Chƣơng 1 : Cơ sở lí luận và thực tiễn
2.5. Thiết kế dạy học theo chủ đề cân bằng của vật rắn– Vật lí 10
Sơ đồ 2.2. Ý tưởng xây dựng chủ đề
2.5.2. Kiến thức cần xây dựng
Xuất phát từ việc tìm tịi khám phá để trả lời câu hỏi “Khi nào vật chịu tác dụng của nhiều lực nằm cân bằng?” đi đến tìm điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song; của một vật có trục quay cố định, cân bằng của một vật có mặt chân đế.
Trong quá trình tìm điều kiện cân bằng của một vật, xuất hiện đại lượng vật lí mới đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của lực gọi là Mômen lực và đồng thời xây dựng lên quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy và hai lực song song. Cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định Cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song Trọng tâm rơi trên mặt chân đế Cách xác định trọng tâm của một vật Các dạng cân bằng Cân bằng bền Cân bằng phiếm định Cân bằng không bền Điều kiện để một vật rắn cân bằng là gì?
Chủ đề cân bằng của vật rắn
Làm thế nào để cuộc sống của chúng ta trở nên an toàn hơn?
Các kiến thức trọng tâm của chủ đề:
- 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.
- Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song:
+ Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy + Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba
- 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.
- 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 dặng hình học đối xứng thì trọng tâm nằm ở tâm đối xứng của vật.
+ 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 = +
- 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: = trong đó, d1 và d2 là khoảng cách từ giá của hợp lực tới giá của hai lực thành phần. 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.
- Mô men của lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay địn của nó. - Cơng thức tính Mơ men lực:
M = F.d
+ Trong đó, d là cánh tay đòn, là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực (nằm trong mặt phẳng vng góc với trục quay .
+ Trong hệ SI, đơn vị của Mô men lực là N.m - Quy tắc Mô men lực:
Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các Mô men lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các Mơ men lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.
M = M’
Trong đó, M là tổng các Mơ men lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ, M’ là tổng Mô men lực có xu hướng làm cho vật quay ngược chiều kim đồng hồ.
2.5.3. Câu hỏi định hướng.
Lí do tổ chức chủ đề
- Xuất phát từ thực tế: Rất nhiều vật xung quanh con người từ nhỏ tới lớn đang tồn tại ở trạng thái cân bằng tĩnh (Các đồ vật trong nhà, các cơng trình xây dựng như nhà cửa, cầu cống,…, . Chúng đứng yên được theo thời gian là nhờ tuân theo điều kiện cân bằng của vật rắn.
- Ý tưởng tổ chức chủ đề: Gắn những kiến thức học sinh học được ở chương này vào thực ti n cuộc sống từ đó giúp họ hiểu sâu sắc kiến thức đã học và có thể vận dụng được những kiến thức đó.
Câu hỏi khái quát
Làm thế nào để cuộc sống của chúng ta trở nên an toàn hơn? Câu hỏi bài học
Điều kiện để một vật rắn cân bằng là gì? Câu hỏi nội dung
+ Dự đoán về điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực?
+ Nhắc lại khái niệm trọng tâm?
+ Xác định trọng tâm của một tấm bìa có hình bản đồ nước Việt Nam? + Xác định trọng tâm hình học của các tấm gỗ bằng cách vẽ hình và xác định trọng tâm của các miếng gỗ bằng thí nghiệm rồi rút ra kết luận ? + Xác định trọng tâm mơ hình người bằng nhựa bằng thí nghiệm ? + Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế?
+ Muốn t ng mức vững vàng của vật thì ta phải làm gi?
+ Khi nào vật rắn có trục quay cố định chịu tác dụng của 2 lực sẽ cân bằng?
+ Vật sẽ cân bằng nếu F1.d1 và F2.d2 (Trong đó d là khoảng cách từ trục quay tới giá của lực thỏa mãn điều kiện nào?
+ Tích F.d có đặc trưng cho tính chất gì của các lực khơng?
+ Làm thế nào để xác định hợp lực của 2 lực (dựa vào tác dụng gây biến dạng ?
+ Hợp lực và các lực thành phần có mối quan hệ với nhau như thế nào?