Đáp án - Do viên đá trên cùng có dạng hình
nêm nên lực do các tải trọng phía trên tác dụng lên viên đá trên cùng đƣợc viên đá này truyền đến hai viên đá bên cạnh theo phƣơng vuông góc với hai mặt bên của nó.
- Phân tích lực F thành hai thành phần F và 1 F nhƣ hình vẽ. Nhƣ vậy lực F 2 không làm cho viên đá này tụt xuống dƣới mà nén 2 viên đá bên cạnh theo các lực F và 1 F . Các lực này cân bằng với sức cản của các viên đá nằm dính 2 sát nhau. Do đó, cửa cuốn dạng vịm có thể chịu đƣợc tải trọng lớn từ phía trên.
Bài 2.
Hành vi năng lực đƣợc đánh giá
3.2. Thực hiện giải pháp GQVĐ
Vận dụng điều kiện cân bằng của một chất điểm để GQVĐ
Cách thức phân mức Theo mức độ phức tạp của nhiệm vụ
Mức 3. Dây phơi quần áo để căng hay chùng thì dễ đứt hơn? Vì sao? Mức 2. Một vật khối lƣợng m đƣợc treo tại
trung điểm C của một sợi dây thép AB nhƣ hình vẽ. Cho gia tốc trọng trƣờng là g. Khi tăng dần góc thì khả năng dây bị đứt tăng lên hay giảm đi? Vì sao? Từ đó cho biết dây phơi quần áo để căng hay chùng thì dễ đứt hơn? F 2 F 1 F B A C Hình 2.3.
Lực tác dụng lên viên đá trên cùng
Mức 1. Một vật khối lƣợng m=1 kg đƣợc treo tại trung điểm C của một sợi
dây thép AB nhƣ hình vẽ 2.4. Xét hai trƣờng hợp: 10ovà 20o, trƣờng hợp nào dây dễ đứt hơn? Từ đó cho biết dây phơi quần áo để căng hay chùng thì dễ đứt hơn?
Hƣớng dẫn Mức 3
- Giả sử quần áo có khối lƣợng m đƣợc treo ở chính giữa của sợi dây.
- Lực căng dây ở 2 nhánh bằng nhau và bằng T với:
2Tsin = P = mg mg T 2sin
- Khi nhỏ thì sin nhỏ và lực căng T lớn. Khi lớn thì sinlớn và lực căng T nhỏ. Vậy dây phơi quần áo thì nên để chùng.
Mức 2.
- Lực căng dây ở 2 nhánh bằng nhau và bằng T với:
2Tsin = P = mg mg T 2sin
- Khi tăng thì sin tăng nên lực căng dây sẽ giảm. Vậy dây phơi quần áo thì nên để chùng.
Mức 1.
- Lực căng dây ở 2 nhánh bằng nhau và bằng T với:
2Tsin = P = mg mg T 2sin Với α = 10o thì T = 28,8N Với α = 20o thì T = 14,6N
Vậy trƣờng hợp α = 10o thì dây dễ đứt hơn. Do đó dây phơi quần áo nên để chùng.
Bài 3
Hành vi năng lực đƣợc đánh giá
1.3. Phát biểu vấn đề
Diễn đạt lại đƣợc vấn đề bằng ngơn ngữ Vật lí
Cách thức phân mức Dựa trên mức độ tự lực của HS
Trong một bài báo nói về những chia sẻ của ngƣời lái tàu khi gặp những tình huống bất ngờ trên đƣờng sắt nhƣng khơng có giải pháp để cứu vãn, có đoạn viết nhƣ sau: Tàu hỏa không giống phương tiện giao thông
đường bộ muốn dừng là được ngay, mà cần có thời gian nhất định. Với tàu khách chạy 80km/h muốn dừng hẳn, lái tàu buộc hãm phanh gấp trên đoạn đường dài 400m mới dừng hẳn; tàu chở hàng nặng cũng phải 500 – 600m. Thành thử, thấy vật cản trên đường, muốn tránh va chạm cũng chịu”, lái tàu Lê Hữu Phú chia sẻ.
(Nguồn https://thanhnien.vn/doi-song/nhung-lai-tau-bat-dac-di-phai- can-chet-nguoi-am-anh-cuoc-doi-759191.html)
Mức 3. Diễn giải lại đoạn viết trên theo ngơn ngữ Vật lí
Mức 2. Kiến thức Vật lí nào đã đƣợc đề cập đến trong đoạn viết trên. Dùng
kiến thức đó để diễn giải lại câu đƣợc gạch chân.
Mức 1. Sử dụng mối quan hệ giữa khối lƣợng và mức quán tính để diễn giải
lại câu đƣợc gạch chân.
Đáp án
Mức 3. Đồn tàu có khối lƣợng lớn hơn các phƣơng tiện giao thơng đƣờng
bộ rất nhiều nên có mức qn tính lớn hơn, tức là khó làm thay đổi vận tốc. Khi ngƣời lái tàu phanh gấp thì đồn tàu khơng thể dừng lại ngay lập tức mà phải tiếp tục đi thêm một khoảng thời gian nào đó rồi mới dừng lại. Với các tàu khách chạy 80 km/h thì đồn tàu phải đi thêm quãng đƣờng 400m rồi mới dừng hẳn. Với các tàu chở hàng nặng có mức qn tính lớn hơn nên khó thay đổi vận tốc hơn, phải đi thêm quãng đƣờng dài hơn (500 – 600m) rồi
mới dừng hẳn. Do vậy, thấy vật cản trên đƣờng, ngƣời lài tàu muốn tránh va chạm cũng chịu.
Mức 2. Đoạn viết trên đã đề cập đến mối quan hệ giữa khối lƣợng và mức
qn tính. Đồn tàu có khối lƣợng lớn hơn các phƣơng tiện giao thông đƣờng bộ rất nhiều nên cũng có mức qn tính lớn hơn, tức là khó làm thay đổi vận tốc. Khi ngƣời lái tàu phanh gấp thì đồn tàu khơng thể dừng lại ngay lập tức mà phải tiếp tục đi thêm một khoảng thời gian nào đó rồi mới dừng lại đƣợc.
Mức 1. Đồn tàu có khối lƣợng lớn hơn các phƣơng tiện giao thông đƣờng
bộ rất nhiều nên có mức qn tính lớn hơn, tức là khó làm thay đổi vận tốc. Khi ngƣời lái tàu phanh gấp thì đồn tàu khơng thể dừng lại ngay lập tức mà phải tiếp tục đi thêm một khoảng thời gian nào đó rồi mới dừng lại đƣợc.
Bài 4
Hành vi năng lực đƣợc đánh giá
3.2. Thực hiện giải pháp GQVĐ
Vận dụng kiến thức về quán tính để giải thích một số hiện tƣợng trong thực tiễn
Cách thức phân mức Theo mức độ tự lực của HS
Một tấm vải đƣợc phủ trên một mặt bàn. Phía trên tấm vải có đặt các
vật nhƣ hình 2.5.
Mức 3. Ngƣời đàn ông đứng cạnh chiếc bàn thực hiện 2 lần thí nghiệm nhƣ
sau: + Lần 1: kéo từ từ tấm vải.
+ Lần 2: giật nhanh tấm vải ra khỏi mặt bàn Em hãy mơ tả và giải thích hiện tƣợng xảy ra
Mức 2. Khi ngƣời đàn ông kéo từ từ tấm vải thì thấy các vật đặt trên bàn
chuyển động cùng với tấm vải, còn khi giật nhanh tấm vải ra khỏi mặt bàn thì các vật đặt trên tấm vải gần nhƣ không thay đổi vị trí? Em hãy giải thích tại sao?
Mức 1. Khi ngƣời đàn ơng kéo từ từ tấm vải thì thấy các vật đặt trên bàn chuyển động cùng với tấm vải, còn khi giật nhanh tấm vải ra khỏi mặt bàn thì các vật đặt trên tấm vải gần nhƣ khơng thay đổi vị trí. Sử dụng kiến thức về quán tính, em hãy giải thích tại sao?
( Nguồn: https://www.youtube.com/watch?)
Đáp án
- Kéo từ từ tấm vải: Các vật trên mặt tấm vải thì các vật đặt trên bàn sẽ chuyển động cùng với tấm vải.
Giải thích: Kéo từ từ tấm vải thì các vật có đủ thời gian để thay đổi vận tốc
nên sẽ chuyển động cùng với tấm vải
- Giật nhanh tấm vải ra khỏi mặt bàn: các vật đặt trên mặt tấm vải gần nhƣ
không thay đổi vị trí.
Giải thích: Do các vật có qn tính nên trong thời gian rất ngắn (do tấm vải
đƣợc giật nhanh) chúng chƣa kịp thay đổi vận tốc. Do vậy khi tấm vải đƣợc giật ra khỏi mặt bàn thì vị trí của các vật gần nhƣ không thay đổi.
Bài 5
Hành vi năng lực đƣợc đánh giá
3.2. Thực hiện giải pháp GQVĐ
Vận dụng định luật III Niu –tơn, điều kiện cân bằng của một chất điểm để xác định đƣợc lực tác dụng lên vật (hệ vật)
Cách thức phân mức Dựa trên mức độ phức tạp của nhiệm vụ
Mức 3
Một ngƣời đứng trên bàn của một cái cân, tay cầm một cái gậy có khối lƣợng không đáng kể. Xét các trƣờng hợp sau đây:
Trƣờng hợp 1: Ngƣời đó chống cây gậy lên sàn nhà Trƣờng hợp 2: Ngƣời đó chống cây gậy lên bàn cân Trƣờng hợp 3: Ngƣời đó đẩy cây gậy lên trần nhà
So sánh số chỉ của cân trong 3 trƣờng hợp trên. Giải thích?
Hình 2.6. Người đứng trên bàn cân
Mức 2
Một bình nƣớc đƣợc đặt trên một cái cân. Ở đáy bình có một vật. Số chỉ của cân sẽ thay đổi nhƣ thế nào nếu dùng dây treo vật đó lên nhƣng vật vẫn nằm trong nƣớc? Giải thích?
Trường hợp 1 Trường hợp 2
2
Trường hợp 3
Hình 2.7. Bình nước chứa vật đặt trên cân
Mức 1
Một bình nƣớc đƣợc đặt trên một cái cân. Đặt một cái bát nhỏ nổi trên mặt nƣớc trong bình. Số chỉ của cân sẽ thay đổi nhƣ thế nào? Giải thích?
Hình 2.8. Bình nước và bình nước chứa bát đặt trên cân
Đáp án Mức 3
- Trƣớc tiên cần xác định lực nén lên bàn cân trong từng trƣờng hợp
Trƣờng hợp 1:
- Ngƣời chịu tác dụng của các lực: + Trọng lực P của ngƣời
+ Lực N do bàn cân tác dụng lên ngƣời 1 + Lực F do gậy tác dụng lên ngƣời 1
- Ngƣời đứng cân bằng nên: N1 P F1
- Theo định luật III Niu –tơn, lực nén của ngƣời lên bàn cân là: '
1 1 1
N N P F Trƣờng hợp 2:
- Xét hệ ngƣời và gậy: Lực tƣơng tác giữa ngƣời và gậy là nội lực nên triệt
tiêu nhau. Ngoại lực tác dụng lên hệ gồm:
+ Trọng lực P của ngƣời
+ Lực N do bàn cân tác dụng lên hệ 2
- Hệ cân bằng nên: N2 P
- Theo định luật III Niu –tơn, lực nén của hệ lên bàn cân là:
'
2 2
N N P Trƣờng hợp 3
- Ngƣời chịu tác dụng của các lực: + Trọng lực P của ngƣời
+ Lực N do bàn cân tác dụng lên ngƣời 3 + Lực F do gậy tác dụng lên ngƣời 3
- Ngƣời đứng cân bằng nên: N3 P F3
- Theo định luật III Niu –tơn, lực nén của ngƣời lên bàn cân là:
'
3 3 3
Đánh giá: Vì ' ' '
1 2 3
N N N nên số chỉ của cân sắp xếp theo thứ tự tăng dần từ trƣờng hợp 1 đến trƣờng hợp đến trƣờng hợp 3.
Mức 2
Xét hệ “bình nước và vật” - Khi vật đặt ở đáy bình:
+ lực tác dụng lên hệ gồm trọng lực P của hệ và phản lực N của bàn 1 cân lên hệ.
+ Phản lực của bàn cân lên hệ hay lực do hệ nén lên cân (chính là số chỉ của cân) là N1 = P
- Khi treo vật:
+ hệ chịu tác dụng của các lực: trọng lực P của hệ, lực căng dây T và phản lực N của bàn cân lên hệ (có độ lớn bằng lực do hệ nén lên bàn cân) 2
+ Phản lực của bàn cân lên hệ hay lực do hệ nén lên cân (chính là số chỉ của cân) là N2 = P – T
Do N2 < N1 nên số chỉ của cân giảm
Mức 1
- Khi bình nƣớc đặt trên cân thì số chỉ của cân bằng trọng lƣợng của bình nƣớc
- Đặt chiếc bát nổi trên mặt nƣớc trong bình thì số chỉ của cân bằng tổng trọng lƣợng của bình nƣớc và chiếc bát.
Do vậy số chỉ của cân tăng lên.
Bài 6.
Hành vi năng lực đƣợc đánh giá
3.2. Thực hiện giải pháp GQVĐ
Vận dụng định luật I và II Niu –tơn để giải thích
sự thay đổi của vận tốc của ngƣời nhảy dù
4.2. Phát hiện vấn đề mới cần giải quyết
trong tình huống mới
Cách thức phân mức Theo mức độ phức tạp của nhiệm vụ
Mức 3. Ngày 30/7/2016, vận động viên ngƣời Mỹ Luke Aikins đã thực hiện
cú nhảy không dù từ độ cao 7600 m và rơi xuống chiếc lƣới khổng lồ có kích thƣớc 30 x 30 m giăng sẵn bên dƣới. Nhiều ý kiến cho rằng đây là hành động vô cùng điên rồ bởi nếu phạm sai lầm dù rất nhỏ, Ankins có thể dễ dàng mất mạng. Tuy nhiên, nhìn nhận từ góc độ Vật lí thì hành động này hồn tồn khả thi. (theo https://vnexpress.net)
Hình 2.10. Cú nhảy không dù
(Nguồn: m.genk.vn)
1. Em hãy mô tả và giải thích sự thay đổi vận tốc của Luke Aikins theo thời
gian để chứng tỏ rằng cú nhảy khơng dù của anh ta là hồn toàn khả thi.
2. Nếu Luke thực hiện cú nhảy có dù thì kết quả thu đƣợc có gì khác so với
câu 1?
Các dữ kiện sau được sử dụng cho các câu hỏi ở mức 2 và mức 1.
Một lính nhảy dù từ một máy bay trực thăng đứng yên trên bầu trời trong giây lát. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của vận tốc của ngƣời lính theo thời gian đƣợc mơ tả ở hình 2.11. Biết rằng lực cản của khơng khí tác dụng lên một vật rơi trong khơng khí tăng theo vận tốc của vật và phụ thuộc vào kích thƣớc của vật .
Hình 2.11. Đồ thị vận tốc của người nhảy dù theo thời gian
Mức 2
1. Em hãy giải thích sự thay đổi của vận tốc của ngƣời lính nhảy dù theo thời
gian.
2. Nếu ngƣời lính thực hiện cú nhảy khơng có dù thì kết quả thu đƣợc sẽ thay đổi nhƣ thế nào?
Mức 1
1. Chiếc dù đƣợc mở ra ở thời điểm t = 10 s. Vận dụng định luật II Niu –
tơn, em hãy giải thích sự thay đổi vận tốc của ngƣời lính nhảy dù theo thời gian.
2. Nếu ngƣời lính thực hiện cú nhảy khơng có dù thì dạng đồ thị sau thời
điểm t =10 s sẽ thay đổi nhƣ thế nào?
Đáp án Mức 3
1. Sự thay đổi vận tốc của Luke Aiskin theo thời gian
Giai đoạn 1: Vận tốc của ngƣời còn nhỏ nên lực cản nhỏ, coi nhƣ
ngƣời chỉ chịu tác dụng của trọng lực, vận tốc Luke tăng đều theo thời gian.
Giai đoạn 2: Lực cản tăng dần nhƣng độ lớn vẫn nhỏ hơn trọng lƣợng,
hợp lực tác dụng lên Luke giảm dần nên gia tốc giảm và vận tốc tăng chậm theo thời gian.
Giai đoạn 3: Lực cản tăng đến giá trị bằng trọng lƣợng của Luke thì
hợp lực tác dụng lên Luke bằng 0 và Luke sẽ rơi với vận tốc không đổi cho đến khi chạm lƣới.
2. Nếu Luke thực hiện cú nhảy có dù thì ngay sau thời điểm anh ta mở dù thì
lực cản lớn hơn trọng lƣợng (do diện tích tiếp xúc của dù với khơng khí lớn) nên vận tốc của anh ta giảm dần. Sau đó lực cản cũng giảm dần, cho đến khi lực cản bằng trọng lƣợng thì Luke sẽ chuyển động đều.
Mức 2, Mức 1 1. Giải thích:
- Từ t=0 đến t=5s: Lực cản khơng đáng kể, ngƣời lính coi nhƣ chỉ chịu tác
dụng của trọng lực nên vận tốc tăng gần nhƣ đều theo thời gian.
- Từ t=5s đến t=10s: Vận tốc đã lớn, lực cản ngƣợc chiều chuyển động, độ
lớn tăng theo vận tốc nhƣng vẫn còn nhỏ hơn trọng lƣợng nên hợp lực tác dụng lên ngƣời vẫn hƣớng xuống nhƣng độ lớn giảm nên gia tốc giảm và vận tốc tăng chậm theo thời gian.
- Từ t =10s đến t= 20s: Dù đƣợc mở ra từ thời điểm t = 10s. Do diện tích
tiếp xúc của dù với khơng khí lớn nên tạo ra lực cản lớn hơn cả trọng lƣợng của ngƣời nên hợp lực tác dụng lên ngƣời hƣớng lên. Gia tốc ngƣợc hƣớng với vận tốc nên ngƣời lính chuyển động chậm dần, vận tốc giảm dần theo thời gian
- Từ thời điểm t = 20s: lực cản cân bằng với trọng lực nên hợp lực tác dụng lên ngƣời lính bằng 0, do đó ngƣời lính chuyển động với vận tốc khơng đổi
2. Nếu ngƣời lính thực hiện cú nhảy khơng dù thì từ thời điểm t =10s vận tốc của ngƣời lính vẫn tăng chậm, cho đến khi lực cản có độ lớn bằng trọng lƣợng của ngƣời thì ngƣời lính sẽ rơi với tốc độ khơng đổi. Vì vậy trên đồ thị sẽ khơng có giai đoạn vận tốc giảm dần
Bài 7
Hành vi năng lực đƣợc đánh giá
1.2. 4.1. Đánh giá quá trình GQVĐ và điều chỉnh việc GQVĐ
Đánh giá quá trình GQVĐ (phát hiện sai sót và điều chỉnh sai sót)
Cách thức phân mức Dựa trên mức độ tự lực của HS