Một số giáo án (thực nghiệm sư phạm) tổ chức dạy học chuyên đề cơ học

9. Cấu trúc của đề tài:

2.4. Một số giáo án (thực nghiệm sư phạm) tổ chức dạy học chuyên đề cơ học

dưỡng HSG

GIÁO ÁN 1: ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN

(Thời lượng : 2 buổi = 8 tiết) I. Mục tiêu kiến thức, kĩ năng, thái độ

1. Kiến thức:

Hoạt động 2: Tìm hiểu kiến thức nâng cao

Thu thập thơng tin Ghi nhớ

Hướng dẫn tìm hiểu kiến thức nâng cao.

Đàm thoại – tương tác

Logic tiến trình hoạt động dạy học

Hoạt động 3,4… Hướng dẫn giải BT nâng cao

Hoạt động nhĩm Giải bài tập theo yêu cầu.

Pha 1: HS tự lực giải tốn Định hướng phương pháp giải

Pha 2: HS khơng tự lực giải tốn Hướng dẫn HS giải BT

Giải BT theo hướng dẫn của GV Tương tác: GV – HS; HS - HS

Hoạt động n : Kiểm tra vận dụng

Làm bài kiểm tra theo yêu cầu

Đặt mục tiêu Ra đề kiểm tra

Hoạt động 1: Kiểm tra hoạt động tự học ở nhà của HS

Trình bày kết quả tự học. Bổ sung chỉnh lý theo yêu cầu

Kiểm tra kết quả tự học Lập sơ đồ logic kiến thức cơ bản Kiểm tra việc giải BT cơ bản

-HS phải nắm vững kiến thức cơ bản về các định luật Niu-tơn; đặc điểm các loại

lực cơ học và nội dung phương pháp động lực học.Nắm vững các khái niệm về cơng – cơng suất, thế năng động năng, động lượng, xung của lực ; các định luật bảo tồn: ĐLBT động lượng, bảo tồn cơ năng, bảo tồn năng lượng; Các định lý biến thiên động năng, biến thiên cơ năng….

- Biết vận dụng hai phương pháp cơ bản để nghiên cứu cơ học: phương pháp động lực học và phương pháp sử dụng các định luật bảo tồn được coi là chìa khĩa tồn năng để mở cánh cửa cơ học cổ điển.

- Cĩ khả năng nghiên cứu một số vấn đề nâng cao vận dụng phương pháp động lực học và phương pháp sử dụng các định luật bảo tồn trong giải BT cơ học.

2. Kỹ năng:

- Cĩ kỹ năng vận dụng tốt phương pháp động lực học và phương pháp sử dụng các định luật bảo tồn và vận dụng một số vấn đề nâng cao trong giải BT cơ học.

- Học sinh làm quen và biết cách hoạt động thảo luận theo nhĩm, biết cách hợp tác với nhau để giải quyết vấn đề. Tự lực và tích cực đưa ra ý kiến đĩng gĩp.

- Cĩ kĩ năng cộng tác, hợp tác.

- Vận dụng kiến thức một cách linh hoạt sáng tạo để giải các bài tốn cĩ liên quan, các bài tốn phức tạp, cĩ kĩ năng tính tốn và phương pháp tư duy tốt.

3. Thái độ

- Cĩ thái độ yêu thích và say mê học tập bộ mơn Vật lí. - Cĩ ý thức đồn kết và hợp tác trong nhĩm

4. Chuẩn bị

Học sinh: Tự ơn tập để nắm được các kiến thức cơ bản về động học, động lực học và các định luật bảo tồn trong SGK và nghiên cứu trước các câu hỏi về kiến thức cơ bản và phần kiến thức nâng cao trong tài liệu ơn tập 1.

Nghiên cứu trước phần BT tự giải trong tài liệu ơn tập 1.

Giáo viên: Chuẩn bị bảng phụ, các phiếu học tập phục vụ quá trình thảo luận. Phát trước cho HS tài liệu ơn tập phần kiến thức và hệ thống bài tập trong chủ đề (Tài liệu ơn tập 1).

5. Tài liệu ơn tập:

 Các kiến thức lí thuyết nâng cao:

 Phương pháp chung giải bài tập cơ học:

- Phương pháp động lực học: Áp dụng trong ĐK tương tác giữa các vật tương đối rõ ràng cĩ thể xác định rõ các lực tác dụng vào từng vật.

Bước 1: chọn hệ quy chiếu sao cho BT đơn giản nhất.

Vẽ hình biểu diễn các lực tác dụng vào từng vật, chú ý vẽ đúng lực tác dụng trong mối liên hệ liên kết giữa các vật…

Bước 2: Vận dụng ĐLII Niu- tơn : F_hl F₁ F₂ ....F_n ma_

.

Bước 3: Chiếu các vec-tơ theo các trục tọa độ đã chọn ta được hệ pt vơ hướng. ;

hlx x hly y

F ma F ma

Bước 4: Giải hệ pt – tìm ẩn và biện luận nếu cần thiết.

Phương pháp năng lượng ( sử dụng các định luật bảo tồn): AD trong ĐK nghiên cứu hệ kín (ĐLBT năng lượng, bảo tồn động lượng) đối với các hệ kín chỉ cĩ các lực thế (ĐLBT cơ năng).

Bước 1: Xem xét ĐK áp dụng: Bước 2: Chọn mốc thế năng.

Bước 3: Vận dụng các ĐLBT lập các pt liên hệ các đại lượng Vật lí đang xét. Bước 4: Giải hệ pt tìm ẩn – biện luận nếu cần thiết.

Chú ý: Với động lượng: phải xác định cả hướng và độ lớn. 6.Phương pháp:

- chuẩn bị tài liệu tự học ở nhà.

- Đàm thoại kết hợp hoạt động nhĩm hướng dẫn giải BT nâng cao::

Bước 1: HĐ nhĩm tìm hiểu đầu bài thảo luận phương pháp giải. Bước 2: Giải bài tốn:

- Nếu HS cĩ thể tự lực GV tiếp tục cho HĐ nhĩm để giải tốn sau đĩ nhận xét cách giải chú ý sửa chữa những sai lầm của HS và nhấn mạnh pp giải tốn hiệu quả.

- Nếu HS chưa tự lực được GV sẽ đặt câu hỏi dẫn dắt quá trình thảo luận giải tốn. Bước 3: Phát triển nâng cao

Từ BT đã giải GV yêu cầu HS nhận xét phương pháp giải tốn, khả năng áp dụng phương pháp này cho các BT khác hoặc yêu cầu HS phát triển BT thành BT

khác tương tự, hoặc nghiên cứu những trường hợp tiếp theo của hiện tượng được đề cập đến trong BT.

7. Phiếu học tập( xem phần phụ lục)

II. CẤU TRÚC LOGIC KIẾN THỨC CHỦ ĐỀ 2:

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC :

Hoạt động 1: Kiểm tra việc ơn tập ở nhà của HS(45 phút)

Hoạt động của GV Hoạt động của HS

Yêu cầu HS báo cáo:

- Ơn tập lý thuyết cơ bản. ^{- Thư kí chung của các}

PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC

+ PP tương tác: Giáo viên tạo ra mơi trường hoạt động cĩ sự tương tác giữa GV và HS + PP thảo luận nhĩm: GV đưa ra vấn đề  HS

thảo luận tìm ra phương pháp giải BT. BA ĐỊNH LUẬT NIU- TƠN: ĐL I ĐL II ĐL III CÁC LỰC CƠ HỌC: LỰC HẤP DẪN LỰC ĐÀN HỒI LỰC MA SÁT LỰC HƯỚNG TÂM LỰC QUÁN TÍNH PHƯƠNG PHÁP NĂNG LƯỢNG ĐLBT CƠNG ĐLBT NĂNG LƯỢNG ĐLBT CƠ NĂNG Kết hợp kiến thức Vật lí với kiến thức tốn học và các mơn học khác để giải BT cơ học BÀI TỐN HỆ CƠ HỌC

- Tìm hiểu kiến thức nâng cao.

- Số lượng các BT đã giải được và số các BT chưa giải được.

Nêu nhận xét và đánh giá kết quả hoạt động tự học của HS.

Đối chiếu bản đồ logic kiến thức cơ bản đã yêu cầu HS lập- cĩ thể kiểm tra một vài cơng thức cơ bản. Đối chiếu lời giải của HS với đáp án(đối với các BT mà HS đã giải quyết tốt).

Trình chiếu đáp án, nhận xét cách giải của HS; nhấn mạnh phương pháp giải BT tương tự ; Gợi ý nêu cách giải khác nếu cịn – nhận xét ưu nhược điểm tìm cách giải khoa học nhất.

nhĩm: Báo cáo kết quả tự học ở nhà theo tài liệu chuyên đề đã hướng dẫn sau 3 giai đoạn.

Thành viên các nhĩm xem, lắng nghe; đặt câu hỏi và thực hiện yêu cầu của GV.

Hoạt động 2: Một số vấn đề lý thuyết nâng cao trong động lực học ( 45 phút)

Hoạt động của GV Hoạt động của HS

Đàm thoại – vấn đáp:

Thế nào là hqc quán tính? Hqc phi quán tính? VD?

VD( một cách gần đúng) hqc phịng thí nghiệm, hay hqc gắn với những vật đứng im hoặc chuyển động thẳng đều so với mặt đất.

? Lực quán tính là gì ? Cĩ phải là một loại lực cơ học khơng?

Lấy VD về lực quán tính?

Lực quán tính li tâm tác dụng vào vật trong hqc CĐ trịn đều:

Fqt = maht = mω²R ( Fqt hướng ra xa tâm ngược chiều aht)

( KN lực quán tính chỉ sử dụng khi xét vật trong hqc phi quán tính).

Qua nghiên cứu tài liệu (phần phụ lục) HS trả lời câu hỏi.

1. Lực quán tính – HQC phi quán tính.

- HQC quán tính: là hqc trong đĩ các ĐL Niu- tơn được nghiệm đúng.

- HQC phi quán tính là hqc gắn với những vật chuyển động cĩ gia tốc so với mặt đất.

- Một vật chuyển động trong hqc phi quán tính chịu tác dụng của một lực quán tính:

F_qt  ma_

Lực quán tính luơn ngược hướng vec-tơ gia tốc của hqc và cĩ độ lớn = ma.

Khối tâm là gì?

Đặc điểm của khối tâm?

Khi ta coi vật rắn là chất điểm vị trí chất điểm chính là khối tâm( trọng tâm của vật).

Chú ý nếu ngoại lực tác dụng vào hệ = 0 thì khối tâm sẽ cân bằng.

Cách xác định vị trí khối tâm?

Thế nào là hệ cơ học cĩ liên kết? Một hệ cơ học trong đĩ các vật tương tác liên kết lẫn nhau.

? Trong hệ cơ học thường cĩ những loại liên kết nào? Đặc điểm của phản lực liên kết thường gặp ?

Những chú ý khi giải BT hệ cơ học cĩ liên kết tương tác ma sát?

2. Khái niệm khối tâm:

Khối tâm( tâm quán tính) của một hệ vật hay hệ chất điểm là điểm hình học cĩ khối lượng bằng khối lượng của hệ chịu tác dụng của hợp lực của tất cả các ngoại lực tác dụng vào hệ.

- Chuyển động của hệ được như gồm chuyển động tịnh tiến của khối tâm và chuyển động quay của các chất điểm thành phần quanh khối tâm.

- Đối với 1 hệ tọa độ đứng im bất kì( cịn gọi là hệ PTN) tọa độ khối tâm được xác định bởi CT sau: 1 1 1 1 N i i _N i C N i i i i i m r R m r M m     







Nêu cách xác định hướng của phản lực liên kết thường gặp ( theo tài liệu đã phát phần phụ lục)

Hướng của các phản lực liên kết.

5. Vật trên một mặt nhẵn hay giá đỡ khơng cĩ ma sát: N là phản lực pháp tuyến.

6. Liên kết được thực hiện qua dây treo: phản lực là lực căng dây.

7. Khi cĩ ma sát giữa vật và mặt tiếp xúc: phản lực được coi là hợp lực của phản lực pháp tuyến N và lực ma sát. - Lực ma sát tương tác giữa hai vật tuân theo ĐL III Nu-tơn: nghĩa là bao giờ cũng xuất hiện từng

R ^N

? Nêu các đặc trưng của hiện tượng va chạm?

? Nêu các loại va chạm mà em biết?

Mỗi loại va chạm ta cĩ thể vận dụng ĐLBT nào?

?Phương pháp nào tối ưu nhất để giải các BT va chạm ?

+ Sử dụng các ĐLBT.

Cĩ thể dùng hệ khối tâm để giải các BT va chạm xong HS phải nắm vững quy tắc chuyển hqc( Đối với HS lớp 10 phần áp dụng này khĩ hơn dùng các ĐLBT).

cặp trực đối.

- Lực ma sát tỉ lệ với áp lực (áp lực cĩ độ lớn bằng phản lực N) lên mặt tiếp xúc.

- Khi vật cịn chưa chuyển động lực đĩ là ma sát nghỉ, luơn cân bằng với thành phần ngoại lực cĩ xu hướng làm vật chuyển động , cĩ độ lớn : Fmsn

≤ μN.

4. Bài tốn va chạm :

a. Đặc trưng:

- Va chạm là hiện tượng tương tác đột ngột giữa hai chất điểm cĩ thể bỏ qua sự dịch chuyển vị trí của mỗi chất điểm.

- Trong thời gian ngắn xảy ra va chạm vì nội lực rất lớn so với ngoại lực nên coi hệ các chất điểm va chạm là hệ kín: Động lượng của hệ bảo tồn. b. Các loại va chạm :

- Va chạm đàn hồi: sau va chạm vận tốc các hạt khác nhau nhưng động năng bảo tồn.

- Va chạm đàn hồi xuyên tâm:

' ' 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 ' 2 '2 1 1 2 2 1 1 2 2 m v m v m v m v m v m v m v m v       - Va chạm mềm: Sau va chạm 2 chất điểm dính thành một. Một phần động năng chuyển thành nhiệt. 1 1 2 2 1 2 ' ( ) W_d W_d m v m v m m v Q     

- Va chạm khơng đàn hồi: Sau va chạm hai chất điểm vẫn cĩ vận tốc khác nhau, nhưng vẫn cĩ một phần động năng chuyển thành nhiệt do ma sát. Gọi hệ số va chạm ( hệ số phục hồi) là k ta

cĩ hệ thức liên hệ vận tốc tương đối trước và sau va chạm : v12^’ = - kv12

k = 0 : va chạm hồn tồn mềm. k = 1: va chạm đàn hồi.

0 < k < 1: các va chạm trung gian

Hoạt động 3:Hướng dẫn giải một số BT tổng hợp của cơ học chất điểm.:

( Thời gian 3 tiết: số lượng BT giải được phụ thuộc vào năng lực của HS)

Dạng 1. Chuyển động của một vật trong hqc phi quán tính: ( Phiếu học tập số 1)

Hướng dẫn của GV Hoạt động của HS

Yêu cầu hoạt động nhĩm giải các TB trong phiếu học tập số 1

Nếu HS khơng tự lực GV đặt câu hỏi định hướng gợi ý:

? Hãy phân tích hiện tượng xảy ra trong BT? Nêu cách giải?

Hãy lập CT tính lực kéo đầu máy? Xét chuyển động của kiện hàng – hãy lập CT tính phản lực của sàn TM tác dụng vào kiện hàng?

Chia HS làm 2 nhĩm: 1 nhĩm giải BT trong hqc qt gắn với mặt đất

1 nhĩm giải BT trong hqc pqt gắn với sàn thang máy

HĐ nhĩm theo yêu cầu của GV Bài 1

Phân tích: Dùng pp Động lực học

TM chuyển động cĩ gia tốc so với mặt đất dưới tác dụng của lực kéo F và trọng lượng P = (M+m)g. Chọn hqc gắn với mặt đất.

Xét thang máy:

Chọn trục tọa độ Oy như HV:

Theo ĐLII Niu-tơn( chiếu theo OY) ta cĩ: F – P = (M+m) a.

Suy ra F = (M + m)(g + a) (1)

- Kiện hàng chuyển động cùng với TM so với mặt đất nhưng đứng yên so với sàn TM. Cĩ thể chọn hqc gắn với mặt đất hoặc gắn với sàn thang máy (dùng kn lực qt).

Cách 1:

Chọn Oy gắn với mặt đất kiện hàng chuyển động với gia tốc a: N – P1 = ma

Suy ra: N = mg + ma = m( g + a).(2) N P1 F P O . y

Hãy nêu nhận xét về 2 cách giải này đối với chuyển động của kiện hàng? Cả 2 cách giải cho cùng đáp số vì vậy ta cĩ thể chọn hqc tùy ý sao cho việc giải tốn là đơn giản nhất.

? Hãy tính gia tốc chuyển động trong mỗi giai đoạn rồi tính F và N theo (1) và (2) ?

Đây là dạng tốn đơn giản áp dụng pp động lực học trong CĐ thẳng giúp các em nhớ lại các CT, biết biểu diễn lực quán tínhvà sử dụng hqc phi qt… Yêu cầu HS làm thêm các trường hợp: TM chuyển động chậm dần đều, TM rơi tự do và nhận xét kq.

Cách 2:

Chọn Oy gắn với sàn TM kiện hàng đứng yên: N – P1 – Fqt = 0

Suy ra: N = mg + ma = m( g + a).(3)

HĐ nhĩm: tính tốn thay số.

+ Giai đoạn CĐ nhanh dần đều: a = 0,8m/s² F = 10.800N; N = 1080N > P1 ( Hiện tượng tăng trọng lượng)

+ Giai đoạn CĐ đều: a = 0. F = 10.000N; N = 1000N = P1

+ Giai đoạn CĐ chậm dần đều: a = - 1,6m/s² F = 8400N; N= 840N< P1 ( hiện tượng giảm trọng lượng)

Yêu cầu HĐ nhĩm phân tích và giải BT

? Các lực tác dụng vào con lắc như thế nào ? Trong từng trường hợp hãy biểu diễn các lực và tính gĩc nghiêng và lực căng dây T theo HV?

Bài 2

HĐ nhĩm giải BT theo yêu cầu của GV

Phân tích: Khi xe chuyển động cĩ gia tốc con lắc trong xe chịu tác dụng của P, lực căng dây T và chuyển động cĩ gia tốc cùng với xe trong hqc gắn với mặt đường nhưng đứng yên trong hqc gắn với người quan sát trong toa xe.

Chọn hqc gắn với xe:

0

qt

PTF 

như HV với Fqt = ma nên: a. Xe chuyển động nhanh dần đều dây treo con lắc lệch về phía sau với:

α P T 2R F _Fqt α

Yêu cầu các nhĩm báo cáo lời giải. GV theo dõi, nhận xét.

- Cĩ thế giải BT trong hqc gắn với mặt đường được khơng? Khi đĩ biểu thức hợp lực viết thế nào? KQ cĩ thay đổi khơng?

- Yêu cầu mở rộng BT:

VD1: thay dây treo bằng một lị xo đàn hồi cĩ độ cứng k tính độ dãn của lị xo?

VD2: Khảo sát chuyển động tiếp theo của con lắc nếu dây treo bị đứt ….