Chƣơng 1 : Cơ sở lí luận và thực tiễn
2.6. Thiết kế dạy học chủ đề cân bằng của vật rắn
2.6.1. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức.
2.6.1.1. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực đồng quy.
Sơ đồ 2.3. Tiến trình khoa học xây dựng điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực đồng quy
Điều kiện để chất điểm đứng cân bằng là tổng các lực tác dụng lên chất điểm bằng ⃗
Vật rắn như hệ nhiều chất điểm liên kết lại
Từ điều kiện cân bằng của chất điểm rút ra được điều kiện cân bằng của vật rắn.
Khi nào vật rắn chịu tác dụng của 2 lực nằm cân bằng?
Tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán đã nêu ra với các vật có hình dạng khác nhau, lực tác dụng khác nhau về độ lớn, phương và điểm đặt.
Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều
2.6.1.2. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng cách xác định trọng tâm của vật rắn
Sơ đồ 2.4. Tiến trình khoa học xây dựng cách xác định trọng tâm của vật rắn
- Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều
- Trọng lực có điểm đặt tại trọng tâm của vật rắn
Khi vật rắn đứng cân bằng, phương của dây treo đi qua trọng tâm của vật, giao điểm của 2 phương của dây treo sẽ là trọng tâm của vật rắn
Làm thế nào xác định trọng tâm của các vật có hình dạng khác nhau?
Tiến hành thí nghiệm kiểm tra và tìm trọng tâm của các vật có hình dạng khác nhau
Trọng tâm là điểm đặt trọng lực, để xác định trọng tâm ta treo vật ở 2 vị trí khác nhau khi đó giao điểm của phương dây treo sẽ là trọng tâm của vật.
2.6.1.3. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng các dạng cân bằng của vật rắn Sơ đồ 2.5. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng các dạng cân bằng của vật rắn
- Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều
- Trọng lực có điểm đặt tại trọng tâm của vật rắn
- Tiến hành trải nghiệm 1
- Tiến hành trải nghiệm 2
-Tiến hành thí nghiệm như hình 20.2, 20.3, 20.4 SGK
Một vật có điểm tựa hay có trục quay cố định hoặc vật có mặt chân đế khi nào đứng cân bằng? Tại sao? dạng cân bằng vì sao?
- Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế
- Có ba dạng cân bằng là cân bằng bền, cân bằng không bền, cân bằng phiếm định
2.6.1.4. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực
Sơ đồ 2.6. Tiến trình khoa học xây dựng điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực
- Tổng hợp lực là thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như các lực ấy.
- Nếu hai lực đồng quy làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kẻ từ điểm đồng quy biểu đi n hợp lực của chúng.
Làm thực nghiệm
- Tiến hành thí nghiệm trong các trường hợp: + Hai lực có giá đồng quy
+ Hai lực có giá song song cùng chiều và ngược chiều
Hợp lực và các lực thành phần tác dụng lên vật rắn có mối quan hệ với nhau thế nào?
- Quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy: Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng quy tác dụng lên một vật rắn, trước hết ta trượt hai vecto lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng quy, rồi áp dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực.
- Quy tắc xác định hợp lực của hai lực song song cùng chiều:
+ Hợp của hai lực song song cùng chiều tác dụng vào vật rắn là một lực song song, cùng chiều với hai lực và có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực đó:
F = 𝐹 +𝐹
- Giá của lực hợp lực nằm mặt phẳng chưa và chia khoảng cách giữa hai lực này thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực: 𝐹
𝐹 = 𝑑
𝑑 trong đó, d1 và d2 là khoảng cách từ giá của hợp lực tới giá của hai lực thành phần.
2.6.1.5. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định
Sơ đồ 2.7. Tiến trình khoa học xây dựng điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định
- Vật rắn ở trạng thái cân bằng - Vật rắn có trục quay cố định
Khi nào vật rắn có trục quy cố định chịu tác dụng của nhiều lực đứng cân bằng?
- Tiến hành thí nghiệm theo nhóm, đưa ra kết luận cứ tổng tích F.d của các lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ bằng tổng tích F.d của các lực làm vật quay cùng chiều kim đồng hồ thì vật đứng câng bằng -Bằng cách thay đổi tích F.d ta thấy tích F.d đặc trưng cho tác dụng làm quay của vật. Ta gọi tích F.d là mơ men lực
- Muốn cho vật rắn có trục quay cố định nằm cân bằng thì tổng mơ men của lực có khuynh hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng mô men lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ
2.6.2. Thiết kế dạy học xác định điều kiện để vật rắn chịu tác dụng của hai lực cân bằng lực cân bằng
2.6.2.1. Kiến thức cần xây dựng
- Tổng hợp hai lực là thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như các lực ấy. Lực thay thế này gọi là hợp lực.
+ Quy tắc hình bình hành: Nếu hai lực đồng quy làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kẻ từ điểm đồng quy biểu di n hợp lực của chúng.
+ Muốn cho một chất điểm đứng cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng khơng:
⃗⃗⃗⃗⃗ = ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗
- Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực:
Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.
2.6.2.2. Câu hỏi đề xuất vấn đề
Khi nào vật rắn chịu tác dụng của 2 lực cân bằng nằm cân bằng?
2.6.2.3. Mục tiêu:
- Nêu được định nghĩa của vật rắn và giá của lực.
- Xác định được điều kiện để vật rắn chịu tác dụng của hai lực cân bằng.
- Bồi dưỡng cho HS n ng lực giải quyết vấn đề.
- HS hợp tác được với nhau để tìm ra điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực.
- HS phán xử được kết quả làm việc nhóm của các nhóm khác.
- HS chuẩn đoán được điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực.
- HS sử dụng được thí nghiệm về cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực.
- HS áp dụng điều kiện cân bằng của vật rắn để xác định được trọng tâm của các vật. - HS có hứng thú với bài học. 2.6.2.4. Chuẩn bị: - Giáo viên: + Các thí nghiệm Hình 17.1, Hình 17.2, Hình 17.3 và Hình 17.5 SGK. + Các tấm mỏng, phẳng (bằng nhôm, nhựa cứng... theo hình 17.4 SGK.
+ Xây dựng bộ câu hỏi định hướng xuất phát từ điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực và mục tiêu ở trên.
+ Thiết kế các nhiệm vụ cho HS để HS tìm ra được điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực và giúp HS bồi dưỡng được n ng lực giải quyết vấn đề.
+ Phiếu học tập số 1:
- Học sinh:
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1
Họ và tên:........................................Lớp..................Nhóm..............
Câu 1. Giá của lực là gì?
.......................................................................................................................
Câu 2. Các em hãy nêu điều kiện cân bằng của chất điểm khi chịu tác
dụng của hai lực?
.......................................................................................................................
Câu 3.Bằng kinh nghiệm và quan sát thực tế các em cho biết thế nào là
vật rắn? Cho VD ?
.......................................................................................................................
Câu 4. Các em hãy dựa trên kinh nghiệm thực ti n và đặc điểm cân bằng
của chất điểm hãy dự đoạn điều kiện cân bằng của vật rắn?
.......................................................................................................................
Câu 5. Dựa trên các dụng cụ thí nghiệm đã có, các em hãy thiết kế
phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán trên?
+ Biết cách làm việc nhóm để tìm ra điều kiện cân bằng vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực.
+ Tìm hiểu tiêu chí đánh giá của GV trong q trình học tập. + Các dụng cụ học tập cần thiết.
2.6.2.5.Tiến trình dạy học
Ý tưởng sư phạm: giáo viên tổ chức dạy học theo tiến trình giải quyết vấn đề nhằm bồi dưỡng n ng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, thời gian dự kiến là: 30 phút.
Hoạt động 1. Tìm hiểu điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu t c
dụng của hai lực đồng quy.
TT Bƣớc Nội dung
1 Nêu tình huống, phát hiện vấn đề và phát biểu vấn đề cần nghiên cứu.
Đặt vấn đề: Khi nào vật rắn chịu tác dụng của hai lực nằm cân bằng?
2 Giải quyết vấn đề - GV yêu cầu HS thảo luận nhóm trả lời PHT1, GV đi kiểm tra hoạt động của các nhóm trợ giúp hoạt động của các nhóm nếu có khó kh n
- HS nêu lại khái niệm giá của lực và nêu điều kiện cân bằng của chất điểm khi chịu tác dụng của hai lực
- HS tìm hiểu khái niệm về vật rắn và cho VD. - HS đưa ra dự đoán về điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực. Cơ sở của dự đoán này là dựa trên kinh nghiệm thực ti n và sự tương tự với sự cân bằng của chất điểm. - Các nhóm thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đốn:
Hình 2.1. Cân bằng vật rắn chịu tác dụng của hai lực đồng quy
+ Mỗi nhóm học sinh tự tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đốn đã nêu ra với các vật có hình dạng khác nhau, lực tác dụng khác nhau về độ lớn, phương và điểm đặt.
3 Báo cáo thảo luận và hợp thức hóa kiến thức
- GV tổ chức cho HS báo cáo kết quả làm việc
nhóm.
- HS tiến hành báo cáo kết quả làm việc của nhóm.
- GV xác nhận kết quả làm việc của HS:
Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều
2.6.3. Xác định trọng tâm của vật rắn
2.6.3.1. Kiến thức cần xây dựng
- Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật.
- Để xác định trọng tâm của vật phẳng, đồng chất bằng phương pháp thực nghiệm, ta treo vật bằng sợi dây lần lượt ở hai vị trí khác nhau. Giao điểm của phương sợi dây kẻ trên vật giữa hai lần treo chính là trọng tâm của vật.
- Đối với những vật rắn phẳng đồng tính có dạng hình học đối xứng thì trọng tâm nằm ở tâm đối xứng của vật.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2
Họ và tên:........................................Lớp..................Nhóm..............
Câu 1. Nếu một vật chịu tác dụng là trọng lực 𝑃⃗ và vật chịu thêm một lực
𝐹 sao cho vật đứng cân bằng, các em hãy cho biết đặc điểm về giá của hai
lực và vị trí của trọng tâm so với giá của hai lực?
.......................................................................................................................
Câu 2. Các em hãy đề xuất cách xác định trọng tâm của các vật ?
.......................................................................................................................
Câu 3. Dựa vào phương án vừa nêu, hãy xác định trọng tâm của các tấm
mỏng? Các vị trí mà các em xác định có gì đặc biệt?
.......................................................................................................................
Câu 4. Đặt ngón tay vng góc với vật và vào trọng tâm đã xác định của
vật. Các em có nhận xét gì? Vì sao?
.......................................................................................................................
2.6.3.2. Câu hỏi đề xuất vấn đề
Làm thế nào có thể xác định trọng tâm của các vật có hình dạng khác nhau?
2.6.3.3. Mục tiêu
- Trình bày được khái niệm trọng tâm của vật rắn. - Xác định được trọng tâm của vật rắn bằng thí nghiệm.
- Xác định được trọng tâm của cơ thể trọng một số hoạt động hàng ngày.
- Thơng qua nội dung bài, HS u thích mơn vật lí. - Bồi dưỡng n ng lực giải quyết vấn đề cho HS.
2.6.3.4. Chuẩn bị:
- Giáo viên:
+ Dây nối, các tấm gỗ có hình: trịn, tam giác, vng, chữ nhật, hình nhân bằng nhựa mềm.
+ Các phiếu học tập sau:
+ Học sinh chuẩn bị tự chế các vật có hình thù khác nhau bằng bìa, bằng mica hoặc bằng gỗ như: Hình bản đồ Việt Nam, hình người, hình trịn, hình elip, hình vng, hình chữ nhật, tam giác...
+ Các dụng cụ học tập.
2.6.3.5.Tiến trình dạy học
Ý tưởng sư phạm: GV tổ chức dạy học theo nhóm, hình thức dạy học nêu và giải quyết vấn đề nhằm bồi dưỡng n ng lực giải quyết vấn đề cho HS. Thời gian dự kiến là 15 phút.
Hoạt động 2. Tìm hiểu c ch x c định trọng tâm của vật rắn
TT Bƣớc Nội dung
1 Nêu tình huống, phát hiện vấn đề và phát biểu vấn đề cần nghiên cứu.
Như chúng ta đã biết, trọng tâm là điểm đặt của trọng lực. Vậy trọng tâm của một vật được xác định như thế nào? Dựa vào điều kiện cân bằng hãy tìm cách xác định trọng tâm của các vật mỏng, phẳng?
2 Giải quyết vấn đề - GV phát PHT 2 và các tấm phẳng cho các nhóm.
- HS nhận nhiệm vụ và hoàn thành PHT 2. - GV quan sát và đưa ra trợ giúp các nhóm nếu cần thiết.
3 Báo cáo thảo luận và hợp thức hóa kiến thức
- Đại diện các nhóm HS báo cáo kết quả nhiệm vụ.
- GV xác nhận kết quả làm việc của HS và xác nhận trọng tâm là điểm đặt của trọng lực
2.6.4. Các dạng cân bằng
2.6.4.1. Kiến thức cần xây dựng
Cân bằng của một vật có một điểm tựa hoặc một trục quay cố định: - Cân bằng không bền: Một vật bị lệch khỏi vị trí cân bằng khơng bền thì vật khơng thể tự trở về vị trí đó được, vì trọng lực làm cho vật lệch xa vị trí cân bằng.
- Cân bằng bền: Một vật bị lệch khỏi vị trí cân bằng bền thì dưới tác dụng của trọng lực, vật lại trở về vị trí đó.
- Cân bằng phiếm định: Nếu trọng tâm của vật trùng với trục quay thì vật ở trạng thái cân bằng phiếm định. Trọng lực khơng cịn tác dụng làm quay và vật đứng yên ở trạng thái bất kì.
- Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế.
2.6.4.2. Câu hỏi đề xuất vấn đề
Tại sao các vật đứng cân bằng, có thể chia thành mấy dạng cân bằng vì sao?
2.6.4.3. Mục tiêu
- Nêu được đặc điểm của các dạng cân bằng
- Nêu được điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế
- HS phân biệt được các dạng cân bằng của các vật trong thực tế - HS nêu được cách làm t ng mức vững vàng của vật
- HS hợp tác với nhau để giải quyết vấn đề - HS phát triển được n ng lực giải quyết vấn đề
- HS áp dụng kiến thức để giải quyết được một số dự án học tập liên quan thực ti n
2.6.4.4. Chuẩn bị:
- Giáo viên:
+ Các ảnh chụp một số hiện tượng thực ti n
+ Một số dụng cụ để tiến hành thí nghiệm đơn giản: Hộp, cốc, đĩa, t m, chuồn chuồn, thí nghiệm hình 20.2, 20.3, 20.4 trong SGK
+ Thiết kế các nhiệm vụ cho HS