.5 Tổng hợp lực mô phỏng bằng phần mềm WM

2. Điều kiện cân bằng của chất điểm

a. Mục tiêu cần đạt:

- Giúp học sinh nắm được điều kiện cân bằng của chất điểm

- HS dungf được phần mềm WM biểu diễn các lực cân bằng cùng tác dụng lên vật, quan sát vật và đưa ra nhận xét: Muốn cho một chất điểm đứng cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không.

0 ... 2 1         n F F F F

b. Tiến trình thực hiện dạy học sử dụng phần mềm WM:

GV hướng dẫn HS dù ng phần mềm WM vẽ nhiều lực cần bằng cùng tác dụng lên vật, thay đổi độ lớn của lực và nhận xét.

BÀI 10 : BA ĐỊNH LUẬT NIUTƠN I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức

- Làm quen với phương pháp nghiên cứu các kiến thức vật lý theo PP thực nghiệm

- Phát biểu được: Định nghĩa quán tính, ba định luật Niuton, định nghĩa khối lượng và nêu được tính chất của khối lượng.

- Viết được công thức của định luật II, định luật III Newton và của trọng lực. - Nêu được những đặc điểm của cặp “lực và phản lực”.

2. Kỹ năng

- Vận dụng được định luật I Newton và khái niệm quán tính để giải thích một số hiện tượng vật lí đơn giản và để giải các bài tập trong bài.

- Chỉ ra được điểm đặt của cặp “lực và phản lực”. Phân biệt cặp lực này với cặp lực cân bằng

- Vận dụng phối hợp định luật II và III Newton để giải các bài tập trong bài.

II. CHUẨN BỊ

1. Giáo viên : Giáo viên: Chuẩn bi ̣ máy tính có cài sẵn phần mềm WM

2. Học sinh :

- Ôn lại kiến thức đã được học về lực, cân bằng lực và quán tính. - Ôn lại quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy.

III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC

1. Đi ̣nh luâ ̣t I Niu tơn

Tiến trình hình thành kiến thƣ́c

a. Mục tiêu cần đạt

- Giúp học sinh hiểu được lực có cần thiết để duy t rì được chuyển động của vâ ̣t hay không . Nếu không tác du ̣ng lực vào vâ ̣t hay tác du ̣ng các lực cân bằng lên vâ ̣t đang chuyển đô ̣ng hay đang đứng yên thì sao ?

- Dùng phần mềm WM khi đó HS có thể mơ phỏng được thí nghiệm lịch sử của Galile, HS có thể tự rút ra kết luâ ̣n về Đi ̣nh luâ ̣t I Niu tơn

b. Tiến trình thực hiê ̣n:

GV hỏi: Có cần thiết tác dụng lực để duy trì chuyển động của vật không ? Nếu không có ma sát thì chuyển đô ̣ng cảu vâ ̣t sẽ thế nào ?

GV làm thử THN của Ga li lê sau đó hướng dẫn HS tự làm THN và thay đổi đô ̣ dốc mă ̣t phẳng nghiêng, thay đổi ma sát của máng nghiêng chuyển đô ̣ng.

Hình 2.8 Mô phỏng Đl I Niuton. Hạ dần độ cao h

GV: Giúp HS tự kết luận và đưa ra Đinhk 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 khơng. Thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển đợng thẳng đều.

HS: Có thể tự kiểm chứng được kết quả mà mình vừa rút ra. 2. Đi ̣nh luâ ̣t II Niu tơn

Tiến trình hình thành kiến thƣ́c

Hình 2.10 Sơ đồ hình thành kiến thức ĐL II Niuton

a. Kiến thức cần đa ̣t:

HS dùng thực nghiê ̣m chứng minh : Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

m F a    hay Fma

Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụngF1,F2,...,Fn thì Flà hợp lực của các lực đó :     

b. Tiến trình thực hiê ̣n:

GV: Hướng dẫn HS sử du ̣ng phần mềm WM ta ̣o thí nghiê ̣m v à cách kiểm tra kết quả bằng phần mềm WM . Ban đầu cho khối lượng của vâ ̣t là 1 kg và đô ̣ lớn của

lực là 10N. Kiểm tra kết quả của gia tốc a xem có đúng theo công thức

m F a    hay   ma

F hay khơng. Sau đó thay đổi các thơng số F và m xem sự tỉ lệ của 3 đa ̣i lươ ̣ng như thế nào.

