- Thiết kế phương án thí nghiệm
4.Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Thông báo
Định nghĩa hệ kín, một số hiểu biết chung về các định luật bảo toàn và yêu cầu HS về nhà đọc ví dụ về hệ kín trong SGK.
- Nghe thông báo và ghi lại nhiệm vụ đợc giao về nhà
- Định hớng và nêu câu hỏi Khi 2 vật tơng tác với nhau thì mỗi vật đều thu đợc gia tốc, nghĩa là vận tốc của mỗi vật đều bị thay đổi. Nếu vật 1 có khối lợng m1, chuyển động với vận tốc v1 va chạm vào vật 2 có khối lợng m2, chuyển động với vận tốc v2 và sau va chạm, vận tốc của chúng là v'1 và v'2 thì có hệ thức nào biểu thị mối liên hệ giữa các vận tốc này không?
- Tìm câu trả lời (thảo luận chung toàn lớp)
- Gợi ý để tìm câu trả lời
Sự biến đổi vận tốc có liên quan tới gia tốc, gia tốc của vật này thì biểu thị đợc qua lực mà vật kia tác dụng lên. Các lực này lại có mối liên hệ với
hệ với nhau nh thế nào? toàn lớp)
Viết mối liên hệ giữa các vận tốc và gia tốc (công thức tính gia tốc), mối liên hệ giữa gia tốc và lực (biểu thức định luật 2 Niutơn), mối liên hệ giữa 2 lực tơng tác (định luật 3 Niutơn).
- Thực hiện giải pháp (làm việc cá nhân) t v ' v t v a 2 2 2 2 ∆ − = ∆ ∆ = t v ' v t v a 1 1 1 1 ∆ − = ∆ ∆ = 2 2 12 m a F = F21 =m1a1 21 12 F F =− t v ' v m t v ' v m a m a m 1 1 1 2 2 2 1 1 2 2 ∆ − − = ∆ − → − = → 1 1 1 1 2 2 2 2v' m v m v' m v m − =− + → và rút ra kết luận: 2 2 1 1 2 2 1 1v m v m v' m v' m + = + .
- Nêu câu hỏi thiết kế phơng án thí nghiệm
Làm thế nào để kiểm nghiệm đ- ợc bằng thí nghiệm kết luận này?
- Đề xuất phơng án thí nghiệm (thảo luận chung toàn lớp)
⋅ Cho 2 vật chuyển động va chạm vào nhau, xác định các vận tốc của chúng trớc và sau va chạm, còn khối lợng của mỗi vật thì dùng cân để xác định.
⋅ Muốn xác định vận tốc của vật, ta có thể dùng đồng hồ hiện số đo thời gian để vật đi đợc quãng đờng mà ta định trớc hoặc dùng đồng hồ cần rung đo quãng đờng mà vật đi đợc trong khoảng thời gian đã biết.
⋅ Ta phải xác định đợc đồng thời các vận tốc của 2 vật trớc va chạm và đồng thời các vận tốc của chúng sau va chạm.
- Nêu câu hỏi để đi tới thu hẹp phạm vi kiểm nghiệm kết luận (xét một trờng hợp riêng)
Dùng một đồng hồ hiện số hoặc một đồng hồ cần rung, có thể xác định đợc đồng thời các vận tốc này không?
- Trả lời câu hỏi (thảo luận chung toàn lớp)
Với một đồng hồ hiện số hoặc một đồng hồ cần rung, không thể xác định đợc đồng thời các vận tốc này, mà chỉ có thể xác định đợc vận tốc của một vật trớc va chạm và vận tốc của một vật sau va chạm.
Để giải quyết khó khăn trên, ta cho vật 1 chuyển động đến va chạm vào vật 2 đứng yên và khi va chạm thì 2 vật dính chặt vào nhau, cùng chuyển động.
- Nêu câu hỏi về hệ quả đợc rút ra từ kết luận cho trờng hợp riêng, cần đợc kiểm tra bằng thí nghiệm.
Trong trờng hợp này, ta cần kiểm nghiệm điều gì bằng thí
nghiệm ? - Từ kết luận, suy ra hệ quả cần đợc kiểm tra bằng thí nghiệm (thảo luận chung toàn lớp)
Vì v2 =0, v'1 =v'2 =v' nên từ kết luận, ta rút ra:m1v1 =(m1+m2)v'. Nh vậy, cần kiểm nghiệm bằng thí nghiệm:
⋅ Vận tốc v' của 2 vật sau va chạm cùng chiều với vận tốc v1 (v) của vật 1 trớc va chạm. ⋅ Độ lớn v ) m m ( m ' v 2 1 1 + = .
