9. Cấu trúc luận văn
2.2. Phân tích cấu trúc đặc điểm của chương "Cân bằng và chuyển động của vật rắn"
2.2.1. Vị trí đặc điểm của chƣơng "Cân bằng và chuyển động của vật rắn" 2.2.1.1 Vị trí của chƣơng
Chương trình SGK vật lý THPT bao gồm các phần: Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Quang học và Vật lý hạt nhân. Vật lý lớp 10 THPT ban cơ bản có nhiệm vụ nghiên cứu hai phần: Cơ học và Nhiệt học. Trong đó phần Cơ học gồm 4 chương:
- Chương I: Động học chất điểm, được thực hiện trong 15 tiết ( 10 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập, 2 tiết thực hành và 1 tiết kiểm tra ).
- Chương II : Động lực học chất điểm , được thực hiện trong 11 tiết ( 8 tiết lý thuyết, 1 tiết bài tập, 2 tiết thực hành ).
- Chương III : Cân bằng và chuyển động của vật rắn, được thực hiện trong 10 tiết ( 8 tiết lý thuyết, 1 tiết bài tập, 1 tiết kiểm tra ).
- Chương IV : Các định luật bảo toàn, được dạy trong 10 tiết ( 8 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập ).
2.2.1.2. Đặc điểm của chƣơng
Ở chương I và II của SGK Vật lý 10 THPT ban cơ bản , HS đã được tìm hiểu và khảo sát điều kiện cân bằng và chuyển động của những vật được xem là chất điểm. Tuy nhiên chất điểm là một khái niệm rất trừu tượng còn trong thực tế xung quanh chúng ta lại là những vật có trọng lượng và có kích thước đòi hỏi ta phải nghiên cứu . Chính vì vậy, việc đưa chương III " Cân bằng và chuyển động của vật rắn " nối tiếp chương I và II là điều cần thiết và hết sức hợp lý.
Nội dung của chương được phân làm hai phần : - Điều kiện cân bằng của vật rắn - Chuyển động của vật rắn Bao gồm 6 bài học:
Bài 1: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song
Bài 2: Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Mômen lực Bài 3: Quy tắc hợp lực song song cùng chiều
Bài 4: Các dạng cân bằng. Cân bằng của một vật có mặt chân đế
Bài 5: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định
2.2.2. Mục tiêu dạy học của chƣơng CHỦ ĐỀ MỨC ĐỘ CẦN ĐẠT 1) Cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của hai hay ba lực không song song. 2) Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định. Momen lực. 3) Quy tắc hợp lực lực song song cùng chiều. 3) Các dạng cân bằng. Cân bằng của một vật có mặt chân đế. 4) Chuyển động tịnh tiến của vật rắn. Chuyển Kiến thức
- Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của hai hay ba lực không song song.
- Phát biểu được quy tắc xác định hợp lực của hai lực song song cùng chiều.
- Nêu được trọng tâm của một vật là gì.
- Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức tính momen lực và nêu được đơn vị đo momen lực.
- Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định.
- Phát biểu được định nghĩa ngẫu lực và nêu được tác dụng của ngẫu lực. Viết được công thức tính momen ngẫu lực.
- Nêu được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. Nhận biết được các dạng cân bằng bền, cân bằng không bền, cân bằng phiếm định của một vật rắn.
- Nêu được đặc điểm để nhận biết chuyển động tịnh tiến của một vật rắn.
- Nêu được, khi vật rắn chịu tác dụng của một momen lực khác không, thì chuyển động quay quanh một trục cố định của nó bị biến đổi (quay nhanh dần hoặc chậm dần).
- Nêu được ví dụ về sự biến đổi chuyển động quay của vật rắn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng của vật đối với trục quay.
Kĩ năng
- Vận dụng được điều kiện cân bằng và quy tắc tổng hợp lực để giải các bài tập đối với trường hợp vật chịu tác dụng của ba lực đồng quy.
- Vận dụng được quy tắc xác định hợp lực để giải các bài tập đối với vật chịu tác dụng của hai lực song song cùng chiều.
động quay của vật rắn quanh một trục cố định 5) Ngẫu lực
- Vận dụng quy tắc momen lực để giải được các bài toán về điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác dụng của hai lực.