Hình 2.11 Mô phỏng ĐL II Niuton khi vật chi ̣u tác dụng của lực.

HS thay đổi đô ̣ lớn của lực , giữ nguyên khối lượng , kiểm tra kết quả trên phân mềm WM về hướng của lực, đô ̣ lớn của lực.

Tương tự Hs có thể thay đổi các thông số tùy thích và rút ra kết luâ ̣n a mF

 



hay Fma. Trong trường hợp vâ ̣t chi ̣u nhiều lực tác du ̣ng F1,F2,...,Fn thì Flà hợp

lực của các lực đó : F F1F2...Fn

Hình 2.13. Mô phỏng vật chi ̣u tác dụng của hai lực.

3. Đi ̣nh luâ ̣t III Niu tơn

Tiến trình hình thành kiến thức

a. Mục tiêu cần đa ̣t

Giúp HS nắm được Định luật III Niu tơn : Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A mợt lực. Hai lực này có cùng giá, cùng đợ lớn nhưng ngược chiều.

    AB BA F F

b. Tiến trình thực hiện dạy học sử dụng phần mềm WM:

GV dùng phần mềm WM biểu diễn sự tương tác của 2 vâ ̣t A và B, sau đo cho HS quan sát và nêu nhâ ̣n xét.

.Hình 2.15. Mô phỏng trước khi tương tác.

BÀI 12. LỰC ĐÀN HỒI CỦA LÒ XO. ĐỊNH LUẬT HUC I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức :

- Làm quen với phương pháp nghiên cứu các kiến thức vật lý theo PP thực nghiệm - Nêu được những đặc điểm về điểm đặt và hướng lực đàn hồi của lò xo.

- Phát biểu được định luật Húc và viết được công thức tính độ lớn lực đàn hồi của lò xo. - Nêu được các đặc điểm về hướng của lực căng dây và lực pháp tuyến.

2. Kỹ năng:

- Dùng phần mềm WM để kiểm tra được kết quả của THN và rút ra được kêt luâ ̣n - Biễu diễn được lực đàn hồi của lò xo khi bị dãn hoặc bị nén.

- Sử dụng được lực kế để đo lực, biết xem xét giới hạn đo của dụng cụ trước khi sử dụng.

- Vận dụng được định luật Húc để giải các bài tập trong bài.

II. CHUẨN BỊ

Giáo viên :

- Máy tính có cài phần mềm WM

- Một vài lò xo, các quả cân có trọng lượng như nhau, thước đo. Mợt vài loại lực kế.

Học sinh : Ôn lại kiến thức về lực đàn hồi của lò xo ở THCS.

III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC

Hình 2.17. Sơ đồ hình thành kiến thức bài 12

1. Hướng và điểm đă ̣t của lực đàn hồi

a. Kiến thức cần đa ̣t: HS phải nắm được 2 ý sau

+ Lực đàn hồi xuất hiện ở hai đầu của lò xo và tác dụng vào vật tiếp xúc (hay gắn) với lò xo, làm nó biến dạng.

+ Hướng của mỗi lực đàn hồi ở mỗi đầu của lò xo ngược với hướng của ngoại lực gây biến dạng.

b. Tiến trình thực hiê ̣n:

GV đă ̣t câu hỏi cho HS . Nếu có 1 lò xo găn vào vật thì khi vật chuyển động , lực đàn hồi xuất hiện ở đâu, hướng như thế nào ?

GV làm mẫu cho HS về lực đàn hồi

Hình 2.18. Biểu diễn lực đàn hồi

HS làm la ̣i thí nghiê ̣m trên bằng phần mềm WM sau đó thay đổi thông số của đô ̣ cứng K của lò xo hoă ̣c thay đổi khối lượng của vâ ̣t nă ̣ng. Nhâ ̣n xét về sự thay đổi hướng và đô ̣ lớn của lực đàn hồi

2. Độ lớn của lực đàn hồi. Đi ̣nh luâ ̣t Húc a. Kiến thức cần đa ̣t.

HS phải nắm được và qua phần mềm WM có thể tự rút ra - Định luật Húc (Hookes).

Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

Fđh = k.| l |

k gọi là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lò xo, có đơn vị là N/m.

