a. Phân tích đồ thị để rút ra tính chất đàn hồi của lị xo này.
b. Học sinh này đo đƣợc góc tạo bởi đồ thị và trục hồnh là 30o. Tính độ cứng của lị xo
Đáp án Mức 3
a. Tính chất đàn hồi của dây cao su và so sánh với lò xo:
- Đồ thị thu đƣợc là các đƣờng cong, đồng thời đồ thị trong 2 quá trình dây dãn ra và co lại khơng trùng khít nhau nên chúng ta có thể rút ra kết luận về tính chất đàn hồi của dây cao su và so sánh với lò xo nhƣ sau:
Dây cao su Lò xo
- Tính chất đàn hồi của dây cao su này (kể cả các dây cao su thông thƣờng trong đời sống) là không đồng nhất trong hai quá trình dãn ra và co lại.
- Lực đàn hồi khơng tỉ lệ thuận với độ dãn, do đó hệ số đàn hồi thay đổi theo độ dãn của dây cao su.
- Tính chất đàn hồi là đồng nhất trong hai quá trình dãn ra và co lại.
- Hệ số đàn hồi của lò xo là không đổi Fđh (N) ∆l (cm) O
b. Không thể dùng dây cao su này để làm lực kế do hệ số đàn hồi của dây thay đổi theo độ dãn của dây, do đó giá trị lực kế đo đƣợc là khơng chính xác
Mức 2
a. Đồ thị thu đƣợc của hai lị xo có dạng là những đƣờng thẳng, do vậy lực đàn hồi của mỗi lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lị xo, hay nói cách khác độ cứng của mỗi lị xo là khơng đổi
b. Độ dốc của đồ thị biểu thị cho độ cứng k của lò xo
Từ đồ thị ta thấy đồ thị của lò xo A dốc hơn đồ thị của lị xo B nên lị xo A có độ cứng lớn hơn độ cứng của lò xo B
Mức 1
a. Đồ thị thu đƣợc có dạng là những đƣờng thẳng, do vậy lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lị xo, hay nói cách khác độ cứng của lị xo là không đổi
b. Độ dốc của đồ thị biểu thị cho độ cứng k của lò xo Do vậy: k tan30o 3(N / cm) 86,7N / m 2 Bài 11 Hành vi năng lực đƣợc đánh giá
2.2. Tìm kiếm thơng tin liên quan đến vấn đề
Lựa chọn đƣợc nguồn thông tin về kiến thức và phƣơng pháp cần sử dụng để GQVĐ và đánh giá nguồn thơng tin đó.
Lan cho Mai biết hành tinh Eris là một hành tinh lùn đƣợc phát hiện năm 2005 cùng với Dysnomia là vệ tinh của của nó. Lan đƣa ra một số thông tin về chuyển động của vệ tinh Dysnomia quanh Eris và đố Mai xác định khối lƣợng của hành tinh Eris.
Hình 2.16. Eris và Dysnomia
Mức 3
1. Để xác định đƣợc khối lƣợng của hành tinh Eris, Mai cần sử dụng các kiến thức Vật lí nào? Lan cần cho Mai biết những thơng tin gì về chuyển động của vệ tinh Dysnomia.
2. Em hãy giúp Mai thiết lập cơng thức tính khối lƣợng của Eris từ các thơng tin mà em nói đến ở trên.
Mức 2
1. Để xác định đƣợc khối lƣợng của hành tinh Eris, Mai cần sử dụng các kiến thức Vật lí nào và Mai cần sử dụng những thông tin nào sau đây về chuyển động của vệ tinh Dysnomia.
a. Khối lƣợng của Dysnomia
b. Chu kì quay của Dysnomia quanh Eris c. Bán kính của Dysnomia
d. Bán kính của Eris
e. Khoảng cách từ Dysnomia đến Eris
2. Em hãy giúp Mai thiết lập cơng thức tính khối lƣợng của Eris từ các thông tin mà em lựa chọn ở trên.
Mức 1
1. Để xác định đƣợc khối lƣợng của hành tinh Eris, Mai cần sử dụng các kiến thức Vật lí nào? Nhóm thơng tin nào sau đây là vừa đủ để giúp Mai xác định khối lƣợng của hành tinh Eris:
a. bán kính quỹ đạo và chu kì quay của Dysnomia quanh Eris
b. bán kính quỹ đạo của Dysnomia quay quanh Eris và khối lƣợng của Dysnomia
c. Khối lƣợng và bán kính của Dysnomia
d. Khối lƣợng của Dysnomia và bán kính của Eris
2. Em hãy giúp Mai thiết lập cơng thức tính khối lƣợng của Eris từ các thông tin mà em lựa chọn ở trên.
Đáp án Mức 3.
1. Cần phải sử dụng kiến thức về lực hƣớng tâm và lực hấp dẫn. Do đó HS cần phải biết các thông tin sau đây:
+ khoảng cách từ Dysnomia đến Eris
+ chu kì quay (hoặc tốc độ dài, tốc độ góc) của Dysnomia quanh Eris 2. Lực hấp dẫn giữa Eris và Dysnomia đóng vai trị lực hƣớng tâm, do đó:
2 3 2 3 2 E D D E 2 2 R m .m R T G m R m G G R Mức 2
1. Cần phải sử dụng kiến thức về lực hƣớng tâm và lực hấp dẫn.
Chọn đáp án b: Chu kì quay của Dysnomia quanh Eris và đáp án e: Khoảng cách từ Dysnomia đến Eris.
2. Lực hấp dẫn giữa Eris và Dysnomia đóng vai trị lực hƣớng tâm, do đó:
2 3 2 3 2 E D D E 2 2 R m .m R T G m R m G G R Mức 1.
Chọn đáp án a: bán kính quỹ đạo và chu kì quay của Dysnomia quanh Eris
2. Lực hấp dẫn giữa Eris và Dysnomia đóng vai trị lực hƣớng tâm, do đó:
2 3 2 3 2 E D D E 2 2 R m .m R T G m R m G G R Bài 12
Mục tiêu năng lực 3.2. Thực hiện giải pháp GQVĐ
Vận dụng kiến thức về lực hƣớng tâm để xác định tốc độ độ tối đa của ô tô đi trên những đoạn đƣờng cong.
4.2. Phát hiện vấn đề cần giải quyết mới
Xem xét kết quả thu đƣợc trong tình huống mới
Cách thức phân mức Dựa trên mức độ phức tạp của nhiệm vụ
Mức 3. Một ô tô đang chuyển động trên đƣờng nằm ngang thì trƣớc mặt xuất hiện một khúc cua (coi là một cung trịn có bán kính R). Hệ số ma sát nghỉ giữa bánh xe và mặt đƣờng là .
1. Xác định tốc độ lớn nhất mà ơ tơ có thể chuyển động để vƣợt qua khúc cua an toàn. Biện luận kết quả thu đƣợc.
2. Ở những đoạn cua trên đƣờng cao tốc (hoặc đƣờng đua) thì mặt đƣờng đƣợc thiết kế nhƣ thế nào? Giải thích?
Mức 2. Một ơ tơ có khối lƣợng m = 1500 kg đang chuyển động trên đƣờng
nằm ngang thì trƣớc mặt xuất hiện một khúc cua (coi là một cung trịn có bán kính R =80 m). Hệ số ma sát nghỉ giữa bánh xe và mặt đƣờng là
0,5.
Cho g = 9,8 m/s2.
1. Xác định tốc độ lớn nhất mà ơ tơ có thể chuyển động để khơng bị trƣợt khi đi qua khúc cua. Kết quả thu đƣợc có phụ thuộc vào khối lƣợng của ơ tơ không?
2. Ở những đoạn cua trên đƣờng cao tốc (hoặc đƣờng đua) thì mặt đƣờng đƣợc thiết kế nhƣ thế nào? Giải thích?
Mức 1.
1. Tại sao khi đi vào những đoạn đƣờng cong nằm ngang các phƣơng tiện giao thông cần hạn chế tốc độ?
2. Mặt đƣờng cao tốc ở những đoạn cong thƣờng đƣợc làm nghiêng về phía tâm cong. Em hãy giải thích tại sao?
Đáp án Mức 3.
Hình 2.17. Ơ tơ đi vào khúc cua
1. Khi ô tô chuyển động trên khúc cua thì lực ma sát nghỉ f giữa bánh xe và s mặt đƣờng đóng vai trị lực hƣớng tâm: 2 s mv f R
Để ô tô đi qua khúc cua an tồn thì: fs N mg 2 max mv mg v gR v gR R Biện luận:
+ Tốc độ cực đại không phụ thuộc vào khối lƣợng của ô tô.
+ Tốc độ cực đại phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng: mặt đƣờng trơn trƣợt hay lốp xe bị mịn thì tốc độ cực đại sẽ giảm đi. + Tốc độ cực đại cũng phụ thuộc vào bán kính của khúc cua: khúc cua càng hẹp thì tốc độ cực đại càng nhỏ.
2. Ở những đoạn cua trên đƣờng cao tốc thì lực ma sát nghỉ cực đại khơng cịn đủ lớn để đóng vai trị lực hƣớng tâm. Do vậy mặt đƣờng cần đƣợc làm nghiêng về phía tâm cong để thành phần nằm ngang của phản lực N của mặt đƣờng đóng vai trị lực hƣớng tâm ( hoặc hợp lực của trọng lực P và phản lực N đóng vai trị lực hƣớng tâm) giúp ơ tơ chuyển động đƣợc trên những đoạn cua này.
Hình 2.18. Ơ tơ đi trên đoạn đường cong nghiêng
Mức 2.
1. Khi ô tô chuyển động trên khúc cua thì lực ma sát nghỉ f giữa bánh xe và s mặt đƣờng đóng vai trị lực hƣớng tâm: 2 s mv f R
Để ô tơ khơng bị trƣợt khi qua khúc cua thì: fs N mg 2 max mv mg v gR v gR 19,8m / s 71,3km / h R y N N P x N (Nguồn:goole.com)
Kết quả thu đƣợc không phụ thuộc vào khối lƣợng của ô tô
2. Ở những đoạn cua trên đƣờng cao tốc hoặc đƣờng đua thì lực ma sát nghỉ cực đại khơng cịn đủ lớn để đóng vai trị lực hƣớng tâm. Do vậy mặt đƣờng cần đƣợc làm nghiêng về phía tâm cong để thành phần nằm ngang của phản lực Ncủa mặt đƣờng đóng vai trị lực hƣớng tâm giúp ô tô chuyển động đƣợc trên những đoạn cua này.
Mức 1.
1. Khi ô tô (xe máy) chuyển động trên khúc cua thì lực ma sát nghỉ f giữa s bánh xe và mặt đƣờng đóng vai trị lực hƣớng tâm. Nếu các phƣơng tiện này chuyển động với tốc độ lớn thì lực ma sát nghỉ cực đại khơng đủ lớn để đóng vai trò lực hƣớng tâm nữa. Do đó các phƣơng tiện sẽ bị trƣợt và văng ra ngoài.
2. Ở những đoạn cua trên đƣờng cao tốc thì lực ma sát nghỉ cực đại khơng cịn đủ lớn để đóng vai trị lực hƣớng tâm. Do vậy mặt đƣờng cần đƣợc làm nghiêng về phía tâm cong để thành phần nằm ngang của phản lực N của mặt đƣờng đóng vai trị lực hƣớng tâm giúp ơ tơ chuyển động đƣợc trên những đoạn cua này.
Bài 13
Hành vi năng lực đƣợc đánh giá
3.2. Thực hiện giải pháp GQVĐ
Vận dụng kiến thức về lực hƣớng tâm để giải đƣợc bài tốn chuyển động trịn
Cách thức phân mức Theo mức độ tự lực của HS
Năm 2009, diễn viên đóng thế ngƣời Anh Steve Truglia đã nhận lời tham gia thử thách trình diễn pha mạo hiểm trên vịng trịn nhào lộn bằng ơ tơ. Đó là một quyết định táo bạo bởi “đây là vòng tròn nhào lộn lớn nhất và
thể rơi xuống nhanh như một hòn đá”. Tuy nhiên nhờ sự giúp đỡ của các chuyên gia Vật lí, Steve Truglia đã có màn trình diễn hồn hảo.
(theo https://dantri.com.vn/o-to-xe-may/nhao-lon-mao-hiem-bang-o-to 1242942546.htm)
Giả sử rằng vịng trịn nhào lộn này có bán kính là R = 6 m, cho gia tốc trọng trƣờng là g = 9,8 m/s2.
Mức 3. Em hãy trình bày cơ sở Vật lí để chiếc ơ tơ có thể thực hiện màn
trình diễn thành cơng.
Mức 2. Để ô tô không bị rơi tại điểm cao nhất của vòng tròn Steve Truglia
phải điều khiển ô tô chạy với vận tốc tối thiểu bằng bao nhiêu?
Mức 1. Để tại điểm cao nhất của vịng trịn ơ tơ khơng bị rơi thì áp lực của ơ
tơ lên vịng trịn cần phải thỏa mãn điều kiện gì? Từ đó hãy cho biết Steve Truglia phải điều khiển ô tô chạy với vận tốc tối thiểu bằng bao nhiêu?
Đáp án Mức 3.
