8. cấu trúc của luận văn
3.4.2.3. Các giáo án thực nghiệ ms phạm
2. Giáo án 2: Học sinh thực hành đo hệ số ma sát 3. Giáo án 3: Bài tập động lực học chất điểm
3.4.2.3. Các giáo án thực nghiệm s phạmGiáo án 1: Thí nghiệm đo hệ số ma sát Giáo án 1: Thí nghiệm đo hệ số ma sát
(Giáo án soạn bài tập thí nghiệm cho học sinh về nhà làm)
Mục đích Kiến thức:
- Hiểu đợc cách tiến hành đo hệ số ma sát trong một số trờng hợp đơn giản.
- Biết cách tiến hành đo hệ số ma sát và tính toán kết quả. - Góp phần liên hệ kiến thức với thực tiễn.
Kỹ năng:
- Rèn luyện cho học sinh kỹ năng thiết kế phơng án thí nghiệm. - Kỹ năng tiến hành các bớc thí nghiệm vật lý.
Thái độ:
- Rèn luyện cho học sinh có ý thức vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn.
Bài cũ: Em hãy nhắc lại thí nghiệm đo hệ số ma sát trợt (giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại các bớc của việc tiến hành đo)?
Tiến hành tiết dạy:
Bài 1: Cho một tấm ván dài và một miếng gỗ, em hãy tìm các cách xác định hệ số ma sát trợt giữa tấm ván và miếng gỗ. Bố trí thí nghiệm trong từng trờng hợp và các tính toán kết quả?
Gợi ý Em hãy viết công thức xác định lực ma sát trợt và nêu các đại lợng trong công thức?
Để đo lực ma sát giữa vật và ván ta phải đo các đại lợng nào?
- Đo áp lực giữa vật và ván - Đo lực ma sát
Có những cách nào để đo hệ số ma sát trợt trong trờng hợp trên?
Cách 1: Đặt tấm ván nằm ngang và kéo vật chuyển động trên ván Gợi ý và hớng dẫn:
- Đo lực hệ số ma sát bằng cách đặt nằm ngang và kéo vật chuyển động
trên ván?
Cách tiến hành đo:
- Đặt ván nằm ngang trên sàn, dùng lực kế kéo cho vật chuyển động thẳng đều trên tấm ván ta đo đợc lực ma sát giữa vật và sàn Fms = àN = àmg
- Dùng lực kế treo vật thẳng đứng ta đo đợc trọng lực của vật ta đo đợc trọng lực của vật P = mg
Suy ra hệ số ma sát trợt giữa vật và ván:
à =
P Fms
Cách 2: Cho vật trợt trên tấm ván nằm nghiêng Gợi ý và hớng dẫn:
Khi vật trợt xuống trên tấm ván nằm nghiêng có mấy trờng hợp xảy ra?
- Vật chuyển động thẳng đều xuống trên mặt tấm ván - Vật chuyển động nhanh dần đều xuống trên mặt tấm ván
Cách tiến hành đo lực ma sát và áp lực của vật lên ván trong trờng hợp tấm ván đặt nằm nghiêng?
* Vật chuyển động thẳng đều xuống mặt tấm ván
Em hãy xác định độ lớn của lực ma sát trợt?
Vật chuyển động thẳng đều độ lớn của lực ma sát trợt bằng thành phần kéo xuống dọc theo mặt tấm ván của trọng lực Fms = Psinα (1)
Hãy xác định độ lớn của thành phần áp lực giữa vật và mặt tấm ván?
Độ lớn của lực ma sát có thể đợc xác định theo công thức Fms = àN = àPcosα (2)
Từ đó suy ra hệ số ma sát giữa vật và tấm ván à = tgα
* Trờng hợp vật trợt xuống mặt phẳng nghiêng có gia tốc
Nêu cách xác định gia tốc của vật trong trờng hợp này?
Ta có thể xác định gia tốc của vật trong trờng hợp này bằng các dụng cụ sau: - Dùng thớc thẳng hoặc thớc dây chia đến đơn vị mm để đo chiều dài của tấm ván
- Dùng đồng hồ bấm giây (hoặc dùng cổng quang) để xác định thời gian vật chuyển động trên tấm ván
Em hãy cho biết có những lực nào tác dụng lên vật?
Có ba lực:
- Lực ma sát - Trọng lực
- Phản lực của tấm ván lên vật
Cách xác định gia tốc của vật chuyển động trên tấm ván (theo góc α và hệ số ma sát à)?
