Tiết 8 Sự rơi tự do
Mục đích yêu cầu
- Phát biểu đợc định nghĩa và nêu đợc các đặc điểm của sự rơi tự do của một vật. Nhận biết đợc sự rơi tự do thực chất là một chuyển động thẳng nhanh dần đều. Khi rơi tự do thì mọi vật đều rơi nhanh nh nhau.
- Viết đợc công thức tínhgia tốc rơi tự do. Từ kết quả thí nghiệm rút ra đợc nhận xét: Trong phạm vi sai số cho phép, gia tốc của chuyển động rơi tự do là không đổi đối với cùng một nơi trên Trái Đất và ở gần mặt đất.
- Hiểu đợc giá trị của gia tốc rơi tự do phụ thuộc vào vị trí địa lí, độ cao. Khi một vật ở gần mặt đất, nó luôn có gia tốc bằng gia tốc rơi tự do.
- Viết đựơc công thức tính quãng đờng đi đợc và vận tốc trong chuyển động rơi tự do.
Chuẩn bị
- ống Niu Tơn đã hút chân không
- Bộ thí nghiệm đo gia tốc nh hình 6.5 SGK
- Thí nghiệm ảo về sự rơi tự do trong không khí và trong ống chân không. Thăm dò một số quan niệm ban đầu của học sinh
GV: - Nguyên nhân nào khiến các vật rơi nhanh chậm khác nhau? HS dự đoán: + Các vật rơi nhanh hay chậm là phụ thuộc vào khối lợng. Vật nặng rơi nhanh hơn, nếu hai vật nặng nh nhau chúng sẽ rơi nhanh nh nhau. + Các vật rơi nhanh hay chậm phụ thuộc vào hình dạng. Nếu hai vật có cùng khối lợng, vật nào có hình dạng lớn hơn sẽ rơi chậm hơn.
+ Các vật rơi nhanh hay chậm phụ thuộc vào cả khối lợng và hình dạng.
IV. Thiết kế giáo án dạy học
1. Hoạt động 1. Tìm hiểu nguyên nhân rơi nhanh chậm của các vật nặng và
định nghĩa sự rơi tự do.
TG Hoạt động của Giáo viên Hoạt động của học sinh
- Cho HS thực hành các thí nghiệm đơn giản sau để xác định nguyên nhân rơi nhanh chậm của các vật: + TN1.Thả một hòn sỏi và một tờ giấy mỏng có cùng tiết diện, cùng rơi một lúc từ một độ cao (khối l- ợng hòn sỏi lớn hơn khối lợng tờ giấy).
+ TN2.Thả hai tờ giấy giống hệt nhau, cùng khối lợng, rơi một lúc từ một độ cao nhất định. Một tờ vo viên, một tờ để phẳng.
- HS làm theo nhóm và đa ra dự đoán: Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ.
- HS làm thí nghiệm theo nhóm và đa ra dự đoán: Các vật rơi nhanh hay chậm phụ thuộc vào hình dạng (với điều kiện khối lợng các vật
+ TN3. Thả hai chiếc hộp rơi một lúc từ một độ cao xác định, có hình dạng giống nhau, khối lợng khác nhau(một hộp bằng sắt, một hộp bằng gỗ).
- Vậy nếu các vật (bất kì) đợc thả rơi trong môi trờng chân không thì tốc độ rơi nhanh chậm của chúng nh thế nào?
- - Để kiểm nghiệm lại dự đoán GV giới thiệu và tiến hành thí nghiệm với ống chân không của Niu Tơn và thông báo: Khi không có lực cản của không khí, các vật có khối lợng, hình dạng bất kì sẽ cùng rơi một tốc độ nh nhau.
- Chú ý: Nếu lực cản của không
khí tác dụng lên vật nhỏ hơn rất nhiều so với trọng lợng của vật thì chuyển động đó có thể coi nh rơi tự do.
- Yêu cầu HS chỉ phơng, chiều của chuyển động rơi tự do?
phải nh nhau).
- HS thấy hộp bằng sắt rơi nhanh hơn. T đó HS đa ra dự đoán sâu sắc hơn: Sự rơi nhanh hay chậm của các vật không chỉ do khối luợng hay hình dạng mà do sức cản của không khí.
- HS thảo luận và đa ra dự đoán: Trong môi trờng chân không sẽ không có sức cản của không khí. Vì vậy tốc độ rơi nhanh hay chậm của các vật sẽ nh nhau.
- HS phát biểu định nghĩa sự rơi tự do và ghi vào vở.
- Cá nhân TL:
+ Phơng thẳng đứng + Chiều hớng xuống dới
2. Hoạt động 2. Tìm hiểu đặc điểm của chuyển động rơi tự do
TG Hoạt động của Giáo viên Hoạt động của học sinh
- Chuyển động rơi tự do có đặc điểm gì”
giống một trong các dạng chuyển động mà chúng ta đã học không?
- Để kiểm tra tính đúng đắn của các dự đoán GV gợi ý cho HS làm thí nghiệm: Chúng ta đã đợc làm thí nghiệm “khảo sát chuyển động nhanh dần đều của viên bi trên máng nghiêng”. Nếu tăng dần độ dốc của máng thì chuyển động của viên bi là chuyển động gì? Dạng của chuyển động đó có thay đổi không nếu máng nghiêng ở vị trí thẳng đứng?
- GV chính xác hoá câu trả lời và bố trí thí nghiệm nh mô tả trong SGK.
dự đoán:
+ DĐ1: Sự rơi tự do có đầy đủ đặc điểm của một chuyển động biến đổi đều mà chúng ta đã dợc học. Vì sự rơi tự do chính là chuyển động biến đổi đều.
+ DĐ2: Sự rơi tự do là một dạng chuyển động mới, không giống bất kì một dạng chuyển động nào mà chúng ta đã học. Vì những dạng chuyển động trớc đều nghiên cứu trên mặt phẳng ngang và mặt phẳng nghiêng. Chuyển động rơi tự do không thuộc một trong hai mặt phẳng đó, nên chúng ta coi nh đây là một dạng chuyển động mới cần phải nghiên cứu.
- HS quan sát và nhận xét: Chuyển động rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều
Hoạt động 3. Tiến hành thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do
- GV giới thiệu và tiến hành đo gia tốc rơi tự do. Dụng cụ:
+ Giá 3 chân
+ Giá cơ học (cổng quang, thớc, nam châm điện, dây dọi...)
+ Vật nặng
+ Đồng hồ hiện số
+ Điều khiển, dây cáp, ke...
- GV thông báo: Nếu gọi g là gia tốc rơi tự do, quãng đờng vật rơi là s (tính từ nam châm điện đến cổng quang), bằng lí thuyết về chuyển động nhanh dần đều. Hãy nêu công thức tính gia tốc rơi tự do?
- GV lắp ráp thí nghiệm sẵn và hớng dần HS cách làm (nếu không đủ thời gian GV có thể tiến hành một vài lần sau đó cho HS tham khảo số liệu ở bảng sau): Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 s(m) 0.5 0.75 0.9 1 t(s) 0.319 0.392 0.428 0.453 - Yêu cầu HS tính gia tốc g trong các lần đo?
- Thông báo: Trong phạm vi sai số cho phép, gia tốc của chuyển động rơi tự do là không đổi, chúng ta thờng lấy g≈9.8 m/s2.
- GV thông báo: Gia tốc g phụ thuộc vào vĩ độ địa lí, độ cao và cấu trúc địa chất nơi đo.
- HS quan sát và ghi nhớ các dụng cụ đo.
- Làm việc cá nhân và đa ra công thức: Gia tốc rơi tự do: 22
t s g= - HS tính toán kết quả: Lần1 Lần2 Lần3 Lần4 g(m/s2) 9.766 9.761 9.826 9.746 Nhận xét: Các kết quả tính toán đợc có giá trị gần nh nhau
Tại cùng một nơi trên Trái Đất và ở gần mặt đất các vật rơi tự do đều có cùng gia tốc g.
- HS tiếp nhận thông báo:
4. Hoạt động 4. Viết các công thức tính quãng đờng đi đợc và vận tốc trong
chuyển động tự do
TG Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Chúng ta đã chứng minh đợc chuyển động rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều, nếu các vật rơi tự do không vận tốc ban đầu thì quãng đờng và vận tốc đợc tính nh thế nào?
- Chú ý: Vật đợc ném lên theo ph- ơng thẳng đứng với vận tốc ban đầu v0 cũng đợc coi là chuyển động rơi tự do.
- Yêu cầu HS làm bài tập 3 SGK - Gợi ý: Gọi độ cao là h, trong công thức tính độ cao và vận tốc, nếu loại bỏ đợc yếu tố thời gian thì ta sẽ xác định đợc công thức cần tìm.
- Dặn dò HS ôn lại kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều và làm bài tập về nhà.
- Cá nhân suy nghĩ trả lời:
+ Quãng đờng đi đợc của vật sau khoảng thời gian t: 2
2 1
gt
s = và vận tốc của vật tại thời điểm đó là: v = gt
- HS tiếp thu và ghi nhớ
- HS làm việc theo nhóm
V. Phân tích tiến trình dạy học kiến tạo
GV đặt vấn đề: Nguyên nhân nào khiến các vật rơi nhanh chậm khác nhau
Thí nghiệm kiểm tra dự đoán: +TN1 +TN2 +TN3 HS đưa ra các dự doán khác nhau: +DĐ1: +DĐ2: HS suy luận và rút ra nhận xét: Chuyển động rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều.
HS quan sát và phát biểu định nghĩa về sự rơi tự do.
HS quan sát thí nghiệm và đư a ra kết luận cuối cùng: Nguyên nhân khiến cho các vật rơi nhanh chậm khác nhau là do sức cản không khí
Yêu cầu HS (hoặc GV hướng dẫn HS) tìm phương án thí nghiệm khảo sát chuyển động rơi tự do. Từ đó tìm hiểu đặc tính của chuyển động này. Yêu cầu HS xác định rõ phương chiều của chuyển động rơi tự do
GV tiến hành thí nghiệm với ống NiuTơn (đã hút chân không)
GV tổng kết và thông báo: Tại cùng một nơi trên Trái Đất và gần mặt đất, trong phạm vi sai số cho phép, gia tốc của chuyển động rơi tự do là không đổi. Thường lấy g 9.8 m/ s2
Hướng dẫn HS làm thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do được bố trí như hình 6.5 SGK.
Tiến hành thí nghiệm, thu thập kết quả và đưa ra nhận xét về giá trị của gia tốc rơi tự do.
Kết luận chơng 2
Trong chơng này chúng tôi đã:
- Đề xuất phơng pháp dạy học dựa trên t tởng của lý thuyết kiến tạo: + Nêu đặc điểm của tiến trình dạy học đề xuất.
+ Phân tích tiến trình dạy học đề xuất.
- Xác định mục tiêu của chơng "Động học chất điểm" - Vật lý 10 Ban KHTN đồng thời phân tích 11 nội dung chính, trọng tâm của chơng.
Điều tra những hiểu biết ban đầu của học sinh về những vấn đề liên quan đến nội dung của bài học.
Trên cơ sở đó thiết kế một số giáo án dạy học phù hợp với tiến trình dạy học đã đa ra để tiến hành thực nghiệm.
Qua việc thiết kế giáo án chúng tôi nhận thấy:
- Bớc đầu tổ chức hoạt động nhận thức của HS theo hớng để HS tự bộc lộ quan niệm ban đầu của mình. Quan niệm đó có thể đúng, đúng một phần hay thậm chí là sai hoàn toàn. Song qua quá trình dạy học, HS có thể tự mình sửa chữa, điều chỉnh những quan niệm sai để xây dựng quan niệm đúng. Đây là một xu hớng dạy học mới có khả năng gây hứng thú cho học sinh.
- Nếu sử dụng phơng dạy học theo quan điểm kiến tạo trong một số giờ dạy lý thuyết sẽ có khả năng khắc sâu kiến thức cho HS hơn.
Chơng 3
Thực nghiệm s phạm