2.1. Phân tích nội dung kiến thức “Công, năng lượng, công suat”- Vật Lí lớp 10 co
bản theo định hướng giáo dục STEM
2.1.1. Cau trúc của mạch nội dung
Dựa theo chương trình giáo dục phê thông năm 2018 của Bộ giáo dục và đảo tạo, mạch nội dung này gdm 10 tiết. Cụ thé như sau:
Công và năng lượng 4
Động năng va thé năng 4
Công suat và hiệu suat nm
2.1.2. Mục tiéu của mạch nội dung
Căn cứ vào chương trình giáo dục phô thông năm 2018 của Bộ giáo dục va dao tạo, mục
tiêu mạch nội dung đáp ứng các yêu cầu cần đạt sau:
Bang 2.2. Yêu cau can đạt của mạch nội dung
“Công, Nang lượng, Công suất”
Công, năng lượng, công suất
Công và năng lượng ~ Chế tạo mô hình đơn giản minh hoạ được định luật bảo toàn năng lượng, liên quan đến một số dạng năng lượng
20
k
Động năng vả thể năng
— Trình bảy được vi dụ chứng tỏ có thê truyền năng lượng
từ vật này sang vật khác bằng cách thực hiện công.
~ Nêu được biểu thức tính công bằng tích của lực tác dụng
đo công la đơn vị đo năng lượng (với 1 J = 1 Nm); Tính
được công trong một số trường hợp đơn giản.
~ Từ phương trình chuyên động thăng biên đôi déu với vận
tốc ban đầu bằng không, rút ra được động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên vật.
~ Nêu được công thức tính thế năng trong trường trọng lực đều, vận đụng được trong một số trường hợp đơn giản.
— Phân tích được sự chuyên hoá động năng và thé nang của vật trong một số trường hợp đơn giản.
— Nêu được khái niệm cơ năng; phát biểu được định luật
bảo toàn cơ năng và vận dụng được định luật bảo toàn cơ
năng trong một số trường hợp đơn gián.
Công suất va hiệu suất ~ Từ một số tinh huống thực tế, thảo luận để nêu được ý
nghĩa vật lí và định nghĩa công suât.
~ Vận dụng được mối liên hệ công suất (hay tốc độ thực
hiện công) với tích của lực và vận tốc trong một số tình
huồng thực tế.
— Từ tình huéng thực tế, thảo luận đề nêu được định nghĩa hiệu suất, vận dụng được hiệu suất trong một số trường hợp thực tế.
21
2.1.3. Phân tích nội dung kiến thức “Công, Năng lượng, Công suất” theo định hướng
giáo dục STEM
2.1.3.1. Phân tích nội dung kién thức mạch nội dung “Công, Năng lượng, Công suất"
#% Công và năng lượng o Công
- Khi lực không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyền đời một đoạn
s theo hướng hợp với hướng của lực góc œ thì công thực hiện bởi lực đó được tinh theo công thức:
A = Fscosa
- Công cơ học là một đại lượng vô hướng có thé âm, có thé dương hoặc bằng 0 còn phụ thuộc vào góc hợp bởi phương của lực tác dụng với hướng chuyên đời của chuyên động
+ Khi 0 < @ < 90° thì cosa > 0 thì A > 0: lực sinh công dương (công phát động).
+ Khi 90° < @ < 180° thì cosa < 0 thì A < 0: lực sinh công âm (công cản).
+ Khi œ = 90° thi A = 0: lực sinh không sinh.
o Nang lượng
- Mọi hiện tượng xảy ra trong ty nhiên đều cần có năng lượng đưới các dạng khác nhau
như: cơ năng, hóa năng. nhiệt nang, điện năng. năng lượng ánh sang, nang lượng âm thanh, nắng lượng nguyên tử
- Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mat đi mà chỉ truyén từ vật nay sang vật khác hoặc chuyên hóa từ dang này sang dang khác. Như vậy, năng lượng luôn
được bảo toản.
# Động năng và thế năng
o Động nang
- Dang năng lượng ma một vật có được do nó đang chuyên động gọi là động năng.
- Động năng của một vật khối lượng m đang chuyên động với vận tốc v là năng lượng (kí hiệu W,) mà vật đó có được do nó đang chuyên động và được xác định theo công thức:
Mạ ==mv?đ a1
22
- Động năng của một vật biến thiên khi các lực tác dụng lên vật sinh công, ta có:
A==mv3 -—=mv}1 1 2 2
- Khi lực tac dung lên vật sinh công đương thi động năng của vật tăng (tức là vật thu thêm công — hay vật sinh công âm). Ngược lại, Khi lực tác dụng lên vật sinh công âm thì động năng của vật giảm (tức là vật sinh công dương).
o_ Thế năng
© Thé năng trọng trường
- Thể năng trọng trường của một vật là dang năng lượng tương tác giữa Trái Dat và vat:
nó phụ thuộc vao vị trí của vật trong trọng trường.
- Khi một vật khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Pat) thì thé năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức:
W, =ngz
- Khi một vật chuyên động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bang hiệu thé năng trong trường tại M và N.
Aun = W,(M) — W,(N)
e Thế năng đàn hồi
Thế năng đàn hôi là dang năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hỏi
1
o Condng
- Khi một vật chuyên động trong trong trường thì tông động năng và thé năng của vật
được gọi là cơ năng.
W = Mi + M, = smwŸ + mgz1
- Khi một vật chuyên động chuyển động trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì
cơ năng của vật là một đại lượng được bảo toàn.
W = Ma + W, = const hay W = zmw? + mgz = const1
23
Hệ quả: Trong quá trình chuyên động của một vật trong trọng trường:
- Nếu động năng giảm thi thé năng tang và ngược lai.
- Tại vị trí nào động năng cực đại thì thé nang cuc tiêu và ngược lại.
- Khi một vật chi chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo dan hồi thi trong quá trình chuyên động của vật, cơ năng được tính bằng tông động năng và thể năng đàn hồi của vật là một đại lượng bảo toàn
w => mv’? +5 k(ab? = const.1 1
® Céng suất và hiệu suất o Công suất
- Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công của lực, được xác định băng công
sinh ra trong một đơn vị thời gian.
P=-A
t
- Khi xét cho một khoảng thời gian rất bé, các đại lượng tác dụng lên vật có ý nghĩa tức
thời
| > lI ig >| s
+” F4
©_ Hiệu suất
- _ Hiệu suất là tỉ số giữa năng lượng có ich và năng lượng toan phan
_ Wei x _ Pet
H .100% hoặc H = ——. 100%
5 Wep Pep
Trong đó:
P,;: công suất có ích
Pyằ: cụng suất toàn phan
- _ Hiệu suất của động cơ nhiệt:
H= " 100%
Q
24
Trong đó:
A: công cơ học mà động cơ thực hiện
Q: nhiệt lượng mà động cơ nhận được từ nhiên liệu bị đốt cháy
2.1.3.2. Phân tích nội dung kiến thức “Công, Năng lượng, Công suất” gắn với một số ngành nghề ơ
Một số ngành nghề chủ yêu gắn với mạch nội dung “Công, Năng lượng, Công suất"
Bảng 2.3. Một số ngành nghệ gắn với mạch nội dung
“Công, Nang lượng, Công suất”
Công và năng lượng - Sản xuât xe ô tô và xe có động cơ khác
é 5 anh: 2
Động năng và thê năng Mã ngành: 2910
: - Sản xuất đỗ chơi, trò chơi
Công suat vả hiệu suat
Mã ngành: 3240
- Sản xuất mô tơ, máy phat, biến thẻ điện, thiết bị phân phối vả điều khiển điện.
Mã ngành: 2710
Một số chủ dé STEM gắn với nội dung kiến thức chương “Công, Năng lượng, Công suất”
nhằm bồi dưỡng NLDHNN của HS:
Bảng 2.4. Một số chủ dé STEM gắn với nội dung kiến thức chương
“Công, Năng lượng, Công suất”
“Xe năng lượng | Vận dụng Í_ Trình bày, | Ban vẽ kỳ|Tính toán
các kiến
mặt trời” tìm hiểu về thuật về mô công suất,
- Định hướng: Sản
xuất xe ô tô và xe
có động cơ khác
- “Tau lượn siêu
thức về Công, Năng lượng,
Động năng,
Công suất,
Hiệu suất...
dé xây dựng
nguyên lý hoạt động
của xe năng lượng mặt trời
-Vận dụng
thêm các
kiến thức về
hóa học, sinh học,...
để nghiên
cứu các tắc động bên
ngoài đối
với “Xe
năng lượng mặt trời”
-Vận dụng
các kiên
đặc tính của nguyên liệu,
dụng cụ dé thiết kế mô
hình xe năng lượng mặt trời.
Trình bày,
hình xe | hiệu suât năng lượng | của vật, thu mặt trời thập và xử
lý số liệu
trong quá
trình chế tạo
và thử nghiệm.
Tính toán
tốc” tìm hiểu vẻ
- Định hướng: Sản
xuất đồ chơi, trò
trong lượng,
thức về đặc tính của động năng
Công, Năng lượn siêu | của vật thu
dụng cụ như tốc
nguyên liệu,
lượng,
Động năng,
chơi. thập và xử
£ £ - £ “a
ong = XOp, lý sô liệu
26
- “Máy phát điện
chạy bằng sức
nước”
- Dinh hướng: San
xuất mô tơ, máy phát, biên thế điện, thiết bị phân phối
và điều khiên điện
Công suât,
Hiệu suất...
nguyên lý hoạt động của “Tau lượn siêu
tốc”
-Vận dụng thêm các
kiến thức về
hóa học, sinh học....
để nghiên
cứu các tác động bên
ngoài đối
với
-Vận dụng
các kiến
coc giây, các loại bị với vật liệu khác nhau (inox, nhựa,
g0...), bang keo... để thiết kế mô
hình “Tau lượn siêu tốc
Trình bày,
tìm hiểu về
Bản vẽ kỳ
về mô hình
trong quá
trình chế tạo
va thir nghiém.
Tinh toán giá thành thức về
Công, Năng
đặc tính của máy phát điện
trong quá
trình chế tạo
lượng, Động
nguyên liệu,
dụng cụ để
chạy
bằng sức va thir
năng, Công thiết kế mô nước. nghiệm.
suất, Hiéu hình “Máy
suât... dé xây dựng nguyên lý
của “Máy
phát điện
chạy bằng
sức nước”
27
phát điện
chạy bằng
SứC nước
-Vận dụng thêm các
kiên thức về
để nghién cứu các tác động bên
ngoài đối
với “Máy phát điện
chạy bằng
sức nước"
2.2. Xây dựng tiến trình day học theo hình thức bài học STEM nhằm phát triển năng lực định hướng nghề nghiệp của học sinh
TƯỜNG: sissiississsssscaisosasssssacssvaaize Họ và tên GV:...
1 ”sauunuseuateuuavasensavasencacsncaseneneacaneess
TÊN CHỦ ĐÈ
XE NANG LƯỢNG MAT TRỜI
Môn học: Vật lí, Lớp: 10
Thời gian thực hiện: 4 tiết + 2 tuần ở nha
* Kiến thức liên quan:
- _ Công và năng lượng
- Động năng và thé năng
| - Công suât và hiệu suat
© Vấn đề thực tiễn
Hàng vạn năm trước, con người chỉ có the di chuyên trên cạn bằng chính đôi chân của mình. Tuy nhiên, nhu cau về đi lại, vận chuyển hàng hóa cần được nâng cao, việc phát minh ra bánh xe đã cách mạng hóa giao thông, con người đã tạo ra các phương tiện điện hình là xe
ngựa kéo.
Đặc biệt năm 1889 đã đánh dau một bước ngoặt trong lich sử ngành 6 tô với sự ra đời của ô tô động cơ xăng những chiếc xe bồn bánh đầu tiên được xuất hiện thay thé hoàn toàn xe ngựa kéo về công suất, tốc độ.... Tiếp tục với sự phát triển đến ngày nay đi kèm với sự phát triển của khoa học - kỹ thuật - công nghệ, con người chúng ta đã sản xuất ra vô số các loại 6 tô về mẫu mã cũng như cau tạo dé phục vụ cho đời sống cũng như quá trình sản xuất.
Tuy nhiên đa số hiện nay các loại ô tô đều chạy băng xăng rất là phô biến. Chúng ta được
biết sử dung xăng sẽ gây ra mắt 60% năng lượng từ nhiên liệu do cấu tạo của động cơ đốt trong, bên cạnh đó ô tô sẽ thải ra khí CO2 cực kì gây hại cho sức khỏe của con người, đồng thời tác động lớn đến môi trường. Ngoài ra, sự biến động của giá xăng ngày càng đột biến, dẫn đến việc chúng ta phải tốn khá nhiều chi phí dé vận hành. Chính vì thé việc cải thiện chất lượng
ô tô góp phan giảm thiêu ô nhiễm môi trường, chỉ phí và bảo vệ giúp khỏe là một van đề đang
được quan tam.
Chính vì vay, xe nang lượng mặt trời sẽ là một giải pháp được đánh giá cao dé giai quyết
van đề trên. Với việc sử dụng nguồn năng lượng phát ra từ mặt trời để chuyên hóa thành điện năng giúp cho chúng ta vận hành xe. Đồng thời, năng lượng mặt trời có thé thay thé nhiều loại năng lượng khác, mang lại nhiều lợi ích, còn là nguồn năng lượng sạch, không bao giờ hết.
Ý nghĩa chủ dé
Nhận thấy tam quan trọng cải tiền chất lượng xe ô tô và định hướng nghé nghiệp cho các HS đang còn học tập và ngôi trên ghế nhà trường về vai trò của ngành sản xuất xe ô tô. Đề cải tiễn chúng tôi đã đưa một trong những biện pháp khả thi sau:
+ Tích hợp các hoạt động xây dựng mô hình vào bài học
29
+ Phân tích một số ngành nghề gắn với kiến thức, cụ thé trong chủ dé này là ngành sản
xuât xe 6 tô, xe có động cơ khác.
+ Thông qua việc tìm hiểu về lợi ích của năng lượng mặt trời dưới góc nhìn của kỹ sư thiết kế ô tô tương lai, HS cám thấy hứng thú hơn với ngành nghé sản xuất xe ô tô, xe có động cơ khác: từ đó đề xuất va thiết kế mô hình xe năng lượng mặt trời dé khắc phục những khó
khăn nêu trên.
® Ý tưởng chủ đề
Vai trò của xe năng lượng mặt trời
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động dựa trên các kiến thức vận dụng trong quá trình thiết kế và chế tạo xe năng lượng mặt trời
Chế tạo và thử nghiệm xe nang lượng mặt trời
DHNN cho HS, cụ thê là ngành Sản xuất ô tô. xe có động cơ
Nâng cao ý thức bảo vệ môi trường, sức khỏe con người
% Kiến thức STEM trong chủ đề
-Công và năng Sử dụng tam pin năng | Thiết kể bản vẽ | Tính toán giá thành lượng lượng mặt trời dé chế tạo |mô hình xe | nguyên vật liệu của xe
- Động năng. xe năng lượng mặt trời | năng lượng mặt | mô hình
- Công suất, hiệu trời
suất
- Sản xuất 6 tô, xe có động cơ là ngành nghé nằm trong hệ thống kinh tế Việt Nam, được ban hành theo quyết định s6 27/2018/QĐ-TTg, ngay 06/07/2018 của Thủ tướng Chính phủ.
30
- Có mã ngành theo cap số 4 là 2910 và cấp số 5 là 29100.
291 2910 | 29100 | Sản xuất 6 tô, xe có động cơ khác
292 2920 29200 | Sản xuất thân xe ô tô, xe có động cơ khác, ro móoc
vả bán rơ móoc
® Phân tích nội dung kiến thức cần đạt của chú đề
~ Chế tạo mô hình
đơn giản mình hoạ
được định luật bảo
[VL1] toàn năng lượng,
liên quan đến một số đạng năng lượng
khác nhau.
~ Trinh bày được vi
dụ chứng tỏ có thé Vật lí
truyền năng lượng
Công và - năng lượng
[VL2]
từ vật này sang vật
khác bảng cách
thực hiện công.
- Nêu được biểu
[VL3I thức tính công băng tích của lực tác
dụng vả độ dich
[VL4]
——
[VL5]
[VLó]
chuyên theo
phương của lực,
nêu được đơn vị đo công là đơn vị đo năng lượng (với | J
= 1 Nm); Tính được công trong
một số trường hợp
đơn giản.
~ Từ phương trình
chuyển động thăng biến đổi đều với
vận tốc ban đầu
bằng không, rút ra
được động năng của vat có giá trị
bằng công của lực
tác dụng lên vật.
Động năng và thể Ì — Nêu được công
nang thức tinh thé năng
trong trường trọng
lực đều, vận dụng
được trong một số
trường hợp đơn giản.
— Phân tích được sự
chuyển hoá động năng và thế năng
của vật trong một
32
[VL7]
[VL8]
[VL9]
suất
số trưởng hợp đơn |
giản.
- Nêu được khái niệm cơ năng; phát
biéu được định luật
bảo toàn cơ năng và
vận dụng được định
luật bảo toàn cơ
năng trong một số
trường hợp đơn giản.
—= Nêu được ý nghĩa
vật lí và định nghĩa
công suat.ˆ £
— Vận dụng được
Á+ . ˆ a
môi liên hệ công
suất (hay tốc độ
thực hiện công) với tích của lực và vận
tốc trong một số tình huống thực tế.
= Nêu được định
nghĩa hiệu suất,
vận dụng được
hiệu suất trong một số trường hợp thực
¿+
te.
33
[VLI0]
[CN]
[THỊ
Nguyên lý hoạt động của xe năng lượng mặt trời
Nguyên vật liệu chế
tạo mô hìmh xe năng lượng mặt trời
Lap rap mỏ hình xe
năng lượng mắt trời
Tỉnh toán số liệu dé thực. hiện chế tạo
mô hình
® Mục tiêu chủ đề
Vận dụng định luật bảo toàn năng lượng, liên quan
đến một số dạng
năng lượng khác
nhau để tìm hiểu
nguyên lý hoạt động của xe năng
lượng mặt trời
Tìm hiểu nguyên vật liệu chế tạo mô
hình xe năng lượng
mặt trời
Lắp ráp được mô
hình xe năng lượng
các tông hoặc các
vật dụng đơn giản
khác.
Tính toán được các
số liệu cân thiết về
mô hình xe năng lượng Mặt Trời trên bản vẽ kỹ thuật.
Bảng 2.7. Mục tiêu chu dé
34
Toán học