Khi chịu tác dụng của hai lực cân bằng, các vật A. sẽđứng yên.
B. sẽ chuyển động.
C. sẽ chuyển động nếu ban đầu nó chuyển động. D. sẽđứng yên nếu ban đầu nó chuyển động.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 - BÀI 17 SGK VL 10 Nhóm HS: Lớp: Trường : 1. Trọng tâm của vật là gì? ……… ………
……… 2. Để xác định vị trí trọng tâm của vật mỏng, phẳng ta làm như sau: Bước1:……… ……… Bước2……… ……… Bước 3: ………. ……… PHIẾU HỌC TẬP SỐ 3 - BÀI 17 SGK VL 10 Nhóm HS: Lớp: Trường :
Sau khi làm thí nghiệm tìm trọng tâm, nhóm………… rút ra kết luận: 1. Trọng tâm của vật rắn hình chữ nhật đồng chất nằm tại: ……… 2. Trọng tâm của vật rắn hình tròn đồng chất nằm tại: ……… 3. Trọng tâm của vật rắn hình thoi đồng chất nằm tại: ……… 4. Trọng tâm của vật rắn hình tam giác đồng chất nằm tại: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
……… 5. Nói rằng trọng tâm của vòng nhẫn nằm trên vòng nhẫn là đúng hay sai? ……… 6. Trọng tâm của vật rắn nhất thiết hay không nhất thiết phải nằm trên vật đó? ………
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 4 - BÀI 17 SGK VL 10 HS: Lớp:
Trường :
1. Phát biểu nào sau đây là SAI khi nói về vị trí trọng tâm của một vật? A. Phải là một điểm của vật.
B. Có thể trùng với tâm đối xứng của vật. C. Có thểở trên trục đối xứng của vật.
D. Phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng.
2. Vật nào có tâm đối xứng nên trọng tâm của vật trùng với điểm này? A. Hình trụ. B. Hình tròn. C. Hình tứ giác D. Hình tam giác PHIẾU HỌC TẬP SỐ 5 - BÀI 17 SGK VL 10 Nhóm HS: Lớp: Trường :
1. Sau khi làm thí nghiệm, nhóm….. rút ra kết luận: Tác dụng của một lực lên vật rắn là không đổi khi:
………
2. Một vật rắn chịu tác dụng của hai lực có giá đồng quy, các bước tiến hành tổng hợp lực là:
……… ………
3. Một vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song, để vât rắn cân bằng thì ba lực này phải thỏa mãn điều kiện:
……… ………
4. Bài tập: Một quả cầu đồng chất có khối lượng 20 kg được treo vào tường nhờ một sợi dây. Dây làm với tường một góc 300. Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc của quả cầu với tường. Hãy xác định lực căng của dây và lực của tường tác dụng lên quả cầu.
……… ………
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 6 - BÀI 17 SGK VL 10 HS: Lớp:
Trường :
1. Một vật có trọng tâm O chịu tác dụng của hai lực có giá đồng quy, cách tổng hợp lực nào sau đây là đúng?
A. B. C. D. 2. Một vật được bố trí như hình vẽ : Vật nằm yên. Xác định lực căng dây T? A. B. C. 0 30 , 100 g m . N 1 N 5 , 0 N 3 5 , 0 D. 3 N 2 F 1 F F 1 F F O 2 F O 2 F 1 F F O 1 F F O 2 F 2. Học sinh - Một số bìa mỏng, phẳng có dạng hình học đối xứng và hình dạng bất kỳ. - Ôn lại điều kiện cân bằng của chất điểm, gia tốc của vật.
IV. Tiến trình dạy học
1. Giáo viên nêu ra những vấn đề cần giải quyết trong bài học
Giáo viên chiếu cho HS xem một đoạn phim có hình ảnh một nghệ sĩ xiếc đi trên một sợi dây, trên đầu đội nhiều đĩa từ đó nêu câu hỏi nhận thức: làm thế nào để giữ cho chồng đĩa không đổ và người làm xiếc cũng không bị ngã xuống? Muốn trả lời được, chúng ta lần lượt trả lời những câu hỏi sau:
- Nếu vật rắn chịu tác dụng của hai lực thì hai lực đó cần thỏa mãn điều gì?
- Nếu vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song thì ba lực đó phải thỏa mãn điều gì?
- Trọng tâm của vật rắn là gì và được xác định như thế nào?
2. Giáo viên tổ chức cho học sinh giải quyết các vấn đề đã nêu ra Vấn đề 1: Điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Những trạng thái nào được gọi là trạng
thái cân bằng?
