9. Cấu trúc luận văn
2.4. Soạn thảo tiến trình hoạt động dạy học một số BTTN chương Động
lực học chất điểm”
Bài 3: Vào những ngày trời nồm, nền nhà thường bị ẩm ướt, việc đi lại
trên sàn nhà gặp khó khăn vì sàn nhà trơn, dễ xảy ra trơn trượt, nguy hiểm đối với những em nhỏ và người già. Em có những cách nào để khắc phục tình trạng này? và đại lượng vật lí nào đặc trưng cho hiện tượng này. Hãy tiến hành thí nghiệm đo đại lượng đó để kiểm tra giải pháp em đã đề xuất?
Tổ chức dạy học: a. Mục tiêu - Kiến thức:
+ Biết được các cách đo hệ số ma sát giữa hai vật liệu bất kì
+ Vận dụng được phương pháp động lực học chất điểm để giải bài toán cơ học
- Thái độ:
+ Có thái độ làm việc khách quan, trung thực, tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác.
+ Nhiệt tình, trách nhiệm trong công việc được giao và có tinh thần cố gắng, hợp tác khi làm việc nhóm.
+ Có hứng thú, say mê trong việc đề xuất ra các phương án thí nghiệm, bố trí và tiến hành thí nghiệm theo các phương án đã đề ra, đưa ra nhận xét về các phương án thí nghiệm đã tiến hành.
TDST:
+ Đưa ra các phương án để xác định được hệ số ma sát trượt giữa hai vật liệu bất kì
+ Lựa chọn dụng cụ, bố trí dụng cụ và tiến hành thí nghiệm theo các phương án đã đề xuất.
+ Xử lý số liệu dựa trên các tổng hợp số liệu của các nhóm khác.
TDPP:
+ Nhận xét được kết quả thí nghiệm và rút kinh nghiệm trong thực tiễn
b. Chuẩn bị: - Giáo viên:
Các dụng cụ cần thiết: dép mới, dép cũ (độ nhám ít), thước đo độ, lực kế, gạch lát sàn nhà, phiếu học tập.
- Học sinh:
Ôn tập lại các kiến thức: Định luật II Niu - tơn, phương pháp động lực học chất điểm, lực ma sát, cách tính sai số, cách tính giá trị trung bình.
+ Dự kiến sử dụng: Trong tiết tự chọn bài tập Lực ma sát
+ Dự kiến khó khăn: Bằng kinh nghiệm trong đời sống, học sinh dễ đề
xuất là phải đi dép có nhiều khía hoặc làm cho nền nhà không bị trơn, tuy nhiên, HS có thể khó nhận ra đại lượng đặc trưng chính là hệ số ma sát trượt và không tìm ra được phương án thí nghiệm để so sánh hệ số ma sát trượt trong các trường hợp.
c) Hoạt động dạy và học Hoạt động 1: Đặt vấn đề
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
HS suy nghĩ, trả lời câu hỏi.
- Dự kiến trả lời:
Câu hỏi 1: Lực ma sát trượt xuất hiện khi một vật trượt trên bề mặt một vật khác. Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào tính chất và tình trạng của bề mặt tiếp xúc.
Câu hỏi 2: Nếu gạch lát sàn nhà tắm, hay gạch lát sân ngoài trời nhẵn thì vào những ngày trời mưa ẩm ướt, ma sát giữa lốp xe (hoặc các vật làm bằng cao su) và gạch giảm, rất dễ trượt. Do đó, để tăng ma sát người ta thường lát các loại gạch có bề mặt sần sùi trong nhà tắm hoặc ngoài trời.
HS nhận nhiệm vụ học
Yêu cầu HS trả lời câu hỏi sau:
Câu hỏi 1: Lực ma sát trượt xuất
hiện khi nào?
Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào các yếu tố nào?
Câu hỏi 2: Tại sao gạch lát sàn nhà tắm, hay lát sân ngoài trời thường phải làm sần sùi?
Chia lớp thành 4 nhóm HS và giao nhiệm vụ cho các nhóm
Cá nhận suy nghĩ, thảo luận nhóm, thống nhất ý kiến và trả lời vào phiếu học tập
Yêu cầu HS giải BTTN sau:
Vào những ngày trời nồm, nền nhà thường bị ẩm ướt, việc đi lại trên sàn nhà gặp khó khăn vì sàn nhà trơn, dễ xảy ra trơn trượt, nguy hiểm đối với những em nhỏ và người già. Em có những cách nào để khắc phục tình trạng này? và đại lượng vật lí nào đặc trưng cho hiện tượng này. Hãy tiến hành thí nghiệm đo đại lượng đó để kiểm tra giải pháp em đã đề xuất?
Hoạt động 2: Định hướng giải quyết vấn đề và giải quyết vấn đề Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
Cá nhân suy nghĩ trả lời
- Khi nền nhà bị ướt thì sự ma sát bị giảm đáng kể do có lớp nước rất mỏng bôi trơn giữa nền nhà và dép. Đế dép có bề mặt nhiều khía sẽ tạo nên các rãnh cho nước bị ép thoát ra được và cho phép dép tiếp xúc trực tiếp với nền nhà. Một chiếc dép cao su có khía có hệ số ma sát khô và ướt là khoảng 0,7 và 0,4. Giá trị này nằm giữa khoảng giá trị rất lớn khi khô (0,9) và rất nhỏ khi ướt (0,1) đối với đế dép nhẵn. - Cá nhân suy nghĩ đưa ra giải pháp của mình.Thảo luận nhóm, thống nhất phương án.
- Các nhóm cử đại diện trình bày các giải pháp, cách thực hiện các giải pháp. Các nhóm khác tham gia phản hồi và bổ sung ý kiến.
Gợi ý:
Tại sao khi đi trên nền gạch ướt thì dễ trơn trượt hơn khi đi trên nền gạch khô?
GV nhận xét câu trả lời của HS Vậy vấn đề đặt ra là: nếu làm tăng được hệ số ma sát giữa dép và gạch thì sẽ khắc phục được hiện tượng trơn trượt.
Có những cách nào làm tăng được hệ số ma sát giữa dép và gạch?
Dự kiến giải pháp được đưa ra:
Để tăng hệ số ma sát giữa dép và sàn ta cần thay đổi tình trạng bề mặt của dép và sàn. Có thể bằng các cách sau:
+ Lau khô bề mặt gạch + Dùng thảm chống trơn + Không đi chân đất
+ Dùng các dép còn mới, là các dép có nhiều độ nhám
- Các nhóm phản biện ưu, nhược điểm giải pháp của nhóm khác
- Từ đó, rút ra được phương án khả thi nhất là dùng dép còn mới, là các dép có nhiều độ nhám
GV: Yêu cầu làm việc cá nhân để đưa ra: giải pháp, cách thực hiện giải pháp
Thảo luận nhóm, thống nhất phương án.
Gv lắng nghe các nhóm trình bày giải pháp
Gv yêu cầu các nhóm phản biện ưu, nhược điểm của từng giải pháp và chọn phương án khả thi nhất để tiến hành thí nghiệm so sánh hệ số ma sát trong các trường hợp
Hoạt động 3: Trình bày, báo cáo kết quả
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Các nhóm trình bày phương án Các phương án dự kiến: + Phương án 1: Dụng cụ: Dép cũ, dép mới, lực kế, viên gạch lát sàn bị ướt Tiến hành TN:
- Đo khối lượng m của dép cũ
- Kéo chiếc dép bằng một lực theo phương ngang thông qua lực kế (có số chỉ là F) để vật chuyển động thẳng đều trên sàn.
- Khi đó hệ số ma sát trượt cần tìm được xác định bởi công thức: F
mg
- Tiến hành TN tương tự với dép mới
Tổ chức cho HS báo cáo kết quả thí nghiệm, thảo luận.
- Các nhóm có thể trình bày bài báo cáo bằng tranh, ảnh, hình vẽ, vật thật, môn hình, thuyết trình (bằng PowerPoint)…. Mỗi nhóm được trình bày và thảo luận trong thời gian không quá 15 phút.
+ Phương án 2:
Dụng cụ:Dép cũ, dép mới,góc đo độ Tiến hành TN:
- Đặt dép cũ lên trên viên gạch ướt.Ban đầu viên gạch nằm ngang, sau đó tăng dần góc nghiêng cho tới khi chiếc dép bắt đầu trượt thì dừng lại, xác định góc nghiêng α của viên gạch so với sàn nhà. Khi đó hệ số ma sát được tính bởi: tan
- Tiến hành TN tương tự với dép mới
+ Phương án 3:
Dụng cụ: Dép cũ, dép mới, viên gạch bị ướt, góc đo độ, đồng hồ bấm giây, thước đo chiều dài.
Tiến hành TN:
- Đặt dép cũ nằm trên viên gạch lát nền tương tự viên gạch lát sàn nhà tắm và lát sàn nhà nghiêng góc so với mật phẳng ngang. Tăng dần độ nghiêng để dép chuyển động trượt xuống dưới.
- Bằng lập luận tìm được biểu thức gia tốc của dép chỉ phụ thuộc góc nghiêng và hệ số ma sát trượt : ) . .(sin Cos g a cos . tan g a (*) Với: 2.2 t s a (**)
Trong đó: s là chiều dài viên gạch t là thời gian dép chuyển động hết chiều dài viên gạch
- Dùng đồng hồ bấm giây đo t - Dùng thước dây đo s
- Dùng thước đo độ đo góc nghiêng
- Thay các giá trị t, s, vào các biểu thức (*),(**), ta tìm được giá trị của
- Cá nhân suy nghĩ và thống nhất kết quả trong nhóm
*) Với phương án 1:
- Cần ít dụng cụ nhất, Ít thao tác TN.
- Khó khăn trong việc kéo lực kế sao cho chiếc dép chuyển động thẳng đều. Nếu chuyển động của chiếc dép không là chuyển động thẳng đều thì kết quả của bài toán chưa chính xác.
*) Với phương án 2
- Thao tác TN đơn giản, dễ làm. Cần ít dụng cụ
- Rất khó quan sát được góc nghiêng giới hạn để vật bắt đầu trượt. Nếu xác định góc nghiêng giới hạn sai dẫn đến hệ số ma sát không chính xác
*) Với phương án 3
- Cần nhiều dụng cụ, nhiều phép đo
- Các phép đo có thể thực hiện dễ dàng, có độ chính xác cao
Không nên đi những dép có đế nhẵn, để tăng hệ số ma sát giữa đế dép và sàn nhà nên sử dụng các dép có đế nhámthường xuyên lau khô sàn nhà, dùng thảm chống trơn
GV yêu cầu các nhóm lắng nghe báo cáo của các nhóm khác, sau đó nhận xét ưu điểm, nhược điểm và khó khăn của mỗi phương án.
Qua việc giải BTTN này, có thể rút ra lời khuyên để khắc phục tình trạng trơn trượt vào những ngày trời nồm hoặc đi trên những mặt sàn trơn không?
Bài 5: Bạn Mai treo một áo khoác vào điểm giữa của một đoạn dây thép
được căng ngang, thì thấy dây chùng xuống. Hãy trình bày phương án thí nghiệm giúp Mai tính lực căng của mỗi nửa sợi dây và giải thích cách làm.
+ Dự kiến sử dụng: Trong tiết bài tập tổng hợp và phân tích lực. Điều kiện cân bằng của chất điểm.
Tổ chức dạy học: a. Mục tiêu: - Kiến thức:
+ Nêu được qui tắc tổng hợp, phân tích lực.
+ Vận dụng được điều kiện cân bằng của chất điểm để giải bài toán cơ học
- Thái độ:
+ Có thái độ làm việc khách quan, trung thực, tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác.
+ Nhiệt tình, trách nhiệm trong công việc được giao và có tinh thần cố gắng, hợp tác khi làm việc nhóm,
+ Có hứng thú, say mê trong việc đề xuất ra các phương án thí nghiệm, bố trí và tiến hành thí nghiệm theo các phương án đã đề ra, đưa ra nhận xét về các phương án thí nghiệm đã tiến hành.
TDST:
+ Đưa ra các phương án để đo được lực căng của sợi dây
+ Lựa chọn dụng cụ, bố trí dụng cụ và tiến hành thí nghiệm theo các phương án đã đề xuất.
+ Vận dụng được qui tắc tổng hợp, phân tích lực và điều kiện cân bằng của chất điểm để đưa ra được phương án đo lực căng của sợi dây.
+ Xử lý số liệu dựa trên các tổng hợp số liệu của các nhóm khác.
TDPP:
+ Nhận xét được kết quả thí nghiệm và rút kinh nghiệm trong thực tiễn
b. Chuẩn bị: - Giáo viên:
- Học sinh:
Ôn tập lại các kiến thức: tổng hợp và phân tích lực, điều kiện cân bằng của chất điểm, cách tính sai số, cách tính giá trị trung bình.
c. Hoạt động dạy học Hoạt động 1: Đặt vấn đề
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
HS suy nghĩ và đưa ra cách giải bài tập
Dự kiến cách giải bài tập
Các lực tác dụng vào điểm treo mắc áo là: Trọng lực P, lực căng T1,T2của mỗi nửa sợi dây.
