Hệ quy chiếu

7. Cấu trỳc luận văn

2.1.1. Hệ quy chiếu

Hệ quy chiếu là một hệ thống gồm cú vật mốc gắn với một hệ tọa độ và dụng cụ đo thời gian.

Cỏc khỏi niệm vận tốc, gia tốc đều liờn quan chặt chẽ với tọa độ của chất điểm và là những đại lượng vộctơ.

33

Trong chuyển động thẳng, cỏc vộctơ đú cựng phương với quỹ đạo của chuyển động. Chọn trục Ox trựng với quỹ đạo thẳng, ta chỉ xột giỏ trị đại số của cỏc đại lượng trờn.

* Tốc độ trung bỡnh: vtb s t  * Vận tốc tức thời: v s t    ; s và t rất ngắn * Gia tốc: a v t      2.1.2. Chuyển động thẳng đều

- Vận tốc tức thời khụng đổi theo thời gian, v hằng số.

- Phương trỡnh chuyển động: xx0v t.

- Đường biểu diễn là một đường thẳng xiờn gúc xuất phỏt từ điểm (x0, 0).

2.1.3. Chuyển động thẳng biến đổi đều

- Gia tốc tức thời khụng đổi (a hằng số).

- Phương trỡnh chuyển động: 2 0 0 1 . 2 xx v t at - Cụng thức vận tốc: vv0at

- Đường biểu diễn vận tốc theo thời gian là nửa đường thẳng xiờn gúc xuất

phỏt từ điểm (v0, 0) cú hệ số gúc bằng giỏ trị gia tốc a.

* Khi v a. 0 chuyển động nhanh dần

* Khi v a. 0 chuyển động chậm dần

- Cụng thức liờn hệ giữa quóng đường đi đươc, vận tốc và gia tốc.

2 2

0 2

v v  as

2.1.4. Rơi tự do. Gia tốc rơi tự do g

s là quóng đường đi được t là thời gian chuyển động

34

Rơi tự do là chuyển động theo phương thẳng đứng từ trờn xuống chỉ dưới tỏc dụng của trọng lực, đú là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

Ở cựng một nơi trờn Trỏi đất và ở gần mặt đất, cỏc vật rơi tự do đều cú cựng gia tốc g.

2.1.5. Chuyển động trũn đều

Vộctơ vận tốc cú phương trựng với tiếp tuyến của đường trũn tại điểm dang xột, hướng theo chiều chuyển động và cú độ lớn khụng đổi. Độ lớn ấy

gọi là vận tốc dài và bằng : v s t    - Tốc độ gúc: t      là gúc quột, tớnh bằng rad  tớnh bằng rad/s.

- Liờn hệ giữa tốc độ gúc và tốc độ dài:

vr. với r là bỏn kớnh quỹ đạo

Chuyển động trũn đều cú tớnh tuần hoàn với chu kỳ T và tần số f :

1 2 ; T f     2 f

- Gia tốc hướng tõm của chuyển động trũn đều:

+ Phương dọc theo Vộctơ tia của điểm đang xột. + chiều hướng vào tõm quỹ đạo

+ Độ lớn: 2 2 ht v a r r    2.1.6. Cộng vận tốc: + Cụng thức cộng vận tốc: v1,3 v 1,2v2,3 Trong đú: chỉ số 1 chỉ vật

chỉ số 2 chỉ hệ quy chiếu chuyển động chỉ số 3 chỉ hệ quy chiếu đứng yờn

35 v1,3 là vận tốc tuyệt đối v1,2 là vận tốc tương đối v2,3 là vận tốc kộo theo

Khỏi quỏt húa toàn bộ kiến thức đề tài “Động học chất điểm” trong SGK vật lớ 10, cú thể nhỡn thấy mỗi quan hệ logic của cỏc kiến thức này phự hợp với sơ đồ sau đõy:

2.2. Sơ đồ phỏt triển mạch kiến thức chương: “Động học chất điểm” theo sỏch giỏo khoa vật lớ 10. sỏch giỏo khoa vật lớ 10. Chuyển động cơ học Tọa độ Quóng đường Quỹ đạo Vận tốc Tớnh tương đối của chuyển động

Chuyển động thẳng

Đều: vconst Biến đổi đều:

onst ac x v t      0 x x vt v a t      2 0 0 2 at xx v t 0 vv at 0 s x x 2 9,8 / ag m s 0 vv gt    2 0 0 2 gt y y v t 0 H  yy Chất điểm Hệ quy chiếu

Bài toỏn cơ bản của cơ học

Chuyển động trũn

36

2.3. Thực trạng về việc dạy và học bài tập vật lớ.

Để tỡm hiểu thực trạng nắm vững kiến thức, năng lực giải quyết vấn đề và cỏch dạy giải bài tập vật lớ , chỳng tụi đó tiến hành điều tra, tỡm hiểu đối với giỏo viờn và học sinh ở ba trường THPT: THPT Thành Phố Điện Biờn Phủ, THPT Phan Đỡnh Giút, THPT Thanh Nưa nằm trong địa bàn thành phố Điện Biờn Phủ.

2.3.1. Mục đớch và phương phỏp điều tra

- Tỡm hiểu tỡnh hỡnh sử dụng bài tập của giỏo viờn trong dạy học, cũng như cỏch thức hướng dẫn học sinh giải bài tập.

- Tỡm hiểu tỡnh hỡnh học tập và những khú khăn chủ yếu, sai lầm phổ biến của học sinh.

Để thu được cỏc thụng tin trờn, chỳng tụi đó sử dụng cỏc phương phỏp sau:

- Dự giờ thăm lớp, nhất là cỏc tiết bài tập.

- Trao đổi trực tiếp với cỏc giỏo viờn về cỏch thức sử dụng bài tập vật lớ, cỏch thức hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lớ...

- Sử dụng phiếu điều tra với cỏc giỏo viờn (Mẫu phiếu ở phụ lục 1). - Trao đổi, trũ chuyện trực tiếp với cỏc HS, xem xột, phõn tớch cỏc bài kiểm tra, vở ghi lý thuyết, vở bài tập.

37

Qua phối hợp một số điều tra, chỳng tụi nhận thấy:

- Nhiều học sinh lười hoạt động, suy nghĩ trong giờ học. Cỏc em thường chỉ ngồi nghe giảng và trụng chờ cỏc thầy cụ đọc để chộp, đặc biệt một bộ phận khụng nhỏ cỏc học sinh là người dõn tộc khụng hiểu được nghĩa của cỏc từ tiếng việt, dẫn đến khụng cú hứng thỳ trong học tập, và rất ớt khi đặt cõu hỏi vời giỏo viờn về vấn đề đang học và đó học.

- Nhiều học sinh khụng nắm vững cỏc kiến thức đó học trờn lớp, lại khụng giải bài tập được giao về nhà, khụng tớch cực theo dừi quỏ trỡnh giải bài tập trờn lớp của thầy cụ, bạn học, chủ yếu là ghi chộp một cỏch mỏy múc những phộp toỏn cụ thể và kết quả cuối cựng.

- Đa số học sinh chỉ chỳ ý tới cỏc cụng thức, tớch cực học theo nghĩa làm thật nhiều bài tập theo cỏc bài tập mẫu tương tự mà giỏo viờn đó chữa mà khụng chịu suy nghĩ làm một bài tập nào đú theo cỏc cỏch khỏc nhau cú thể.

- Hầu như học sinh khụng cú thúi quen tổng hợp, phõn tớch, suy luận, vận dụng, so sỏnh... cỏc kiến thức trong từng tiết học. Do đú kiến thức của cỏc em cũn hời hợt, khụng chắc chắn và rất nhanh quờn.

- Học sinh chỉ quen và thớch làm những bài tập chỉ cần vận dụng cụng thức một cỏch mỏy múc.

2.3.3. Tỡnh hỡnh dạy học và sử dụng bài tập của giỏo viờn

- Cỏc giỏo viờn đều ỏp đặt học sinh suy nghĩ và giải bài tập theo cỏch của mỡnh (làm bài tập mẫu sau đú yờu cầu học sinh làm cỏc bài tập tương tự) chứ khụng hướng dẫn họ độc lập suy nghĩ tỡm kiếm lời giải. Ngoài ra cỏc giỏo viờn cũn quỏ để ý tới cỏc phộp biến đổi toỏn học, tớnh toỏn cụ thể mà coi nhẹ việc phõn tớch đường lối giải, định hướng tư duy của học sinh trong quỏ trỡnh giải bài tập.

- Cỏc bài tập mà giỏo viờn ra cho học sinh chỉ chỳ ý đến mức độ vận dụng và củng cố kiến thức đó học.

38

- Chưa định hướng được trong cỏc tiết bài tập phải làm gỡ, hướng dẫn giải theo hướng nào do đú khụng soạn thảo được hệ thống bài tập theo một hướng cụ thể nào mà chỉ sử dụng hệ thống bài tập trong sỏch giỏo khoa, sỏch bài tập mà cỏc bài tập này mới chỉ dừng lại ở mức độ học sinh nhớ và vận dụng cỏc cụng thức một cỏch thuần tỳy.

- Giỏo viờn chưa chỳ ý tới việc hướng dẫn học sinh giải một bài tập nào đú theo cỏc cỏch khỏc nhau cú thể, thấm chớ cú những tiết bài tập giỏo viờn làm thay tất cả cỏc cụng việc của học sinh như giải cỏc bài tập một cỏch nhanh chúng mà khụng phõn tớch tại sao làm thế này, vận dụng cụng thức này,..miễn sao chữa được càng nhiều bài càng tốt, học sinh chỉ việc ngồi chộp một cỏch thụ động mà khụng để học sinh chủ động suy nghĩ và giải bài tập theo cỏch của mỡnh.

Từ thực tế dạy học trờn, chỳng tụi rỳt ra kết luận: Để gúp phần nõng cao chất lượng học tập, cũng như nõng cao khả năng tư duy, sỏng tạo cho học sinh, giỳp giỏo viờn kớch thớch, điều khiển hoạt động học tập tự lực của học sinh, cần thiết phải xõy dựng một hệ thống bài tập nhằm hỡnh thành ở học sinh khả năng làm việc theo hướng tư duy sỏng tạo dựa trờn những cơ sở khoa học chặt chẽ, đồng thời chỉ ra được cỏch tổ chức (sử dụng) chỳng trong từng tiết lờn lớp.

2.4. Biờn soạn một số bài tập cú đặc trưng sỏng tạo trong chương “Động học chất điểm” vật lớ 10. học chất điểm” vật lớ 10.

2.4.1. Nguyờn tắc biờn soạn:

Khi tiến hành biờn soạn cỏc bài tập mang đặc trưng sỏng tạo cho học sinh, chỳng tụi xuất phỏt từ cỏc nguyờn tắc sau đõy:

1. Cỏc bài tập trong SGK và tài liệu tham khảo về cơ bản là cỏc bài tập để học sinh ỏp dụng cỏc kiến thức lý thuyết, cỏc định luật, cỏc biểu thức, vv…vào những trường hợp cụ thể, từ đơn giản đến phức tạp. Trong đề tài

39

“Động học”, phần lớn cỏc bài tập đú để học sinh ỏp dụng cỏc khỏi niệm như độ dời, vận tốc, gia tốc…, cỏc phương trỡnh chuyển động trong chuyển động thẳng đều, thẳng biến đổi đều, v.v… Theo phõn tớch của chỳng tụi, trong SGK chưa cú loại bài tập mang đặc trưng sỏng tạo.

2. “Sỏng tạo” cú đặc trưng là sản phẩm của nú phải cú tớnh cỏch tõn mới mẻ. Tuy nhiờn “cỏi mới” là mới đối với học sinh, mới cả về kiến thức cụ thể và phương phỏp để thu nhận được kiến thức đú. Những điều “mới mẻ” mà học sinh tạo ra được qua một số bài toỏn cụ thể bao giờ cũng phải dựa vào những kiến thức đó cú, đó học. Điều này đặc biệt cần quan tõm nếu khụng chỳng ta sẽ phạm phải sai lầm, khụng tạo ra được “vựng phỏt triển gần nhất”.

3. Cỏc bài tập mang đặc trưng sỏng tạo khụng nhất thiết phải là cỏc bài tập khú. Trong luận văn, cỏc bài tập mang đặc trưng sỏng tạo được biờn soạn theo phương hướng sau đõy:

- Khai thỏc vào cỏc khớa cạch mà sỏch giỏo khoa khụng đề cập đến, tức là khụng cú sẵn “mẫu”, khụng thể bắt chước làm theo mà cần phải cú “trực giỏc”, cú những “đột biến” trong tư duy. Cỏc bài tập được soạn thảo tập trung vào ba dạng cơ bản sau đõy:

+ Bài tập cú đặc trưng nghiờn cứu. +Bài tập thiết kế, chế tạo.

+ Bài tập yờu cầu phải đề ra phương phỏp giải mới. Dưới đõy là hệ thống cỏc bài tập đú:

2.4.2. Một số bài tập cú đặc trưng sỏng tạo:

Bài 1: Chứng minh rằng vận tốc trung bỡnh của một chất điểm tớnh

trong khoảng thời gian nào đú  t2t1 trong chuyển động biến đổi đều bằng

vận tốc tại thời điểm 1

2

t t 

40

Bài 2: Để biết độ sõu của một cỏi hang, những người thỏm hiểm thả một hũn đỏ từ miệng hang và đo thời gian từ lỳc thả đến lỳc nghe thấy tiếng vọng của hũn đỏ khi chạm đất. Giả sử người ta đo được thời gian là 13,66 s.

Tớnh độ sõu của hang. Lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s2 và vận tốc õm

trong khụng khớ là võm 340 /m s.

Bài 3: Để xỏc định đường đi của một chuyển động thẳng nhanh dần

đều, một học sinh đó dựng một hệ thức: 0 . . 2 tb v v sv t  t

Trong đú: v là vận tốc trung bỡnh trờn quóng đường s . tb

v và v là vận tốc đầu quóng đường và cuối quóng đường. Hóy 0

xỏc nhận tớnh chớnh xỏc của hệ thức trờn.

Bài 4: Chuyển động của chất điểm được biểu diễn bằng phương trỡnh 2

12 2

x t t (hệ SI). Hóy xỏc định vận tốc trung bỡnh của chuyển động chất

điểm trong khoảng từ t11, 0( )s đến t2 4, 0( )s .

Bài 5: Một vật rơi tự do, trong giõy cuối cựng rơi được 34,3m. Tớnh

thời gian từ lỳc bắt đầu rơi đến lỳc chạm đất. Lấy g = 9,8m/s2.

Bài 6: Lỳc 8 giờ một ụ tụ đi từ Hà Nội về Hải Phũng với vận tốc 60 km/h, cựng lỳc một xe thứ hai đi từ Hải Phũng về Hà Nội với vận tốc 40 km/h. Hà Nội – Hải Phũng cỏch nhau 100 km. Tỡm tọa độ và thời điểm hai xe gặp nhau.

Bài 7: Từ một khớ cầu đang bay lờn cao theo phương thẳng đứng với vận tốc khụng đổi bằng 5 m/s, khi khớ cầu cỏch mặt đất 30 m người ta thả nhẹ nhàng một vật nặng. Hỏi sau 2s vật cỏch khớ cầu bao xa ? Sau bao lõu vật nặng rơi tới mặt đất ? Cho biết khi thả vật vận tốc khớ cầu khụng thay đổi. Lấy

g = 10 m/s2.

Bài 8: Trờn một bức tường thẳng đứng cú một lỗ nhỏ. Phớa trờn lỗ đú, người ta treo một cỏi thước dẹt cú chiều dài l = 1m, mộp dưới của thước cỏch

41

lỗ nhỏ một đoạn 20 cm. Khi đốt dõy, thước rơi sẽ che lấp lỗ trong thời gian là

bao nhiờu ? Bỏ qua sức cản của khụng khớ và lấy g = 10 m/s2.

Bài 9: Một vật chuyển động nhanh dần đều dọc theo đường thẳng MN. Đỏnh dấu điểm A trờn MN; đo quóng đường vật đi tiếp từ A, người ta thấy: đoạn AB dài 9,9 cm vật đi mất thời gian 3 giõy, đoạn AC dài 17,5 cm vật đi mất 5 giõy. Xỏc định gia tốc của vật và thời gian kể từ lỳc bắt đầu chuyển động đến khi vật tới điểm A.

Bài 10: Một ụ tụ chuyển động đều với vận tốc 40 km/h hướng tới một ngó tư đường. Khi ụ tụ cỏch ngó tư 20 km thỡ một xe mỏy chạy qua ngó tư với vận tốc khụng đổi bằng 30 km/h theo con đường vuụng gúc với con đường ụ tụ chuyển động. Hóy xỏc định khoảng cỏch ngắn nhất giữa ụ tụ và xe mỏy.

Bài 11: Một quả khớ cầu đang chuyển động từ dưới lờn trờn theo phương thẳng đứng với vận tốc khụng đổi là 10 m/s thỡ trong khớ cầu cú một hũn đỏ rơi ra và sau 5 giõy thỡ chạm đất. Hỏi khi lỳc viờn đỏ chạm đất thỡ khớ

cầu cỏch mặt đất bao nhiờu một ? lấy g = 10 m/s2.

Bài 12: Khi chế tạo mỏy bay, cỏc cụng trỡnh sư cần biết mỏy bay cú thể đạt tới vận tốc nào mà vỏ mỏy bay vẫn chịu đựng được (thõn khụng bị biến dạng, cỏnh khụng bị góy…). Hóy mụ tả thiết kế cho phộp thực hiện được điều đú mà khụng gõy ra nguy hiểm. Nguyờn tắc thiết kế của em cũn cú thể được sử dụng vào những trường hợp nào khỏc nữa.

Bài 13: Thiết kế một thớ nghiệm (cho trước đồng hồ rung) để đo vận tốc tức thời của một chuyển động nhanh dần đều.

Bài 14: Đặt một quả cầu nhỏ lờn một cỏi mỏng và tạo một độ nghiờng cho mỏng để quả cầu lăn nhanh dần đều xuống trong 3 đến 4 giõy. Biết chiều

dài của mỏng là l . Hóy nờu một phương ỏn sử dụng đồng hồ bấm giõy để xỏc

42

Bài 15: Hóy đưa ra thiết kế dụng cụ cú thể đo trực tiếp gia tốc của một chuyển động thẳng (gia tốc kế).

Bài 16: Hóy thiết kế một cơ cấu cho phộp biến đổi một chuyển động trũn đều thành một chuyển động trũn khỏc mà vận tốc gúc lại biến đổi theo chu kỳ.

Hệ thống bài tập này cú những đặc điểm sau đõy:

Cú 5 bài tập thuộc loại bài tập nghiờn cứu (từ bài 1đến bài 5)

 Cú 6 bài tập thuộc loại bài tập cú lời giải sỏng tạo, độc đỏo (từ bài 6 đến bài

11). Bằng cỏch chọn hệ quy chiếu chuyển động học sinh cú những lời giải sỏng tạo, độc đỏo.

Cú 5 bài tập thuộc loại bài tập thiết kế, chế tạo (từ bài 12 đến bài 16)