Thiết kế bài giảng sử dụng Website chương “Động học chất điểm” nhằm nâng cao

nâng cao chất lượng dạy học

Trong website DH này, chúng tôi đã thiết kế được hệ thống chương Động học chất điểm gồm 5 bài trong phần Cơ học và một vài thí nghiệm mô phỏng. Trong khuôn khổ của luận văn chỉ trình bày tiến trình dạy học hai bài (chuyển động thẳng và chuyển động tròn) với sự hỗ trợ của CNTT (website VLĐC). Ở mỗi bài, để minh họa cho nội dung bài giảng đã thiết kế chúng tôi giới thiệu hai bài trên. Một số bài còn lại sẽ được giới thiệu trong phần phụ lục của luận văn.

Bài 1: CHUYỂN ĐỘNG THẲNG

I. Mục tiêu dạy học

1. Về kiến thức

- Nắm được các khái niệm về chuyển động thẳng.

- Nắm được đặc trưng của từng dạng chuyển động thẳng - Nắm được các phương trình của các chuyển động thẳng. - Các đơn vị của đại lượng.

2. Về kỹ năng

- Vận dụng được các công thức vào giải các bài tập về chuyển động tròn

- Biết sử dụng các thao tác cơ bản của máy vi tính để truy cập vào Website cũng như để truy cập vào Internet.

3. Thái độ: Rèn luyện ý thức tự giác, chủ động trong học tập, lòng ham hiểu biết thông qua hoạt động nhóm, hợp tác với các bạn và với GV trong học tập.

II. Xây dựng các tình huống dạy học và tiến trình dạy học đối với các tình huống đó

 Giáo viên: Chuyển động thẳng đều là chuyển động như thế nào?

 Sinh viên: Chuyển động thẳng đều là chuyển động không đổi chiều trên một đường thẳng với vận tốc không đổi.

 Giáo viên: Ta thấy v const a dv 0 dt

= → = =

r

r r

, nên có thể định nghĩa khác: Chuyển động thẳng đều là chuyển động với gia tốc bằng bao nhiêu?

 Sinh viên: Chuyển động thẳng đều là chuyển động không có gia tốc. Ta có: 0 0 r t t r 0 0 0 0 dr v dr vdt dr v.dt dt r r v(t t ) r r v(t t ) = → = → = → − = − → = + − ∫ ∫ r uur r r r r r r r ur r r ur r

 Giáo viên: Nếu chọn trục Ox trùng với quỹ đạo, chọn t0=0 lúc bắt đầu khảo sát, phương trình chuyển động thẳng đều có dạng thế nào?

 Sinh viên: x=x0+v.t (3.1)

 Giáo viên: Từ (3.1) hãy nhận xét về dấu của v:

 Sinh viên: v > 0 khi vật chuyển động chiều Ox v < 0 khi vật chuyển động ngược chiều Ox

 Giáo viên: Nếu chọn điểm mốc trùng với gốc tọa độ thì phương trình đường đi có dạng thế nào?

 Sinh viên: s=v.t (3.2)

 Giáo viên: Thế nào là chuyển động thẳng biến đổi đều?

 Sinh viên: Chuyển động biến đổi đều là chuyển động không đổi chiều trên một đường thẳng, với tốc độ v biến đổi đều đặn theo thời gian.

 Giáo viên: Hãy nhận xét về vectơ gia tốc (phương, chiều, độ lớn)?

 Sinh viên:

- Vì chuyển động thẳng nên a ar uur= t không đổi phương. - Vì vr không đổi chiều nên ar không đổi chiều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Vậy, chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động có vectơ gia tốc không đổi theo thời gian.

 Giáo viên: Ta có: a dv dt = r r 0 0 v t 0 t v 0 dv a.dt dv a dt v v a(t 0) v v a.t → = → = → − = − → = + ∫ ∫ r uur r r r r r uur r r uur r 0 0 r t 2 2 0 0 0 0 t r 1 1 dr vdt dr v.dt r r v .t a.t r r v .t a.t 2 2 → = →∫ =∫ → − = + → = + + r ur r r r r r ur uur r r ur uur r

Nếu chọn trục Ox trùng với quỹ đạo, thì phương trình chuyển động có dạng như thế nào?

 Sinh viên: 2 0 0 1 x x v .t a.t 2 = + + (3.3)

 Giáo viên: Từ (3.3) hãy suy ra các phương trình đường đi?

 Sinh viên: Phương trình đường đi: 2 0

1 s v .t a.t

2

= + + (3.4)

 Giáo viên: Từ (3.4), phương trình vận tốc được tính như thế nào?

 Sinh viên: Lấy đạo hàm t của (3.4), ta được phương trình vận tốc:

v=v0+a.t (3.5)

 Giáo viên: Từ phương trình (3.3) và (3.4) để tìm mối quan hệ giữa a, v và s ta làm thế nào?

 Sinh viên: Khử t bằng cách thế t từ (3.5) vào (3.4), từ đó ta có phương trình độc lập với thời gian:

2 2 0

2as v= −v (3.6)

 Giáo viên: Nếu vật chuyển động nhanh dần, a âm hay dương? và ngược lại?

 Sinh viên:

* Nếu vật chuyển động nhanh dần, ar↑↑ → ↑↑vr ar Ox ,a 0uuur >

* Nếu vật chuyển động chậm dần, ar↑↓ → ↑↓vr ar Ox , a 0uuur <

 Giáo viên: Rơi tự do là dạng chuyển động như thế nào?

 Sinh viên: Rơi tự do là trường hợp riêng của chuyển động thẳng nhanh dần đều. Đó là sự rơi trong chân không, chỉ do tác dụng của trọng lực. Khi đó vận tốc ban đầu bằng không (v =0) và gia tốc là gia tốc trọng trường (a=g).

 Giáo viên: Xét vật rơi tự do lúc t=0 từ độ cao h rồi tiếp đất, Từ các phương trình của chuyển động biến đổi đều thay v0=0, a=g khi đó công thức xác định vận tốc tại thời điểm t có dạng như thế nào?

 Sinh viên: v=g.t (3.8)

 Giáo viên: Quãng đường đi từ khi rơi?

 Sinh viên: s gt2 2

= (3.9)

 Giáo viên:Công thức xác định thời gian rơi?

 Sinh viên: t 2h g

= (3.10) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

 Giáo viên: Công thức xác định tốc độ của vật lúc tiếp đất?

 Sinh viên: v= 2gh (3.11)

Bài 2: CHUYỂN ĐỘNG TRÒN I. Mục tiêu dạy học

1. Về kiến thức

- Nắm được các khái niệm tọa độ góc, góc quay, vận tốc góc, gia tốc góc. - Mối quan hệ giữa vận tốc dài và vận tốc góc, gia tốc góc và gia tốc tiếp tuyến, gia tốc pháp tuyến.

- Nắm được các phương trình của chuyển động tròn. - Các đơn vị của đại lượng.

2. Về kỹ năng

- Vận dụng được các công thức vào giải các bài tập về các dạng chuyển động thẳng.

- Biết sử dụng các thao tác cơ bản của máy vi tính để truy cập vào Website cũng như để truy cập vào Internet.

3. Thái độ

Rèn luyện ý thức tự giác, chủ động trong học tập, lòng ham hiểu biết thông qua hoạt động nhóm, hợp tác với các bạn và với GV trong học tập.

II. Xây dựng các tình huống dạy học và tiến trình dạy học đối với các tình huống đó

 Giáo viên: Chuyển động tròn là chuyển động theo quỹ đạo như thế nào?

 Giáo viên: Trong chuyển động tròn, vị trí của chất điểm được xác định bởi tọa độ góc ϕ =(r,Ox)r uuur , đó là góc định hướng giữa trục mốc ∆ và vectơ r OMr uuuur= .

Xét chất điểm M đang chuyển động ngược chiều kim đồng hồ trên đường tròn tâm O, bán kính R (như hình 4.1). Tại thời điểm ban đầu t0 nó ở vị trí M0 ứng với tọa độ ban đầu ϕ0. Sau một khoảng thời gian t nó đi được cung M0M=θR tương ứng với góc do bán kính R quét được là

θ=ϕ-ϕ0.

 Giáo viên: Trong chuyển động tròn, Vectơ vận tốc góc là đại lượng đặc đặc trưng nhứ thế nào?

 Sinh viên: Vectơ vận tốc góc ωur là đại lượng đặc trưng cho hướng và sự nhanh hay chậm của chuyển dộng tròn, có giá trị bằng góc do bán kính R nối t âm quỹ đạo với chất điểm quét trong một đơn vị thời gian.

 Giáo viên: Nêu các đặc điểm của vectơ vận tốc góc ωur (về điểm đặc, phương, chiều và độ lớn)?

 Sinh viên:

- Điểm đặt tại tâm quỹ đạo.

- Phương vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo.

- Chiều theo quy tắc đinh ốc: xoay cái cặn đinh ốc theo chiều của chuyển động tròn thì mũi nhọn đi theo chiều của ωur.

- Độ lớn: d

dt θ ω = .

 Giáo viên: Ta chỉ xét chuyển động có vectơ vận tốc góc ωur không đổi theo phương. Khi xét độ lớn của ωur, thì công thức xác đinh tốc độ góc trung bình như thế nào ?  Sinh viên: tb t ∆θ ω = ∆ (4.1)

 Giáo viên: Khi đó công thức tốc độ góc tức thời được xác định như thế nào?

 Sinh viên: ω =lim∆θ =dθ

∆ (4.2) R ∆ O M0 M ϕ0 θ O

Hình 4.1: Vị trí của điểm M trong chuyển động tròn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

 Giáo viên: Đại lượng nào đặc trưng cho sự biến đổi của vectơ vận tốc góc theo thời gian? Xác định công thức ?

 Sinh viên: Vectơ gia tốc góc βr là đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi của vectơ vận tốc góc ωur theo thời gian.

t 0 d lim t dt ∆ → ∆ω ω β = = ∆ ur ur r (4.3)

 Giáo viên: vectơ gia tốc góc βr có những đặc điểm gì?

 Sinh viên:

- Điểm đặt ở tâm quỹ đạo.

- Phương vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo. - Độ lớn: d

dt ω β = .

- Chiều: nếu ω tăng, β>0, β ↑↑ ωr ur; nếu ω giảm, β<0, β ↑↓ ωr ur.

 Giáo viên: Hãy nêu mối quan hệ giữa vận tốc góc và vận tốc dài

 Sinh viên: Ta có, ds=R.dθ, suy ra: Rddt dt

ds = θ

hay v=ω.R (4.4)

 Giáo viên: Do v⊥ω⊥R, nên (4.4) có thể viết lại như thế nào ?

 Sinh viên: v=ω×R

 Giáo viên: Hãy tìm mối qun hệ giữa gia tốc tiếp tuyến và gia tốc góc ?

 Sinh viên: Ta có:

dt d R dt ) R . ( d dt dv at = = ω = ω hay at=β.R (4.5)

 Giáo viên: Do at ⊥β⊥R, nên (4.5) viết lại dạng vectơ như thế nào ?

 Sinh viên: at =β×R

 Giáo viên: Viết công thức xác định độ lớn của vectơ gia tốc pháp tuyến ?

 Sinh viên: .R R

v

a 2 2

n = =ω (4.6)

 Giáo viên: Thế nào là chuyển động tròn đều ?

 Sinh viên: Chuyển động tròn đều là chuyển động trên một quỹ đạo tròn, có vectơ vận tốc góc không đổi. ω=const.

Chuyển động tròn đều là chuyển động theo một quỹ đạo tròn, không có gia tốc góc (βr=0).

Trong chuyển động tròn đều, chu kì T và tần số f được xác định như thế nào?

 Sinh viên: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Chu kì T, đó là thời gian để chất điểm quay được một vòng và được đo bằng giây (s). ω π = π = 2 v R 2 T (4.7)

- Tần sô f, đó là số vòng quay được trong một giây, đo bằng Hertz (Hz). π ω = = 2 T 1 f (4.8)

 Giáo viên: Nêu các đặc điểm vectơ gia tốc ar?

 Sinh viên: Vì chất điểm chuyển động tròn đều có tốc độ góc ω không đổi nên tốc độ dài v=ω.R cũng không đổi, tức là nó không có gia tốc tiếp tuyến, nghĩa là gia tốc toàn phần chỉ gồm có gia tốc pháp tuyến, a =an và luôn hướng vào tâm quỹ đạo và có độ lớn a=an=ω2.R=const.

Vậy, khi chất điểm chuyển động tròn đều, vectơ gia tốc toàn phần luôn hướng vào tâm quỹ đạo, có độ lớn không đổi. Vì đặc điểm này, ta gọi vectơ gia tốc của chuyển động tròn đều là vectơ gia tốc hướng tâm. Kí hiệu: aht .

 Giáo viên: Viết công thức xác định vị trí của chất điểm theo góc ϕ?

 Sinh viên: ϕ=ϕ0+ωt (4.9) Trong đó ϕ tọa độ góc ở thời điểm t

ϕ0 là tọa độ góc lúc t=0.

 Giáo viên: Viết công thức xác định góc quay được trong thời gian t?

 Sinh viên: θ=ωt (4.10)

 Giáo viên: Đường đi được trong thời gian t được xác định như thế Nfo?

 Sinh viên: s=R.θ=ω.R.t (4.11)

 Giáo viên: Chuyển động tròn biến đổi đều là chuyển động như thế nào?

 Sinh viên: Chuyển động tròn biến đổi đều là chuyển động trên một đường tròn với tốc độ góc ω biến đổi đều theo thời gian.

 Giáo viên: Vì ω biến đổi theo thời gian tức β=const. Cách khác được phát biểu như thế nào?

 Sinh viên: Chuyển động tròn biến đổi đều là chuyển động trên đường tròn với gia tốc góc không đổi, β=const.

Vì β=const nên at=β.R=const.

Vì at=const, mà an biến đổi đều nên a cũng biến đổi đều theo thời gian.

 Giáo viên: Xác định phương trình chuyển động trong chuyển động tròn biến đổi đều?

 Sinh viên: 0 0t t2 2 β

ϕ = ϕ + ω + (4.12)

 Giáo viên: Góc quay được trong thời gian t được xác định như thế nào?

 Sinh viên: 2 0 t t 2 β θ = ω + (4.13)

 Giáo viên: Hãy xác định phương trình vận tốc góc?

 Sinh viên: ω=ω0+βt (4.14)

 Giáo viên: Phương trình độc lập với thời gian được xác định như thế nào?

 Sinh viên: 2βθ=ω2-ω02 (4.15)