Đợ lớn của lực tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo . Nếu thay đổi đô ̣ biến da ̣ng thì đô ̣ lớn lực đàn hồi cũng tỉ lê ̣ thuâ ̣n.

b. Tiến trình thực hiê ̣n :

GV dùng phần mềm làm thí nghiê ̣m

Hình 2.19 Mô phỏng tác dụng của lực đàn hồi

Hướng dẫn Hs thay đổi đô ̣ biến da ̣ng của lò xo , sau đo dựa vào kết quả trên phần mềm so sánh kiểm tra công thức Đl Húc.

HS dùng phần mềm , kéo dãn lò xo, quan sát thì nghiê ̣m và các thông số trên phần mềm. Có thể thêm lực ma sát hoặc tăng khối lượng của vật nếu muốn .

BÀI 15. CHUYỂN ĐỘNGCỦA VẬT NÉM NGANG I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức :

Làm quen với phương pháp nghiên cứu các kiến thức vật lý theo PP thực nghiệm.

Diển đạt được các khái niệm: Chuyển động thành phần ,chuyển động tổng hợp, phân tích chuyển động.

Trình bày được nội dung chính của phương pháp động lực học. Chỉ ra các đặc điểm quan trọng của chuyển động ném ngang.

Phát biểu được định nghĩa và nêu được điều kiện để có thể phân tích mợt lực thành hai lực thành phần đồng quy.

2. Kĩ năng:

Áp dụng được định luật II Newton để lập các phương trình chuyển động thành phần của chuyển động vật bị ném ngang.

Vẽ được (định tính) quỹ đạo của vật bị ném ngang và các xác định vectơ gia tốc, vận tốc tại mọi điểm trên quỹ đạo.

Xử lý các thông tin rút ra từ thí nghiệm mô phỏng chuyển động của vật ném ngang để rút ra kết luận chuyển động.

II. CHUẨN BỊ

Giáo viên :

MVT và thí nghiệm mô phỏng về chuyển động của vật ném ngang.

Học sinh : Ôn lại kiến thức SGK, quả bóng bàn, banh nhựa, đồng hồ bấm giây, thước.

III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Tiến trình hình thành kiến thƣ́c

Hình 2.21 Sơ đồ hình thành kiến thức chuyển động ném ngang

1. Chuyển động vật bị ném ngang a. Kiến thức cần đa ̣t:

HS hiểu đươ ̣c chuyển đô ̣ng ném ngang, viết được phương trình chủn đơ ̣ng + Trên trục Ox ta có : ax = 0 ; vx = vo ; x = vot + Trên trục Oy ta có : ay = g ; vy = gt ; y = 2 1 gt2

Phương trình quỹ đạo : y = 2 2v x

g o

Phương trình vận tốc : v = (gt)2 vo2 Thời gian chuyển động.

t = g h 2 Tầm ném xa. L = xmax = vot = vo g h 2

HS dùng được phần mềm WM để thực hiê ̣n được thì nghiê ̣m và kiểm tra kết quả thực tế thơng qua bài tốn thực tế.

b. Tiến trình thực hiê ̣n:

GV cho HS làm thí nghiệm ném ngang để quan sát quỹ đạo , dùng thước đo tầm xa và đồng hồ để đo thời gian rơi.

Trong thí nghiệm thực khi GVvà HS cùng tiến hành, HS chỉ quan sát quỹ đạo bằng định tính vì thời gian của quá trình rất ngắn, các đại lượng như vận tốc tức thời, trọng lực… không thể biểu diển một cách tường minh.

GV: Cho cả lớp quan sát đoạn phim mô phỏng vật bị ném ngang (hình 1). Mục đích của đoạn mô phỏng này là để HS nhận thấy quỹ đạo của vật bị ném ngang và phương, chiều của vectơ vận tốc, trọng lực của vật tại từng thời điểm điều mà phương pháp dạy học truyền thống không thể làm được.

Với thí nghiệm được thiết kế trên WM có thể giúp cho GV giải quyết được mợt phần khó khăn mà bài giảng truyền thống chưa khắc phục được và sẽ dành nhiều thời gian cho tổ chức hoạt động nhận thức của HS.

Hình 2.22 Mô phỏng chuyển động ném ngang

Sau khi quan sát các THN , GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi : Qũi đạo của vật là đường parabol.

Vectơ vận tốc tức thời có phương, chiều và đợ lớn thay đổi.

GV: Trình bày phép phân tích chuyển động, đây là khái niệm mới đối với HS. Thay thế chuyển động cong của vật bằng các chuyển động thẳng của hình chiếu vật đó trên hai trục tọa đợ. (chuyển đợng thành phần)

Yêu cầu từng nhóm lên bảng để chọn hệ tọa đợ và xác định các hình chiếu theo trục Ox, Oy của vật M tại một vài điểm trên quỹ đạo cong parabol.

Hình 2.23 Mô phỏng quỹ đạo và vecto chuyển động ném ngang

 TN mô phỏng phân tích chuyển động của vật bị ném ngang để HS nhìn

thấy một cách trực quan về phân tích chuyển động của vật (hình 2)

Khi vật chuyển đợng, thì hình chiếu của nó trên các trục tọa đợ cũng chuyển đợng theo đó là chuyển đợng thành phần của chuyển động thực . Thay vì xét trực tiếp chuyển động thực bằng cách xét các chuyển động thành phần được gọi là phép phân tích chuyển động. Lưu ý HS khi xét tại mỗi thời điểm trong một hệ quy chiếu nhất định thì vật chỉ có mợt giá trị xác định. Vật khơng thể đồng thời ở vị trí này và ở vị trí kia, tức là vật không thể đồng thời tham gia hai chuyển động khác nhau. Bên cạnh phân tích chuyển động thực, qua thí nghiệm mô phỏng cho Hs thấy được ta có thể phân tích vectơ vận tốc tức thời tại các thời điểm thành hai vectơ thành phần. (theo phương ngang và theo phương thẳng đứng)

Để xác định tính chất của chuyển động thành phần. Áp dụng:

Phương trình định luật II Newton dưới dạng hình chiếu. (HS có thể tự thực hiện) Qua thí nghiệm mô phỏng để HS thấy phương, chiều và độ lớn các vectơ Vx, Vy: Chuyển động của Mx là chuyển động thẳng đều. (quán tính)

Chuyển động của My là chuyển đợng rơi tự do. (chỉ có trọng lực)

Với giả thiết như phần thí nghiệm mô phỏng yêu cầu các nhóm: Vẽ qũi đạo vật ném ngang (lập bảng) chuyển động tổng hợp. Từ vectơ vận tốc của chuyển động thành phần hãy biểu diễn hướng và tính độ lớn của vectơ vận tốc của chuyển động tổng hợp tại thời điểm vật chạm đất. Tính thời gian chuyển động của vật ném ngang và so sánh với thời gian rơi tự do của vật ở cùng độ cao.

Kết luận chƣơng 2

Căn cứ trên yêu cầu về mức độ nội dung các kiến thức học sinh cần nắm vững trong chương “Động lực học chất điểm ” chương trình Vật lý 10 cơ bản cũng như tình hình giảng dạy và học tập nội dung phần này ở trường trung học phổ thông, chúng tôi đã vận dụng các quan điểm dạy học tích cực, khai thác các tiềm năng của phương tiện dạy học trong dạy học Vật lý phổ thông thông qua việc sử dụng phần mềm Vật lý ảo Working Model làm công cụ hỗ trợ dạy học thí nghiệm giúp học sinh nhận thức sâu sắc vấn đề cần chiếm lĩnh.

Điểm đặc biệt chú ý ở việc tổ chức, định hướng quá trình nhận thức của học sinh là trong các thí nghiệm được thiết kế sẵn của phần mềm này chúng tôi đã sử dụng các tính năng của máy tính để mô phỏng các hiện tượng Vật lý, xây dựng các mơ hình thí nghiệm. Từ đó tạo điều kiện cho học sinh tự học, tích cực chiếm lĩnh tri thức và vận dụng vào giải quyết bài tập, tạo điều kiện định hướng cho việc tự học, thảo luận nhóm của học sinh dưới sự tổ chức, chỉ đạo của giáo viên.

Chúng tôi đã giới thiệu cụ thể quy trình thiết kế, sử dụng phần mềm một cách hợp lý phù hợp với trình độ của học sinh.

Những dự thảo tiến trình dạy học thí nghiệm của chúng tôi ở trên cho thấy tính khả thi của lý thuyết đã trình bày và luôn thể hiện một cách nhất quán quan điểm: tăng cường tính tích cực, tự lực giải quyết vấn đề trong học tập, thảo luận nhóm và trên lớp để hệ thống hóa, đào sâu, mở rợng kiến thức đồng thời giúp học sinh có thể tự học ở nhà với phần mềm này.

CHƢƠNG 3

THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM

3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm