CHƯƠNG II: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM TỰ TẠO CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM BỘ MÔN VẬT LÝ LỚP 10 THPT
2.3. Xây dựng một số thí nghiệm chương “Động lực học chất điểm”
2.4.2 Bài soạn số 2: Ba định luật Newton (tiết 1)
Tiết 17 : BA ĐỊNH LUẬT NIUTƠN
I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức a) Phát biểu đƣợc : - Định nghĩa quán tính.
- Định luật I và định luật II Niu-tơn
- Định nghĩa khối lƣợng và các tính chất của khối lƣợng.
b) Viết đƣợc công thức của định luật I, định luật II Niu-tơn và công thức của trọng lực.
c) Nắm đƣợc ý nghĩa của các định luật I và định luật II Niu-tơn.
2. Kỹ năng
- Vận dụng định luật I, định luật II Niu-tơn, khái niệm quán tính và cách định nghĩa khối lƣợng để giải thích một số hiện tƣợng vật lí đơn giản.
- Phân biệt đƣợc khái niệm : khối lƣợng, trọng lƣợng.
- Giải thích đƣợc : ở cùng một nơi ta luôn có : 1 1
2 2
P m
P m II. CHUẨN BỊ
Giáo viên : Chuẩn bị các thí nghiệm sử dụng trong định luật I và định luật II Niu-tơn - Thí nghiệm lịch sử của Galile
- Thí nghiệm định tính về mối quan hệ giữa lực, gia tốc và khối lƣợng của vật Học sinh :
- Ôn lại kiến thức đã đƣợc học về lực, cân bằng lực và quán tính.
- Ôn lại quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy.
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC (Tiết 1)
Ngày giảng Tiết Lớp Học sinh vắng
Hoạt động 1 (5 phút) : Kiểm tra bài cũ
1. Tổng hợp lực là gì? Phát biểu quy tắc hình bình hành
2. Phân tích lực là gì? Nêu cách phân tích một lực thành hai lực thành phần đồng quy theo hai phương cho trước
Hoạt động 2 (15 phút) : Tìm hiểu Định luật I Newton
Đặt vấn đề : Giả sử ta có một quyển sách đặt trên 1 mặt bàn nằm ngang, ban đầu quyển sách đứng yên. Để quyển sách chuyển động ta phải đẩy nó, hay tác động vào nó 1 lực. Khi thôi tác động quyển sách sẽ nhanh chóng dừng lại. Đó là do có ma sát.
Vậy câu hỏi đặt ra là :
+ Nếu không có ma sát thì quyển sách sẽ tiếp tục chuyển động như thế nào?
+ Nếu không có lực tác dụng thì vật có duy trì được chuyển động của mình hay không?
Ta sẽ có câu trả lời khi nghiên cứu Định luật I Newton
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của
học sinh Nội dung cơ bản
- Để trả lời cho câu hỏi:
Nếu không có ma sát thì quyển sách sẽ tiếp tục chuyển động như thế nào?
Ta cùng xem xét thí nghiệm lịch sử của Galile - Trình bày thí nghiệm Galilê : Ông dùng hai máng nghiêng giống nhƣ máng nước, bố trí như hình 10.1 rồi thả một hòn bi cho lăn xuống theo máng nghiêng 1, ông thấy hòn bi lăn ngƣợc lên mang 2 đến một độ cao gần
- HS theo dõi các suy luận lôgic cũng những lập luận của Ga-li-lê trong các thí nghiệm mà ông tiến hành để phát hiện ra lực ma sát.
I. Định luật I Newton.
1. Thí ngihệm lịch sử của Galilê.
bằng độ cao ban đầu.
- Vậy tại sao viên bi không thể lăn lên máng 2 đến một độ cao nhƣ ỏ máng 1? Năng lƣợng của viên bi bị mất mát đi đâu?
- Khi hạ thấp độ nghiêng của máng 2, và thả hòn bi nhƣ thí nghiệm trên, các em hay cho dự đoán so sánh trong 2 trường hợp:
+ Thứ nhất : quãng đường đi được của hòn bi + Thứ hai : độ cao mà hòn bi lăn ngƣợc lên máng 2
- Kết quả thí nghiệm cho thấy :
+ Quãng đường đi được của hòn bi trong trường hợp 2 là lớn hơn
+ Độ cao mà hòn bi lăn ngƣợc lên máng 2 trong trường hợp 1 là cao hơn nhưng không nhiều (do lực ma sát nhỏ).
- Sử dụng định luật bảo toàn năng lƣợng để thấy năng lƣợng của viên bi đã phải chuyển một phần để thắng lực ma sát nên không thể lăn ngƣợc lên máng 2 đến cùng một độ cao nhƣ máng 1
- Dự đoán :
+ Quãng đường đi được của hòn bi trong trường hợp 2 là lớn hơn
+ Độ cao mà hòn bi lăn ngƣợc lên máng 2 trong trường hợp 1 là cao hơn
- Thí nghiệm cho thấy : Góc nghiêng càng nhỏ thì quãng đường đi được của hòn bi là càng dài
- Hãy cho nhận xét về mối quan hệ giữa quãng đường đi đƣợc của hòn bi trên máng 2 và góc nghiêng của máng 2
- Trình bày dự đoán của Galilê : Ông tiên đoán rằng, nếu không có ma sát và nếu máng 2 nằm ngang thì hòn bi sẽ lăn với vận tốc không đổi mãi mãi - Nhƣ vậy với thí nghiệm, Galile đã chỉ ra lực ma sát và tin rằng nếu không có ma sát thì không cần đến lực để duy trì chuyển động của một vật.
- Về sau, Newton đã khái quát các kết quả quan sát và thực nghiệm thành đình luật sau đây, gọi là Định luật I Newton
- Nêu và phân tích định luật I Newton.
- Vận dụng Định luật I Newton trả lời câu hỏi sau: Khi thực hiện việc đi đều, vừa đi vừa tung 1 viên phấn lên không trung. Nếu muốn viên
- Đọc sgk, tìm hiểu định luật I.
- Dự đoán : phải tung viên phấn về phía trước cùng chiều di chuyển của người
2. Định luật I Newton.
- Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không.
Thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.
phấn lại rơi đúng về tay chúng ta thì phải tung thế nào?
A. Tung về phía trước B. Tung theo thẳng đứng C. Tung viên phấn về phía sau
D. Không thể thực hiện đƣợc việc này
- Đề nghị 1 HS lên làm thử phương án đã chọn.
- Để viên phấn quay về đúng tay ta thì phải tung theo phương thẳng đứng.
Do theo phương ngang, người sẽ chuyển động thẳng đều cùng vận tốc đối với viên phấn.
- Nhƣ vậy Định luật I Newton cho phép ta phát hiện ra rằng mọi vật đều có một tính chất mà nhờ nó vật tiếp tục chuyển động đƣợc ngay cả khi các lực tác dụng vào vật mất đi. Tính chất ấy gọi là quán tính.
- Làm thí nghiệm và rút ra kết luận
- Chú ý lắng nghe - Ghi nhớ
3. Quán tính.
- Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc của về hướng và độ lớn.
- Định luật I Newton còn gọi định luật quán tính, và chuyển động thẳng đều còn gọi là chuyển động theo quán tính
- Yêu cầu HS trả lời C1 ở nhà để giờ sau kiểm tra bài cũ.
Hoạt động 2 ( 20 phút) : Tìm hiểu định luật II Newton.
Đặt vấn đề : Ta có thí nghiệm sau
TN 1: Hai vật nặng A và B có khối lƣợng nhƣ nhau, đặt trên 2 mặt bàn giống nhau, kéo 2 vật trên bằng 2 vật C và D có khối lƣợng khác nhau (mC < mD). Nhƣ hình vẽ
Giáo viên Học sinh
- Trong cùng 1 khoảng thời gian vật nào chuyển động được quãng đường dài hơn?
- Vậy vật nào có gia tốc lớn hơn?
- Vật B sẽ chuyển động được quãng đường dài hơn
- Ta thấy : aA < aB
vậy lực tác dụng vào vật lớn hơn, sẽ gây ra gia tốc lớn hơn TN 2: Sử dụng vật E đặt lên vật A, khiến cho khối lƣợng
vật là (mA + mE). Đồng thời thay kéo vật (A+E) và B bằng 2 vật có khối lƣợng nhƣ nhau là C và D.
Nhƣ vậy lần này lực kéo 2 vật là nhƣ nhau, nhƣng khối lƣợng 2 vật là khác nhau, ta thấy vật nào nặng hơn thì thay đổi vật tốc chậm hơn, nên gia tốc chậm hơn. Vậy đối với cùng một lực tác dụng, khối lƣợng của vật nhỏ hơn thì gia tốc của vật sẽ lớn hơn.
- Vậy từ hai thí nghiệm 1 và 2 ta thấy đƣợc mối quan hệ định tính giữa gia tốc của vật, lực và khối lƣợng. Tuy nhiên mối quan hệ nhƣ thế nào thì ta còn chƣa rõ. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu trong mục II. Định luật II Newton
A B
C D
E
B A
C D
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của
học sinh Nội dung cơ bản
- Từ những quan sát và thí nghiệm (bao gồm cả những quan sát thiên văn), Newton đã khái quát lên thành định luật, gọi là định luật II Newton
- Nêu và phân tích định luật II Newton.
- Cho ví dụ về trường hợp vật chịu tác dụng của nhiều lực.
- Lúc đầu, khối lƣợng chỉ đƣợc hiểu là một đại lƣợng dùng để chỉ lƣợng chất chứa trong vật, nhƣng định luật II Newton đã cho ta một cách hiểu mới về khối lƣợng. Đầu tiên chúng ta cùng trả lời câu hỏi C2 trong SGK
- Ghi nhận định luật II.
- Viết biểu thức định luật II cho trường hợp có nhiều lực tác dụng lên vật.
- Trả lời câu hỏi C2 : Theo ĐL II Newton, vật nào có khối lƣợng lớn hơn thì thu gia tốc nhỏ hơn, tức là thay đổi vận tốc chậm hơn.
II. Định luật II Newton.
1. Định luật .
Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lƣợng của vật.
m
a F hay F ma - Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụngF1,F2,...,Fn thì Flà hợp lực của các lực đó :
Fn
F F
F 1 2 ...
2. Khối lƣợng và mức quán tính.
- Nếu HS chƣa thể trả lời ngay được, GV định hướng HS quay trở lại với thí nghiệm 2 ở đầu mục II. Ta thấy vật có khối lƣợng lớn hơn thì tăng tốc chậm hơn.
Nhƣ vậy, trong cùng một khoảng thời gian, vật có khối lƣợng lớn hơn có vận tốc thay đổi một lƣợng nhỏ hơn. Hay vật có khối lƣợng lớn hơn thì khó làm thay đổi vận tốc hơn.
- Nhƣ vậy theo định luật II Newton, khối lƣợng còn dùng để chỉ mức quán tính của vật. Cách hiểu mới này cho phép ta so sánh khối lƣợng của các vật bất kì, dù làm bằng cùng một chất hay bằng các chất khác nhau. Cứ vật nào có mức quán tính lớn hơn thì có khối lƣợng lớn hơn và ngƣợc lại. Từ đó ta có định nghĩa.
- Nêu và phân tích định nghĩa khối lƣợng dựa trên mức quán tính.
- Yêu cầu HS vận dụng lý thuyết trả lời câu hỏi C3 tại
- Ghi nhớ
a) Định nghĩa.
Khối lƣợng là đại lƣợng đặc trƣng cho mức quán tính của vật.
nhà.
- Nêu và giải thích các tính chất của khối lƣợng.
- Nêu và phân tích khái niệm trọng lực
- Nêu và phân tích khái niệm trọng lƣợng
- Định luật II Newton còn cho ta một cách xác định lực. Nếu một vật có khối lƣợng m, chuyển động với gia tốc a, thì lực hay hợp lực tác dụng lên vật có độ
- Nhận xét về các tính chất của khối lƣợng.
- Ghi nhận khái niệm.
- Ghi nhận khái niệm.
b) Tính chất của khối lượng.
+ Khối lƣợng là một đại lượng vô hướng, dương và không đổi đối với mỗi vật.
+ Khối lƣợng có tính chất cộng.
3. Trọng lực. Trọng lƣợng.
a) Trọng lực.
Trọng lực là lực của Trái Đất tác dụng vào vật, gây ra cho chúng gia tốc rơi tự do. Trọng lực đƣợc kí hiệu là P. Trọng lực tác dụng lên vật đặt tại trọng tâm của vật.
b) Trọng lượng.
Độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật gọi là trọng lƣợng của vật, kí hiệu là P. Trọng lƣợng của vật đƣợc đo bằng lực kế.
lớn bằng tích ma.
- Áp dụng điều trên vào trường hợp vật rơi tự do để tìm biểu thức trọng lực - Vận dụng trả lời câu hỏi C4 SGK
- Xác định công thức tính trọng lực.
- Tại cùng một nơi thì có cùng gia tốc rơi tự do:
1 1 1
2 2 2
P m g m
P m g m
c) Công thức của trọng lực.
g m P
Hoạt động 3 (5 phút) : Giao nhiệm vụ về nhà
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nêu câu hỏi và bài tập về nhà.
Yêu cầu HS chuẩn bị bài sau.
Ghi câu hỏi và bài tập về nhà.
Ghi những chuẩn bị cho bài sau.
IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY