8. Cấu trúc của khóa luận
2.3. Cấu trúc của chƣơng
Trong quá trình dạy học theo định hƣớng DHGQVĐ việc nắm đƣợc cấu trúc lôgic sự phát triển nội dung trong chƣơng là cần thiết. Dƣới đây là Grap nội dung của chƣơng "Các định luật bảo toàn".
28
Sơ đồ 2.1. Cấu trúc của chƣơng “Các định luật bảo toàn” Các định luật bảo toàn
Động lƣợng. Định luật
bảo toàn động lƣợng Công cơ học
Xung lƣợng của lực Động lƣợng Biến thiên động lƣợng Hệ cô lập Năng lƣợng Công suất Định luật bảo toàn động lƣợng Va chạm mềm Chuyển động bằng phản lực Động năng Biến thiên động năng Thế năng Thế năng trọng trƣờng Thế năng đàn hồi
Định luật bảo toàn cơ năng Độ giảm thế năng Cơ năng trọng trƣờng Cơ năng đàn hồi
29
2.4. Chuẩn bị điều kiện cần cho dạy học chương “Các định luật bảo toàn” theo phương pháp dạy học giải quyết vấn đề nhằm phát triển tư duy cho học sinh
2.4.1. Vấn đề hóa nội dung dạy học chƣơng “Các định luật bảo toàn”
Trong DHGQVĐ nội dung dạy học của chƣơng, của bài cần phải đƣợc sắp xếp thành một chuỗi các vấn đề nhận thức. Để làm đƣợc điều đó, GV căn cứ vào mục tiêu, nhiệm vụ và yêu cầu của chƣơng trình và sách giáo khoa, tiến hành tổ chức sắp xếp lại nội dung dạy học thành từng vấn đề theo một lôgic nhất định, đảm bảo nội dung dạy học theo yêu cầu của chƣơng trình nhằm tạo nội dung dạy học phát triển năng lực nhận thức, năng lực GQVĐ cho HS. Đó gọi là “ vấn đề hoá nội dung dạy học ”.
Nội dung dạy học chƣơng “Các định luật bảo toàn” đƣợc tôi tập hợp thành các vấn đề chính sau:
Bài 23 . Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng
- Nêu định nghĩa và ý nghĩa của động lƣợng ?
- Nêu cách phát biểu khác của định luật II Niutơn ? Hệ cô lập là gì?
- Phát biểu và viết biểu thức định luật bảo toàn động lƣợng cho hệ hai vật? - Tại sao khi nhảy từ thuyền lên bờ thì thuyền bị giật lùi lại?
- Tại sao khi bắn súng trƣờng cần phải gì chặt súng vào vai?
Bài 24. Công và công suất
- Định nghĩa và viết biểu thức tính công trong trƣờng hợp tổng quát? - Khi nào lực sinh công dƣơng, âm? Nêu ý nghĩa của công dƣơng, công âm? - Phát biểu định nghĩa công suất? Nêu ý nghĩa Vật lý của công suất? - Tại sao khi lên dốc ngƣời lái xe máy phải lùi số lại?
Bài 25. Động năng
- Nêu định nghĩa và công thức của động năng? - Khi nào động năng của vật biến thiên?
- Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng có mối liên hệ gì? - Tại sao trong một tai nạn giao thông, ôtô có tải trọng càng lớn và chạy càng nhanh thì hậu quả do nó gây ra càng nghiêm trọng?
30
Bài 26. Thế năng
- Nêu định nghĩa và viết biểu thức của thế năng trọng trƣờng? thế năng
đàn hồi?
- Công của trọng lực và độ biến thiên thế năng có mối liên hệ nhƣ thế nào? - Thế năng đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng nhƣ thế nào?
Bài 27. Cơ năng
- Định nghĩa cơ năng? Viết biểu thức tính cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng, chịu tác dụng của lực đàn hồi?
- Thiết lập định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng?
- Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng?
- Khi nào động năng (thế năng) của vật đạt cực đại?
2.4.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu trực quan tạo điều kiện học sinh tự lực xây dựng kiến thức và kỹ năng mới. dựng kiến thức và kỹ năng mới.
Trong DHGQVĐ tƣ liê ̣u trƣ̣c quan có vai trò quan trọng trong viê ̣c ta ̣o tình huống có vấn đề: Thí nghiệm, hình ảnh, video clip ta ̣o ấn tƣợng nhằm cuốn hút HS gây tâm lý ngạc nhiên, lý thú và khao khát tìm hiểu, khám phá.
Để tăng tính trực quan hấp dẫn khi tạo tình huống có vấn đề, tạo điều kiện cho HS tự lực trong GQVĐ, chúng tôi đã sƣu tầm, xây dựng các tƣ liệu số hóa (thí nghiệm, hình ảnh, video clip....)
- Thí nghiệm biểu diễn chuyển động bằng phản lực - Ảnh chụp: Tên lửa, Máy bay phản lực, Sóng thần
- Video clip: Bắn súng trƣờng, tên lửa vũ trụ đang rời khỏi bệ, máy bay phản lực, pháo thăng thiên, sóng thần, nhà máy thủy điện.
2.5. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chƣơng “Các định luật bảo toàn” theo phƣơng pháp dạy học giải quyết vấn đề toàn” theo phƣơng pháp dạy học giải quyết vấn đề
2.5.1. Bài học xây dựng kiến thức mới. Giáo án: 1 Giáo án: 1
31
* Ý tƣởng sƣ phạm:
Đây là bài mở đầu của chƣơng nên việc tạo hứng thú học tập cho HS là rất cần thiết. Vì vậy khi soạn bài này tôi dùng những đoạn video để HS quan sát một số hiện tƣợng quen thuộc xảy ra trong thực tế cuộc sống chúng ta.
Bài học này tôi vận dụng DHGQVĐ ở mức độ hai nhằm tạo điều kiện cho HS có thể tham gia vào các thao tác sau:
- Mô tả một số hiện tƣợng quen thuộc trong thực tế cuộc sống liên quan đến bài học. Trong những hiện tƣợng đó xuất hiện vấn đề mà HS chƣa thể trả lời đƣợc, làm cho HS càng muốn tìm ra câu trả lời nên càng thu hút, lôi cuốn HS tham gia vào việc xây dựng và GQVĐ.
- HS khái quát hoá rút ra kết luận: Động lƣợng, định luật bảo toàn động lƣợng. - HS vận dụng tri thức mới giải thích các hiện tƣợng thực tế về chuyển động của tên lửa, máy bay phản lực, hiện tƣợng súng giật khi bắn, chuyển động của con mực, sứa, bọ nƣớc….,
Bài này đƣợc dạy trong 2 tiết, có thể phân ra nhƣ sau: Tiết 1: dạy hết phần I
Tiết 2: Phần còn lại của bài (từ II đến hết bài)
I.Mục tiêu. 1. Kiến thức
- Định nghĩa đƣợc động lƣợng, nêu đƣợc hệ quả: Lực với cƣờng độ đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian ngắn có thể làm cho động lƣợng của vật biến thiên.
- Từ định luật II Niu-tơn suy ra đƣợc định lí biến thiên động lƣợng. - Phát biểu đƣợc định nghĩa hệ cô lập.
- Phát biểu đƣợc định luật bảo toàn động lƣợng.
2. Kỹ năng
- Vận dụng đƣợc định luật bảo toàn động lƣợng để giải bài toán va chạm mềm.
32
3.Về thái độ:
- Sự hứng thú học tập môn vật lí, lòng yêu thích khoa học.
- Sẵn sàng vận dụng những hiểu biết của mình giải thích các hiện tƣợng xảy ra trong thực tế cuộc sống.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mĩ, trung thực.
II. CHUẨN BỊ. 1.Giáo viên:
- Chuẩn bị một số dụng cụ thí nghiệm minh họa : - Bong bóng, xe đồ chơi, thân viết, nắp viết, dây buộc
Phiếu học tập số 1
Hai vật có khối lƣợng lần lƣợt là m1, m2 , vật 1 chuyển động trên một mặt phẳng ngang nhẫn với vận tốc v1
ur
đến va chạm vào vật 2 đang nằm yên trên mặt phẳng ngang ấy. Sau va chạm hai vật nhập làm một, chuyển động với cùng vận tốc vr
Xác định v
r ?
Phiếu học tập số 2
Câu 1: Một máy bay có khối lƣợng 160 tấn đang bay với vận tốc 870km/h. Tính động lƣợng của máy bay ?
A. 38,66.106kg.m/s. C. 38,66.107kg.m/s B. 139,2.105kg.m/s. D. 1392 kg.m/s
Câu 2: Một quả bóng bay ngang với động lƣợng P thì đập vuông góc vào một bức tƣờng thẳng đứng, bay ngƣợc trở lại theo phƣơng vuông góc với bức tƣờng có cùng độ lớn vận tốc. Độ biến thiên động lƣợng của quả bóng là?
A. 0 B.urp C. 2urp D. - 2urp
2. Học sinh:
33
II. SƠ ĐỒ XÂY DỰNG KIẾN THỨC BÀI HỌC
Các định luật NiuTơn, khái niệm động lƣợng
Tƣơng tác giữa 2 vật, mỗi vật thu gia tốc là vận tốc thay đổi. Có hệ thức nào liên hệ giữa vận tốc trƣớc và sau va chạm với khối lƣợng của chúng không?
Từ mối liên hệ giữa lực tƣơng tác giữa các vật theo định luật III NiuTơn. Từ biểu thức định luật II NiuTơn. Suy ra mối liên hệ giữa các vận tốc của các vật trƣớc và sau tƣơng tác với khối lƣợng của chúng.
Theo định luật III NiuTơn: F1 F2
ĐL II NiuTơn: ∆uurp1= Fur1.∆t, ∆uurp2= Fuur2.∆t ∆uurp1 + ∆uurp2 = 0r Hay p1 p2 0. Tổng của 2 tích khối lƣợng và vận tốc của các vật trƣớc và sau va chạm là hằng số
Ta có: m v1 1m v2 2 m v1 1,m v2 2, p p1 p2 0
Vậy nếu sau va chạm hệ gắn liền thành một khối thì vận tốc đƣợc xác định ntn? Thế nào là chuyển động bằng phản lực, cđ bằng phản lực tuân theo định luật nào? 1 1 2 m v V m m m V v M
34
IV. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Hoạt động 1:Củng cố kiến thức xuất phát và xác định nhiệm vụ nhận thức (7phút)
Hoạt động GV Hoạt động HS
- Ôn tập lại kiến thức đã học ở tiết trƣớc:
- Nêu định nghĩa động lƣợng và cách diễn đạt thứ hai của định luật II NiuTơn.
- Cho HS xem đoạn video bắn súng.
- Tại sao khi bắn súng, súng bị giật lùi về phía sau?
- Khi ta nhảy từ thuyền nhỏ lên bờ, tại sao thuyền giật lùi lại?
- Để trả lời đƣợc các câu hỏi này chúng ta cùng
tìm hiểu phần còn lại của bài: Động lƣợng.Định
luật bảo toàn động lƣơng.
- Định nghĩa động lƣợng và cách diễn đạt thứ hai của định luật II NiuTơn
- Xem đoạn video
- HS băn khoăn suy nghĩ
Đặt vấn đề: Định luật bảo toàn giúp ta hiểu sâu sắc về chuyển động của một hệ
và vận dụng có hiệu qủa trong việc giải nhiều bài toán cơ học. Việc giải bài tập về các định luật bảo toàn không những giúp cho các em nắm vững định luật mà còn làm quen với phƣơng pháp giải một số bài toán cơ học khác với phƣơng pháp động lực học dùng các định luật Niutơn. Khi giải bài toán xác định chuyển động của các vật trong hệ thì hệ vật đó phải ở trong một điều kiện nhất định mà vật lí gọi là hệ cô lập (hệ kín). Vậy hệ kín là hệ nhƣ thế nào?
Hoạt động 2: Làm quen với khái niệm hệ cô lập (5 Phút)
Hoạt động GV Hoạt động HS
- GV: Thông báo hệ cô lập (hệ kín) - Hãy cho ví dụ về hệ cô lập
- Nhận xét, chính xác hóa vấn đề.
- Trong các hiện tƣợng nhƣ nổ, va chạm, các nội lực xuất hiện thƣờng rất lớn so với các ngoại lực thông thƣờng nên hệ vật có thể coi gần đúng là hệ kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tƣợng.
- Hệ tên lửa và khí khi tên lửa phụt khí….
- HS: Tiếp thu và ghi nhận khái niệm hệ cô lập.
- Cho ví dụ về hệ cô lập - Hệ vật rơi rự do - Trái đất - Hệ 2 vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng ngang
35
Đặt vấn đề: Khi một vật chịu tác dụng của lực thì động lƣợng của vật thay
đổi.Vậy trong hệ cô lập nếu hai vật tƣơng tác với nhau thì tổng động lƣợng của hệ trƣớc và sau tƣơng tác có thay đổi không? HS băn khoăn lựa chọn dự đoán
Để biết đƣợc dự đoán nào đúng chúng ta sẽ tìm hiểu định luật bảo toàn động lƣợng.
Hoạt động 3: Tìm hiểu định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập (15 phút)
Hoạt động GV Hoạt động HS
- Chia nhóm HS - Phát phiếu học tập
- Yêu cầu HS làm việc theo nhóm để giải bài tập trong vòng 3 phút - Yêu cầu HS lên trình bày kết quả
- Nhận xét hoạt động của các nhóm, khen thƣởng các nhóm làm tốt.
- Trong hệ cô lập gồm 2 vật tƣơng tác với nhau thì động lƣợng của mỗi vật và tổng động lƣợng của hệ thay đổi thế nào?
- Hãy phát biểu định luật bảo toàn động lƣợng.
- Nhấn mạnh: Tổng động lƣợng của hệ cô lập là một véc tơ không đổi cả về hƣớng và độ lớn, ta có thể mở rộng cho hệ cô lập gồm
- Hoạt động theo nhóm
- Nhận phiếu học tập làm việc theo nhóm để giải bài tập.
- Cử đại diện nhóm trình bày kết quả. a./ Độ biến thiên động lƣợng của mỗi viên bi ∆ p1 uur = F1 ur .∆t, ∆p2 uur = F2 uur .∆t b./ So sánh tổng động lƣợng của hệ trƣớc và sau va chạm.
Theo định luật III Niutơn F2 uur = - F1 ur ∆p2 uur = - ∆p1 uur ∆uurp1 + ∆uurp2 = 0r ∆p = ∆p1 uur + ∆p2 uur = 0 r 1 p uur
+ uurp2 = không đổi
- Động lƣợng của từng vật thay đổi,
động lƣợng của hệ không thay đổi.
- Phát biểu định luật bảo toàn động lƣợng.
36 nhiều vật.
- Định luật bảo toàn động lƣợng và các định luật bảo toàn khác trong chƣơng này chỉ đúng trong hệ qui chiếu quán tính.
- Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi đặt ra ở đầu bài.
- Tại sao khi bắn súng, súng bị giật lùi về phía sau
- Khi ta nhảy từ thuyền nhỏ lên bờ thì tại sao thuyền giật lùi lại?
Định luật bảo toàn động lƣợng có nhiều ứng dụng thực tế: giải bài toán va chạm, làm cơ sở cho nguyên tắc chuyển động bằng phản lực. Sau đây chúng ta áp dụng định luật bảo toàn động lƣợng cùng giải bài toán về va chạm mềm.
- Hệ súng và đạn có thể coi là một hệ kín. Khi chƣa bắn động lƣợng của hệ bằng 0. Khi đạn bay ra khỏi nồng súng để động lƣợng đƣợc bảo toàn thì súng phải chuyển động theo hƣớng ngƣợc lại với viên đạn.
- Hệ ngƣời và thyền có thể coi là một hệ kín. Khi ta đứng yên trên thuyền động lƣợng của hệ bằng 0. Khi ta bƣớc từ thuyền lên bờ thì thuyền phải lùi lại, động lƣợng của thuyền ngƣợc hƣớng với động lƣợng của ngƣời sao cho tổng động lƣợng của hệ vẫn bằng 0. Nên khi ta bƣớc lên bờ thì thấy thuyền lùi lại.
Hoạt động 4: Xét bài toán va chạm mềm ( 8phút)
Hoạt động GV Hoạt động HS
- Phát phiếu học tập số 2 cho HS
- Yêu cầu HS hoạt động nhóm giải bài tập về va chạm mềm - Hƣớng dẫn HS:
- Hệ vật có cô lập không?
- Nhận phiếu học tập
- HS hoạt động nhóm giải bài tập về va chạm mềm.
- Vì không có ma sát nên ngoại lực tác dụng gồm:
37 - Hãy áp dụng định luật bảo
toàn động lƣợng để tìm vận tốc sau va chạm.
- Yêu cầu đại diện nhóm trình bày kết quả
- GV nhận xét hoạt động của các nhóm và chính xác hoá vấn đề.
- Va chạm của 2 vật trên đây đƣợc gọi là va chạm mềm.
+ Trọng lực và các phản lực pháp tuyến cân bằng nhau nên hệ 2 vật này là hệ cô lập.
+ Áp dụng định luật bảo toàn động lƣợng: m1vur1+m2vur2 = (m1 + m2) v r Mà m2vur2= 0 1 1 1 2 m v v m m = + ur r
- Đại diện nhóm trình bày kết quả.
Đặt vấn đề: Cho HS quan sát đoạn video về chuyển động của tên lửa và chuyển
động của cái diều.
GV: Đặc điểm chung của cái diều và tên lửa là gì?
HS dự đoán: Chúng đều bay đƣợc lên cao.
GV: Nguyên tắc hoạt động của chúng có khác nhau không? HS: Băn khoăn lựa chọn dự đoán
