6. Nhận xét bộ thí nghiệm sau khi chế tạo
6.1 Những điểm mới
- Đồng hồ có thiết kế nhỏ gọn, tháo lắp dễ dàng, di chuyển cùng xe và ghi lại chuyển động của xe nên dễ trong nhận thức của học sinh.
- Chỉ tiến hành một lần thí nghiệm cho một chuyển động nhưng thu được nhiều số liệu. Kết quả có độ chính xác có thể chấp nhận được với học sinh
- Bộ thí nghiệm tương đối gọn, đẹp, chắc chắn, có tính di động khá cao, có thể mang xuống lớp học.
- Đồng hồ hoạt động với hiệu điện thế 12V nên đảm bảo quy tắc an toàn.
- Thí nghiệm sử dụng trong các bài học là thí nghiệm mở, học sinh có thể tự thiết kế, tự lắp ráp
- So với bộ thí nghiệm trước có sử dụng đồng hồ tương tác từ thì bộ thí nghiệm mới chế tạo có:
• Pít tông xi lanh được thiết kế dài hơn để giảm sự rung lắc, xe được chế tạo bằng loại gỗ nhẹ hơn.
• Ngoài các thí nghiệm mà bộ trước có thể tiến hành, bộ thí nghiệm mới chế tạo còn có thể nghiên cứu được định luật III Niu tơn, đáp ứng được đầy đủ hơn nhu cầu của người sử dụng
- Bộ thí nghiệm có giá thành rẻ, đơn giản dễ sử dụng nên có thể phổ biến rộng rãi tới các trường phổ thông.
6.2 Nhược điểm
- Bộ thí nghiệm còn có sai số do ma sát giữa bánh xe và thanh ray - Bộ thí nghiệm tương đối cồng kềnh
6.3 Hướng phát triển
Sử dụng đồng hồ đo thời gian kiểu tương tác từ để chế tạo các bộ thí nghiệm mới hoàn thiện hơn:
• Khắc phục được những nhược điểm của các bộ thí nghiệm đã có
• Đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầu của người sử dụng
7. Soạn thảo tiến trình dạy học sử dụng bộ thí nghiệm
7.1 Chuyển động thẳng đều (mục 5 bài 2 SGK Vật lí 10NC)
7.1.1 Phân tích kiến thức cần xây dựng
- Kiến thức cần xây dựng là khái niệm một hiện tượng vật lí: chuyển động thẳng đều. - Khi dạy học khái niệm một hiện tượng vật lí , trước hết cần tạo điều kiện cho học sinh có những biểu tượng rõ ràng, chính xác về hiện tượng đó. Sau đó từng bước giúp học sinh phát hiện được những dấu hiệu bản chất của hiện tượng rồi kiểm tra nhận thức đó bằng thực nghiệm. Cuối cùng diễn đạt thâu tóm định nghĩa hiện tượng.
- Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng, trong đó chất điểm có vận tốc tức thời không đổi. Bản chất của chuyển động thẳng đều thể hiện ở phương trình chuyển động thẳng đều: x=xo+vt
- Vấn đề đặt ra là xây dựng được phương trình chuyển động thẳng đều.
7.1.2 Mục tiêu
- Kiến thức:
• Phát biểu được định nghĩa chuyển động thẳng đều
• Viết được phương trình chuyển động thẳng đều - Kĩ năng:
• Quan sát, phân tích hiện tượng vật lí: quan sát thí nghiệm xe chuyển động thẳng đều.
• Thực hiện thí nghiệm: chuyển động thẳng đều với bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng sử dụng đồng hồ đo thời gian tương tác từ.
• Giải bài toán vật lí: giải bài toán tìm phương trình chuyển động thẳng đều.
7.1.3 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức
Từ định nghĩa chuyển động thẳng đều, biểu diễn tọa độ x của chất điểm Chất điểm chuyển động thẳng đều có phương
trình như thế nào?
Từ thí nghiệm về chuyển động thẳng đều đưa ra định nghĩa chuyển động thẳng đều.
7.1.4 Lựa chọn phương pháp
Sử dụng phối hợp các phương pháp truyền thống: nhóm phương pháp dùng ngôn ngữ, phương pháp thực hành thí nghiệm.
7.1.5 Tiến trình dạy học cụ thể
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Hoạt động 1: Định nghĩa chuyển động thẳng đều
Theo định nghĩa, gọi vận tốc của chất điểm chuyển động thẳng đều là v không đổi
Tại thời điểm ban đầu vật ở vị trí có tọa độ xo
Từ định nghĩa vận tốc trung bình và vận tốc tức thời: x-xo = v.t
Sau khi hướng dẫn học sinh tìm hiểu các khái niệm vận tốc trung bình, vận tốc tức thời, giáo viên yêu cầu học sinh chia nhóm tiến hành thí nghiệm chuyển động thẳng đều trên bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ đo thời gian tương tác từ
!! Yêu cầu học sinh xác định vận tốc trung bình của vật trên mỗi đoạn đường vật đi được trong 0.02s.
!! Yêu cầu học sinh so sánh các vận tốc trung bình đó.
Gợi ý hướng đến vận tốc tức thời
=> Đưa ra định nghĩa chuyển động thẳng đều
Chia nhóm tiến hành thí nghiệm
Xác định vận tốc trung bình của vật trên mỗi đoạn đường vật đi được trong 0.02s.
Nhận xét: các vận tốc trung bình đó gần
bằng nhau.
- Lắng nghe, ghi nhớ
Hoạt động 2: Xây dựng phương trình chuyển động thẳng đều
Đặt vấn đề: Ta biết rằng, tính chất của mọi chuyển động luôn được thể hiện trong phương trình chuyển động, phương trình này cho phép ta xác định tọa độ của vật tại một thời điểm bất kì.
!! Yêu cầu học sinh xây dựng phương trình chuyển động thẳng đều
• Gợi ý giải pháp:
- Vận tốc tức thời không đổi nên có thể suy ra vận tốc trung bình trên một quãng đường bất kỡ luụn bằng vận tốc tức thời đó.
- Vận tốc trung bình liên quan đến độ dời và thời gian
- Độ dời liên quan đến tọa độ.
=> Từ các mối liên hệ đó có thể thành lập
Từ định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều, định nghĩa gia tốc, biểu thức giá trị đại số của gia tốc trung bình, ta tìm được biểu thức của vận tốc biến đổi theo thời gian
Trong chuyển động thẳng biến đổi đều, vận tốc biến đổi theo thời gian như thế nào?
Theo định nghĩa, gọi gia tốc của chất điểm chuyển động thẳng biến đều là a không đổi.
Tại thời điểm ban đầu vật có vận tốc vo
Từ định nghĩa gia tốc trung bình và gia tốc tức thời: v-vo = a.t Tùy vào dấu của v.a chia làm 2 trường hợp:
Chuyển động nhanh dần đều Chuyển động chậm dần đều
Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều.
Công thức vận tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều : v = vo + a.t Tại thời điểm t, v.a>0 thì chuyển động khi đó là chuyển động nhanh dần đều Tại thời điểm t, v.a<0 thì chuyển động khi đó là chuyển động chậm dần đều
Từ thí nghiệm về chuyển động thẳng nhanh dần đều đưa ra định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều.
thẳng đều theo gợi ý của giáo viên
7.2 Chuyển động thẳng biến đổi đều (mục 2 bài 4 SGK Vật lí 10NC)
7.2.1 Phân tích kiến thức cần xây dựng
- Kiến thức cần xây dựng là khái niệm một hiện tượng vật lí: chuyển động thẳng biến đổi đều. “Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng, trong đó gia tốc tức thời không đổi”. Bản chất của chuyển động thẳng biến đổi đều thể hiện ở sự biến đổi của vận tốc theo thời gian: v=vo+at
- Vấn đề đặt ra là xây dựng được phương trình thể hiện sự biến đổi của vận tốc theo thời gian.
7.2.2 Mục tiêu
- Kiến thức:
• Phát biểu được định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều
• Nêu được sự biến đổi vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều
• Hiểu, phân biệt được chuyển động thẳng nhanh dần đều và chậm dần đều - Kĩ năng:
• Quan sát, phân tích hiện tượng vật lí: hiện tượng xe chuyển động trên máng nghiêng.
• Vẽ đồ thị vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều.
• Giải bài toán vật lí: giải bài toán tìm sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều.
7.2.3 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức
Líp: K57 B - Khoa Vật lý Trường ĐHSP Hà Nội
7.2.4 Lựa chọn phương pháp
Sử dụng nhóm phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ.
7.2.5 Tiến trình dạy học cụ thể
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Hoạt động 1: Định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều
Hướng dẫn học sinh tìm hiểu các khái niệm gia tốc trung bình, gia tốc tức thời
!! Yêu cầu học sinh: dựa vào kết quả bài thực hành trước đó, tính gia tốc trung bình của vật trong mỗi khoảng thời gian 0,02s
!! Hãy sánh các gia tốc trung bình đó.
Gợi ý hướng đến gia tốc tức thời
Đưa ra định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều
Xác định gia tốc trung bình của vật trong mỗi khoảng thời gian 0.02s
So sánh: các gia tốc trung bình đó gần bằng nhau.
Lắng nghe, ghi nhớ định nghĩa.
Hoạt động 2: Tìm hiểu sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều
Đặt vấn đề: vật chuyển động thẳng biến đổi đều có gia tốc, tức là vận tốc của nó biến đổi theo thời gian. Vậy sự biến đổi đó cụ thể như thế nào?...
!! Yêu cầu học sinh tìm sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian
• Gợi ý giải pháp: gia tốc tức thời không đổi nên có thể suy ra gia tốc trung bình trên một quãng đường bất kỡ luụn bằng gia tốc tức thời đó. Gia tốc trung bình liên quan đến vận tốc
và thời gian. Từ các mối liên hệ đó có thể tìm sự phụ thuộc của vận tốc theo thời gian.
Đưa ra định nghĩa chuyển động nhanh, chậm dần đều: “Một vật chuyển động nhanh dần đều khi nó chuyển động biến đổi đều và giá trị vận tốc tăng lên (độ lớn của v lớn hơn độ lớn của vo; ngược lại khi độ lớn của v nhỏ hơn độ lớn vo ta có chuyển động chậm dần đều.”
? Dựa vào phương trình thể hiện sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian, em hãy cho biết, trong 2 trường hợp chuyển động nhanh, chậm dần đều thỡ tớch v.a khác nhau như thế nào?
- Tìm sự phụ thuộc của vận tốc theo thời gian từ các gợi ý của giáo viên.
- Kết luận: v = vo + a.t
Tìm đặc điểm của tích v.a trong 2 trường hợp: chuyển động nhanh, chậm dần đều.
Kết luận:
v.a<0 thì vật chuyển động chậm dần đều. v.a>0 thì vật chuyển động nhanh dần đều.
Hoạt động 3: Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của vận tốc theo thời gian
!! Yêu cầu học sinh: Từ biểu thức sự phụ thuộc của vận tốc theo thời gian vừa tìm được, hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc đó và chỉ rõ trong đồ thị mà mỗi học sinh vẽ thì dấu của v, a như thế nào?
7.3 Định luật I Niu-tơn
7.3.1 Phân tích kiến thức cần xây dựng
- Kiến thức cần xây dựng là một định luật vật lí: định luật I Niu-tơn: “nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.”
- Đây là một trong ba định luật cơ bản nhất của cơ học, định luật này không thể kiểm nghiệm bằng thực nghiệm bởi điều kiện kiểm tra nó là lí tưởng.
- Câu hỏi đề xuất vấn đề là: “Nếu một vật không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì trạng thái của vật sẽ có trạng thái như thế nào?” 7.3.2 Mục tiêu
- Kiến thức:
Hiểu và phát biểu được định luật I Niuton - Kĩ năng:
• Quan sát mô tả và giải thích hiện tượng vật lí: hiện tượng các vật chỉ có thể duy trì vận tốc khi có vật khác tác dụng lên nó.
Tiến hành thí nghiệm một vật chuyển động dưới tác dụng của lực ma sát đã được giảm đến mức tối thiểu có thể. Nhận xét về chuyển động của vật và tưởng tượng đến trạng thái lí tưởng khi vật không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, rút ra kết luận
Nếu một vật không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì trạng thái của vật sẽ có trạng thái như thế nào?
Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Quan sát thức tế cho thấy: vật chỉ có thể duy trì vận tốc khi có vật khác tác dụng lên nó. Nhưng trong thức tế, vật luôn chịu tác dụng của lực ma sát.
1.1.1.1 7.3.4 Lựa chọn phương pháp dạy học
Sử dụng phối hợp nhóm phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ, phương pháp biểu diễn thí nghiệm.
7.3.5 Tiến trình dạy học cụ thể
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Hoạt động: Tìm hiểu định luật I Niuton
!! Nêu một vài ví dụ về sự không duy trì vận tốc của vật khi không tác dụng lực phát động vào vật, yêu cầu học sinh nhận xét.
!! Nhận xét câu trả lời của học sinh và đề xuất vấn đề: “Nếu một vật không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì trạng thái của vật sẽ có trạng thái như thế nào?”
Mô tả thí nghiệm lịch sử của Galile
!! Yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm chuyển động thẳng đều.
Từ 2 thí nghiệm :
? Khi thực hiện được điều kiện lí tưởng (vật hoàn toàn cô lập, không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0) thì điều gì sẽ xảy ra?
=> Đó là nội dung định luật I Niu - ton
Nhận xét hiện tượng xảy ra trong các ví dụ của giáo viên: vật không duy trì được vận tốc khi không có lực phát động, nhưng đó là do vật chịu tác dụng của lực ma sát.
Tiến hành thí nghiệm chuyển động thẳng đều
TL: Khi đó vật giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều mãi mãi
7.4 Định luật II Niu-tơn (mục 1, bài 15 SGK Vật lí 10 NC)
7.4.1 Phân tích kiến thức cần xây dựng
- Kiến thức cần xây dựng là một định luật vật lí: định luật II Niu-tơn: “Vecto gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vecto gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vecto lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.”
- Đây là định luật cơ bản của cơ học cổ điển, nó nêu lên biểu hiện của vật đáp trả lại tác động cơ học bên ngoài
- Câu hỏi đề xuất vấn đề là: “Gia tốc vật thu được do tác dụng của lực có liên quan như thế nào với lực tác dụng đó?”
7.4.2 Mục tiêu
- Kiến thức:
• Hiểu, phát biểu được định luật II Niu-tơn - Kĩ năng:
• Quan sát, mô tả hiện tượng vật lí: sự thay đổi vận tốc của các vật dưới tác dụng của lực.
• Thực hiện thí nghiệm: sử dụng bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng kiểm nghiệm định luật II Niu-tơn.
Có thể kiểm nghiệm kết luận trên như thế nào?
Tiến hành thí nghiệm: xác định gia tốc của vật tương ứng với lực tác dụng vào nó. Nhận xét sự thay đổi gia tốc tương ứng với sự thay đổi của lực tác dụng.
So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả rút ra từ kết luận trên.
7.4.3 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức
Tiến hành các thí nghiệm, quan sát thực tế từ đó rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của gia tốc vật thu được vào lực tác dụng lên vật.
Gia tốc vật thu được do tác dụng của lực có liên quan như thế nào với lực tác dụng đó?
Từ quan sát thực tế: gia tốc không chỉ phụ thuộc vào lực tác dụng mà còn phụ thuộc vào khối lượng của chính nó.
Khái quát từ nhiều quan sát và thí nghiệm, Niuton đã đưa ra kết luận về