9. Cấu trúc của luận văn
2.2.2. Triển khai quy trình dạy học
2.2.2.1. Bài tập về tổng hợp và phân tích lực
1. Mục tiêu dạy học:
Học sinh vận dụng được quy tắc tổng hợp và phân tích lực để xác định hợp lực của hai lực và phân tích một lực thành hai lực thành phần.
2. Thời lƣợng: 45 phút. 3. Nội dung bài tập
Dạng bài tập cơ bản:
- Cho hai lực thành phần, xác định hợp lực (hướng và độ lớn). - Cho một lực, phân tích lực đó theo hai phương cho trước. - Cho hợp lực và một lực thành phần, xác định lực còn lại.
- Cho hợp lực, xác định giá trị của các lực thành phần thỏa mãn một điều kiện cho trước.
- Xác định hợp lực của ba lực thành phần.
Bổ trợ công thức toán: phép cộng, trừ véc-tơ, tích vô hướng của hai véc-tơ.
Các bài tập đề nghị:
Bài tập 1. Xác định hợp lực của hai lực F1 và F2 có độ lớn F1 = 4 N và F2 = 8 N trong các trường hợp sau:
a) Hai lực cùng hướng. b) Hai lực ngược hướng. c) Hai lực vuông góc nhau.
d) Hai lực hợp với nhau một góc 1200.
1. Mục đích của bài tập: vận dụng được quy tắc tổng hợp hai lực vào các trường hợp cụ thể.
2. Hướng dẫn giải:
a. Tóm tắt: Cho F1 = 4 N, F2 = 8 N. Xác định hợp lực F trong các trường hợp a) 0; b) 180; c) 90; d) 120; b. Xác lập các mối liên hệ Hình 2.1. - Hợp lực F F F 1 2 2 2 1 2 1 2 F F F 2FF cos (1) - Góc giữa hợp lực F và F1 là được xác định theo công thức:
2 2 2 1 2 1 F F F cos 2FF (2)
Sơ đồ 2.1.
Kết quả:
a) F = 12 N, = 00; b) F = 4 N, = 1800;
c) F = 4 5N, = 63,40; d) F = 4 3N, = 900.
3. Khó khăn của học sinh khi giải bài tập: cách xác định hướng của hợp lực.
4. Định hướng tư duy học sinh:
- Biểu diễn mối quan hệ giữa các lực thành phần và hợp lực trên hình vẽ.
- Áp dụng công thức nào để xác định độ lớn của hợp lực ?
- Áp dụng các quy tắc, công thức nào để xác định được hướng của hợp lực ?
Bài tập 2. Một lực F là hợp lực của hai lực F1 và F2. Biết F = 5 N, F1 =
5 2N và góc giữa F và F1 là 450. Xác định lực F2.
1. Mục đích của bài tập: vận dụng quy tắc phân tích lực để xác định lực thành
phần.
2. Hướng dẫn giải:
a. Tóm tắt: F = F1 + F2, F = 5 N, F1 = 5 2N , (F,F1) = 450. Xác định F2
3. Khó khăn của học sinh khi giải bài tập: Phép trừ hai vec-tơ, xác định hướng của lực thành phần.
4. Định hướng tư duy học sinh:
- Áp dụng quy tắc nào để xác định được độ lớn lực thành phần thứ hai ? - Xác định hướng của lực thứ hai theo công thức nào ?
Bài tập luyện tập:
Bài tập 1. Một sợi dây phơi được căng ngang giữa hai điểm A, B cách nhau 8
hạ xuống thấp hơn so với ban đầu một đoạn 20 cm. Tính lực căng của dây phơi khi đó. Bỏ qua khối lượng của dây.
Bài tập 2. Một lực F là hợp lực của hai lực F1 và F2. Biết F = 9 N, F1 và F2
hợp với nhau một góc 1200 và độ lớn của các lực F1 và F2 có thể thay đổi được.
a) Tìm F2 biết F1 = 9 N.
b) Xác định giá trị lớn nhất của F2 và giá trị của F1 tương ứng.
4. Hình thức dạy học: Dạy học tập trung theo đơn vị lớp
5. Phƣơng tiện dạy học: Bảng, phấn, giấy A4, máy chiếu đa vật thể. 6. PPDH: Gợi mở, nêu vấn đề, hoạt động nhóm.
7. Hình thức kiểm tra, đánh giá: Đánh giá thông qua quá trình học tập trên
lớp và kiểm tra vở luyện tập.
8. Hoạt động dạy học
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Phương pháp, phương tiện
Bài tập 1.
- Nêu mục tiêu bài học
- Nêu đề bài 1, yêu cầu học sinh nhắc lại cách xác định hợp lực của hai lực.
- Yêu cầu học sinh nhắc lại cách xác định độ lớn và hướng của hợp lực. - Nêu quy tắc hình bình hành để tổng hợp lực. - Độ lớn hợp lực: 2 2 2 1 2 1 2 F F F 2FF cos Áp dụng nhanh cho các trường hợp riêng: hai lực cùng hướng, hai lực ngược hướng, hai lực vuông góc. - Xác định hướng của hợp lực theo định lí cosin hoặc
Phát vấn
- Yêu cầu học sinh vận dụng vào làm bài tập 1 trên giấy A4 theo nhóm 4 đến 6 học sinh.
- Yêu cầu 1 nhóm trình bày lời giải bằng máy chiếu đa vật thể, các nhóm khác nhận xét lời giải.
- Nhận xét, chính xác hóa nội dung và kết luận.
định lí sin trong tam giác. - Hoạt động nhóm, làm bài 1 vào giấy A4 được phát. - Một nhóm trình bày, các nhóm khác nhận xét. Ghi nhận Hoạt động nhóm Dùng máy chiếu đa vật thể Bài tập 2 - Nêu đề bài 2
- Yêu cầu học sinh nghiên cứu đề bài, chỉ rõ các đại lượng đã cho, các đại lượng cần tìm.
- Yêu cầu học sinh nhắc lại quy tắc phân tích lực.
- Hãy vẽ hình phân tích lực F thanh hai lực thành phần
1
F và F2.
- Dựa vào công thức nào để xác định độ lớn của lực F2? - Dựa vào công thức nào hay quan hệ nào để xác định được hướng của lực F2? - Sử dụng máy chiếu đa vật
- Đọc và phân tích đề bài, chỉ rõ các đại lượng đã cho, các đại lượng cần tìm.
- Nêu quy tắc phân tích lực. - Vẽ hình theo hướng dẫn của giáo viên.
- Vận dụng phép trừ vec tơ để tính độ lớn của lực F2. - Vận dụng các quan hệ về góc, cạnh trong tam giác để xác định hướng của lực F2. - Quan sát và nhận xét. Hoạt động nhóm. Hoạt động cá nhân. Hoạt động cá nhân, sử dụng giấy A4.
Máy chiếu đa vật thể
thể để cho học sinh cả lớp quan sát lời giải của một học sinh nào đó, yêu cầu các học sinh khác nhận xét.
- Nhận xét, chính xác hóa nội dung và kết luận.
- Ghi nhận.
2.2.2.2. Bài tập về tính các lực cơ học
1. Mục tiêu dạy học:
- Vận dụng được định luật II Niu-tơn để xác định hợp lực tác dụng lên một vật (coi là chất điểm).
- Vận dụng được các biểu thức về lực hấp dẫn, trọng lực để giải các bài toán đơn giản.
- Vận dụng được định luật Húc để giải các bài tập về sự biến dạng của lò xo, biến dạng của dây.
- Vận dụng được công thức tính lực ma sát trượt, ma sát nghỉ để tính độ lớn lực ma sát và hệ số ma sát.
2. Thời lƣợng: 90 phút 3. Nội dung bài tập
Dạng bài tập cơ bản:
- Cho khối lượng và gia tốc của vật, tính hợp lực tác dụng lên vật theo hệ thức F ma .
- Bài tập về xác định lực đàn hồi, độ cứng và độ biến dạng của lò xo. - Bài tập về chuyển động của một vật dưới tác dụng của lực ma sát, tính độ lớn lực ma sát và hệ số ma sát.
- Cho khối lượng và trạng thái chuyển động của vật trong một số điều kiện cụ thể, xác định các lực cơ học tác dụng lên vật.
Bài tập 1. Một vật có khối lượng 50 kg, bắt đầu chuyển động nhanh dần đều
và sau khi đi được 50 cm thì có vận tốc 0,7 m/s. Tính độ lớn hợp lực tác dụng vào vật.
1. Mục đích của bài tập: Vận dụng định luật II Niu-tơn và kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều để tính hợp lực tác dụng vào vật.
2. Hướng dẫn giải: a. Tóm tắt
Cho: m = 50 kg; v0 = 0, a > 0; S = 50 cm = 0,5 m; v = 0,7 m/s. Tính: Hợp lực F = ?
b. Xác lập các mối liên hệ
- Liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường: 2 2 0
v v 2aS (1) - Tính độ lớn hợp lực theo định luật II Niu-tơn: F = ma. (2) c. Sơ đồ luận giải
Sơ đồ 2.2.
Kết quả: a = 0,49 m/s2; F = 24,5 N.
3. Khó khăn của học sinh khi giải bài tập: Để tính được lực tác dụng lên vật thì trước hết phải tính được gia tốc chuyển động của vật.
4. Định hướng tư duy học sinh: Độ lớn của hợp lực tác dụng lên vật được xác định theo công thức hay định luật nào ? Theo công thức đó thì đại lượng nào chưa biết (gia tốc), áp dụng công thức nào để tính được đại lượng đó (gia tốc)?
Bài tập 2. Trọng lượng của một vật ở mặt đất là 20 N. Tính trọng lượng của
vật đó ở độ cao bằng 800 km so với mặt đất. Cho bán kính Trái Đất là R = 6400 km.
1. Mục đích của bài tập: Sử dụng công thức tính độ lớn lực hấp dẫn để tính trọng lượng của một vật khi ở độ cao h so với mặt đất.
a. Tóm tắt: Cho: R = 6400 km; P0 = 20 N; h = 800 km. Tính: Ph. b. Xác lập các mối liên hệ - Trọng lượng của vật ở mặt đất là P0 GMm2 R (1)
- Trọng lượng của vật ở độ cao h so với mặt đất là
h 2 Mm P G R h (2)
c. Sơ đồ luận giải
Sơ đồ 2.3. Kết quả: Ph = 2 0 2 R P R h = 15,8 N
3. Khó khăn của học sinh khi giải bài tập: Xác lập mối liên hệ giữa hai giá trị
của trọng lượng của vật ở mặt đất và độ cao h.
4. Định hướng tư duy học sinh: Viết biểu thức tính trọng lượng của vật ở mặt đất và trọng lượng của vật ở độ cao h so với mặt đất.
Bài tập 3. Một ô tô tải kéo một ô tô con có khối lượng 2 tấn và chạy nhanh
dần đều với vận tốc ban đầu v0 = 0. Sau 50 s đi được 400 m. Khi đó dây cáp nối hai ô tô dãn ra bao nhiêu nếu độ cứng của dây cáp là k = 2,0.106 N/m ? Bỏ qua các lực cản tác dụng lên ô tô.
1. Mục đích của bài tập: Vận dụng được công thức tính lực đàn hồi và kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều để tính được độ dãn của dây cáp.
2. Hướng dẫn giải:
a. Tóm tắt:
Cho v0 = 0; a > 0; t = 50 s; S = 400 m m = 2 T = 2.103 kg, k = 2.106 N/m. Tính độ dãn dây cáp x = ?
b. Xác lập các mối liên hệ
- Quãng đường chuyển động của hai xe: 1 2
S at 2
(1)
- Áp dụng định luật II Niu-tơn tính lực tác dụng lên ô tô con: F ma (2) - Lực tác dụng lên xe con chính là lực đàn hồi của dây cáp: F kx (3) c. Sơ đồ luận giải
Sơ đồ 2.4.
Kết quả: a = 0,32 m/s2; F = 640 N; x = 0,32 mm.
3. Khó khăn của học sinh khi giải bài tập:
Cần nhận biết được loại lực tác dụng lên vật (ô tô) là loại lực nào, vận dụng công thức nào để tính được độ dãn của dây cáp.
4. Định hướng tư duy học sinh:
Lực nào làm cho xe con chuyển động ? Có mối liên hệ gì giữa độ dãn dây cáp với độ lớn của lực tác dụng ? Độ lớn của lực tác dụng có thể tính dựa vào các dữ kiện đã cho theo các công thức nào ?
Bài tập 4. Một xe ô tô đang chạy trên đường lát bê tông với vận tốc v0 = 72 km/h thì hãm lại, bánh xe không lăn nữa mà trượt trên mặt đường. Hãy tính quãng đường mà ô tô đi được cho tới lúc dừng. Biết hệ số ma sát trượt giữa lốp xe với mặt đường là 0,6; g = 9,8 m/s2.
1. Mục đích của bài tập
Vận dụng công thức tính lực ma sát trượt, định luật II Niu-tơn và kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều để tính được quãng đường chuyển động của vật. 2. Hướng dẫn giải a. Tóm tắt Cho: v0 = 72 km/h = 20 m/s; v = 0; 0,6 ; g = 9,8 m/s2.
Tính quãng đường đi được S = ? b. Xác lập các mối liên hệ
- Để tính quãng đường vật đi được cần tính gia tốc chuyển động của vật. Để tính gia tốc của vật cần phân tích các lực tác dụng lên vật, sau đó áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật.
- Các lực tác dụng lên vật bao gồm: Trọng lực P mg
hướng xuống dưới, phản lực N của mặt đường hướng lên trên, lực ma sát trượt Fms của mặt đường ngược chiều chuyển động.
Hình 2.2.
- Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật, ta có: P N F ms ma
- Theo phương thẳng đứng ta có: N P mg (1)
- Theo phương ngang, chiều dương cùng chiều chuyển động ta có: ms
F ma
(2)
- Độ lớn lực ma sát trượt là Fms .N (3)
- Quãng đường vật đi được kể từ lúc bắt đầu hãm cho đến khi dừng lại là
2 2 0 v v S 2a (4)
c. Sơ đồ luận giải
Sơ đồ 2.5.
Kết quả: Fms = mg; a = g= -6,86 m/s2; S = 34 m
3. Khó khăn của học sinh khi giải bài tập
Xác định áp lực của vật lên mặt đường (phản lực của mặt đường tác dụng lên vật).
4. Định hướng tư duy học sinh
- Vật chịu tác dụng của những lực nào ? Chỉ rõ phương, chiều của mỗi lực trên hình vẽ.
- Phản lực của mặt đường tác dụng lên vật được tính theo công thức nào, vì sao ?
- Gia tốc chuyển động của vật được tính theo công thức nào ? Áp dụng công thức nào để tính quãng đường chuyển động của vật ?
Bài tập 5. Một vật khối lượng m = 400 g đặt trên mặt bàn nằm ngang. Hệ số
ma sát trượt giữa vật và măt bàn là 0,3. Vật bắt đầu được kéo đi bằng một lực F = 2 N có phương nằm ngang. Lấy g = 10 m/s2.
a) Tính quãng đường vật đi được sau 1 s.
b) Sau đó, lực F ngừng tác dụng. Tính quãng đường vật đi tiếp cho tới lúc dừng lại.
1. Mục đích của bài tập
Vận dụng định luật II Niu-tơn và các lực cơ học để tính gia tốc chuyển động của vật trong trường hợp vật chịu tác dụng của nhiều lực, kết hợp với kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều để tính quãng đường vật đi được.
2. Hướng dẫn giải
a. Tóm tắt
Cho: m = 400 g = 0,4 kg; v0 = 0; 0,3; F = 2 N; g = 10 m/s2. Tính: a) S sau 1 s;
b) Ngừng tác dụng F, tính S’ cho tới khi vật dừng lại. b. Xác lập các mối liên hệ
- Các lực tác dụng lên vật bao gồm: Trọng lực P mg
hướng xuống dưới, phản lực N của mặt đường hướng lên trên, lực kéo F theo phương ngang, lực ma sát trượt Fms của mặt đường ngược chiều chuyển động.
- Theo định luật II Niu-tơn: P N F F ms ma
Theo phương ngang, chiều dương cùng chiều của F: ms
F F ma (1)
Theo phương thẳng đứng: N P mg
Độ lớn lực ma sát trượt: Fms N mg (2) - Quãng đường vật đi được sau thời gian t là: 1 2
S at 2
(3)
- Vận tốc của vật khi bắt đầu ngừng tác dụng lực F là v1at (4) - Khi không có lực F tác dụng, gia tốc chuyển động của vật được xác định