2.2.2.1. Lí do cải tiến, chế tạo thí nghiệm.
Thí nghiệm có vai trò rất quan trọng trong việc dạy học Vật lý, đặc biệt dạy học Vật lý theo LTKT. Nhƣng qua thực tế khảo sát, chúng tôi nhận thấy trƣờng học mà chúng tôi thực nghiệm các thí nghiệm chƣa đáp ứng đƣợc mục tiêu dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Vì vậy, để phát huy tính tích cực của HS, nâng cao kết quả học tập khi dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”theo LTKT chúng tôi cải tiến, chế tạo và sử dụng một số thí nghiệm trong dạy học.
2.2.2.2. Các thí nghiệm chế tạo, cải tiến.
Thí nghiệm 4 :
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực - Dụng cụ : Bìa cứng và nhẹ, hai ròng rọc, hai sợi dây , hai vật có khối lƣợng bằng nhau (hai lực kế).
- Tiến hành: Móc hai lực kế vào vật, quan sát đặc điểm của hai lực khi vật rắn ở trạng thái cân bằng.
- Kết luận: Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực là hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngƣợc chiều (hai lực trực đối).
Hình 2.5. Thí nghiệm xác định điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực
Thí nghiệm 5:
- Mục đích: Biết cách xác định trọng tâm của một vật mỏng, phẳng.
- Dụng cụ : Một chân đế, một thanh trụ, một gia trọng, một sợi dây, những tấm phẳng có hình dạng bất kỳ và có hình dạng đặc biệt (hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn, vành tròn).
- Tiến hành:
+ Bƣớc 1: Buộc dây vào một điểm A trên vật rồi treo lên. Vẽ đƣờng AB đi qua sợi dây.
+ Bƣớc 2: Buộc dây vào một điểm C, tƣơng tự vẽ một đƣờng CD đi qua sợi dây.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 2.6. Thí nghiệm về cách xác định trọng tâm của một vật mỏng, phẳng
Thí nghiệm 6.
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song.
- Dụng cụ : Hai lực kế, một vật phẳng mỏng đã biết trọng tâm, một dây dọi. - Tiến hành: + Treo vật có trọng lƣợng P bằng lực kế F , dùng phấn vẽ P và F theo tỉ lệ xích nhất định. Vật ở trạng thái cân bằng thì P F 0 + Thay F bằng hai lực F1 và F2
sao cho vật giữ nguyên vị trí cũ, khi đó dùng phấn vẽ F1
và F2
theo tỉ lệ xích nhất định.
+ Dùng quy tắc tổng hợp của hai lực có giá đồng quy để tìm hợp lực F'
của F1 và F2 + So sánh F' và F - Kết luận: ' F F 1 2 0 P F F
=> Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song: + Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy.
+ Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba.
Hình 2.7. Thí nghiệm xác định điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Học sinh đang thiết kế thí nghiệm 4, 5, 6
Hình 2.8. Nhóm 1 thiết kế thí nghiệm 4 Hình 2.9. Nhóm 2 thiết kế thí nghiệm 5 Hình 2.10. Nhóm 3 thiết kế thí nghiệm 6 Thí nghiệm 7:
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế
- Dụng cụ: Một khung gỗ hình hộp chữ nhật, khung có thể di chuyển dễ dàng, ở trọng tâm của khung đƣợc treo một quả rọi.
- Tiến hành: Đặt khung gỗ lên mặt bàn, dịch chuyển khung gỗ nghiêng đi (Hình 2.11). Quan sát khi nào khung gỗ bị lật?
- Kết luận:
Khi trọng tâm của vật rơi ra khỏi mặt chân đế thì khối gỗ bị lật =>Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế: giá của trọng lực phải đi qua mặt chân đế (hay trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế).
Hình 2.11. Dụng cụ thí nghiệm về điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế
Thí nghiệm 8
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế - Dụng cụ: Hai khối gỗ có thể khớp với nhau
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Tiến hành: Đặt một khối gỗ lên mặt bàn, khối gỗ cân bằng, khi khớp khối gỗ thứ hai lên khối thứ nhất thì hệ hai khối gỗ không cân bằng.
- Kết luận: Khi trọng tâm của vật rơi ra khỏi mặt chân đế thì khối gỗ bị lật =>Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế: giá của trọng lực phải đi
qua mặt chân đế (hay trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế).
Hình 2.12. Xác định điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế
Thí nghiệm 9:
- Mục đích: Giới thiệu các dạng cân bằng của vật rắn
- Dụng cụ: Một bảng bằng gỗ, trên bảng có gắn hai thanh gỗ hình chữ nhật, một thanh có trục quay ở đầu, một thanh có trục quay đi qua trọng tâm.
- Tiến hành:
Trƣờng hợp hình 2.14a : điều chỉnh cho thanh gỗ đứng yên, lấy tay đẩy nhẹ vào thanh và quan sát hiện tƣợng.
Trƣờng hợp hình 2.14b: Cầm đầu dƣới thanh gỗ kéo sang bên một chút. Buông tay ra khỏi thanh và quan sát hiện tƣợng.
Trƣờng hợp hình 2.14c: Đặt thanh ở các vị trí quan sát khác nhau và quan sát hiện tƣợng.
- Kết luận:
+ Ở hình 2.14a: trọng tâm nằm trên trục quay , khi đẩy thanh ra khỏi vị trí cân bằng nó không về vị trí cũ nữa. Cân bằng là không bền.
+ Ở hình 2.14b: trọng tâm nằm dƣớc trục quay, khi đẩy thanh ra khỏi vị trí cân bằng nó trở về vị trí cân bằng nhƣ cũ. Cân bằng là bền.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ Ở hình 2.14c: trọng tâm nằm ở trục quay. Đặt thanh gỗ ở vị trí nào thì nó
đứng yên ở vị trí đó. Cân bằng là phiếm định.
a b c
Hình 2.13. Thí nghiệm về các dạng cân bằng của vật rắn
Hình 2.14. Bàn phương án thiết kế
Hình 2.15. Tìm nguyên vật liệu
Hình 2.16. Tham gia gia công
Hình ảnh học sinh tham gia cải tiến, thiết kế thí nghiệm 7, 8, 9.
2.3. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” theo lý thuyết kiến tạo. chuyển động của vật rắn” theo lý thuyết kiến tạo.
2.3.1. Điều tra quan niệm của học sinh về các kiến thức liên quan đến cân bằng và chuyển động của vật rắn trƣớc khi dạy học chƣơng “Cân bằng và bằng và chuyển động của vật rắn trƣớc khi dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”.
Để nghiên cứu tiến trình dạy học theo lý thuyết kiến tạo chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, chúng tôi đã soạn thảo 14 câu trắc nghiệm bao gồm câu đúng sai và câu 4 lựa chọn và tiến hành điều tra trên 177 học sinh thuộc 5 lớp 10 của trƣờng THPT Hòa Phú thuộc huyện Chiêm Hóa, tỉnh Tuyên Quang. Sau khi điều tra, chúng tôi đã thống kê tỉ lệ học sinh đã có các quan niệm tƣơng ứng theo bảng sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Thứ
tự Đơn vị kiến thức
Quan niệm của học sinh Tỉ lệ học sinh có quan niêm tƣơng ứng Ghi chú 1 Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng lên một vật. 30,4% Sai trực đối. 23,6% Sai có tổng độ lớn bằng 0. 10,7% Sai cùng tác dụng lên một vật cùng giá, cùng độ lớn và ngƣợc chiều. 35,3% Đúng 2 Khi vật rắn được treo bằng dây và ở trạng thái cân bằng thì
dây treo trùng với đƣờng thẳng đứng đi qua trọng tâm của vật
65% Đúng
lực căng của dây treo lớn hơn trọng lƣợng của vật 2,7% Sai không có lực nào tácdụng lên vật 25% Sai các lực tác dụng lên vật luôn cùng chiều 7,3% sai 3 Trạng thái cân bằng của vật rắn là
là trạng thái đứng yên. 40% Sai là trạng thái chuyển
động thẳng đều.
20% Sai
là trạng thái quay đều. 10% Sai là 3 trạng thái nêu ở
trên.
30% Đúng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ dụng của hai lực cân bằng khi cùng chiều, cùng độ lớn hai lực cùng phƣơng, ngƣợc chiều, cùng độ lớn 22,8% Sai hai lực cùng giá, cùng chiều, cùng độ lớn. 14,6% Sai hai lực cùng giá, ngƣợc chiều, cùng độ lớn 51,8% Đúng 5 Vị trí trọng tâm của vật rắn là? tâm hình học của vật rắn 13% Sai điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật 54% Sai điểm chính giữa vật 29% Đúng
điểm bất kỳ trên vật 4% Sai
6 Trọng tâm của vật nào thì phải luôn nằm trên vật đó.
Đúng 13,2%
Sai 86,8%
7 Tác dụng của một
lực lên vật rắn là không đổi khi
lực đó trƣợt trên giá của nó
15,7 Đúng
giá của lực quay một góc 90 0
15,8 Sai
lực đó dịch chuyển sao cho phƣơng của lực không đổi
24,3 Sai
độ lớn của lực không thay đổi nhƣng phƣơng của lực thay đổi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 Một vật được bố trí như hình vẽ : m= 10g ,α= 300 . Vật nằm yên. Xác định lực căng dây T? 0,1N 24% Sai 0,05N 35% Đúng 0,05 3N 22% Sai 0,1 3N 19% Sai 9 Vật càng nặng càng đứng vững Đúng 74,5% Sai 25,5% 10 Vật càng cao càng dễ ngã. Đúng 76,4% Sai 23,6% 11 Các võ sĩ khi thi đấu thƣờng đứng ở tƣ thế hơi khụy đầu gối xuống một chút và hai chân dạng rộng hơn mức bình thƣờng để ra đòn cho mạnh. 2,6% Sai ra đòn cho chính xác. 1,6% Sai ra đòn cho mạnh và chính xác. 17,6% Sai
cho đối phƣơng khó quật ngã.
78,2% Đúng
12 Trọng tâm của một vật rắn trùng với tâm đối xứng của vật nếu:
vật là một khối cầu. 22,3% Sai
vật là một khối hộp. 6,5% Sai vật có dạng đối xứng. 15% Sai vật đồng chất có dạng đối xứng. 56,2% Đúng 13 Để tăng mức vững vàng của bình hoa để bàn thì phải:
tăng độ cao của bình hoa và tăng độ rộng của đế bình.
13% Sai
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
hạ thấp độ cao của bình hoa và tăng độ rộng của đế bình.
80% Đúng
tăng độ cao của bình hoa và giảm độ rộng của đế bình. 2% Sai hạ thấp độ cao của bình hoa và giảm độ rộng của đế bình. 5% Sai 14 Quan sát một người làm xiếc đi trên một sợi dây giăng ngang giữa hai trụ cây, ta có thể nói trạng thái của người này không cân bằng.
Đúng 26,2%
Sai 73,8%
Qua việc thống kê phiếu PĐT chúng tôi đã xác định đƣợc 10 quan niệm sai phổ biến ở HS . Những quan niệm sai này phần lớn xuất phát từ thực tế hoặc hình thành do logic nhận thức của HS, do đó tồn tại trong ý thức của HS dẫn đến những sai lầm của HS khi trả lời các câu hỏi khoa học trong quá trình làm việc với GV. Vì vậy, căn cứ quan niệm chƣa đúng, sử dụng thí nghiệm giúp HS nhận ra sai lầm và xây dựng kiến thức mới là cách làm khi chúng tôi thiết kế tiến trình dạy học kiến tạo các kiến thức này. Dƣới đây là tiến trình dạy học mà chúng tôi vận dụng “Sơ đồ tiến trình kiến tạo kiến thức Vật lý THPT theo LTKT”(sơ đồ 1.3) để thiết kế.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2.3.2. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” theo lý thuyết kiến tạo. chuyển động của vật rắn” theo lý thuyết kiến tạo.
Bài 20: CÁC DẠNG CÂN BẰNG
CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ MẶT CHÂN ĐẾ A. Mục tiêu
1. Kiến thức
- Phân biệt đƣợc ba dạng cân bằng.
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. - Phát biểu đƣợc định nghĩa mặt chân đế.
2. Kỹ năng
- Xác định đƣợc mặt chân đế của một vật trên mặt phẳng đỡ.
- Vận dụng đƣợc điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế trong thực tế. - Biết cách làm tăng mức vững vàng của cân bằng.
- Biết tiến hành thí nghiệm, quan sát và biết đƣợc nguyên nhân gây ra các dạng cân bằng khác nhau.
- Biết tiến hành thí nghiệm để xác định điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế.
3. Thái độ
- Tích cực, hứng thú, thích tìm tòi và tiến hành các thí nghiệm Vật lý - Khách quan, trung thực trong khi xử lý kết quả thí nghiệm.
- Có tinh thần hợp tác, trao đổi trong học tập.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1. Sơ đồ tiến trình dạy học kiến tạo.
Sơ đồ 2.2 Sơ đồ tiến trình DHKT kiến thức về “các dạng cân bằng”.
Tình huống:
- Tại sao không lật đổ dƣợc con lật đật?
- Ngƣời làm xiếc đi trên một sợi dây giăng ngang giữa hai trụ là không cân bằng đúng hay sai? - Chỉ ra sự khác nhau giữa trạng thái cân bằng của con lật đật và cầu bập bênh?
- Ở hình 20.2, 20.3, 20.4. ba vị trí cân bằng này có hoàn toàn giống nhau không?
- Tổ chức cho học sinh đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra tính đúng đắn của dự đoán và tiến hành thí nghiệm hình 20.2, 20.3, 20.4. - Tổ chức cho học sinh so sánh đối chiếu kết quả thí nghiệm với dự đoán trƣớc đó
Tổng hợp các kết quả thí nghiệm kiểm tra, các suy luận lý thuyết, hợp thức hóa kiến thức cho học sinh. Cho học sinh đánh giá lại các quan điểm ban đầu của mình.
Vận dụng kiến thức:
- trở lại câu hỏi tại sao không lật đổ đƣợc con lật đật?
- Ngƣời làm xiếc đi trên một sợi dây giăng ngang giữa hai trụ là không cân bằng đúng hay sai?
- Hãy trả lời bài 4 trang 110 SGK
GV HS
HS dự đoán( bộc lộ QĐ ban đầu) - Tại con lật đật nặng
- Vì đáy nó tròn - Không cân bằng - Là cân bằng
- Con lật đật đƣa ra khỏi VTCB thì nó lại trở về VTCB - Cầu bập bênh đƣa ra khỏi VTCB thì nó ở VTCB mới - Giống nhau
- Khác nhau
- Đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra - Tiến hành thí nghiệm
- Kết quả:
+ TH1: đƣa vật ra khỏi VTCB ban đầu vật không về VTCB
ban đầu
TH2: đƣa vật ra khỏi VTCB ban đầu vật lại trở về VTCB
ban đầu
TH3: vật đứng yên ở mọi vị trí
So sánh kết quả thu đƣợc với QN ban đầu
- Tự đánh giá lại các QN ban đầu - Kết luận:
+ Cân bằng không bền + Cân bằng bền. + Cân bằng phiếm định.
+ Vị trí trọng tâm của vật gây nên các dạng cân bằng khác nhau: CB không bền trọng tâm ở vị trí cao nhất so với vị trí lân cận, CB bền trọng tâm ở vị trí thấp nhất so với vị trí lân cận, CB phiếm định trọng tâm không thay đổi hoặc ở một độ cao không đổi.
Vận dụng kiến thức giải thích:
- Vì trạng thái cân bằng của con lật đật là cân bằng bền. - Nghệ sĩ xiếc đi trên dây là cân bằng phiếm định - Học sinh trả lời
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2. Tiến trình dạy học.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Bước 1. Làm bộc lộ quan niệm ban đầu của học sinh.
-GV: Yêu cầu học sinh lấy thí dụ về cân bằng của vật rắn có điểm tựa hoặc trục quay cố định
- Tại sao không lật đổ đƣợc con lật