III. Thiết kế và sử dụng bài giảng elearning theo mô hình lớp học đảo ngược trong dạy học online chủ đề “Các lực cơ học” trong chương trình vật lí lớp
b. Bài giảng elearing
Phần 1: Lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn
Side 1: Mở đầu
- Thuyết minh: Trong hiện tượng thủy triều chúng ta thấy một lượng nước không lồ được nâng lên rồi hạ xuống theo một chu kì xác định. Lực nào đã kéo được một lượng nước khổng lồ như vậy dâng lên? Đó chính là lực hấp dẫn của Mặt Trăng đã tác dụng lên Trái Đất. Vậy lực hấp dẫn là gì? Lực hấp dẫn có đặc điểm như thế nào?
Để trả lời các câu hỏi này chúng ta cùng tìm hiểu phần 1: “Lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn”.
- Trình chiếu video: Cho HS xem xem clip mô tả lại cách Ngô Quyền dùng thủy triều đánh bại quân Nam Hán đến xâm lược nước ta trên trên sông Bạch Đằng.
Side 2: Lực hấp dẫn
- Trình chiếu video: Chuyển động của các hành tinh, chuyển động của Mặt Trăng xung quanh Trái Đất, chuyển động của Trái Đất xung quanh Mặt Trời, sự rơi của các vật trên Trái Đất.
35
Side 3: Định luật vạn vật hấp dẫn
- Thuyết minh:
+ Niu-tơn là người đầu tiên đã kết hợp được những kết quả quan sát thiên văn về chuyển động của các hành tinh với kết qua nghiên cứu về sự rơi của các vật trên Trái Đất và do đó đã phát hiện ra rằng, mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau một lực, gọi là lực hấp dẫn.
+ Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng gữa cho Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất.
+ Lực hấp dẫn giữa Mặt trời và các hành tinh giữ cho các hành tinh chuyển động xung quanh Mặt Trời.
+ Các vật nặng khi thả đều rơi về mặt đất do lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên chúng.
+ Khác với lực đàn hồi và lực ma sát là các lực tác dụng qua tiếp xúc, lực hấp dẫn là lực tương tác từ xa, qua khoảng cách không gian giữa các vật.
+ Những đặc điểm của lực hấp dẫn đã được Niu-tơn khái quát thành định luật vạn vật hấp dẫn:
“Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng”
+ Hệ thức của định luật vạn vật hấp dẫn là: 1 2 2 . hd m m F G r =
Trong đó: m1 và m2 là khối lượng của hai chất điểm; r là khoảng cách giữa hai chất điểm. G là hằng số hấp dẫn có giá trị G = 6,67.10-11Nm2/kg2.
+ Điều kiện áp dụng hệ thức của định luật vạn vật hấp dẫn: hai vật là hai chất điểm (tức là kích thước hai vật phải rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng), hoặc hai vật là các vật đồng chất hình cầu, khi đó r là khoảng cách giữa hai tâm cầu.
- Trình chiếu hình ảnh: Chiếu hình ảnh biểu diễn lực hấp dẫn giữa hai chất điểm, lực hấp dẫn giữa hai quả cầu đồng chất và biểu thức 1 2
2 .hd hd m m F G r =
36
Side 4: Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn
- Thuyết minh:
+ Theo Niu-tơn thì trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó. Điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật gọi là trọng tâm của vật. Độ lớn của trọng lực (gọi là trọng lượng) tác dụng lên vật là: ( )2 mM P G R h =
+ . Trong đó m là khối lượng của vật, h là độ cao của vật so
với mặt đất, M và R lần lượt là khối lượng và bán kính của Trái Đất. + Mặt khác P = mg, suy ra: ( )2 GM g R h = + + Nếu vật ở gần mặt đất, tức là h R thì: g GM2 R =
+ Ta thấy rằng gia tốc rơi tự do phụ thuộc độ cao h. Tuy nhiên, khi khảo sát các vị trí có h nhỏ (tức là khảo sát các vị trí gần mặt đất) thì g tác các vị trí khác nhau có thể xem là bằng nhau.
- Trình chiếu hình ảnh: hình ảnh mô tả vật rơi trên Trái Đất, biểu thức tính gia tốc trọng trường, bảng giá trị của g theo độ cao.