Điều kiện cân bằng:
P + T1T2 0 T1T2P P T . Do tính chất đối xứng: T1T2= Cos P . 2
- Lực căng mỗi nửa sợi dây tỉ lệ nghịch với Cos, do đó nếu dây mắc căng thì góc tăng, Cos giảm, sức căng T1,T2
lớn, dây mắc căng sẽ chịu lực căng lớn hơn so với dây mắc chùng.
HS nhận nhiệm vụ học tập
yêu cầu HS giải thích hiện tượng sau:
Tại sao khi mắc dây để phơi quần áo(hai điểm mắc dây cùng độ cao) thì khi mắc dây căng, dây lại chịu lực kéo lớn hơn khi mắc chùng?
Gợi ý:
Hãy phân tích các lực tác dụng lên điểm treo mắc áo? Áp dụng điều kiện cân bằng của chất điểm, tìm ra biểu thức lực căng của mỗi nửa sợi dây?
Chia lớp thành 4 nhóm, yêu cầu HS giải BTTN sau:
Bạn Mai treo một áo khoác vào điểm giữa của một đoạn dây thép được căng ngang, thì thấy dây chùng xuống. Hãy trình bày phương án thí nghiệm giúp Mai tính lực căng của mỗi nửa sợi dây và giải thích cách làm. P D C A B 1 T T2
Hoạt động 2: Định hướng giải quyết vấn đề và giải quyết vấn đề
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
Cá nhân suy nghĩ, thảo luận và đưa ra phương án
Dự kiến trả lời:
Dụng cụ: Dây treo nhẹ, các quả cân, (thay cho áo và mắc áo), lực kế, thước đo góc, bảng từ, giá đỡ
Tiến hành thí nghiệm: Dùng lực kế đo khối lượng các quả cân, dùng thước đo chiều dài của dây và tìm ra điểm chính giữa của dây. Bố trí lực kế để đo lực căng dây.
Sử dụng phương án này gặp phải sai số TN do nguyên nhân sau:
- Lực kế có khối lượng nên khi tiến hành TN không cho kết quả chính xác
- Giới hạn đo lực kế của HS nhỏ, khi tiến hành TN vượt quá giới hạn đàn hồi của lò xo.
- HS suy nghĩ và đưa ra giải pháp của nhóm:
Dự kiến giải pháp đưa ra:
Phân tích các lực tác dụng lên mắc áo thấy rằng lực căng của sợi dây có phụ thuộc vào trọng lượng của mắc áo và chiều dài sợi dây. Do đó, để đo lực căng của sợi dây cần tìm biểu thức phụ thuộc lực căng của sợi dây với trọng lượng, chiều dài sợi dây.
Quan sát hoạt động của các nhóm Gợi ý:
Hãy thiết kế một thí nghiệm để đo lực căng của mỗi nửa sợi dây?
- Hãy bình luận về tính khả thi của phương án này?
- Nhận xét trả lời của HS
P D C A B 1 T T2
Hoạt động 3: Trình bày thực hiện giải pháp và báo cáo kết quả
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- Các nhóm HS trình bày, báo cáo kết quả việc thực hiện giải pháp.
Về lý thuyết:
Các lực tác dụng vào điểm treo mắc áo là: Trọng lực P, lực căng T1,T2của mỗi nửa sợi dây.
Điều kiện cân bằng:
P + T1T2 0 T1T2P P T . Do tính chất đối xứng: 2 1 T T = Cos P . 2 (1) với 2 1 ;Cos Sin AD AC Sin Dự kiến trả lời:
Nhận xét: Lực căng mỗi nửa sợi dây phụ thuộc trọng lượng áo, chiều dài sợi dây theo biểu thức (1).
Từ đó, ta có thể lựa chọn dụng cụ và tiến hành TN đo lực căng của sợi dây như sau
Phương án 1:
Dụng cụ: 1 Cân đo khối lượng, 1 thước đo độ
Tiến hành TN:
- Dùng cân để đo khối lượng của áo và mắc áo, suy ra được trọng lượng P .
- Dùng thước đo độ đo giá trị góc
-Thay các giá trị đo được vào biểu thức (1), tìm được giá trị T1, T2.
Phương án 2:
Dụng cụ: 1 Cân đo khối lượng, 1 thước
dây có độ chia chính xác đến mm
Tiến hành TN:
- Quan sát hoạt động của các nhóm HS.
- Nhận xét việc thực hiện giải