áp dụng định luật 2 Niu tơn cho vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng góc α kết hợp với phơng pháp phân tích lực ta xác định đợc gia tốc của vật trên mặt phẳng nghiêng theo công thức:
a = g(sinα - àcosα) Từ đó suy ra cách xác định hệ số ma sát:
à = gsinαcosα−a
Bài 2:
Một vật có chiều cao lớn hơn nhiều so với chiều rộng của đáy, tác dụng lên vật một lực F theo phơng nằm ngang ở độ cao h so với mặt sàn hãy tìm ph- ơng án xác định hệ số ma sát giữa vật và sàn
Cách 1: Ta có thể đo hệ số ma sát giữa vật và sàn theo cách giống nh bài 1 bằng cách kéo cho vật chuyển động thẳng đều trên sàn. Đo giá trị của trọng lực và độ lớn của lực kéo F để xác định đợc hệ số ma sát.
Cách 2:
Khi tác dụng lên vật một lực Fở độ cao h thì có mấy trờng hợp xảy ra đối với vật?
- Vật đứng yên - Vật chuyển động - Vật bị đổ
Nếu xét nh thế này thì bài tập vẫn phức tạp, để đơn giản hoá bài tập ta có thể xét trờng hợp vật chuyển động thẳng đều (lực tác dụng có độ lớn bằng lực ma sát).
Khi tác dụng lực cho vật chuyển động đều nếu thay đổi độ cao h thì có những trờng hợp nào xảy ra?
- Vật chuyển động thẳng đều - Vật bị đổ
Với điều kiện nào khi tác dụng lực làm vật bị đổ?
Xét trờng hợp nh ở hình vẽ lực Fgây ra mô men là vật quay theo chiều kim đồng hồ và trọng lực Pgây ra mô men theo chiều ngợc lại, vật sẽ bị đổ nếu mô men của lực F lớn hơn mô men của trọng lc P khi đó ta có:
Fh>Pd2 mà lực Fđợc giả thiết trong trờng hợp vật chuyển động đều nên ta có: F = Fms = àP⇒àPh>Pd2 ⇒à>2hd
Độ tác dụng lực Fcao ứng với trờng hợp vật bắt đầu bị đổ là h0 ta có thể suy ra cách xác định hệ số ma sát trợt trong trờng hợp này có à =
0
2h d
Em hãy nêu cách xác định hệ số ma sát trong trờng hợp này?
Tác dụng lực F ở độ cao h sao cho vật chuyển động thẳng đều theo phơng ngang
F
h d
Thay đổi độ cao h (tăng dần)
Đến khi ứng với độ cao h0 ứng với vật chuyển từ trạng thái chuyển động thẳng đều sang trờng hợp vật bị đổ
Đo độ cao h0 và chiều rộng d của vật ta có thể xác định đợc hệ số ma sát giữa vật và sàn
Giáo án 2: Triển khai cho học sinh giải các bài tập thí nghiệm Mục đích:
Kiến thức:
- Vận dụng kiến thức đã học để tiến hành làm thí nghiệm đo hệ số ma sát. - Học sinh hiểu về phơng pháp đo hệ số ma sát ở các bài tập.
Kỹ năng:
- Rèn luyện cho học sinh về kỹ năng làm thí nghiệm Thái độ:
- Làm tăng khả năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn.
Chuẩn bị:
- Học sinh chuẩn bị thí nghiệm để tiến hành đo hệ số ma sát trong các bài tập thí nghiệm.
- Chuẩn bị trình bày nội dung các bài tập - Giáo viên chuẩn bị quay video tiết thực hành
- Hớng dẫn thêm cho học sinh phơng pháp đo hệ số ma sát.
Tiến trình tiết dạy
1. Giáo viên gọi một học sinh lên trình bày thí nghiệm đo hệ số ma sát của bộ giáo dục
2. Một học sinh lên trình bày thí nghiệm đo hệ số ma sát giữa vật và tấm ván
3. Một học sinh lên đo hệ số ma sát của vật có chiều cao lớn hơn chiều rộng với tấm ván (hoặc với mặt sàn)
Một số hình ảnh thực nghiệm
Học sinh làm thí nghiệm với bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát
Đo hệ số ma sát giữa vật và tấm ván
Bài tập: Có một bàn quay và một miếng gỗ. Em hãy tìm cách xác định hệ số ma sát giữa miếng gỗ và bàn?