- Tổ chức cho học sinh thảo luận.
Gợi ý: Xét gia tốc của vật khi vật ở trạng thái đứng yên và trạng thái chuyển động thẳng đều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Kết luận: Ngoài trạng thái đứng yên và trạng thái chuyển động thẳng đều ra, trạng thái quay đều cũng được gọi là trạng thái cân bằng.
- Giáo viên thông báo khái niệm vật rắn: là những vật có kích thước đáng kể và hầu như không bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.
- Khi chịu tác dụng của hai lực, vật rắn cân bằng khi nào?
- Tổ chức cho học sinh thảo luận, suy ra: + Hai lực bằng nhau tác dụng vào một vật
- Các nhóm thảo luận và bộc lộ quan niệm:
+ Trạng thái đứng yên
+ Trạng thái đứng yên và trạng thái chuyển động thẳng đều.
- Học sinh thảo luận:
+ Khi vật ở trạng thái đứng yên:
+ Khi vật ở trạng thái chuyển động thẳng
đều: 0 a 0 a
=> Trạng thái cân bằng là trạng thái mà gia tốc của vật bằng 0
- Lắng nghe, tiếp thu và lấy một vài ví dụ
về vật rắn: khối sắt đang đặt trên bàn, chiếc xe ôtô đang chạy trên đường... - Học sinh bộc lộ quan niệm:
+ Hai lực có tổng độ lớn bằng không + Hai lực bằng nhau
+ Hai lực cùng phương, cùng độ lớn, ngược chiều.
+ Hai lực cùng giá, cùng độ lớn, ngược chiều
- Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra hai quan niệm:
thì vật sẽ chuyển động có gia tốc => vật không cân bằng.
+ Hai lực có tổng độ lớn bằng không suy ra hai lực này có cùng giá hoặc cùng phương.
- Tổ chức cho học sinh làm thí nghiệm theo nhóm:
+ Giao dụng cụ thí nghiệm cho học sinh (thí nghiệm 1)
+ Yêu cầu học sinh thiết kế và tiến hành thí nghiệm với các dụng cụ được giao từ đó rút ra nhận xét.
- Kết luận lại: Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực là hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. Việc tìm được điều kiện cân bằng có ý nghĩa rất lớn, từ điều kiện này tìm ra được phương pháp xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng bằng thực nghiệm.
- Phát phiếu học tập số 1 cho học sinh.
+ Hai lực cùng phương, cùng độ lớn, ngược chiều.
+ Hai lực cùng giá, cùng độ lớn, ngược chiều
- Bố trí thí nghiệm (Hình 1 trang 35) + Vật rắn chịu tác dụng của hai lực cùng phương, cùng độ lớn và ngược chiều. =>Vật rắn không cân bằng mà quay cho
đến khi hai lực có cùng giá.
+ Vật rắn chịu tác dụng của hai lực cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
=>Vật rắn cân bằng khi hai lực tác dụng vào vật có cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.
- Trả lời vào phiếu học tập
Vấn đề 2: Trọng tâm của vật rắn được xác định như thế nào?
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Đặt câu hỏi:
Trọng tâm của vật rắn là gì? Nằm ởđâu?
- Để biết được quan niệm nào đúng quan niệm nào sai => phải biết cách xác định trọng tâm.
- Giáo viên đưa ra một vật phẳng, mỏng
- Các nhóm thảo luận và đưa ra câu trả lời: + Là điểm đặt của trọng lực. + Nằm tại điểm chính giữa vật. + Nằm tại tâm hình học của vật rắn. + Nằm trên vật. - Học sinh làm việc theo nhóm và trả lời
có hình dạng bất kỳ và nêu câu hỏi: Làm thế nào để xác định được trọng tâm của vật?
Giáo viên phát phiếu học tập số 2. Gợi ý: Dựa vào điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực.
- Giáo viên nhận xét và hợp thức hóa phương pháp xác định trọng tâm bằng thực nghiệm. - Phát phiếu học tập số 3 - Nhận xét và nhấn mạnh: Trọng tâm của một vật rắn có thể nằm ngoài vật hoặc nằm trên vật. - Phát phiếu học tập số 4.
vào phiếu học tập thứ hai: Để xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng ta làm như sau:
+ Bước 1: Buộc dây vào một điểm trên vật rồi treo lên. Vẽ một đường đi qua sợi dây.
+ Bước 2: Buộc dây vào một điểm khác, tương tự vẽ một đường đi qua sợi dây. + Bước 3: Giao điểm của hai đường trên