- Xác định được trọng tâm của các vật phẳng đồng chất bằng thí nghiệm.
2.2.3. Phân tích cấu trúc kiến thức của chƣơng
Cấu trúc nội dung của chương được thể hiện qua sơ đồ sau:
Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực Cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song F1+F2= 0 F1+F2+F3= 0 Cân bằng của một vật quay quanh một trục Cân bằng của một vật có mặt chân đế Quay Cân bằng và chuyển động của vật
rắn Cân bằng Chuyển động Trọng tâm rơi trên mặt chận đế Fhl = 0 M1 = -M2 Tịnh tiến Cân bằng bền Cân bằng không bền Cân bằng phiếm định Cách xác định trọng tâm M = 0 M ≠ 0 Quay đều Quay nhanh dần Quay chậm dần Momen ngẫu lực
Nội dung của chương là xét sự cân bằng và chuyển động của vật rắn. Mỗi vật rắn có một điểm đặc biệt gọi là trọng tâm hay khối tâm của vật (trọng tâm chính là điểm đặt của trọng lực).
Chuyển động bất kỳ của một vật rắn có thể xem là tổng hợp của hai chuyển động thành phần: chuyển động tịnh tiến với vận tốc bằng vận tốc của khối tâm và chuyển động quay quanh một trục đi qua khối tâm. Do yêu cầu của chương trình, HS chỉ học hai trường hợp riêng: trường hợp cân bằng của vật khi không có chuyển động quay và trường hợp cân bằng của vật khi không có chuyển động tịnh tiến.
Về cân bằng của vật rắn, gồm có các trường hợp:
- Cân bằng của vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song. - Cân bằng của vật chịu tác dụng của ba lực song song.
- Cân bằng của vật có trục quay cố định. - Cân bằng của vật có mặt chân đế.
2.2 ng dạy học của chƣơng
* Về tình hình dạy
- Về giáo án: GV chủ yếu tóm tắt nội dung kiến thức trong SGK, chưa hoạch định hoạt động của giáo viên và của học sinh trong các giờ học. Vai trò tổ chức, định hướng của giáo viên chưa thể hiện rõ.
- Về phương pháp dạy học: Vẫn nặng nề truyền thụ một chiều, việc tiến hành bài dạy hầu như đều được diễn đạt bằng lời của giáo viên.
Chưa quan tâm đến việc tạo hứng thú cho học sinh trong quá trình học tập, lĩnh hội và vận dụng tri thức, một số giáo viên chưa chú ý đến việc dạy học sinh tự học, tự nghiên cứu, phát triển năng lực vân dung kiến thức, kĩ năng kĩ xảo cho học sinh.
Hầu hết giáo viên không làm thí nghiệm vì sợ mất nhiều thời gian, không để học sinh tham gia thiết kế và trực tiếp làm thí nghiệm. Do vậy không phát huy được tính tích cực và tự lực của học sinh. Việc sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại chưa thường xuyên, chưa hiệu quả, chỉ khi có tiết dự giờ thì mới sử dụng phần mềm hỗ trợ dạy học.
* Về tình hình học của học sinh: (như đã trình bày ở phần thực trạng ở chương 1)
2.3. Thiết kế tiến trình dạy học nhóm một số kiến thức chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” vật lý 10 THPT để phát huy tính tích cực và tự lực của học sinh.
Giáo án số 1 :
Bài 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH MOMEN LỰC
I. Mục tiêu cần đạt
1. Về kiến thức:
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của momen lực.
- Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (quy tắc momen lực)
2. Về kĩ năng:
- Thực hiện được TN để rut ra quy tắc momen.
- Vận dụng được khái niệm momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống và kĩ thuật cũng như để giải các bài tập vận dụng đơn giản.
3. Thái độ:
- Chủ động, tích cực trong quá trình xây dựng kiến thức mới. - Có thái độ hợp tác tích cực trong hoạt động nhóm.
- Hiểu biết thêm về kiến thức cân bằng của vật rắn trong thực tế và biết trân trọng áp dụng nó vào trong cuộc sống.
II. Chuẩn bị.
1. Dự kiến cách chia nhóm 2. Dự kiến nội dung ghi bảng
Bài 18 : Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực. I. Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực
1. Thí nghiệm
- TN1: đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ - TN2: đĩa quay cùng chiều kim đồng hồ - TN 3,4,5,6:
=> Lực có tác dụng làm quay đối với trường hợp vật có trục quay cố định
Lần đo F1 d1 F1d1 F2 d2 F2d2 1 (nhóm 3) 2 (nhóm 4) 3 (nhóm 5) 4 (nhóm 6)
Kết luận : Đối với những vật có trục quay cố định thì lực có tác dụng làm quay. vật cân bằng khi tác dụng làm quay theo chiều kim đồng hồ của lực này cân bằng với tác dụng làm quay ngược chiều kim đồng hồ của lực kia.
2. Momen lực
- Định nghĩa:
-Biểu thức : M F d.
-Đơn vị là N.m
(Khoảng cách d từ trục quay đến giá của lực gọi là cánh tay đòn của lực).
II. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực) 1. Quy tắc - Phát biểu: - Biểu thức: F d1 1 F d2 2 F d3 3 hay M1 M2 M3 - Tổng quát : F1d1+ F2d2 +… = F1‟d1‟ + F2‟d2‟ + … M1+M2+… =M‟1+ M‟2+… 2. Chú ý
3. Chuẩn bị thiết bị dạy học: Bộ TN nghiên cứu tác dụng làm quay của lực như hình 18.1 SGK. 4. Chuẩn bị phiếu học tập: Phiếu học tập số 1 1. Treo m1 tại A, quan sát hiện tượng xảy ra? 2. Nhận xét về
chiều quay của đĩa?
3. Lực F1 có tác dụng gì trong trường hợp này?
Phiếu học tập số 2
1. Treo m2 tại B,quan sát hiện tượng xảy ra? 2. Nhận xét về chiều quay của đĩa?
3. Lực F2 có tác dụng gì trong trường hợp này?
Phiếu học tập số 3
1. Treo m1(1 quả), m2 (2 quả) tại A,B sao cho đĩa cân bằng. 2. Đo F1, F2và d1, d2? 3. Tính tích F1d1 và F2d2 ? 4. Rút ra kết luận gì?
Phiếu học tập số 4
1. Treo m1(2 quả), m2 (3 quả) tại A,B sao cho đĩa cân bằng. 2. Đo F1, F2và d1, d2? 3. Tính tích F1d1 và F2d2 ?
4.Rút ra kết luận gì ?
Phiếu học tập số 5
1. Treo m1(2 quả), m2 (3 quả) tại A,B sao cho đĩa cân bằng. 2. Đo F1, F2và d1, d2?
3. Tính tích F1d1 và F2d2 ?
4. Từ trạng thái cân bằng trên, em hãy lấy bớt 1 quả nặng của m2. Khi đó F1.d1 và F2.d2 có độ lớn như thế nào với nhau và hiện tượng xảy ra như thế nào?
Ta có thể nhận xét gì về ý nghĩa vật lý của tích F.d? Phiếu học tập số 6 1. Treo m1(1 quả) như hình vẽ, m2 (3 quả) vắt qua ròng rọc gắn trên đĩa. 2. Chỉnh ròng rọc cho dây qua ròng
rọc tiếp xúc với 1 vòng tròn nào đó trên đĩa ? 3. Tính tích F1d1 và F2d2 ? A B A B A B A B A B
III. Sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức
“Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực
Điều gì sẽ xảy ra khi vật chịu tác dụng của một lực?
Cho biết trọng tâm của một số vật đồng chất và có dạng hình học đối xứng? Phát biểu quy tắc tổng hợp 2 lực đồng quy? Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của 3 lực không song song là gì?
Mômen lực Điều kiện cân bằng cuả một vật có trục quay cố định
Nhóm 1: đĩa tròn quay
ngược chiều kim đồng hồ Nhóm 2: đĩa tròn quay cùng chiều kim đồng hồ. Nhóm 3,4,5: đĩa đứng yên.
KL: Đối với những vật có trục quay cố định thì lực có tác dụng làm quay. vật cân bằng khi tác dụng làm quay theo chiều kim đồng hồ của lực này cân bằng với tác dụng làm
quay ngược chiều kim đồng hồ của lực kia.