Gợi ý và hớng dẫn:
Khi đặt vật trên bàn và quay bàn thì quỹ đạo chuyển động của vật nh thế nào?
Khi bàn quay thì vật chuyển động tròn, bàn quay đều thì vật chuyển động tròn đều.
Khi bàn quay có những lực nào tác dụng lên vật?
Khi bàn quay thì vật chịu tác dụng của 3 lực Trọng lực
Phản lực
Lực ma sát nghỉ
Lực ma sát nghỉ đóng vai trò gì trong chuyển động của vật? Em hãy nêu phơng chiều, và độ lớn của lực này?
Lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hớng tâm trong chuyển động của vật, lực hớng tâm có phơng, chiều và độ lớn:
*Phơng bán kính quỹ đạo *Chiều hớng vào tâm quỹ đạo *Độ lớn của lực hớng tâm F =
R mv2
Em hãy nêu đặc điểm về phơng, chiều và độ lớn của lực ma sát nghỉ?
*Lực ma sát nghỉ có phơng song song với mặt tiếp xúc
*Chiều ngợc với chiều của ngoại lực
*Độ lớn của lực ma sát nghỉ bằng độ lớn của ngoại lực
Độ lớn của lực ma sát nghỉ có giá trị từ 0 đến giá trị của lực ma sát nghỉ cực đại 0<Fmsn≤ànN
Khi tăng dần tốc độ quay của bàn thì có hiện tợng gì xảy ra?
Khi tăng dần (chậm) tốc độ quay của bàn thì đến một lúc ta thấy vật trợt ra khỏi bàn
Em hãy giải thích hiện tợng vật trợt ra khỏi bàn và đề xuất phơng án đo hệ số ma sát nghỉ trong trờng hợp này?
Hiện tợng vật trợt ra khỏi bàn là do lúc tăng vận tốc của bàn làm lực ma sát nghỉ tăng, đến khi lực ma sát nghỉ đạt giá trị cực đại thì vật bắt đầu trợt trên bàn.
Muốn đo hệ số ma sát nghỉ trong trờng hợp này ta phải đo các đại lợng nào?
Độ lớn lực ma sát nghỉ cực đại bằng lực hớng tâm khi vật bắt đầu trợt, muốn đo lực ma sát nghỉ cực đại ta đo lực hớng tâm khi vật bắt đầu trợt F =
R mv2
Đo trọng lực của vật bằng lực kế từ đó suy ra hệ số ma sát nghỉ
Giáo án 3: Bài tập động lực học chất điểm
(tiết bài tập bắt buộc)
Mục đích:
Kiến thức
- Tiến hành giải các bài tập luyện tập để học sinh nắm đợc các bài tập cơ bản ch- ơng động lực học chất điểm.
- Vận dụng ba định luật Niu tơn và các lực cơ học khi giải các bài tập vật lý. Kỹ năng:
- Rèn luyện cho học sinh vận dụng các kiến thức của chơng động lực học chất đểm vào việc giải các bài tập vật lý
Có tác dụng cho học sinh liên hệ các kiến thức với các hiện tợng trong thực tế.
Chuẩn bị:
- Hệ thống các kiến thức chơng động lực học chất điểm - Giáo viên chuẩn bị giáo án
Tiến trình tiết dạy:
Bài cũ:
Nêu phơng, chiều độ lớn và đặc điểm của lực ma sát nghỉ, trợt?
Đặc điểm Lực ma sát
Phơng, chiều Độ lớn, đặc điểm Ma sát nghỉ - Phơng song song với mặt
tiếp xúc
- Ma sát nghỉ ngợc chiều với ngoại lực tác dụng lên vật, lực ma sát trợt ngợc với vận tốc của vật với mặt tiếp xúc
Độ lớn Fmsn=Fnl
Đặc điểm 0≤Fmsn≤àN
Ma sát trợt
Fmst=àN
Tiến trình tiết dạy
Bài 1:
Một vật đặt trên sàn có khối lợng m = 10kg, hệ số ma sát nghỉ bằng hệ số ma sát trợt có giá trị à = 0,1. Hỏi lực ma sát tác dụng lên vật và gia tốc của vật là bao nhiêu nếu tác dụng lên vật một lực theo phơng nằm ngang có độ lớn:
a. 15N b. 10N c. 5N Gợi ý và hớng dẫn:
Đây là một bài toán động lực học học sinh vận dụng các định luật Niu tơn để giải bài toán.
a. Trong trờng hợp câu a các em có thể tính toán dễ dàng FmsàN = àmg
Gia tốc của vật thu đợc là: A = m F F− ms = m μmg F− = 0,5m/s2.
Trong trờng hợp này thì vật chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 0,5m/s2 và có lực ma sát tác dụng lên vật là 10N.
b. Các em có thể tính đợc độ lớn lực ma sát trợt: Fms=àmg=0,1.1.10=10N
Độ lớn lực kéo bằng độ lớn của lực ma sát, vật có thể đứng yên hoạc chuyển động thẳng đều.
Nếu vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, trong trờng hợp này lực ma sát là ma sát nghỉ.
Nếu vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều, trong trờng hợp này lực ma sát là ma sát trợt.
Vậy lực ma sát có độ lớn: Fms=10N Gia tốc của vật: a=0
c. Trong trờng hợp này lực kéo F nhỏ hơn lực ma sát trợt (bằng ma sát nghỉ cực đại).
Lực ma sát nghỉ bằng độ lớn của lực kéo Fms=5N Vì vật đứng yên nên gia tốc a=0
Trờng hợp câu c nếu các em có suy nghĩ theo những công thức về toán mà không để ý đến hiện tợng vật lý sẽ dẫn đến sai lầm. Những em không nhanh ý có thể vi phạm vào sai lầm và tính đợc kết quả gia tốc âm.
Bài này có tác dụng củng cố cho các em nhìn nhận vấn đề chính xác hơn, các em có thể hiểu rõ hơn về nguyên nhân và bản chất của lực ma sát.
Bài 2:
Một ô tô có trọng lợng P=50000N chuyển động với vận tốc không đổi v = 10m/s qua cầu. Tìm áp lực của ô tô tác dụng lên cầu khi ô tô đi qua điểm giữa cầu trong các trờng hợp:
a. Cầu phẳng nằm ngang
c. Cầu lõm xuống với bán kính r = 50m
d. Ô tô chuyển động tròn đều trên đờng tròn nằm ngang bán kính r = 50m với vận tốc v = 10m/s. Tìm lực ma sát của mặt đờng tác dụng lên ô tô.
Gợi ý và hớng dẫn:
a. GV: Em hãy cho biết áp lực ô tô lên cầu khi đi qua cầu nằm ngang
HS: Trờng hợp ô tô chuyển động trên cầu nằm ngang áp lực của ô tô lên cầu bằng trọng lực của ô tô.
N=P=50000N
b. Trờng hợp ô tô chuyển động qua cầu vồng lên
GV: Khi ô tô chuyển động qua cầu vồng lên gia tốc của ô tô nh thế nào? HS: Khi chuyển động qua cầu vồng lên ô tô có gia tốc hớng tâm
GV: Gia tốc hớng tâm có phơng, chiều và độ lớn nh thế nào? HS: Gia tốc hớng tâm có:
Phơng bán kính Chiều hớng vào tâm Độ lớn: a=
r mv2
GV: Khi ô tô chuyển động qua cầu vồng lên ô tô chịu tác dụng của những lực nào?
HS: Khi chuyển động qua cầu vồng lên ô tô chịu tác dụng của các lực: Lực ma sát Fms và lực phát động Fpđ cân bằng nhau
Trọng lực P và phản lực N
GV: Em hãy viết phơng trình định II Niu tơn cho chuyển động của ô tô? HS: Phơng trình định luật II Niu tơn:
P+N +Fms+Fpđ=ma
GV: Vì lực phát động và lực ma sát cân bằng nhau nên hợp lực của trọng lực và phản lực đóng vai trò lực hớng tâm
Chọn trục toạ độ có phơng bán kính chiều dơng hớng vào tâm chiếu lên phơng này ta đợc:
P-N= r mv2 ⇒N=P- r mv2
c. Giáo viên có thể thực hiện tơng tự đối với trờng hợp ô tô chuyển động qua cầu lõm xuống
d. Trờng hợp ô tô chuyển động trên vòng tròn nằm ngang GV: Trong trờng hợp này lực nào đóng vai trò lực hớng tâm? HS: Lực ma sát nghỉ giữa ô tô và mặt đờng
GV: Độ lớn của lực ma sát trong trờng hợp này? HS: Fmsn=
r mv2
GV: Khi ô tô chuyển động tròn trên vòng tròn nằm ngang cần chú ý điều gì? HS: Nếu tăng vận tốc của ô tô đến một lúc nào đó ma sát nghỉ đạt cực đại ô tô bắt đầu bị trợt.
Bài 3: