bài chương “Động lực học chất điểm” vật lý 10 THPT để nâng cao chất lượng dạy học
Trên cơ sở lí luận và thực tiến của đề tài, chúng tôi đã lựa chọn và vận dụng soạn thỏa tiến trình dạy học cho một số bài trong chương “động lực học chất điểm” cụ thể như sau:
Bài 1:Tổng hợp và phân tích lực. Điều kiện cân bằng của chất điểm Bài 2: Lực đàn hồi. Định luật Húc.
Bài 3: Lực ma sát.
Tiết 16: Tổng hợp và phân tích lực. Điều kiện cân bằng của chất điểm I. Mục tiêu.
1. kiến thức:
-Phát biểu được khái niệm đầy đủ về lực và tác dụng của 2 lực cân bằng lên cùng một vật dựa vào khái niệm gia tốc.
-Phát biểu được định nghĩa tổng hợp lực, phân tích lực và quy tắc hình bình hành. Biết được điều kiện có thể áp dụng phân tích lực.
-Phát biểu được điều kiện cân bằng của chất điểm. -Biết tiến hành thí nghiệm.
2. kĩ năng:
-Thực hiện được thí nghiệm, 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 2 lực đồng quy hoặc để phân tích một lực thành 2 lực đồng quy theo các phương cho trước.
- Giải được một số bài tập đơn giản về tổng hợp lực và phân tích lực.
3. Thái độ:
+ Hứng thú học, yêu thích bộ môn vật lý, tin tưởng vào các kiến thức khoa học được xây dựng trên cơ sở T/N.
+ Rèn luyện tác phong làm việc tỉ mỉ, cẩn thận, trung thực… trong học tập,
trong khoa học và trong công việc.
II. Chuẩn bị.
-Giáo viên:
+Dụng cụ TN (như hình 9.5 SGK) Phiếu học tập
Câu 1: Áp dụng qui tắc hình bình hành hãy tổng hợp lực cho bởi các vectơ lực sau:
Câu 2: Chỉ ra kết luận sai trong các kết luận sau:
A.Lực là nguyên nhân làm cho vật chuyển động hoặc bị biến dạng. B. Lực là đại lượng vecto.
C. Lực tác dụng lên vật gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật bị biến dạng. D. Có thể tổng hợp các lực đồng qui theo qui tắc hình bình hành.
Câu 3: Một viên bi chuyển động trên mặt bàn nằm ngang, phẳng, nhẵn (ma sát không đáng kể). Nhận xét nào sau đây là sai ?
A.Gia tốc của vật bằng 0.
B.Hợp lực tác dụng lên vật bằng 0. C.Vật không chịu lực tác dụng.
D.Vận tốc trung bình bằng vận tốc tức thời tại bất kì điểm nào.
Câu 4: cho hai lực đồng qui có độ lớn bằng 9N và 12N.
a) Trong số các giá trị sau đây giá trị nào có thể là độ lớn của hợp lực?
A. 1N B. 2N
C. 15N D. 25N
b) Góc giữa hai lực đồng qui trong trường hợp này là bao nhiêu? -Học sinh: Ôn lại khái niệm lực, hai lực cân bằng ở THCS.
Dự kiến nội dung ghi bảng
F 2 F1
Tiết 16:TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH LỰC - ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CHẤT ĐIỂM
I. Lực. Cân bằng lực
- Lực là đại lượng véc tơ đặc trưng 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.
-Các lực cân bằng là các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thì không gây ra gia tốc cho vật.
- Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.
- Đơn vị của lực là niutơn (N).
II. Tổng hợp lực
1. Thí nghiệm
Thực hiện thí nghiệm theo hình 9.5
2. Định nghĩa( SGK) 3. Qui tắc hình bình hành
Nếu hai lực đồng qui làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kể từ điểm đồng qui biểu diễn hợp lực của chúng.
F→ =F→1+F→2
III. Điều kiện cân bằng của chất điểm
Muốn cho một chất điểm đứng cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không.
0 ... 2 1+ + + = = → → → → n F F F F IV. Phân tích lực 1. Định nghĩa( SGK)
2. Phân tích một lực thành hai lực thành phần trên hai phương cho trước.
3. Chú ý:
III. Tiến trình giảng dạy 1. Sơ đồ logic
các lực cân bằng ? Nhận xét:
+ Lực có hai tác dụng là có thể gây ra gia tốc cho vật hoặc làm vật biến dạng + Lực là đại lượng có hướng
=> khái niệm lực
Hình thành khái niệm lực, các lực cân bằng Khái niệm lực?
GV tiến hành thí nghiệm
GV tiến hành thí nghiệm đưa ra khái niệm hai lực cân bằng, các lực cân bằng.
Tiến hành thí nghiệm khảo sát trạng thái của vòng nhẫn dưới tác dụng của ba lực, hai lưc, từ đó hình thành khái niệm tổng hợp lực,quy tắc hình bình hành, điều kiện cân bằng của chất điểm.
GV yêu cầu học sinh làm việc với SGK để hình thành khái niệm phân tích lực
Chú ý cho học sinh rằng: phân tích lực là phép làm ngược với tổng hợp tuy nhiên chỉ khi biết một lực có tác dụng cụ thể theo hai phương nào thì mới phân tích lực đó theo hai phương ấy.
2. Ý tưởng sư phạm
+ Hình thành khái niệm lực: trước tiên giáo viên cho học sinh nhắc lại khái niệm lực mà học sinh đã học từ lớp 8. Để có được khái niệm đầy đủ về lực giáo viên tiến hành thí nghiệm (dùng lực tác dụng vào quyển sách đang nằm yên trên mặt bàn làm nó chuyển động, dùng tay kéo dãn hoặc nén lò xo) từ đó học sinh nhận thấy lực có hai tác dụng là có thể gây ra gia tốc hoặc làm cho vật bị biến dạng, lực là đại lượng vecto => học sinh có thể đưa ra định nghĩa đầy đủ về lực. Giáo viên
yêu cầu học sinh chỉ ra các đại lượng đặc trưng của một vecto và hình thành cho học sinh khái niệm giá của lực, đơn vị của lực
+ Hình thành khái niệm hai lực cân bằng, các lực cân bằng: giáo viên cho học sinh quan sát thí nghiệm (thả một quả nặng khỏi tay quả nặng rơi xuống đất, treo một quả nặng vào lực kế quả nặng không rơi) cho học sinh nhận xét các lực tác dụng lên quả nặng trong hai trường hợp trên và đưa ra khái niệm hai lực cân bằng. Từ đó giáo viên tổng quát lên: nếu một vật chịu tác dụng của nhiều lực mà không gây ra gia tốc cho vật thì các lực đó gọi là các lực cân bằng.
+ Để đưa ra khái niệm tổng hợp lực, quy tắc hình bình hành:
Giáo viên tiến hành thí nghiệm dùng ba lực Fr1, Fr2, Fr3 tác dụng lên vòng nhẫn để vòng nhẫn cân bằng ở một vị trí cố định. Bây giờ ta bỏ lực Fr1, Fr2(giữ nguyên lực Fr3 ) dùng một lực kế kéo với một lực Fr để vòng nhẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu, giáo viên cho học sinh so sánh tác dụng của lực Fr1, Fr2 và Fr đối với vòng nhẫn =>đưa ra khái niệm tổng hợp lực.
Từ đó giáo viên yêu cầu học sinh tìm mối quan hệ giữa Fr1, Fr2và Fr bằng cách nối các điểm ngọn của các vectơ này với nhau, tiến hành lại thí nghiệm trên nhưng thay đổi Fr1, Fr2yêu cầu học sinh vẽ hình và nhận xét=> đưa ra qui tắc hình bình hành
+ Điều kiện cân bằng của chất điểm: GV yêu cầu học sinh tìm hợp lực của hai lực cân bằng, ba lực cân bằng trong các thí nghiệm trên. Từ đó học sinh nhận thấy hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên một vật đứng cân bằng đều bằng không =>điều kiện cân bằng của chất điểm.
+ Hình thành khía niệm phân tích lực: Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc với sách giáo khoa. Và chú ý cho học sinh rằng: phân tích lực là phép làm ngược với tổng hợp tuy nhiên chỉ khi biết một lực có tác dụng cụ thể theo hai phương nào thì mới phân tích lực đó theo hai phương ấy.
3. Tiến trình giờ dạy
- Đặt vấn đề: chúng ta đều muốn biết vì sao vật này đứng yên vật kia chuyển động, vì sao vật này chuyển động đều ( không gia tốc) vật kia lại chuyển động có gia tốc? để tìm câu trả lời chúng ta sẽ đi xét mối quan hệ giữa chuyển động và lực
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 2:Đưa ra định nghĩa đầy
đủ về lực, cân bằng lực
GV: Một em hãy nhắc lại khái niệm về lực đã học ở lớp 8.
GV: Các em hãy nhớ lại kiến thức đã học ở chương trước và trả lời câu hỏi khi nào vật có gia tốc a = 0; và khi nào vật có a khác 0?
GV: Dùng một lực tác dụng vào quyển sách đang nằm yên trên mặt bàn làm nó chuyển động. Em có nhận xét gì về gia tốc của quyển sách?
GV: Bây giờ ta dùng một tay giữ một đầu của lò xo, tay kia kéo đầu còn lại. Em có nhận xét gì về hình dạng của chiếc lò xo?
GV: Như vậy lực có những tác dụng gì?
GV: Các em hãy suy nghĩ và hoàn thành C1.
GV: Lực là đại lượng vec tơ hay đại lượng vô hướng? Vì sao?
GV: Từ các nhận xét trên, các em hãy cho biết, có thể định nghĩa lực như thế nào?
GV: Ta đã biết lực là một véc tơ. Vậy một véc tơ được đặc trưng bởi những yếu tố nào?
GV: Các em hiểu như thế nào về các yếu tố trên của lực. Các em hãy quan sát hình ảnh một vật sau khi chịu tác dụng của một lực chuyển động theo hướng A=> B và lực tác dụng lên vật trong TH này
I. Lực. Cân bằng lực
Hs : lực là nguyên nhân làm thay đổi vận tốc của chuyển động.
HS: Khi vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều thì gia tốc a = 0
Khi vận tốc biến đổi gia tốc khác không
HS: Vận tốc của quyển sách thay đổi => gia tốc khác không
HS:Lò xo bị biến dạng
HS: Lực có hai tác dụng, gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng.
Hs thảo luận hoàn thành C1
- Tay tác dụng vào cung làm cung biến dạng.
- Dây cung tác dụng vào mũi tên làm mũi tên bay đi.
HS. Lực là đại lượng véc tơ. Vì có hướng chuyển động
-HS:Lực là đại lượng véc tơ đặc trung cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc là cho vật biến dạng.
HS: Điểm đặt, phương, chiều, độ lớn
Điểm đặt : Tại trọng tâm của vật
+ Phương, chiều: Cùng phương, chiều của lực tác dụng.
+ Độ dài véc tơ chỉ độ lớn của lực A
Hoạt động 3 : Tìm hiểu phép tổng hợp lực
Trong toán học ta có: Cur ur ur= +A B
trong vật lí véc tơ lực có tính chất này không? Để biết được câu trả chúng ta sẽ cùng nhau đi làm thí nghiệm.
-GV: bộ dụng cụ thí nghiệm gồm: hai ròng rọc cố định, vòng nhẫn O(trọng lượng không đáng kể), các quả nặng mỗi quả năng có khối lượng 5g.
- Tiến hành TN hình 9.5
-Các em hãy quan sát thí nghiệm và chỉ rõ các lực tác dụng lên vòng nhẫn O
- Một em lên bảng biểu diễn các lực đó với cùng tỉ lệ xích.
-Quan sát thí nghiệm ta thấy vòng nhẫn đúng yên vậy e có nhận xét gì về ba lực trên?
- Bây giờ ta bỏ lực Fr1, Fr2 (giữ nguyên lực Fr3) dùng một lực kế kéo với một lực II . Tổng hợp lực 1. Thí nghiệm HS:Tiếp thu -Có ba lực , , có độ lớn lần lượt bằng trọng lực của ba nhóm quả nặng F1 = 1,5 N; F2 = 2,0N ; F3 = 2,5N - HS lên bảng vẽ lực tác dụng lên vòng nhẫn O.
-Vòng nhẫn O đứng yên chứng tỏ ba lực đó là ba lực cân bằng.
- Lực F có cùng độ lớn với lực
F3 = 2,5N, điểm đặt tại O, cùng phương, ngược chiều với . Tức là lực là lực cân bằng của lực .
- Có tác dụng giống nhau là đều giữ
B A
Frđể vòng nhẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu. Lực kế chỉ độ lớn của Fr bằng bao nhiêu và lực Fr có đặc điểm gì?
-Em hãy so sánh tác dụng của lực Fr1,
2
Fr và Fr đối với vòng nhẫn?
GV: Như vậy, ta đã thay thế hai lực Fr1, Fr2 bằng lực Fr để giữ vật đứng yên ở vị trí cần bằng. Điều đó có nghĩa là lực Fr có tác dụng giống hệt lực Fr1, Fr2
Phép thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt các lực ấy gọi là tổng hợp lực
Lực thay thế gọi là hợp lực
- Các em hãy nhận xét xem giữa các lực
1
Fr , Fr2 và lựcFr có mối liên hệ gì? Hãy nối ngọn của các vectơ này với nhau ta sẽ được một hình gì. Tại sao?
Vậy giữa các lực Fr1, Fr2 và lựcFr có mối liên hệ gì?
Bây giờ ta thay đổi độ lớn và hướng của các lực Fr1, Fr2. Khi vòng nhẫn O đứng yên thì 3 lựcFr1, Fr2và Fr có còn tuân theo qui luật này không .
Làm TN: Thay F1 = F2 = F3 = 2N, để cho vòng nhẫn cân bằng. Bỏ Fr1, Fr2, giữ
cho vòng nhẫn đứng yên và …
HS: Tiếp thu
-Nếu nối ngọn của các vecto này ta sẽ được tứ giác ABCD. Tứ giác này là một hình bình hành. Vì ta đo độ dài hai cặp cạnh đối, ta thấy chúng bằng nhau từng đôi một.
Nếu ta vẽ một hình bình hành có các cạnh bên là 2 lực , thì đường chéo của hình bình hành này là lực . Các lực tác dụng lên vòng tròn O cân bằng và tuân theo qui tắc hình bình hành
Quan sát TN
HS: Vẽ các hình và nhận xét: Các lực tác dụng lên vòng tròn 0 cân bằng theo quy tắc hình bình hành
nguyên Fr3và dùng lực kế giữ vòng nhẫn O cân bằng.
Các em hãy biểu diễn các lực như TN trên và nhận xét gì về mối quan hệ giữa các lực tác dụng lên võng nhẫn O?
-Các em hãy suy nghĩ và hoàn thành C3. Tổng hợp lực tuân theo qui tắc gọi là qui tắc hình bình hành được phát biểu như sau : Nếu hai lực đồng qui làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kể từ điểm đồng qui biểu diễn hợp lực của chúng.
+ Về mặt toán học F→ =F→1+F→2
+ Trong các trường hợp đặc biệt nếu Fr1
vuông góc, cùng giá, cùng chiều; cùng giá ngược chiều với Fr2 thì biểu thức trên được viết lại như thế nào?
- Các em hãy suy nghĩ và hoàn thành C4:
tuân theo qui tắc hình bình hành.
HS: Tiếp thu HS:
+ Fr1 vuông góc với Fr2 : F2 = F12 + F22 +Fr1 cùng giá cùng chiều Fr2: F=F1+F2 + Fr1 cùng giá ngược chiều Fr2:F=|F1- F2|
- HS: Tìm hợp lực của hai lực một.
Hoạt động 4: Tìm điều kiện cân bằng của chất điểm
GV:Hãy tìm hợp lực trong các trường hợp sau:
+ Hợp lực của hai lực trong hình 9.3 + Hợp lực của ba lực trong TN hình 9.5, vòng nhẫn O đang ở trạng thái cân bằng.
-Vậy trong trường hợp tổng quát điều kiện cân bằng của một chất điểm là: Hợp lực tác dụng lên chất điểm đó bằng O.
III. Điều kiện cân bằng của chất điểm.
HS:
0
P= − ⇒ + =T P T
ur ur ur ur
Hợp lực của Fr1, Fr2 trực đối với lực Fr3
nên hợp lực của 3 lực đó bằng 0): HS: F→ =F→1+F→2+...+F→n =0
Hoạt động 5: Tìm hiểu phép phân tích lực
Quay lại thí nghiệm 1 ta thấy Fr3 có xu hướng kéo O xuống dưới, hợp lực của Fr1
, Fr2 giữ cho O cân bằng (Vẽ thêm lực Fr3
). Vậy Fr3 có vai trò gì đối với từng lực
1
Fr , Fr2 để điểm O không bị thay đổi vị