Khái niệm Biểu thức Đơn vị trưng Đặc Quy tắc mômen Biểu thức Điều kiện áp dụng
IV. Tiến trình bài dạy
Hoạt động 1: Ổn định tổ chức lớp, kiểm tra bài cũ, đặt vấn đề vào bài mới (5 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Ổn định tổ chức lớp, nắm tình hình học sinh.
- Kiểm tra bài cũ:
+GV: Cho biết trọng tâm của một số vật đồng chất và có dạng hình học đối xứng? Phát biểu quy tắc tổng hợp 2 lực đồng quy? + GV: Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của 3 lực không song song là gì? -Đặt vấn đề vào bài:
+ GV: Điều gì sẽ xảy ra khi vật chịu tác dụng của một lực.
+ GV: Xung quanh chúng ta có rất nhiều vật không thể chuyển động tịnh tiến mà chỉ có thể quay quanh 1 trục; ví dụ: cánh cửa… Khi có một lực tác dụng lên vật thì vật sẽ chuyển động thế nào? Một vật chịu tác dụng của nhiều lực sẽ đứng yên khi nào? Chúng ta cùng tìm hiểu trong bài học hôm nay:
Bài 18 : Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực.
- GV: Ta có một đĩa tròn đồng chất được mắc vào một trục gắn trên giá cố định (Đặt TN lên bàn). Hiện tượng gì sẽ xảy ra khi tác dụng các lực khác nhau lên đĩa?
- Lớp ổn định tổ chức, báo cáo tình hình lớp.
- HS trả lời câu hỏi
- HS lắng nghe, suy nghĩ và trả lời câu hỏi.
+ Vật chuyển động có gia tốc + Hs chưa thể trả lời ngay được. Suy nghĩ và nhận thức vấn đề cần đặt ra.
- GV: Để trả lời câu hỏi này, các em hãy
làm các TN sau theo hướng dẫn
Hoạt động 2: Chia nhóm (3 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- GV: Chia lớp thành 6 nhóm (mỗi nhóm có 4 đến 6 HS).
+ Các nhóm cử nhóm trưởng, thư kí và người báo cáo . Các thành viên trong nhóm làm chung một nhiệm vụ
+ Nhiệm vụ của các nhóm là nhận thiết bị thí nghiệm, nhận phiếu học tập, cùng nhau tiến hành thí nghiệm và thảo luận các câu hỏi trong phiếu học tập. Nhóm trưởng sẽ điều khiển thảo luận, thư kí ghi lại các ý kiến thảo luận đã thống nhất hoặc chưa thống nhất và người báo cáo sẽ thay nhóm trình bày kết quả của nhóm.
- GV cho các nhóm trưởng lên nhận thiết bị thí nghiệm cho các nhóm
- HS ngồi theo nhóm. Lắng nghe nghe cách thức và nhiệm vụ của nhóm.
- Các nhóm trưởng lên nhận thiết bị thí nghiệm cho nhóm mình
Hoạt động 3: Tìm hiểu thí nghiệm cân bằng của một vật có trục quay cố định (15 phút)
- GV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm
- GV hướng dẫn chung cho các nhóm điều chỉnh chân vít sao cho dây dọi song song với mặt đĩa tròn, xoay đĩa tròn cho dây dọi vuông góc với thước nằm ngang.
- GV phát phiếu học tập, yêu cầu các nhóm
- HS quan sát dụng cụ
- HS lắp ráp thí nghiệm theo hướng dẫn của giáo viên.
tiến hành thí nghiệm và thảo luận các câu hỏi trong phiếu học tập. Thời gian cho các nhóm là 5 phút( mỗi nhóm thực hiện 2 thí nghiệm theo yêu cầu).
- GV bao quát lớp và theo dõi các nhóm làm thí nghiệm.
- Sau 5 phút GV yêu cầu đại diện các nhóm sẽ lần lượt đứng tại chỗ trình bày về thí nghiệm và kết quả của nhóm mình. GV: Các em hãy trình bày các kết quả thu được của TN?
GV: Kết luận
+ Khi tiến hành thí nghiệm treo m1 tại A thì đĩa tròn quay ngược chiều kim đồng hồ + Treo m2 tại B thì đĩa tròn quay cùng chiều kim đồng hồ.
GV: Qua 2 thí nghiệm 1 và 2, lực F1 và lực