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”
2.4.1 Bài soạn số 1: Tổng hợp và phân tích lực. Điều kiện cân bằng của chất điểm
Tiết 16 : TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH LỰC.
ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CHẤT ĐIỂM
I. Mục tiêu 1. Kiến Thức:
- Phát biểu đƣợc khái niệm đầy đủ về lực và tác dụng của hai lực cân bằng lên một vật dựa vào khái niệm gia tốc.
- Phát biểu đƣợc định nghĩa tổng hợp lực, phân tích lực và quy tắc hình bình hành.
- Biết đƣợc điều kiện để có thể áp dụng phân tích lực.
- Viết đƣợc biểu thức toán học của quy tắc hình bình hành.
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một chất điểm.
2. Kĩ Năng
- Biết cách phân tích kết quả thí nghiệm, biểu diễn các lực và rút ra quy tắc hình bình hành.
- Vận dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực của hai lực đồng quy hoặc để phân tích một lực thành hai lực đồng quy theo các phương cho trước.
- Vận dụng giải một số bài tập đơn giản về tổng hợp lực và phân tích lực.
II. Chuẩn bị:
1. GV: Bộ TN tổng hợp lực: 3 lực kế, 2 ròng rọc, dây, vòng sắt…
2. HS: Xem lại các kiến thức THCS về lực và cân bằng lực III Tiến trình lên lớp:
1. Kiểm tra bài cũ: Không kiểm tra
Ngày giảng Tiết Lớp Học sinh vắng
2. Bài mới.
Hoạt động 1(1 phút): Giới thiệu bài
Trong chương 1 chúng ta đã nghiên cứu về các dạng chuyển động của chất điểm nhưng chưa quan tâm tới nguyên nhân gây ra các chuyển động đó. Ở chương này chúng ta sẽ nghiên cứu về các nguyên nhân gây ra các dạng chuyển động của chất điểm.
Trước khi vào bài mới tôi có một vài câu hỏi cho các em như sau:
1. Tại sao khi nhiều người cùng kéo một vật nặng như kéo pháo, kéo gổ thì cần phải có người bắt nhịp hò dô?
2. Tại sao khi cẩu hàng người ta phải dùng nhiều sợi dây?
3. Dân gian có câu “Vụng chẻ khỏe nêm”. Khi chẻ những khúc củi lớn, việc dùng chiếc nêm có tác dụng nhƣ thế nào?
Để trả lời các câu hỏi này ta cùng đi vào bài học ngày hôm nay: Lực. Tổng hợp và phân tích lực.
Hoạt động 2 (7 phút): Lực. Cân bằng lực.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Kiến thức trọng tâm
- Ở THCS các em đã học về khái niệm lực. Vậy em nào có thể phát biểu lại định nghĩa của lực?
- Lực đƣợc biểu diễn nhƣ thế nào?
- Khi vật thay đổi vận tốc tức là vật đã có 1 gia tốc nào đó. Nhƣ vậy ta có thể nêu định nghĩa mới của lực:
- Các em hãy nhìn vào hình vẽ 9.1 và trả lời câu hỏi C1.
- Lực là tác dụng của vật này vào vật khác làm cho vật thay đổi vận tốc (hoặc biến dạng).
- Lực đƣợc biểu diễn bằng 1 đường thẳng có định hướng (1 véc tơ) - Ghi nhận
- Lực của người kéo dây cung đã làm cánh cung biến dạng, lực căng của dây khiến cho mũi tên có thể bay ra xa.
I. Lực. Cân bằng lực 1. ĐN:
- Lực là đại lƣợng vec tơ đặc trƣng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng.
- Cân bằng là gì? Theo em thế nào đƣợc gọi là lực cân bằng?
- Cân bằng là 1 hệ thống ổn định (không thay đổi).
Lực cân bằng là lực không gây tác động biến đổi cho vật
2. Lực cân bằng: Các lực cân bằng là các lực khi tác dụng đồng thời vào 1 vật thì không gây ra gia tốc cho vật.
- Thông báo: Vì lực đƣợc biểu diễn bằng 1 vec tơ nên ta luôn có 1 đường thẳng chứa vec tơ lực. Đường thẳng này đƣợc gọi là giá của lực.
- 2 lực cân bằng là 2 lực cùng tác dụng lên 1 vật.
cùng giá, ngƣợc chiều và cùng độ lớn.
- Yêu cầu HS làm câu C2
- Yêu cầu HS nhận xét về các lực trên? Tác dụng của các lực đó lên quả cầu nhƣ thế nào?
- Chú ý lắng nghe
- Có hai lực tác dụng vào vật:
+ Trọng lực : do tác dụng của trái đất
+ Lực căng dây : do tác dụng của dây treo
- Đây là hai lực cân bằng có tác dụng làm quả cầu đứng yên
3. Giá của lực: Đường thẳng mang vec tơ lực gọi
là giá của lực.
- Hãy nêu đơn vị của lực mà các em đã học
- Đơn vị của lực là Niu-tơn (N)
4. Đơn vị của lực:
- Đơn vị là Newton ký hiệu là N
Hoạt động 3 (10 phút): Tổng hợp lực.
Giới thiệu: Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu về vấn đề tổng hợp lực với các nội dung chính là: Định nghĩa tổng hợp lực và quy tắc tổng hợp lực.
- Trong toán học các em đã học về phép cộng 2 đại lƣợng vec tơ. Một em hãy trình bày lại
- Nếu có 2 vec tơ: AB và BC
thì ta có tổng của chúng sẽ là: AB BC AC
phép cộng vec tơ!
- Nếu ta có 2 vec tơ chung gốc: OA
và OB
thì ta làm thế nào để xác định đƣợc vec tơ tổng của chúng ?
- Ta có nhận xét gì về tứ giác OACB?
- Ta sẽ làm thí nghiệm để xét xem vec tơ lực có tuân theo các quy tắc của vec tơ toán học hay không.
- Ta vẽ AC OB
khi đó OA OB OA AC OC
- OACB là 1 hình bình hành, và OC là 1 đường chéo.
- Giới thiệu và nêu công dụng của bộ dụng cụ TN:
+ Lực kế: Đo độ lớn các lực tác dụng
+ Ròng rọc: Có tác dụng đổi hướng các lực.
+ Vòng sắt: Là điểm để các lực tác dụng.
+ Đo độ:
+ Nam châm: Cố định các dụng cụ.
+ Giá TN:
+ Dây
- Tiến hành TN:
+ Ba lực kế mỗi lực kế đƣợc nối với 1 dây mảnh, không giãn. Một đầu của dây đƣợc buộc vào vòng nhẫn.
+ Hai lực kế 1 và 2 đƣợc vắt qua ròng rọc và kéo theo phương thẳng đứng xuống dưới.
- Quan sát dụng cụ và ghi chép.
- Quan sát thí nghiệm và ghi chép kết quả.
1. Thí Nghiệm
* Dụng cụ:
- Lực kế - Ròng rọc - Vòng sắt - Nam châm - Đo độ - Giá TN - Dây
* Mục đích:
Khảo sát tính chất cộng của tổng hợp lực
* Tiến hành và kết quả:
- Tổng hợp của 2 lực F1 và F2
có tác dụng nhƣ 1 lực F cân bằng với tác dụng của F3
Lực kế thứ 3 trực tiếp kéo vòng sắt thẳng đứng xuống dưới.
+ Đọc chỉ số các lực kế.
Dùng bút dạ vẽ hình bình hành có 2 cạnh tương ứng với 2 vec tơ
F1
và F2 sau đó xác định đường chéo của hình bình hành (gọi là
F
).
+ So sánh F
và F3? + Yêu cầu học sinh giải thích sự cân bằng của chiếc vòng sắt.
+ Thay đổi độ lớn của F1
,F2
và góc giữa 2 vec tơ đó. Ta thu đƣợc kết quả tương tự.
- F
và F3
là 2 lực cân bằng.
- Chiếc vòng sắt cân bằng là do tác dụng tổng hợp của
F1
và F2 đã cân bằng với tác dụng của F3
- Lực F
tuân thủ quy tắc hình bình hành nhƣ trong toán học F F 1 F2
* Kết luận:
Ta thấy 2 lực tác dụng lên cùng 1 vật thì tác động của chúng tương tự như tác dụng của 1 lực có độ lớn đƣợc xác định theo quy tắc cộng vec tơ trong toán học.
- Thông báo định nghĩa
tổng hợp lực. - Ghi chép
2. Định nghĩa:
Tổng hợp lực là thay thế các lực tác dụng đòng thời vào cùng 1 vật bằng 1 lực có tác dụng giống hệt nhƣ các lực ấy.
-Yêu cầu học sinh từ kết quả của thí nghiệm nêu quy tắc hình bình hành
- Phát biểu, ghi chép
3. Quy tắc hình bình hành - Nếu 2 lực đồng quy làm thành 2 cạnh của 1 hình bình hành thì đường chéo kẻ từ điểm đồng quy biểu diễn hợp lực của chúng.
- GV thông báo công thức độ lớn của hợp lực.
- GV mở rộng cho 3 lực đồng quy: Với 3 lực tác dụng ta sẽ tổng hợp 2 lực sau đó lấy hợp lực của chúng tổng hợp với lực còn lại.
1 2
F F F
2 2
1 2 2 1 2 os
F F F F F c
Hoạt động 4 (3 phút): Điều kiện cân bằng của chất điểm.
Từ kết quả của thí nghiệm các em hãy cho biết khi nào thì vòng sắt đứng cân bằng?
Khi vòng cân bằng ta luôn có: F1 F2 F3
Phát biểu điều kiện cân bằng của chất điểm.
Phát biểu. Muốn cho 1 chất điểm
đứng cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không.
1 2 ... 0
F F F
Hoạt động 5 (7 phút): Phân tích lực - Hãy nghiên cứu SGK và
nêu cách giải thích khác về sự cân bằng của vòng sắt
- Đọc sách, phát biểu 1. Có thể giả thích sự cân bằng của vòng sắt: F3
có 2 tác dụng: Thành phần F1'
cân bằng với F1
và thành phần F2'
cân bằng với F2 (nhƣ hình 9.8)
- Nêu khái niệm phân tích
lực. - Ghi chép.
2. Định nghĩa:
- Phân tích lực là thay thế 1 lực bằng 2 hay nhiều lực có tác dụng giống hệt nhƣ lực đó.
Các lực thay thế đƣợc gọi là các lực thành phần.
- Thông báo cách phân tích 1 lực thành 2 lực thành phần.
- Chú ý lắng nghe 3. Muốn phân tích F3
thành 2 lực thành phần theo 2 phương MO và NO ta làm nhƣ sau: Từ đầu mút của
F3
ta kẻ 2 đường thảng song song với 2 phương đó.
Chúng cắt những phương này tại các điểm E và G.
Các vec tơ OE
và OG
biểu diễn các lực thành phần F1'
và F2'
- Khi phân tích lực ta thấy ta có thể vẽ ra rất nhiều hình bình hành nhận vec tơ đã cho làm đường chéo. Nhƣ vậy phải chăng ta có thể phân tích 1 lực thành các lực thành phần bất kì?
- Không thể phân tích 1 lực đã cho thành các lực thành phần bất kì. Các lực thành phần sẽ phải có phương được định trước
- Chỉ khi biết 1 lực có tác dụng cụ thể theo 1 phương nào thì mới phân tích lực đó theo 2 phương ấy.
Hoạt động 6 (10 phút): Củng cố.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu HS giải tại lớp các bài tập 5, 7
trang 58 - SGK
Giải các bài tập 5, 7trang 58 - SGK Hoạt động 7 (5 phút): Mở rộng (nếu còn thời gian)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Cho thí nghiệm :
- Cho vật nặng có khối lượng biết trước, các góc hợp bởi các cặp dây treo đƣợc đọc trên thước đo góc.
- Ghi chép số liệu, giải trên lớp hoặc về nhà
Yêu cầu HS chỉ ra giá trị của các lực kế!
Hoạt động 8 (2 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