- Nêu câu hỏi đề xuất phơng án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả.
Với một đồng hồ hiện số hoặc một đồng hồ cần rung, làm thế nào để kiểm tra đợc điều này?
- Đề xuất phơng án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả (thảo luận chung toàn lớp)
⋅ Nếu dùng đồng hồ hiện số: cho xe 1 chuyển động qua cửa chắn quang điện thứ nhất, đồng hồ sẽ ghi thời gian chuyển động của xe 1 qua cửa này và từ đó, xác định đ- ợc vận tốc của xe 1. Sau khi xe 1 va chạm và dính chặt vào xe 2 đang đứng yên, cả 2 xe cùng chuyển động qua cửa chắn quang điện thứ hai. Đồng hồ cho ta biết thời gian chuyển động của 2 xe qua cửa này và cũng từ đó, ta xác định đợc vận tốc của 2 xe sau va chạm. Còn chiều chuyển động của 2 xe sau va chạm sẽ đợc quan sát trong thí nghiệm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
⋅ Nếu dùng đồng hồ cần rung: cho xe 1 có gắn băng giấy chuyển động đến va chạm và dính chặt vào xe 2 đang đứng yên. Đo quãng đờng mà xe 1 đi đợc trớc va chạm và quãng đờng mà 2 xe đi đợc sau va chạm, ta sẽ tính đợc vận tốc của xe 1 trớc va chạm và vận tốc của 2 xe sau va chạm. Còn chiều chuyển động của 2 xe sau va chạm sẽ đợc quan sát trong thí nghiệm. - Giao nhiệm vụ cho các nhóm
HS
⋅ Ta chỉ tiến hành thí nghiệm với phơng án dùng đồng hồ cần rung.
⋅ Nửa lớp tiến hành thí nghiệm với m1=m2=0,16kg và nửa lớp còn
lại tiến hành thí nghiệm với
2 2 1 0,32
m = m = kg.
Điều cần kiểm nghiệm trong thí nghiệm của mỗi nhóm là gì?
- Thực hiện nhiệm vụ (làm việc theo nhóm)
⋅ Suy luận ra hệ quả cần kiểm nghiệm Nhóm 1: cần phải kiểm nghiệm xem sau va chạm, 2 xe có tiếp tục chuyển động
theo chiều của xe 1 lúc trớc va chạm không và s’=
21 1
s không?
Nhóm 2: cần phải kiểm nghiệm xem sau va chạm, 2 xe có tiếp tục chuyển động theo chiều của xe 1 lúc trớc va chạm không và s’=31s không?
⋅ Quan sát, giúp đỡ HS trong quá trình thực hiện nhiệm vụ
Lu ý HS (nếu cần) nên đo s và s’ trong 4-5τ (τ=0,02s).
⋅ Các nhóm HS phân công nhiệm vụ, lập bảng số liệu, lắp ráp thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm 3 lần, dùng thớc đo s và s’ tơng ứng, ghi vào bảng số liệu, so sánh s và s’.
- Yêu cầu đại diện các nhóm HS
báo cáo kết quả thí nghiệm - Đại diện các nhóm HS báo cáo kết quả thí nghiệm (thảo luận chung toàn lớp)
Kết quả thí nghiệm khẳng định điều cần kiểm nghiệm.
- Thông báo việc sử dụng phần mềm phân tích phim video để kiểm nghiệm kết luận trong trờng hợp 2 vật va chạm trên một mặt phẳng nằm ngang
Thí nghiệm trên chỉ kiểm nghiệm đợc trờng hợp xe 2 đứng yên trớc va chạm. Trong trờng hợp xe 2 trớc va chạm cũng chuyển động với vận tốc v2 khác phơng với vận tốc 1 v nhng cùng nằm trên một mặt phẳng với vận tốc v1 thì làm thế nào để kiểm nghiệm đợc kết luận đã rút ra?
Cần phải có phơng pháp nào đó đánh dấu đợc vị trí của các vật, để từ đó tính đợc vận tốc của chúng. Phần mềm phân tích phim video sẽ giúp ta
làm đợc điều này.
- Sử dụng phần mềm chỉ để HS thấy đợc hiện tợng va chạm trên một mặt phẳng nằm ngang của 2 vật có khối lợng m1=0,2kg và m2 =0,3kg
- Quan sát hiện tợng va chạm của 2 vật trên máy tính (làm việc chung toàn lớp)
- Yêu cầu HS nêu kết luận cần
kiểm nghiệm - Nêu kết luận cần kiểm nghiệm (thảo luận chung toàn lớp)
22 2 1 1 2 2 1 1v m v m v' m v' m + = + . - Tiếp tục sử dụng phần mềm để kiểm nghiệm kết luận
Sử dụng phần mềm để đánh dấu vị trí của 2 vật sau những khoảng thời gian bằng nhau, từ đó xác định đợc các vận tốc v1, v2, v'1, v'2 ; các 2 2 1 1 2 2 1 1v, m v , m v', m v' m và các tổng m1v1+m2v2,m1v'1+m2v'2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Quan sát, nhận xét và đi tới khẳng định kết luận cần kiểm nghiệm (thảo luận chung toàn lớp)
- Khái quát hóa và bổ sung kiến thức
⋅ Hớng dẫn HS tổng kết kiến thức
- Khái quát hóa kiến thức (làm việc chung toàn lớp)
⋅ Vận dụng các kiến thức đã học (định luật 2 Niutơn, định luật 3 Niutơn và công thức tính gia tốc), suy ra đợc: 2 2 1 1 2 2 1 1v m v m v' m v' m + = + . Kết luận này đã đợc xác nhận bằng thí nghiệm trong 2 trờng hợp: 2 vật tơng tác chuyển động trên một đờng thẳng và trên một mặt phẳng nằm ngang.
⋅ Bổ sung kiến thức về khái niệm động lợng
⋅ Nghe bổ sung kiến thức về khái niệm động lợng
Động lợng p của một vật chuyển động là một đại lợng vật lí véc tơ đặc trng cho chuyển động của vật trong tơng tác với vật khác (đặc trng cho sự truyền chuyển động giữa nó và vật khác thông qua lực tác dụng), đợc đo băng tích của khối l- ợng m và vận tốc v của vật p=mv.
⋅ Yêu cầu HS xác định đơn vị của động lợng, phát biểu và viết biểu thức biểu thị định luật bảo toàn động lợng
Định luật bảo toàn động lợng đúng cho hệ kín gồm nhiều vật
⋅ Dựa vào công thức tính p, xác định đơn vị của động lợng là s m . kg .
⋅ Phát biểu định luật bảo toàn động l- ợng và viết biểu thức biểu thị định luật bảo toàn động lợng Véc tơ tổng động lợng của hệ kín đợc bảo toàn. ' p p = , trong đó p là véc tơ tổng động lợng của các vật trong hệ trớc tơng tác và p' là véc tơ tổng động lợng của các vật trong hệ sau tơng tác.
⋅ Thông báo: định luật bảo toàn động lợng tuy đã đợc ta suy ra từ các định luật Niutơn nhng định luật này có ý nghĩa tổng quát hơn các định luật Niutơn. Có những trờng hợp (sau này sẽ đợc học) mà các định luật Niutơn không còn đúng nữa nhng định luật bảo toàn động lợng vẫn đúng.
- Giao bài tập về nhà
Trả lời các câu hỏi 2, 5 (SGK) Làm các bài tập 2,3,4,5,6 (SGK)
- Phạm Hữu Tòng - Nguyễn Đức Thâm - Phạm Xuân Quế - Đỗ Hơng Trà: Tài liệu bồi dỡng nâng cao năng lực cho giáo viên THPT về đổi mới PPDHVL. Dự án phát triển giáo dục THPT - Trờng ĐHSP Hà Nội - Viện Nghiên cứu S phạm Hà Nội 2005.
- Nguyễn Đức Thâm (chủ biên) - Nguyễn Ngọc Hng - Phạm Xuân Quế: Ph- ơng pháp dạy học Vật lí ở trờng phổ thông. NXB ĐHSP 2002.
- Phạm Hữu Tòng: Dạy học Vật lí ở trờng phổ thông theo định hớng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng tạo và t duy khoa học. NXB ĐHSP 2004.