+ Nếu a > 0, đồ thị là đường thẳng hướng lên;
+ Nếu a < 0, đồ thị là đường thẳng hướng xuống. - Cho đồ thị 0 v = v0 + at v(t) v t
- GV: Đồ thị có hướng như thế nào?
- HS: Đồ thị hướng lên.
- GV: Vậy đồ thị biểu diễn chuyển động gì? - HS: Chuyển động nhanh dần đều.
- GV phân tích: Đồ thị v(t) là đường thẳng hướng lên, vậy a > 0. - Chỉ ra trên đồ thị:
+ Trong khoảng thời gian từ t0 → t1: v < 0. Suy ra: a.v < 0, vật chuyển động chậm dần đều.
+ t = t1: v = 0, vật dừng lại.
+ t > t1: v > 0. Suy ra: a.v > 0, vật chuyển động nhanh dần đều.
Từ những phân tích trên cho thấy, mặc dù đồ thị v(t) là đường thẳng hướng lên nhưng trong khoảng thời gian từ t0 → t1 vật vẫn chuyển động chậm dần đều.
2.2.2.Phần Động lực học chất điểm 2.2.1.1. Quan niệm về tác dụng của lực
Quan niệm vật lý: lực là nguyên nhân làm cho vật thay đổi vận tốc hay
làm cho vật bị biến dạng.
Tuy nhiên, do kinh nghiệm sống thực tế, nếu không dùng tay đẩy một vật thì bản thân nó không thể dịch chuyển được, do đó đa số các em học sinh cho rằng: lực là nguyên nhân gây ra chuyển động. Vì vậy đã có 68% số học sinh lớp 10 và 43% số học sinh lớp 11 chọn phương án B của câu hỏi số 9.
Có thể khắc phục quan niệm trên của học sinh bằng cách đưa ra hình ảnh về chuyển động trên đệm không khí hoặc thí nghiệm về máng nghiêng Galilê
Thí nghiệm trên máng nghiêng Ga-li-lê có thể được mô tả như sau: Ga-li-lê đã dùng 2 máng nghiêng, rất
trơn và nhẵn, bố trí như hình vẽ, rồi thả một hòn bi cho lăn xuống trên máng nghiêng 1. Ông nhận thấy hòn bi lăn ngược lên máng nghiêng 2 đến
α
1 2
Khi giảm bớt góc nghiêng α của
máng 2, ông thấy hòn bi lăn trên máng 2 được một đoạn đường dài hơn.
Ông dự đoán, nếu máng 2 rất nhẵn và nằm ngang thì hòn bi sẽ lăn với vận tốc không đổi mãi mãi.
Hình 2.10. Hình vẽ biểu diễn thí nghiệm máng nghiêng Ga-li-lê Cũng có thể đưa ra một ví dụ đơn giản trong đời sống, đó là hình ảnh một người đạp xe đạp, khi nhấn pê- đan thì xe chạy nhưng khi ngừng đạp thì xe vẫn tiếp tục chạy. Từ đó cho thấy khi thôi tác dụng lực, xe vẫn chuyển động. Nghĩa là đã chứng minh được lực không phải là nguyên nhân gây ra chuyển động.
2.2.1.2 Quan niệm về lực ma sát + Tác dụng của lực ma sát
Theo quan niệm vật lý, trong những điều kiện khác nhau, tác dụng của
lực ma sát là khác nhau, có trường hợp lực ma sát là có hại nhưng cũng có trường hợp ma sát là có lợi. Trong các loại xe tự hành, lực ma sát đóng vai trò là lực phát động, nhờ đó mà xe cộ hay con người có thể đi lại được.
Thế nhưng đã có 17% số học sinh lớp 10 chọn phương án A làm câu trả lời cho câu hỏi số 10. Nghĩa là các em cho rằng xe ôtô chuyển động được là do lực của động cơ tạo ra.
Mặt khác, do kinh nghiệm sống thực tế các em học sinh thường thấy tác dụng có hại của lực ma sát chẳng hạn như: dép đi lâu bị mòn, lốp xe ô tô, xe máy cũng bị mòn dần... Từ đó các em cho rằng lực ma sát luôn có hại, kể cả lực ma sát nghỉ cũng cản trở chuyển động như các loại ma sát khác. Số học sinh này đã chọn câu 10. B hoặc 10. D và đã có đến 59% số học sinh lớp 10 và gần 44% số học sinh lớp 11 chọn như vậy.
Hình 2.10 b 2 α 1 Hình 2.10 c v 1
Có thể khắc phục quan niệm trên của học sinh bằng cách dùng một chiếc xe ôtô đồ chơi (loại chạy pin) cho xe chạy trên mặt kính nằm ngang có nước xà phòng, xe sẽ không tiến lên được mặc dù bánh xe vẫn quay. (hình a)
Nếu đặt xe lên mặt bàn, xe có thể chuyển động bình thường.
(hình b)
Thí nghiệm giúp học sinh thấy vai trò của lực ma sát nghỉ trong chuyển động của xe.
Hình 2.11.
Hình ảnh về thí nghiệm lực ma sát nghỉ
+ Độ lớn của lực ma sát trượt
Quan niệm vật lý, độ lớn của lực ma sát trượt không phụ thuộc vào diện
tích tiếp xúc và tốc độ của vật.
Trong khi đó theo QN của HS, các em cho rằng các vật tiếp xúc với nhau nhiều thì sẽ sinh ra sức cản lớn, nghĩa là độ lớn của lực ma sát trượt phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa các vật với nhau.
Kết quả điều tra cho thấy có hơn 74% HS lớp 10 và 32% HS lớp 11 có QN như vậy, các em đã lựa chọn phương án A làm câu trả lời cho câu hỏi số 11.
Có thể khắc phục QN sai lệch trên của HS bằng cách đưa ra công thức xác định độ lớn của lực ma sát trượt: Fmst = µtN.
Trong đó:
+ N là áp lực tác dụng lên mặt tiếp xúc
+ µt là hệ số ma sát trượt, hầu như không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc mà phụ thuộc vào tính chất các mặt tiếp xúc.
Hình 2.11 a.
Ngoài ra có thể dùng thí nghiệm sau để chứng minh lực ma sát trượt không phụ thuộc diện tích tiếp xúc:
* Dụng cụ thí nghiệm: - 1 khối gỗ, - 1 lực kế, - 1 máng nghiêng * Tiến hành thí nghiệm - Đặt khối gỗ trên mặt phẳng nghiêng, móc lực kế vào. Khi chưa kéo, lực kế chỉ số 0. Kéo khối gỗ chuyển động đều, lực kế chỉ một giá trị xác định. (hình 2.12 a)
- Đặt mặt bên của khối gỗ tiếp xúc với máng nghiêng. Dùng lực kế để kéo khối gỗ chuyển động đều, lúc này lực kế cũng chỉ một giá trị xác định bằng giá trị lúc đầu. (hình 2.13 b)
Hình 2.12.
Hình ảnh về thí nghiệm lực ma sát trượt
2.2.1.3. Quan niệm về lực quán tính
Theo quan niệm vật lý, lực quán tính xuất hiện trong các hệ quy chiếu phi
quán tính, chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính.
Xuất phát từ kinh nghiệm thực tế, khi phân tích các lực tác dụng học sinh quen chỉ ra các vật cụ thể gây ra các lực đó, chẳng hạn “Trọng lực là lực do Trái Đất hút vật”, “Phản lực do mặt bàn tác dụng lên vật” ... Vì thế đa số học sinh cho
Hình 2.12 b. Hình 2.12 a.
cũng là lí do đã có 73% số học sinh lớp 10 và 42% số học sinh lớp 11 chọn phương án A là câu trả lời của câu 12.
Ta có thể khắc phục quan niệm trên của học sinh bằng cách dùng thí nghiệm treo vật nặng bằng một sơi dây mảnh, đầu cố định gắn trên một giá, chân giá gắn với xe lăn, khi cho xe chuyển động nhanh dần đều trên mặt phẳng ngang (có thể cho xe chuyển động tức thời hoặc hãm đột ngột), cho học sinh quan sát hiện tượng phương dây treo bị lệch so với phương thẳng đứng sau đó đặt câu hỏi:
+ Vật nào đã tác dụng lực lên vật làm cho dây treo bị lệch ra phía sau ?
Học sinh sẽ không chỉ ra được vật nào đã gây ra lực trên. Sau đó giáo viên phân tích tiếp : Như vậy các em thấy rằng mặc dù không có vật nào tác dụng vào vật nhưng dây cũng bị lệch về phía sau, điều đó trái với các định luật của Newton. Do đó ta thừa nhận rằng nếu ta xét hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc, đối với hệ quy chiếu này vật chịu thêm tác dụng của lực, đó là lực quán tính, lực này đã tác dụng lên vật làm cho vật bị kéo về phía sau.
2.2.1.4. Quan niệm về lực hấp dẫn
Quan niệm vật lý, mọi vật đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn.
Tuy nhiên theo QN của HS, các em cho rằng giữa các vật có khối lượng nhỏ không tồn tại lực hấp dẫn. Vì thực tế cuộc sống cho thấy giữa các đồ dùng trong đời sống hằng ngày (bàn, ghế, tủ,....) các vật này không hút nhau. Cũng chính vì vậy trong câu hỏi số 14, các em cho rằng chỉ có giữa quả táo và Trái Đất
mới có lực hấp dẫn, vì quả táo rơi xuống Trái đất. Đã có 57% số HS được hỏi chọn phương án C làm câu trả lời cho câu hỏi này.
QN sai lệch trên của học sinh có thể được khắc phục như sau: GV đưa ra công thức xác định lực hấp dẫn:
Và nhấn mạnh rằng G là hằng số hấp dẫn có giá trị rất nhỏ (6,67.10- 11N.m2/kg2), vì vậy giữa các vật có khối lượng nhỏ, lực hấp dẫn có giá trị rất nhỏ nên ta không thể cảm nhận được.
Cũng có thể cho HS làm bài tập sau để chứng minh sự tồn tại của lực hấp dẫn:
Đề: Hai vật có khối lượng bằng nhau và bằng 4 kg, đặt cách nhau 10 cm. Tính lực hấp dẫn giữa chúng.
GV hướng dẫn HS thế số vào công thức tính lực hấp dẫn và được kết quả Fhd = 1,0672 . 10-7N.
Từ kết quả cho thấy giữa 2 vật bất kì luôn tồn tại lực hấp dẫn, mặc dù khối lượng 2 vật đó rất nhỏ.
2.2.1.5. Quan niệm về cặp “lực và phản lực” trong định luật III Newton
Quan niệm vật lý, lực và phản lực là 2 lực trực đối, không thể cân bằng
nhau vì chúng đặt vào 2 vật khác nhau.
Tuy nhiên đa số HS lại cho rằng 2 lực này cân bằng nhau, do đó các em đã chọn phương án C làm câu trả lời cho câu hỏi số 13. (gần 80% số HS được hỏi). Bên cạnh đó, một số em còn QN rằng 2 lực này tác dụng vào cùng một vật. Bằng chứng là đã có 27% HS lớp 10 và 18% HS lớp 11 chọn phương án A làm câu trả lời cho câu hỏi số 13.
Có thể khắc phục QN trên của HS như sau:
GV đưa ra hình ảnh 2 vật A và B tương tác với nhau và chỉ rõ các lực tác dụng vào 2 vật. (hình 2.14)
Lực do vật A tác dụng lên vật B là FuuurABcó điểm đặt tại vật A và ngược lại, lực do vật B tác dụng lên vật A là FuuurBAcó điểm đặt tại vật B. Hai lực này cùng độ lớn, cùng phương, ngược chiều nhưng đặt lên 2 vật khác nhau nên chúng không thể cân bằng nhau.
Để HS hiểu sâu hơn về bản chất của cặp “lực và phản lực” có thể đưa ra bài tập sau:
Một HS khẳng định rằng định luật III của Newton là không đúng. Nếu như lực bằng phản lực thì không thể xảy ra bất kì một chuyển động nào vì rằng dù cho lực đặt vào vật là bao nhiêu đi nữa lực ấy cũng gây ra ở vật một lực cản bằng với nó và nó sẽ cân bằng với lực cản này. Yêu cầu HS giải thích sự mâu thuẫn như trên.
2.2.1.6. Quan niệm về chuyển động của vật ném ngang
Quan niệm vật lý, thời gian chuyển động của vật bị ném ngang bằng thời
gian rơi tự do từ cùng một độ cao.
Tuy nhiên khi nói đến hiện tượng một viên bi rơi tự do và một viên bi chuyển động ngang đồng thời từ cùng một độ cao thì phần lớn HS sẽ cho rằng viên bi rơi sẽ tới đất trước, viên bi ném ngang phải đi quãng đường dài hơn nên tới đất sau. Cũng chính vì vậy, đã có gần 85% số HS được hỏi chọn phương án A làm câu trả lời cho câu hỏi số 15.
Có thể dùng thí nghiệm đơn giản sau để khắc phục QN sai lệch trên của HS:Thí nghiệm được bố trí như hình 2.15.
Tiến trình thí nghiệm như sau: Sau khi búa đập vào thanh AB, lò xo sẽ nén lại. Lúc này, bi 1 rơi tự do còn bi 2 chuyển động ném ngang. Cả 2 đều chạm đất cùng một lúc.
O
Hình 2.15. Hình vẽ biểu diễn thí nghiệm về chuyển động của vật ném ngang. A
B