1.5.2 .Về tình hình dạy của giáo viên
2.3.Mục tiêu dạy học chương “Động lực học chất điểm”
2.3.1.1. Lực. Tổng hợp và phân tích lực
- Lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác, kết quả là gây gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng.
- Lực là đại lượng vectơ được đặc trưng bởi cả hướng và độ lớn.
- Tổng hợp lực là thay thế nhiều lực tác dụng đồng thời vào một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như tác dụng của toàn bộ những lực ấy. Lực thay thế này gọi là hợp lực. Các lực được thay thế được gọi là các lực thành phần.
- Quy tắc tổng hợp lực : Hợp lực của hai lực đồng quy được biểu diễn bằng đường chéo (kẻ từ điểm đồng quy) của hình bình hành mà hai cạnh là những vectơ biểu diễn hai lực thành phần :Fr=Fr1+Fr2
2.3.1.2. Định luật I Niu-tơn
- Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì nó giữ ngun trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.
- Ta gọi vật không chịu tác dụng của vật nào khác là vật cô lập. Trong thực tế khơng có vật nào hồn tồn cơ lập.
2.3.1.3. Định luật II Niu-tơn
- Gia tốc của vật không chỉ phụ thuộc vào lực tác dụng lên vật mà cịn phụ thuộc vào khối lượng của chính vật đó.
- Định luật II Niu-tơn: Gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vectơ lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật
m F a
r
r= hoặc là Fr =mar
Trong đó, Fr là hợp lực tác dụng lên vật, ar là gia tốc của vật. Trong hệ SI, nếu m = 1 kg, a = 1 m/s2
thì F = 1 kg.m/s2, được gọi là 1 niutơn (N). 1 N là lực truyền cho vật có khối lượng 1 kg một gia tốc 1 m/s2
- Vật nào có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, tức là có mức qn tính lớn hơn. Khối lượng của một vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.
2.3.1.4. Định luật III Niu-tơn
- Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối FrAB FrBA
- =
- Trong hai lực FrAB,FrBA ta gọi một lực là lực tác dụng, lực kia là phản lực. Đặc điểm của lực và phản lực là :
+ Lực và phản lực là hai lực trực đối, nhưng khơng cân bằng nhau, vì chúng tác dụng vào hai vật khác nhau.
+ Lực tác dụng thuộc loại gì thì phản lực cũng thuộc loại đó.
2.3.1.5. Lực hấp dẫn
Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn giữa hai vật (coi như hai chất điểm) có độ lớn tỉ lệ thuận với tích của hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.Biểu thức : Fhd Gm m1 22
r
=
Trong đó m1, m2 là khối lượng của các vật (kg), r là khoảng cách giữa hai vật (m). G là hằng số chung cho mọi vật gọi là hằng số hấp dẫn. Trong hệ SI, giá trị của G là G = 6,67.10-11 2 2 Nm kg . 2.3.1.6. Lực đàn hồi
- Lực đàn hồi là lực xuất hiện khi một vật bị biến dạng đàn hồi, và có xu hướng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng ấy.
- Đặc điểm của lực đàn hồi của lò xo bị biến dạng nén hay giãn : + Có điểm đặt đặt lên hai đầu lị xo.
+ Có phương trùng với trục của lị xo.
+ Có chiều ngược với chiều biến dạng của lị xo. + Có độ lớn tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo
- Định luật Húc: Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. Fdh = - Dk l
Trong đó, k là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lị xo, có đơn vị là niutơn trên mét (N/m); Dl là độ biến dạng của lò xo, có đơn vị là mét (m).
Dấu trừ chỉ rằng lực đàn hồi luôn ngược với chiều biến dạng.
2.3.1.7. Lực ma sát
- Lực ma sát nghỉ chỉ xuất hiện khi có ngoại lực tác dụng lên vật, ngoại lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động nhưng chưa đủ để thắng lực ma sát. Giá của lực ma sát nghỉ nằm trong mặt phẳng tiếp xúc giữa hai vật. Lực ma sát luôn ngược chiều với ngoại lực. Lực ma sát nghỉ luôn cân bằng với ngoại lực. Độ lớn của ngoại lực tăng thì lực ma sát nghỉ tăng. Cơng thức tính lực ma sát nghỉ cực đại: FM=mnN ;Trong đó N là độ lớn áp lực lên bề mặt tiếp xúc, mn là hệ số ma sát nghỉ
- Lực ma sát trượt xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc khi hai vật A và B trượt trên bề mặt của nhau. B tác dụng lên A một lực Frmst ngược chiều với vận tốc của A đối với B (vrAB). Mặt khác A tác dụng lên B một phản lực F 'r mst ngược chiều với Frmst tức là ngược chiều với vận tốc của B đối với A (vrBA). Cơng thức tính lực ma sát trượt : Fmst = mtN. Trong đó N là độ lớn áp lực lên bề mặt tiếp xúc, mt là hệ số ma sát trượt (khơng có đơn vị) và hầu như khơng phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc.
- Lực ma sát lăn xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi một vật lăn trên bề mặt vật khác và cản trở chuyển động lăn. Lực ma sát lăn có độ lớn tỉ lệ với áp lực giống lực ma sát trượt, nhưng hệ số ma sát lăn nhỏ hơn hệ số ma sát trượt nhiều lần.
2.3.1.8. Hệ quy chiếu có gia tốc. Lực qn tính
- Hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính gọi là hệ quy chiếu phi quán tính.
- Trong hệ quy chiếu phi quán tính, các định luật Niu-tơn khơng cịn nghiệm đúng nữa.
- Trong một hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc ar
so với hệ quy chiếu quán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra giống như là mỗi vật có khối lượng m chịu thêm
lực tác dụng Furqt = -mar
, gọi là lực qn tính. Lực qn tính ln ngược chiều với gia tốc của hệ và khơng có phản lực.
2.3.1.9. Lực hướng tâm. Lực qn tính li tâm
- Khi vật chuyển động trịn đều thì hợp lực tác dụng vào vật phải hướng vào tâm quỹ đạo và được gọi là lực hướng tâm.
- Hệ thức của lực hướng tâm là Fht
2 ht mv
ma r
= = = mw2
r , trong đó m là khối lượng của vật (kg), v là độ lớn vận tốc của vật (m/s), r là bán kính quỹ đạo chuyển động trịn của vật (m), w là tốc độ góc của chuyển động trịn đều (rad/s).
2.3.2. Mục tiêu dạy học chương “ Động lực học chất điểm ”
2.3.2.1. Mục tiêu về kiến thức
Chúng tôi chia chương “Động lực học chất điểm ” thành các khối kiến thức cơ bản :
1. Lực. Tổng hợp và phân tích lực. 2. Các định luật Niu-tơn
3. Lực hấp dẫn. 4. Lực đàn hồi. 5. Lực ma sát.
6. Hệ quy chiếu quán tính. Lực quán tính.
Các khối kiến thức được xác định với các mục tiêu HS cần đạt được sau khi học xong chương “Động lực học chất điểm ”
Trình độ nhận Nội thức dung kiến thức NHẬN BIẾT ( Nhắc lại, phát biểu lại…) HIỂU (Áp dụng tình huống quen thuộc) VẬN DỤNG (Vận dụng linh hoạt giải quyết vấn đề mới ) 1. Lực. Tổng hợp và phân tích lực. - Phát biểu được định nghĩa của lực và nêu được lực là đại lượng vectơ.
- Biết nhận ra dấu hiệu tác dụng của ba lực đồng qui tác dụng lên vật.
- Biểu diễn được vectơ lực.
- Phát biểu được quy tắc tổng hợp các lực tác dụng lên một chất điểm.
- Phát biểu được quy tắc phân tích lực. - Biết cách tổng hợp lực theo quy tắc. - Biết cách phân tích lực theo quy tắc. - Tính được hợp lực khi biết các lực thành phần. - Tính được các lực thành phần khi biết hợp lực 2. Các Định luật Niu-tơn - Phát biểu được các định luật Niu-tơn.
- Viết được công thức của định luật II và định luật III Niu- tơn
- Nêu được qn tính của vật là gì và kể được một số ví dụ về quán tính.
-Nêu được khái niệm khối lượng quán
- Chỉ ra các cách phát biểu Định luật II Niu- tơn sai
- Áp dụng được công thức của định luật II và định luật III Niu- tơn để tìm một đại lượng có mặt trong đó khi biết các đại lượng còn lại.
- Dùng khái niệm quán tính giải thích được một hiện tượng trong thực tế.
-Hiểu được khối lượng quán tính là số
- Vận dụng định luật II và III Niu- tơn giải một số bài toán động lực học chất điểm.
-Phân tích được các biểu hiện của quán tính trong thực tế (“Tính ì”và “đà”). - Biết đề phịng những tác hại có thể có của quán tính trong đời sống, nhất là chủ động phòng tránh tai nạn giao thông. -Vận dụng được mối quan hệ giữa
tính.
- Nêu được các đặc điểm của phản lực và lực tác dụng
đo mức quán tính.
- Biểu diễn được các vectơ lực và phản lực khối lượng và mức quán tính của vật để giải thích một số hiện tượng thường gặp trong đời sống và kĩ thuật. -Phối hợp định luật II và III giải bài tập chuyển động của chất điểm và hệ 2 chất điểm
3. Lực hấp
dẫn.
-Nêu được khái niệm về lực hấp dẫn và các đặc điểm của lực hấp dẫn. - Phát biểu được định luật vạn vật hấp dẫn. - Viết được biểu thức của trọng lực, gia tốc rơi tự do và đặc điểm của chúng. - Nêu được định nghĩa và đặc điểm của trường hấp dẫn và trường trọng lực. - Phân biệt lực hấp dẫn với một số loại lực khác như: lực điện, lực ma sát, lực đàn hồi. - Viết được cơng thức tính lực hấp dẫn và giới hạn áp dụng cơng thức đó. - Giải thích được sự phụ thuộc của gia tốc rơi tự do vào độ cao của vật so với mặt đất.
- Dùng kiến thức lực hấp dẫn để giải thích một số hiện tượng liên quan như sự rơi tự do, chuyển động của các hành tinh, vệ tinh. - Vận dụng được công thức của lực hấp dẫn để giải các bài tập. - Vận dụng được công thức của trọng lực, gia tốc rơi tự do để giải các bài tập. - Giải thích được tương tác hấp dẫn giữa các vật.
4 Lực đàn hồi.
- Phát biểu được khái niệm về lực đàn hồi. - Nêu được các đặc điểm (về phương, chiều) của lực đàn hồi.
- Phát biểu được định luật Húc và viết hệ thức của định luật này đối với độ biến dạng của lò xo.
- Nêu được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của lực kế.
các đặc điểm của lực căng dây và phản lực. - Lấy được ví dụ về lực đàn hồi. - Thiết lập được hệ thức giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo từ thực nghiệm.
- Biểu diễn được lực căng dây và phản lực trên hình vẽ. - Vận dụng lực đàn hồi để giải thích một số hiện tượng Vật lí liên quan. - Biểu diễn được lực đàn hồi trên lò xo bị biến dạng. - Vận dụng định luật Húc để giải một số bài toán về biến dạng của lò xo. - Sử dụng được lực kế đo để lực và giải thích được hoạt động của cân lò xo 5. Lực ma sát.
- Nêu được điều kiện xuất hiện, tác dụng và đặc điểm của lực ma sát nghỉ.
- Nêu được điều kiện
xuất hiện, tác dụng và đặc điểm của lực ma sát trượt.
- Nêu được điều kiện
xuất hiện, tác dụng và - Viết được cơng thức tính lực ma sát nghỉ cực đại . - Viết được cơng thức tính lực ma sát trượt. - Vận dụng được cơng thức tính lực ma sát nghỉ cực đại để giải một số bài tập. - Vận dụng được cơng thức tính lực ma sát trượt để giải một số bài tập.
đặc điểm của lực ma sát lăn.
- Nêu được vai trò của ma sát trong đời sống. - Lấy được ví dụ về trường hợp ma sát có ích và có hại. - Biết cách làm giảm tổn hại trong trường hợp ma sát có hại. Tăng cường ma sát trong trường hợp ma sát có lợi . - Vận dụng được các kiến thức về lực ma sát để giải thích các hiện tượng thực tế có liên quan. 6. Hệ quy
chiếu quán
tính. Lực
quán tính.
- Nêu được hệ quy chiếu phi quán tính là gì và các đặc điểm của nó.
- Nêu được khái niệm lực quán tính và các đặc điểm của lực quán tính.
-
chiếu phi quán tính. - Giải thích được lí do dẫn đến khái niệm lực quán tính, biểu thức và đặc điểm của lực quán tính.
-Vẽ được vectơ biểu diễn lực quán tính.
- Viết được cơng thức tính lực quán tính đối với vật đứng yên trong hệ quy chiếu phi quán tính.
- Vận dụng lực quán tính để giải
quán tính.
2.3.2.2. Mục tiêu về kỹ năng
Các kỹ năng cơ bản học sinh cần rèn luyện:
- Biểu diễn được các vectơ lực và phản lực trong một số ví dụ cụ thể.
- Vận dụng được các định luật I, II, III Niu-tơn để giải được các bài toán đối với một vật, đối với hệ hai vật chuyển động trên mặt đỡ nằm ngang, nằm nghiêng.
- Vận dụng được mối quan hệ giữa khối lượng và mức quán tính của vật để giải thích một số hiện tượng thường gặp trong đời sống và kĩ thuật.
- Vận dụng quy tắc tổng hợp lực và phân tích lực để giải bài tập đối với vật chịu tác dụng của ba lực đồng quy.
- Giải được bài toán về chuyển động của vật ném ngang, ném xiên. - Vận dụng định luật Húc để giải bài tập về sự biến dạng của lò xo.
- Vận dụng được cơng thức tính lực hấp dẫn để giải các bài tập. - Vận dụng được các công thức về lực ma sát để giải các bài tập. - Giải được bài tập về sự tăng, giảm và mất trọng lượng của một vật.
- Xác định được lực hướng tâm và giải được bài tốn về chuyển động trịn đều khi vật chịu tác dụng của một hoặc hai lực.
- Giải thích được các hiện tượng liên quan đến lực quán tính li tâm. - Xác định được hệ số ma sát trượt bằng thí nghiệm.
2.3.2.3. Mục tiêu về thái độ
- Có hứng thú học Vật lí, u thích tìm tịi khoa học; trân trọng những đóng góp của Vật lí cho sự tiến bộ của xã hội và đối với cơng lao của các nhà khoa học.
- Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và có tinh thần hợp tác trong cơng việc học tập mơn Vật lí, cũng như trong việc áp dụng các hiểu biết đã đạt được.
- Có ý thức vận dụng những hiểu biết Vật lí vào đời sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập cũng như bảo vệ, giữ gìn mơi trường sống.
2.4. Soạn thảo kế hoạch và tài liệu hướng dẫn cho các hình thức hướng dẫn học
sinh tự học
Dựa vào sơ đồ cấu trúc nội dung của chương “Động lực học chất điểm”, chúng tơi xây dựng tiến trình dạy học đối với 6 nội dung kiến thức cơ bản:
1. Lực. Tổng hợp và phân tích lực. 2. Cácđịnh luật Niu-tơn.
3. Lực hấp dẫn. 4. Lực đàn hồi. 5. Lực ma sát.
6. Hệ quy chiếu quán tính. Lực quán tính.
Nội dung 1. Lực. Tổng hợp và phân tích lực
1. Mục tiêu dạy học
1.1. Mục tiêu về kiến thức
- Hiểu được các khái niệm lực, hợp lực.
- Phát biểu được các khái niệm tổng hợp lực, quy tắc tổng hợp lực. - Phát biểu được các khái niệm tổng hợp lực, quy tắc tổng hợp lực.