- Để màn trình diễn thành cơng thì tại điểm cao nhất của vịng trịn Steve
phải điều khiển ơ tơ với vận tốc đủ lớn để duy trì áp lực của xe lên vịng trịn
(Nguồn: https://dantri.com.vn) Hình 2.19. Nhào lộn bằng ơ tơ
- Tại điểm cao nhất của vòng tròn: hợp lực của trọng lực và phản lực của
vịng trịn lên xe đóng vai trị lực hƣớng tâm: mv2 mg N R mv2 N mg R Điều kiện: N 0 v gR Thay số: v 9,8.6 7,7m / s 27,7km / h
Vậy Steve Truglia phải điều khiển ô tô chạy với vận tốc tối thiểu bằng
27,7km / h
Mức 2,1
- Tại điểm cao nhất của vòng tròn: hợp lực của trọng lực và phản lực của
vịng trịn lên xe đóng vai trị lực hƣớng tâm: mv2 mg N R N mv2 mg R
Điều kiện để ô tô không bị rơi tại điểm cao nhất của vòng tròn là
N 0 v gR Thay số: v 9,8.6 7,7m / s 27,7km / h Vậy vmin 27,7km / h Bài 14 Hành vi năng lực đƣợc đánh giá 2.3. Đề xuất giải pháp để GQVĐ
Thu thập, phân tích thơng tin liên quan đến vấn đề, xác định thông tin cần thiết để GQVĐ
3.2. Thực hiện giải pháp
Vận dụng đƣợc các định luật Niu –tơn và các lực cơ học để xác định đƣợc hệ số ma sát trƣợt và khối lƣợng của một vật
Cách thức phân mức Theo mức độ tự lực của HS
Ngƣời ta bố trí một cơ hệ nhƣ hình 2.20. để xác định hệ số ma sát trƣợt
giữa vật m2 với mặt bàn và khối lƣợng của vật m2. Vật m2 có gắn một băng giấy luồn qua bộ rung đo thời gian. Thả cho hệ chuyển động, bộ rung lần lƣợt ghi lại trên băng giấy những chấm đen sau từng khoảng thời gian 0,04s. [23] Ngƣời ta đo đƣợc: Đoạn thẳng AB BC CD DE EF FG GH HI IK KL Chiều dài (mm) 17 28 39 50 61 59 54 49 44 39
Biết rằng khi một vật chuyển động thẳng nhanh dần đều hoặc chậm dần đều với gia tốc a thì hiệu quãng đƣờng vật đi đƣợcstrong những khoảng thời gian bằng nhau t liên tiếp là nhƣ nhau và bằng a. t . 2 Cho m1 = 400 g và g = 9,8 m/s2. Băng giấy Đầu bút dạ m2 m1 . . . . . . . . . . . . . A B C D E F G H I K L Hình 2.20. Mơ tả thí nghiệm Hình 2.21. Kết quả thí nghiệm
Mức 3
a. Dựa vào khoảng cách giữa các chấm trong đoạn nào chúng ta có thể xác định đƣợc hệ số ma sát trƣợt giữa m2 và bàn; dựa vào khoảng cách giữa các chấm trong đoạn nào chúng ta có thể xác định đƣợc khối lƣợng của vật m2? Giải thích?
b. Tính:
- Hệ số ma sát trƣợt giữa vật m2 và bàn. - Khối lƣợng m2
Mức 2
Các chấm từ A đến F mô tả chuyển động của vật m2 khi m1 chƣa chạm đất. Còn các chấm từ F đến L mô tả chuyển động của m2 sau khi m1 đã chạm đất.
a. Dựa vào khoảng cách giữa các chấm trong đoạn nào chúng ta có thể xác định đƣợc hệ số ma sát trƣợt giữa m2 và bàn; dựa vào khoảng cách giữa các chấm trong đoạn nào chúng ta có thể xác định đƣợc khối lƣợng của vật m2? b. Tính:
- Hệ số ma sát trƣợt giữa vật m2 và bàn. - Khối lƣợng m2
Mức 1
Các chấm từ A đến F mô tả chuyển động của vật m2 khi m1 chƣa chạm đất. Cịn các chấm từ F đến L mơ tả chuyển động của m2 sau khi m1 đã chạm đất.
a. Để xác định đƣợc hệ số ma sát trƣợt giữa m2 và bàn, khối lƣợng của vật m2 trƣớc tiên ta cần xác định gia tốc của vật m2. Dựa vào khoảng cách giữa các chấm trong đoạn nào để xác định đại lƣợng đó?
b. Tính:
- Hệ số ma sát trƣợt giữa vật m2 và bàn. - Khối lƣợng m
Đáp án Mức 3
a. - Giai đoạn 1: m1 chƣa chạm đất, hệ chuyển động nhanh dần đều nên khoảng cách giữa các chấm tăng dần. Các chấm trong đoạn AF mô tả chuyển động của m2 ở giai đoạn 1 và giúp chúng ta xác định đƣợc khối lƣợng của vật m2