3- THỰC NGHIỆM TỔ CHỨC SINH VIÊN HỌC TẬP THEO NHÓM TRONG
3.5- Sơ lƣợc về cấu trúc nội dung của các bài học đƣợc dạy thực nghiệm [11]
[11]
* Bài 1: Định luật I Niu-tơn Bài học gồm 4 mục:
- Mục "1. Quan niệm của A-ri-xtốt": Giới thiệu quan niệm của A-ri-xtốt: muốn cho một vật duy trì đƣợc vận tốc không đổi thì phải có vật khác tác dụng lên nó.
29
- Mục "2. Thí nghiệm lịch sử của Ga-li-lê": Giới thiệu thí nghiệm hòn bi lăn trên máng nghiêng do Ga-li-lê tiến hành và rút ra kết luận: nếu có thể loại trừ đƣợc các tác dụng cơ học lên một vật thì vật sẽ chuyển động thẳng đều với vận tốc vốn có của nó.
- Mục "3. Định luật I Niu-tơn": Giới thiệu định luật I của Niu-tơn và đƣa ra khái niệm vật cô lập.
- Mục "4. Ý nghĩa của định luật I Niu-tơn": Giới thiệu ý nghĩa của định luật I Niu- tơn là nêu ra tính chất quan trọng của mọi vật là: mọi vật đều có quán tính, tức là mọi vật đều có xu hƣớng bảo toàn vận tốc và hai biểu hiện của quán tính trong hai trƣờng hợp là "tính ì" (trong trƣờng hợp vật có xu hƣớng giữ nguyên trạng thái đứng yên) và "đà" ( trong trƣờng hợp vật có xu hƣớng giữ nguyên trạng thái chuyển động).
* Bài 2: Định luật II Niu-tơn
Bài học gồm 5 mục:
- Mục "1. Định luật II Niu-tơn": Giới thiệu ví dụ đẩy hoặc kéo cho một chiếc xe chuyển động để chỉ ra rằng, vectơ gia tốc mà vật thu đƣợc có cùng hƣớng với vectơ lực tác dụng vào vật, đồng thời độ lớn của gia tốc phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng và khối lƣợng của vật thu gia tốc, sau đó là giới thiệu định luật II Niu-tơn và nguyên lý độc lập của tác dụng.
Mục "2. Các yếu tố của vectơ lực": Chỉ ra đầy đủ các yếu tố của vectơ lực sau khi
biết định luật II Niu-tơn là: điểm đặt, phƣơng, chiều, độ lớn và đơn vị đo của lực.
Mục "3. Khối lượng và quán tính": Chỉ ra ý nghĩa của khối lƣợng nhờ định luật II Niu-tơn là: khối lƣợng đặc trƣng cho mức quán tính của vật.
Mục "4. Điều kiện cân bằng của một chất điểm": Chỉ ra điều kiện cân bằng của một chất điểm nhờ định luật II Niu-tơn và đƣa ra khái niệm về trạng thái cân bằng của vật.
30
- Mục "5. Mối quan hệ giữa trọng lượng và khối lượng của một vật": Đƣa ra khái niệm trọng lƣợng và chỉ ra mối quan hệ tỉ lệ thuận giữa trọng lƣợng và khối lƣợng của vật nhờ định luật II Niu-tơn.
* Bài 3: Định luật III Niu-tơn
Bài học gồm 4 mục:
Mục "1. Nhận xét": Nêu ra hai ví dụ và phân tích để rút ra nhận xét: nếu vật A tác dụng lên vật B thì vật B cũng tác dụng lên vật A. Đó là sự tác dụng tƣơng hỗ (hay tƣơng tác) giữa các vật. Nội dung cụ thể của hai ví dụ là:
Ví dụ 1: Hai học sinh, An và Bình đi giày trƣợt pa-tanh đang đứng trên mặt đƣờng phẳng, cứng. An đẩy vào lƣng Bình dẫn đến kết quả là Bình tiến về trƣớc còn An bị lùi về phía sau.
Ví dụ 2: Thanh nam châm và thanh sắt hút nhau.
Mục "2. Định luật III Niu-tơn": Nêu ra hai thí nghiệm móc hai lực kế vào nhau trong hai trƣờng hợp cả hai cùng đứng yên và cả cùng chuyển động để rút ra nhận xét các lực tƣơng tác giữa hai vật luôn nằm trên cùng một đƣờng thẳng (cùng giá), ngƣợc chiều nhau, có cùng độ lớn và đƣợc gọi là hai lực trực đối, rồi phát biểu định luật III Niu-tơn qua khái niệm hai lực trực đối.
Mục "3. Lực và phản lực": Nêu ra tên gọi lực và phản lực của các lực tƣơng tác giữa hai vật và cho biết hai lực này là hai lực trực đối, nhƣng không cân bằng và chúng có cùng bản chất.
Mục "4. Bài tập vận dụng": Nêu ra ba bài tập và lời giải của mỗi bài. Yêu cầu cụ thể của các bài tập là:
+ Bài tập 1: Giải thích trƣờng hợp quả bóng bay đến đập vào tƣờng và bị bật trở lại. + Bài tập 2: Giải thích trƣờng hợp hai học sinh cùng kéo hai đầu dây thì dây không đứt, nhƣng khi buộc một đầu dây vào một gốc cây rồi cả hai học sinh này cùng kéo một đầu dây thì dây lại bị đứt.
+ Bài tập 3: Xét các lực tác dụng vào vật và vào bàn khi đặt một vật trên mặt bàn và chỉ ra các cặp lực trực đối cân bằng và trực đối không cân bằng.
31
* Bài 4: Lực hấp dẫn
Bài học gồm 3 mục:
- Mục "1. Định luật vạn vật hấp dẫn": Giới thiệu nội dung của định luật vạn vật hấp dẫn và phƣơng pháp xác định hằng số hấp dẫn bằng cân dây xoắn của Ca-ven-đi-sơ.
- Mục "2. Biểu thức của gia tốc rơi tự do": Đƣa ra biểu thức của gia tốc rơi tự do từ biểu thức của lực hấp dẫn và biểu thức của trọng lực.
- Mục "3. Trường hấp dẫn, trường trọng lực": Giới thiệu về sự tồn tại của trƣờng hấp dẫn xung quanh các vật thể và trƣờng hợp riêng là trƣờng hấp dẫn của Trái Đất đƣợc gọi là trƣờng trọng lực và gia tốc rơi tự do đƣợc gọi là gia tốc trọng trƣờng.
* Bài 5: Lực đàn hồi Bài học gồm 3 mục:
Mục "1. Khái niệm về lực đàn hồi": Đƣa ra khái niệm về lực đàn hồi qua sự phân tích hai ví dụ làm cho vật biến dạng là kéo dãn một lò xo và đặt một quả cân lên thanh cao su nằm ngang, sau đó là đƣa ra trƣờng hợp lực tác dụng vƣợt quá giới hạn đàn của vật chịu tác dụng của lực.
Mục "2. Một vài trường hợp thường gặp": Giới thiệu lực đàn của lò xo và lực căng của dây treo, định luật Húc về quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo.
Mục "3. Lực kế": Giới thiệu việc ứng dụng định luật Húc để chế tạo các lực kế và cách ghi số chỉ của vạch chia độ trên các lực kế.
* Bài 6: Lực ma sát
Bài học gồm 4 mục:
Mục "1. Lực ma sát nghỉ": Giới thiệu sự xuất hiện của lực ma sát nghỉ, cách xác định phƣơng, chiều, độ lớn của lực ma sát nghỉ và giá trị của hệ số ma sát nghỉ.
Mục "2. Lực ma sát trượt": Giới thiệu sự xuất hiện của lực ma sát trƣợt, cách xác định phƣơng, chiều, độ lớn của lực ma sát trƣợt và giá trị của hệ số ma sát trƣợt.
32
- Mục "3. Lực ma sát lăn": Giới thiệu về sự xuất hiện của lực ma sát lăn, quan hệ về độ lớn của lực ma sát lăn với áp lực N và quan hệ giữa hệ số ma sát lăn và hệ số ma sát trƣợt.
Mục "4. Vai trò của ma sát trong đời sống": Giới thiệu về vai trò của các loại ma sát trong đời sống.
* Bài 7: Cân bằng của vật rắn dƣới tác dụng của ba lực không song song
Bài học gồm 3 mục:
Mục "1. Quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy": Giới thiệu khái niệm hai lực đồng quy và cách tổng hợp hai lực đồng quy.
Mục "2. Cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song":
Giới thiệu điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song và một thí nghiệm minh họa là sự cân bằng của vật hình nhẫn đƣợc treo bằng hai sợi dây.
Mục "3. Ví dụ": Đƣa ra ví dụ xét sự cân bằng của vật hình hộp trên mặt phẳng nghiêng có ma sát.
* Bài 8: Quy tắc hợp lực song song. Điều kiện cân bằng của một vật rắn dƣới tác dụng của ba lực không song song
Bài học gồm 4 mục:
Mục "1. Thí nghiệm tìm hợp lực của hai lực song song": Giới thiệu thí nghiệm tìm độ lớn và điểm đặt của hợp lực của hai lực song song cùng chiều.
Mục "2. Quy tắc hợp hai lực song song cùng chiều": Giới thiệu quy tắc tìm hợp lực của hai lực song song cùng chiều và chỉ dẫn cách tìm hợp lực của nhiều lực song song cùng chiều; lí giải về trọng tâm của vật rắn trên cơ sở của quy tắc hợp lực song song cùng chiều; giới thiệu cách phân tích một lực thành hai lực song song nhờ quy tắc tìm hợp lực của hai lực song song cùng chiều và đƣa ra một bài tập vận dụng.
Mục "3. Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song": Chỉ ra cách lập luận để rút ra kết luận về điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực song song, nội dung của điều kiện này và ví dụ về sự cân bằng
33
của thanh sắt dƣới tác dụng của ba lực không song song trong bài tập vận dụng ở mục trên. - Mục "4. Quy tắc hợp hai lực song song không trái chiều": Giới thiệu cách suy luận từ điều kiện cân bằng của vật rắn dƣới tác dụng của ba lực song song để rút ra quy tắc tìm hợp lực của hai lực song song trái chiều.
Mục "5. Ngẫu lực": Giới thiệu về khái niệm ngẫu lực, tác dụng làm quay vật, cách tính mômen và đơn vị đo của ngẫu lực.
* Bài 9: Mô men lực. Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định
Bài học gồm 4 mục:
Mục "1. Nhận xét về tác dụng của một lực lên một vật rắn có trục quay cố định":
đƣa ra ví dụ về vật rắn có trục quay cố định là cánh cửa và từ cách đẩy cho cánh cửa quay mà đƣa ra nhận xét về tác dụng làm quay của một lực lên vật có trục quay cố định từ trạng thái đứng yên phụ thuộc vào độ lớn của lực và khoảng cách từ trục quay tới giá của lực.
Mục "2. Mômen của lực đối với một trục quay": giới thiệu thí nghiệm để rút ra biểu thức tính và đơn vị đo của đại lƣợng đặc trƣng cho tác dụng làm quay vật quanh một trục là mômen của lực.
Mục "3. Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định": giới thiệu điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định hay quy tắc momen.
Mục "4. Ứng dụng": Giới thiệu một ứng dụng của quy tắc mômen trong thực tế là chế tạo cân đòn và việc ứng dụng quy tắc momen cả trong trƣờng hợp vật không có trục quay cố định qua ví dụ dùng chiếc cuốc chim để bẩy một tảng đá.
* Bài 10: Định luật bảo toàn động lượng
Bài học gồm 3 mục:
- Mục "1. Hệ kín": chỉ ra rằng, việc giải bài toán cơ học sẽ đơn giản hơn nếu hệ vật đƣợc khảo sát là hệ kín, đƣa ra khái niệm hệ kín và chỉ ra trƣờng hợp hệ đƣợc coi là kín.
34
- Mục "2. Các định luật bảo toàn": chỉ ra một phƣơng pháp khác để giải các bài toán cơ học là phƣơng pháp dùng các định luật bảo toàn, khái niệm về sự bảo toàn của các đại lƣợng vật lý và giới thiệu một số định luật bảo toàn đã đƣợc thiết lập đối với hệ kín.
- Mục "3. Định luật bảo toàn động lượng": Giới thiệu việc vận dụng các định luật II và III Niu-tơn để đƣa ra đại lƣợng vật lý mới là động lƣợng của một vật và định luật bảo toàn động lƣợng
* Bài 11: Chuyển động bằng phản lực. Bài tập về định luật bảo toàn động lƣợng
Bài học gồm 3 mục:
- Mục "1. Nguyên tắc chuyển động bằng phản lực": Giới thiệu nguyên tắc chuyển động bằng phản lực và chỉ ra một ví dụ về chuyển động bằng phản lực là hiện tƣợng giật lùi của súng khi bắn.
- Mục "2. Động cơ phản lực. Tên lửa": Giới thiệu về động cơ phản lực và tên lửa là hai trƣờng hợp ứng dụng của định luật bảo toàn động lƣợng.
- Mục "3. Bài tập về định luật bảo toàn động lượng": Giới thiệu ba bài tập đòi hỏi phải ứng dụng định luật bảo toàn động lƣợng để giải. Yêu cầu cụ thể của các bài tập là:
+ Bài tập 1: Xét trƣờng hợp nhà du hành vũ trụ đang đi bộ ngoài không gian thì gặp sự cố nên cần phải ném một bình ôxi để quay trở về tàu vũ trụ.
+ Bài tập 2: Xét bài toán hai vật chuyển động ngƣợc chiều va chạm vào nhau. + Bài tập 3: Xét trƣờng hợp viên đạn đang bay nổ thành hai mảnh.
* Bài 12: Công và công suất
Bài học gồm 4 mục:
- Mục "1. Công": Giới thiệu định nghĩa, biểu thức tính của công; công phát động, công cản, trƣờng hợp có lực tác vào vật chuyển động nhƣng không có công; đơn vị của công và công của lực biển đối.
- Mục "2. Công suất": Giới thiệu định nghĩa, biểu thức tính của công suất qua khái niệm công, đơn vị của công suất; biểu thức khác để tính công suất qua tích vô
35
hƣớng của các vectơ lực và độ dời trong khoảng thời gian tƣơng ứng hay tích vô hƣớng của các vectơ lực và vận tốc để từ đó giới thiệu ứng dụng trong việc chế tạo hộp số trong các động cơ ôtô, xe máy.
- Mục "3. Hiệu suất": Giới thiệu về định nghĩa và biểu thức tính của hiệu suất. - Mục "4. Bài tập vận dụng": Xét bài toán tính công, xác định công dƣơng, công âm và hiệu suất trong trƣờng hợp vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang dƣới tác dụng của một lực hợp với chuyển dời một góc khác không.
* Bài 13: Động năng. Định lí động năng
Bài học gồm 3 mục:
- Mục "1. Động năng": Đƣa ra ví dụ dùng một quả nặng treo ở đầu một cần cẩu để phá một bức tƣờng để dẫn tới khái niệm động năng là năng lƣợng do vật chuyển động mà có và biểu thức tính động theo vận tốc và khối lƣợng của vật; nhận xét về tính chất của động năng và giới thiệu một ví dụ về tính động năng của một viên đạn nhỏ và động năng của một vận động viên để rút ra nhận xét về sự ảnh hƣởng mạnh của vận tốc đối với giá trị của động năng.
- Mục "2. Định lý động năng": Giới thiệu cách xây dựng biểu thức của định lý động năng từ trƣờng hợp vật chịu tác dụng của một lực không đổi và chuyển động theo phƣơng của lực, phát biểu định lý động năng và xét các trƣờng hợp công dƣơng, công âm ứng với lực phát động và lực cản; giới thiệu việc áp dụng định lý động năng cho cả trƣờng hợp lực thay đổi và vật chuyển động theo đƣờng bất kỳ.
- Mục "3. Bài tập vận dụng": Giới thiệu việc vận dụng định lý động năng để giải một bài toán về chuyển động của máy bay trên đƣờng để cất cánh và chỉ ra rằng, nếu áp dụng định luật II Niu-tơn và các công thức về chuyển động thẳng biến đổi đều để giải bài toán này thì cũng thu cùng đƣợc kết quả, nhƣng phải có điều kiện là lực không đổi.
* Bài 14: Thế năng. Thế năng trọng trƣờng
Bài học gồm 4 mục:
- Mục "1. Khái niệm thế năng": Xét ví dụ về hoạt động của búa máy và ví dụ về ngƣời bắn cung để đƣa ra khái niệm ban đầu về thế năng là dạng năng lƣợng phụ
36
thuộc vị trí tƣơng đối của vật so với mặt đất hoặc phụ thuộc độ biến dạng của vật so với trạng thái chƣa biến dạng.
- Mục "2. Công của trọng lực": Xét trƣờng hợp vật di chuyển từ điểm B có độ cao
ZB đến điểm C có độ cao ZC so với mặt đất để rút ra công thức tính công của trọng lực và lời
nhận xét rằng, công của trọng lực không phụ thuộc hình dạng đƣờng đi của vật mà chỉ phụ thuộc các vị trí đầu và cuối; đƣa ra khái niệm lực thế hay lực bảo toàn.
- Mục "3. Thế năng trọng trường": Giới thiệu biểu thức tính thế năng của vật trong