Side 4: Giải thích hiện tượng thủy triều
Trình chiếu cho học sinh xem video mô phỏng và giải thích về hiện tượng thủy triều.
37
Phần 2: Lực đàn hồi của lò xo định luật. Định luật Húc
Side 1: Mở đầu
- Thuyết minh:
+ Video ở phần trên, nói về việc Cha ông ta đã biết vận dụng thủy triều – hiện tượng tự nhiên được hình thành do lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác dụng lên Trái Đất để làm nên chiến thắng Bạch Đằng lịch sử.
+ Bây giờ chúng ta cùng xem thêm truyền thuyết về “nỏ thần” của An Dương Vương để thấy được sự vận dụng kiến thức Vật lí vào thực tiễn của Cha ông ta.
+ Trong chương trình Vật lí ở trung học cơ sở chúng ta đã biết về cân và lực kế có bộ phận chủ yếu là lò xo, chúng hoạt động dựa vào lực đàn hồi của lò xo. Tuy nhiên, chúng ta chưa biết là dựa vào định luật Vật lí nào để chế tạo ra cân và lực kế. Để hiểu rõ về vấn đề này, chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu phần 2: “Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc”.
- Trình chiếu video: Video nói về “nỏ thần” của An Dương Vương, hình ảnh cân lò xo, lực kế.
38
Side 2: Hướng và điểm đặt của lực đàn hồi của lò xo
- Thuyết minh: Khi dùng tay kéo hoặc nén lò xo chúng ta sẽ cảm nhận được lực đàn hồi của lò xo tác dụng lên tay tại các vị trí tiếp xúc với hai đầu lò xo. Khi lò xo bị kéo dãn thì lực thì lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục cùa lò xo vào phía trong, còn khi bị nén, lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo ra ngoài.
- Trình chiếu hình ảnh: Hình ảnh dùng tay kéo và nén một lò xo.
Side 3: Thí nghiệm khảo sát mối liên hệ giữa độ lớn lực đàn hồi với độ biến dạng của lò xo.
- Thuyết minh 1:
+ Chúng ta biết rằng, muốn lò xo dãn nhiều hơn thì phải kéo mạnh hơn, đó là vì lực đàn hồi tăng lên để chống lại lực kéo. Tuy nhiên, độ lớn của lực đàn hồi liên hệ như thế nào với độ dãn của lò xo? Nhà vật lí người Anh Robert Hooke là người đầu tiên đã nghiên cứu và giải quyết được vấn đề này.
+ Sau đây chúng ta hãy xem thí nghiệm khảo sát mối liên hệ giữa độ lớn lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo.
- Trình chiếu video: Trình chiếu video thí nghiệm khảo sát
39
- Thuyết minh 2:
+ Trong thí nghiệm, độ lớn lực đàn hồi bằng với trọng lượng các quả cân khi các quả cân đứng cân bằng.
+ Quan sát thí nghiệm chúng ta thấy rằng, độ lớn lực đàn hồi tỉ lệ với độ dãn của lò xo.
+ Tuy nhiên, nếu ngoại lực gây biến dạng lò xo vượt quá giới hạn thì độ lớn lực đàn hồi sẽ không còn tỷ lệ với độ biến dạng của lò xo.
Side 4: Định luật Húc
- Thuyết minh 1: Khi nghiên cứu mối liên hệ giữa lực đàn hồi với độ biến dạng của lò xo, nhà vật lí người Anh Robert Hooke đã khái quát mối liên hệ đó thành định luật Húc:
Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.
- Trình chiếu hình ảnh:
- Thuyết minh 2:
+ Đối với dâu cao su, dây thép, … lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi dây bị kéo dãn. Vì vậy, trong trường hợp này lực đàn hồi được gọi là lực căng.
40 + Trường hợp vật này ép lên bề mặt vật khác gây ra biến dạng ở mặt tiếp xúc thì lực đàn hồi xuất hiện vuông góc với mặt tiếp xúc và thường gọi là phản lực của mặt tiếp xúc.
Side 5: Trình chiếu video nói về nguyên lý hoạt động của cân lò xo
Phần 3: Lực ma sát
Side 1: Mở đầu
- Thuyết minh:
Khi nói đến lực ma sát chúng ta thường nghĩ đến các tác hại của nó như mài mòn lốp xe, cản trở chuyển động … tuy nhiên, trong thực tế nếu không có lực ma sát thì chúng ta không thể cầm nắm các vật, không thể đi lại dễ dàng …
Vậy, lực ma sát xuất hiện khi nào ? có những loại lực ma sát nào ? làm thế nào để đo lực ma sát ? vai trò của lực ma sát trong đời sống ?
Để trả lời các câu hỏi này, mời các em cùng tìm hiểu phần 3: Lực ma sát.
41
Side 2: Phân loại lực ma sát
- Thuyết minh 1: Khi một vật chuyển động trượt trên bề mặt vật khác thì lực ma sát xuất hiện tại vị trí tiếp xúc và chống lại chuyển động trượt của vật
- Trình chiếu 1:
- Thuyết minh 2: Quả bóng lăn trên sân một đoạn thì dừng lại. Lực đã cản trở chuyển động lăn của bóng trên bề mặt sân gọi là lực ma sát lăn. Như vậy, lực ma sát lăn xuất hiện khi vật này lăn trên bề mặt vật khác và nó cản trở chuyển động lăn của vật.
- Trình chiếu 2:
42 - Thuyết minh 3: Khi ta kéo vật một lực nhưng vật không chuyển động, chứng tỏ đã có lực cản trở, chống lại xu hướng chuyển động của vật. Lực cản trở trong trường hợp này gọi là lực ma sát nghỉ. Vậy, khi vật chịu tác dụng của ngoại lực có xu hướng làm vật chuyển động thì lực ma sát nghỉ xuất hiện chống lại xu hướng chuyển động của vật và làm cho vật vẫn đứng yên.
- Trình chiếu 3:
Side 3: Tìm hiểu lực ma sát trượt
- Thuyết minh 1: Dùng lực kế kéo vật chuyển động trượt thẳng đều trên bàn nằm ngang, số chỉ lực kế cho ta biết độ lớn của lực kéo. Vật chuyển động thẳng đều thì lực ma sát trượt cân bằng với lực kéo, như vậy số chỉ lực kế cũng chính là lực ma sát trượt.
43
- Thuyết minh 2: Lần lượt dùng lực kế kéo vật trượt thẳng đều với các vận tốc khác nhau, quan sát số chỉ lực kế cho thấy số chỉ lực kế như nhau. Suy ra, độ lớn lực ma sát trượt tác dụng lên vật không phụ thuộc vào vận tốc.
- Trình chiếu 2: Hình ảnh thí nghiệm
- Thuyết minh 3: Để kiểm tra xem lực ma sát có phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc hay không mời các em xem thí nghiệm sau đây. Ban đầu diện tích tiếp xúc lớn, kéo vật trượt đều và ghi lại số chỉ lực kế. Sau đó đổi mặt tiếp xúc có diện tích nhỏ hơn và lặp lại thí nghiệm thì thấy số chỉ lực kế không đổi. Điều này chứng tỏ độ lớn lực ma sát trượt không phụ thuộc diện tích tiếp xúc của bề mặt.
- Trình chiếu 3: video thí nghiệm
44
- Thuyết minh 4: Sử dụng lực kế lần lượt kéo vật chuyển động thẳng đều trên các bề mặt có tính chất khác nhau (độ phẳng, chất liệu). Quan sát số chỉ lực kế cho thấy, khi bề mặt có tính chất khác nhau thì số chỉ lực kế khác nhau, tực là lực ma sát trượt tác dụng lên vật khác nhau. Vậy, độ lớn lực ma sát trượt phụ thuộc và tính chất của bề mặt tiếp xúc.
- Trình chiếu 4:
- Thuyết minh 5: Dùng lực kế kéo vật chuyển động thẳng đều trên mặt bàn nằm ngang và đọc số chỉ lực kế. Đặt thêm vật nặng lên vật để tăng áp lực lên bề mặt tiếp xúc, sau đó lặp lại thí nghiệm và đọc số chỉ lực kế. Tiến hành nhiều lần với các quả cân khác nhau thì cho thấy: số chỉ lực kế tỉ lệ với áp lực của vật lên bề mặt tiếp xúc. Vậy, độ lớn lực ma sát trượt tỉ lệ với áp lực của vật lên bề mặt tiếp xúc.
45
- Trình chiếu 5: video thí nghiệm
- Thuyết minh 6: Từ các thí nghiệm trên chúng ta thấy độ lớn lực ma sát trượt phụ thuộc vào tính chất bề mặt mà vật trượt trên đó và độ lớn áp lực vật gây ra trên mặt tiếp xúc. Biểu thực lực ma sát trượt là Fmst = µt.N.
- Trình chiếu 6:
Side 4: Tìm hiểu về lực ma sát lăn
- Thuyết minh 1: Ma sát lăn xuất hiện khi một vật chuyển động lăn trên bề mặt vật khác và cản trở chuyển động lăn. Tương tự như ma sát trượt, ma sát lăn có độ lớn phụ thuộc tính chất bề mặt và áp lực của vật lên bề mặt tiếp xúc.
Fmsℓ = µℓ.N.
- Trình chiếu 2:
46
- Thuyết minh 2: Hệ số ma sát lăn nhỏ hơn nhiều so với hệ số ma sát trượt, vì vậy trong các trường hợp cần giảm ma sát ngượi ta thường sử dụng trục quay, bánh xe, con lăn, ổ bi … để giảm tác hại của ma sát.
- Trình chiếu 2:
Side 5: Tìm hiểu về lực ma sát nghỉ
- Thuyết minh 1: Tại sao vật có thể đứng yên trên mặt phẳng nghiêng ? tại sao có những vật khi chúng ta tác dụng lực kéo nó vẫn không chuyển động ? Lực đã giữ cho các vật trên đứng yên khi ngoại lực tác dụng có xu hướng làm vật chuyển động gọi là lực ma sát nghỉ.
- Trình chiếu 1:
- Thuyết minh 2: Sau đây mời các em xem video thí nghiệm khảo sát các đặc điểm của lực ma sát nghỉ.
47
Kết luận:
+ Ma sát nghỉ xuất hiện khi ngoại lực tác dụng vào vật và có xu hướng làm cho vật chuyển chuyển động để cân bằng với ngoại lực giúp vật tiếp tục đứng yên.
+ Fmsn = Fngoại lực
+ Lực ma sát nghỉ cực đại cùng phụ thuộc bề mặt tiếp xúc và phản lực của mặt tiếp xúc tác dụng lên vật: Fmsn max = µn.N.
Side 5: Trình chiếu video nói về vai trò của ma sát trong đời sống.
48
Phần 4: Lực hướng tâm
Side 1: Mở đầu
- Thuyết minh:
+ Tại sao đường ô tô ở những đoạn cong thường phải làm nghiêng ? + Tại sao ở chỗ rẽ bằng phẳng cần đặt biển chỉ dẫn tốc độ ?
+ Tại sao vệ tinh nhân tao có thể bay vòng quanh trái đất ?
- Trình chiếu:
Side 2: Định nghĩa lực hướng tâm
- Thuyết minh: Chúng ta biết rằng, một vật chuyển động tròn đều thì có gia tốc hướng tâm. Vậy, lực gây ra gia tốc hướng tâm thì chúng ta gọi là lực hướng tâm.
49
Side 3: Các ví dụ về lực hướng tâm
- Trong chhuyển động của Trái Đất và các hành tinh xung quanh Mặt Trời, lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm; chuyển động của vệ tinh nhân tạo xung quanh Trái Đất, trọng lực đóng vai trò lực hướng tâm.
- Trong chuyển động quay theo bàn của một vật đặt trên bàn quay, trọng lực và phản lực bàn tác dụng lên vật cân bằng nhau nên lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm. Vật buộc vào đầu dây quay tròn đều sao cho dây quét thành mặt nón thì lực hướng tâm ở đây là hợp lực của lực căng dây và trong lực.
- Đường ô tô và đường sắt ở những đoạn cong thường phải làm nghiêng về phái tâm cong. Khi xe, tàu đi qua các đoạn đường này thì phản lực của mặt đường và trọng lực không cân bằng nhau nữa, hợp lực của chúng hướng vào tâm quỹ đạo giữ cho xe, tàu chuyển động dễ dàng và an toàn hơn.
50
- Khi các vận động viên đua xe chạy vào các khúc cua thường nghiêng xe và người về tâm quỹ đạo để làm gì? Ta thấy rằng, tốc độ càng cao thì lực hướng