10. Cấu trúc luận văn
2.2. Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Động lực học chất
2.2.3. Mục tiêu dạy học
2.2.3.1. Kiến thức
a. Lực Tổng hợp và phân tích lực.
- Lực là đại lƣợng véc tơ đặc trƣng cho tác dụng của vật này vào vật khác, mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc là cho vật bị biến dạng. - Tổng hợp lực là thay thế nhiều lực tác dụng đồng thời vào ccùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt nhƣ toàn bộ các lực ấy. Lực thay thế gọi là hợp lực.
- Quy tắc hình bình hành: Nếu hai lực đồng quy đƣợc biểu diễn về độ lớn , về hƣớng bằng cạnh của một hình bình hành vẽ từ điểm đồng quy, Thì hợp lực của chúng đƣợc biểu diễn về độ lớn bằng đƣờng chéo chủ hình bình hành đó.
- Phân tích lực: Là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng đồng thời và gây hiệu quả giống hệt nhƣ lực đó. Các lực thay thế gọi là các lực thành phần.
- Đơn vị của lực là Niutơn( N) b. Ba định luật Niutơn .
- Định luật I. Nếu không chị lực nào hoặc nếu chịu tác dụng của các lực cân bằng (hợp lực bằng không). Vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động tiếp tục chuyển động thẳng đều.
- Định luật II: Gia tốc của một vật luôn luôn cùng hƣớng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn cuả gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng vào vật và tỉ lệ nghịch với khối lƣợng của vật .
Biều thức giá trị đại số : a=
m F
Biều thức véc tơ : m F a
(trong trƣờng hợp vật chịu nhiều lực tác dụng thì F
là hợp lực của các lực đó ). - Định luật III: Trong mọi trƣờng hợp, khi A tác dụng vào B một lực thì vật B cùng tác dụng vào vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối. Biểu thức véctơ : FAB FBA
c. Lực hấp dẫn :
- Khái niệm: Trong tự nhiên ,mọi vật đều hút lẫn nhau với một lực gọi là lực hấn dẫn. Nó tuân theo vạn vận hấp dẫn.
- Định luật vạn vật hấn dẫn: Hai vật bất kì đều hút nhau. Lực hút giữa hai vật( coi nhƣ chất điểm ) tỉ lệ thuận với tích hai khối lƣợng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phƣơng khoảng cách giữa chúng .
1.2 2 r m m G Fhd
(Trong đó : m1, m2 là khối lƣợng hai vật, r khoảng cách giữa chúng, G là hằng số hấp dẫn có gía trị bằng 6,67.10-11 2 2 . kg m N , ) d. Trọng lực
- Khái niệm: Là trƣờng hợp riêng của lực hấp dẫn , là lực mà Trái Đất hút các vật.
- Biểu thức: Trọng lực tác dụng lên vật có khối lƣợng m ở độ cao h so với mặt đất đƣợc tính hoặc dựa vào định luật II Newtơn: P =mg
Hoặc dựa vào định luật vạn vật hấp dẫn P = G 2 ) (R h
M
m
Gia tốc rơi tự do mà trọng lực truyền cho vật đƣợc truyền cho vật
g = G 2 ) (R h M - Đặc điểm :
Đặt vào trọng tâm của vật và hƣớng về tâm Trái đất (Trong thực tế, coi là phƣơng thẳng đứng và chiều từ trên xuống dƣới)
Có trị số thay đổi theo vị trí của vật trên trái đất
Ở cùng một nơi trên Trái Đất , trọng lực tỉ lệ với khối lƣợng của vật. e. Chuyển đông của vật bị ném:
- Chuyển động ném ngang: Có thể phân tích thành hai chuyển động thành phần của trục toạ độ. Gốc O tại vị trí ném, trục Ox hƣớng theo véc tơ vận tốc ban đầu v0, trục Oy hƣớng theo véctơ trọng lực P
.
Chuyển động thành phần theo trục Ox là chuyển động thẳng đều với các phƣơng trình:
a x = 0 (1) vx =v0 ( 2) x = v0.t (3)
Chuyển động thành phần theo trục Oy là chuyển động rơi tự do với các phƣơng trình: ay= g (4) vy = g.t (5) y = 2 1 g.t2 ( 6)
- Chuyển động ném xiên: Có thể phân tích thành hai chuyển động thành phần của trục toạ độ. Gốc O tại vị trí ném, trục Ox hƣớng theo phƣơng ngang, trục Oy thẳng đứng hƣớng lên trên. Mặt phẳng xOy chứa véc tơ v0
.
Chuyển động thành phần theo trục Ox là chuyển động thẳng đều với các phƣơng trình :
a x = 0 (1)
vx =v0 sin ( 2) x = v0cos .t (3)
Chuyển động thành phần theo trục Oy là chuyển động thẳng biến đổi đều với các phƣơng trình:
ay= - g (4) vy = v0 sin - g.t (5) y = v0 sin - 2 1 g.t2 ( 6) f. Lực đàn hồi :
- Khái niệm: Là lực xuất hiện khi một vật bi biến dạng và xu hƣớng làm cho nó lấy lại hình dạng và kích thƣớc cũ .
Đặc điểm :
Xuất hiện khi vật bị biến dạng
Có hƣớng ngƣợc với hƣớng của biến dạng
Có độ lớn đƣợc xác định theo định luật Hooke: Trong giới hạn đàn hồi , lực đàn hồi tỉ lệ với độ biến dạng của vật đàn hồi
Fdh=-k x (7) g. Lực ma sát :
- Lực ma sát dựa vào tính chất chuyển động của vật, lực ma sát đƣợc chia làm 3 loại lực ma sát: Trƣợt, nghỉ, lăn
- Khái niệm: Lực ma sát xuất hiện khi hai vật tiếp xúc với nhau và chuyển động hay có xu hƣớng tƣơng đối chuyển động với nhau.
- Đặc điểm chung:
Nói chung là cản trở chuyển động: Có phƣơng tiếp tuyến với mặt tiếp xúc, có chiều ngƣợc với chiều chuyển động tƣơng đối;
Có độ lớn khơng phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc mà tỉ lệ với áp lực của vật lên mặt tiếp xúc Fms = N
- Đặc điểm riêng:
Lực ma sát trƣợt xuất hiện khi các vật trƣợt trên bề mặt tiếp xúc với nhau. Lực ma sát lăn xuất hiện khi vật này lăn trên bề mặt vật khác. Lực
ma sát nghỉ xuất hiện khi vật chịu tác dụng của ngoại lực nhƣng chƣa có xu hƣớng chuyển động.
h. Hệ quy chiếu phi quán tính :
- Hệ qui chiếu chuyển động có gia tốc a
so với hệ quy chiếu quán tính gọi là hệ quy chiếu phi quá tính .
- Trong qui chiếu chuyển động có gia tốc a
so với hệ quy chiếu quán tính, các hiện tƣợng cơ học xảy ra giống nhƣ là mỗi vật có khối lƣợng m, chịu thêm một lực bằng -m.a. Lực này gọi là lực qn tính:Fqt ma
.
. Lực qn tính khơng có phản lực .
i. Hiện tƣợng tăng, giảm, mất trọng lƣợng :
+ Hiện tƣợng tăng, giảm trọng lƣợng xảy ra trong thang máy, chuyển động có gia tốc, trong con tàu vũ trụ lúc phóng lên hoặc là lúc trở về mặt đất …Khi đó ngƣời đè lên thang máy hoặc lên sàn tàu vũ trụ lớn hơn (tăng trọng lƣợng), hoặc nhỏ hơn (giảm trọng lƣợng) lực hấp dẫn mg. Khi đó
) .(g a m
P gọi là trọng lực biểu kiến . k . Lực hƣớng tâm.
- Khi vật chuyển động tròn đều, hợp lực các lực đặt lên vật là lực hƣớng tâm :Fht=m.aht= 2 2 . R v m
- Trong hệ quy chiếu quay với tốc độ góc (hệ quy chiếu phi qn tính), ngồi các lực do các lực do các vật khác gây ra, mỗi vật có khối lƣợng m cịn chịu thêm một lực qn tính ly tâm, có chiều hƣớng ra xa tâm quay O và có độ lớn : Fht= m.aht = m.2.R (là khoảng cách từ vật đến tâm quay O)F ma
.
2.2.3.2 Kỹ năng
- Vận dụng đƣợc quy tắc tổng hợp lực và phân tích lực để giải bài tập đối với vật chịu tác dụng hai, ba lực đồng quy.
- Vận dụng đƣợc ba định luật Niutơn để giải đƣợc các bài toán đối với một vật , đối với hệ hai vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, nằm nghiêng. - Vận dụng mối quan hệ giữa khối lƣợng và mức quán tính của vật để giải thích một số hiện tƣợng thƣờng gặp trong đời sống và trong kỹ thuật.
- Vận dụng định luật Húc, giải đƣợc các bài tập về biến dạng của lò xo. - Vận dụng định luật vạn vật hấp dẫn giải đƣợc các bài tập tƣơng tác xa giữa các vật có khối lƣợng .
- Biết giải các bài toán về chuyển động ném ngang , chuyển động ném xiên. - Vận dụng các công thức về lực ma sát giải các bài toán về chuyền động trên mặt phẳng nằm nghiêng, mặt phẳng nằm ngang ( đối với một vật hoặc hệ vật)
- Vận dụng đƣợc quy tắc biếu diến véctơ lực và phản lực để biểu diễn , phân tích các lực tác dụng lên vật trong bài tập.
- Biết giải các bài tập về hiện tƣợng tăng , giảm trong lƣợng.
- Biết xác định lực hƣớng tâm và giải đƣợc bài tốn về chuyển động trịn khi vật chịu tác dụng một hay nhiều lực.
- Biết giải thích các hiện tƣợng liên quan đế lực quán tính li tâm . - Biết giải các bài toán trong hệ qui chiếu phi quán tính.
- Những kĩ năng cơ bản giải bài tập vật lý chƣơng Động lực học chất điểm: Ngoài những kĩ năng cần thiết trên, GV cần chú ý đến những kĩ năng cơ bản sau trong việc hình thành, rèn luyện kĩ năng giải bài tập phần Động lực học chất điểm cho HS
Chọn hệ quy chiếu một cách hợp lí sao cho việc giải bài tập là đơn giản nhất Xác định đầy đủ, đúng đắn các lực tác dụng lên vật (hay từng vật trong hệ) cần nghiên cứu
Biểu diễn hệ tọa độ và các lực trong hình vẽ.
Chiếu các phƣơng trình véctơ (hay xác định hình chiếu của các vectơ) lên các trục tọa độ đã chọn
Giải thành thạo các bài tập cơ bản về từng kiến thức cụ thể
Tự khái quát để rút ra một sơ đồ định hƣớng hành động giải các bài tập phức hợp và các Algorit thao tác giải các bài tập cơ bản cùng lọại, kiểu sau khi giải bài tập Nhận biết các bài tập cơ bản và xác lập trình tự giải chúng khi giải một bài tập phức hợp (hay phân tích một bài tập phức hợp thành các bài tập cơ bản ở mức thành thạo).