skkn tổ chức hoạt động ngoại khoá về lực hướng tâm ở lớp 10 theo hướng huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo

4/ Giả thuyết khoa học Nếu tổ chức hoạt động ngoại khoá về lực hướng tâm với nội dung và hình thức đa dạng, hấp dẫn, phương pháp dạy học phù hợp thì sẽ phát huy tính tích cực, sáng tạo

có tính tổ chức kỉ luật, có sức khoẻ, là những người thừa kế xây dựng chủ nghĩa xã hội vừa hồng vừa chuyên như lời dặn của Bác Hồ”

Để đạt được mục tiêu trên, nghành giáo dục đã có nhiều đổi mới cả về cơ sở vật chất lẫn phương pháp dạy học cho phù hợp với thời đại và hoàn cảnh của đất nước ta Một trong những nội dung quan trọng của việc đổi mới phương pháp dạy học là đổi mới và đa dạng hoá các hình thức tổ chức hoạt động học tập của học sinh, trong đó khẳng định vai trò không thể thiếu của hoạt động học tập ngoài giờ lên lớp (hay hoạt động ngoại khoá) Nó không những giúp củng cố những kiến thức đã học chính khoá mà còn giúp đào sâu, mở rộng kiến thức, phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh Đây là những điều mà học chính khoá không làm được hoặc làm chưa tốt, chưa đầy đủ do điều kiện thời gian, phương tiện dạy học, nội dung hay do sức ép thi cử …

Đối với bộ môn vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, các khái niệm vật lí, các định luật vật lí đều phải gắn với thí nghiệm Thông qua thí nghiệm, những biểu tượng cụ thể

về sự vật và hiện tượng được hình thành ở học sinh mà không lời lẽ nào có thể mô tả đầy đủ được Trong thực hành, không những các kỹ năng thực hành như quan sát, sử dụng dụng cụ vật lí, lắp ráp thí nghiệm, vẽ đồ thị, xác định sai số, được rèn luyện, mà cả tư duy lí lôgic và nhất là tư duy sáng tạo cũng được phát triển mạnh Trong chương trình vật lí phổ thông, lực hướng tâm ở lớp 10 nâng cao là một trong những nội dung kiến thức vật lí trừu tượng, có ứng

dụng rộng rãi trong thực tế đời sống và kỹ thuật Tuy vậy, nội dung này trong chương trình lớp 10 nâng cao chỉ bố trí học trong một tiết (Tiết 30), mà do điều kiện thời gian hạn chế và

thiết bị thí nghiệm đo lực hướng tâm chưa có, một số trường có bộ thí nghiệm minh hoạ của Trung Quốc nhưng cũng có nhược điểm, ngay cả các thí nghiệm định tính đơn giản cũng chưa được khai thác Giáo viên lên lớp chủ yếu vẫn là dạy chay, mang tính giới thiệu và thông báo thuần tuý, giờ học tự chọn thì giáo viên chủ yếu là hướng dẫn học sinh giải bài tập, học sinh

2

thụ động, kém hứng thú trong quá trình tiếp thu kiến thức Những kiến thức về lực hướng tâm, học sinh chưa nắm được bản chất, còn mắc nhiều sai lầm phổ biến, nhiều học sinh cho rằng lực hướng tâm là một lực đặc biệt trong tự nhiên và đặc biệt là chưa vận dụng được kiến thức

đã học vào giải thích các hiện tượng vật lí và các ứng dụng kỹ thuật có liên quan, chưa phân biệt được hiệu ứng li tâm, lực hướng tâm và lực quán tính li tâm

Vì vậy để nâng cao kết quả học tập, phát huy tính tích cực, sáng tạo cho học sinh thì rất cần tổ chức các hoạt động ngoại khoá về thí nghiệm

Với những lý do trên, chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài: “ Tổ chức hoạt động ngoại

khoá về lực hướng tâm ở lớp 10 theo hướng huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh”

2/ Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu việc tổ chức hoạt động ngoại khoá về lực hướng tâm cho học sinh lớp 10 nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh, tạo môi trường học tập hấp dẫn

3/ Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy học ngoại khoá về lực hướng tâm trong chương trình vật lí 10

Một số dụng cụ thí nghiệm về lực hướng tâm

4/ Giả thuyết khoa học

Nếu tổ chức hoạt động ngoại khoá về lực hướng tâm với nội dung và hình thức đa dạng, hấp dẫn, phương pháp dạy học phù hợp thì sẽ phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh, nâng cao hứng thú học tập, giúp củng cố, đào sâu, mở rộng kiến thức về lực hướng tâm

5/ Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu đề ra, đề tài có những nhiệm vụ sau:

+ Nghiên cứu lý luận về việc tổ chức hoạt động ngoại khoá bộ môn vật lí nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh, trong đó có việc nghiên cứu vai trò, vị trí của thí nghiệm vật lí đối với việc phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

+ Tìm hiểu mục tiêu dạy học về kiến thức, kỹ năng theo chương trình vật lí 10 nâng cao, mục tiêu về mặt hứng thú, kỹ năng, tư duy mà học sinh cần đạt được khi học về lực hướng tâm Từ

đó, xác định được những thí nghiệm cần tiến hành về lực hướng tâm

+ Tìm hiểu thực tế dạy học về lực hướng tâm, trong đó có tình hình thiết bị thí nghiệm phục vụ

dạy và học ở các trường THPT của huyện Yên Mô hiện nay, nhằm phát hiện những sai lầm

phổ biến của học sinh trong dạy học chính khoá kiến thức này, để có căn cứ xây dựng nội dung, hình thức tổ chức, phương pháp dạy học ngoại khoá về lực hướng tâm cho học sinh + Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm và tiến hành các thí nghiệm về lực hướng tâm với những dụng cụ đã chế tạo, là cơ sở hướng dẫn học sinh, hình dung các khó

3

khăn của học sinh trong quá trình chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm

+ Xây dựng quy trình tổ chức hoạt động ngoại khoá về lực hướng tâm nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh, củng cố, mở rộng, khắc sâu kiến thức

+ Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi của quy trình ngoại khoá đã soạn thảo và

bước đầu đánh giá hiệu quả của hoạt động ngoại khoá

6/ Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được các nhiệm vụ nghiên cứu trên, chúng tôi sử dụng những phương pháp nghiên cứu sau:

+ Nghiên cứu lý thuyết: đó là nghiên cứu các tài liệu về tâm lý học, giáo dục học, logic học, phương pháp nghiên cứu khoa học, phương pháp dạy học vật lí, các tài liệu hướng dẫn tổ chức hoạt động ngoại khoá về vật lí, các tài liệu hướng dẫn chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản, chương trình, SGK,SGV, sách bài tập vật lý lớp 10

+ Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: nghiên cứu chế tạo hai dụng cụ thí nghiệm về lực hướng tâm để hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo

+ Nghiên cứu thực tiễn: điều tra, khảo sát tình hình dạy học chính khoá về lực hướng tâm ở

một số trường THPT thuộc huyện Yên Mô; tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính

khả thi của quy trình hoạt động ngoại khoá và hiệu quả của hoạt động ngoại khoá đã được xây dựng

1 Mục tiêu kiến thức

- Hiểu được khái niệm lực hướng tâm là một lực hoặc là lực tổng hợp của hai hay nhiều lực cơ học ( lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực ma sát), lực hướng tâm không phải là một loại lực

4

đặc biệt trong tự nhiên

- Hiểu được lực hướng tâm luôn hướng vào tâm của quỹ đạo cong (trường hợp đặc biệt

là chuyển động tròn); lực hướng tâm có tác dụng làm thay đổi hướng của véc tơ vận tốc của vật chuyển động, gây ra gia tốc hướng tâm cho vật

- Hiểu được biểu thức định lượng của lực hướng tâm là để giữ vật chuyển động với tốc

độ dài v hay tốc độ góc w trên quỹ đạo tròn có bán kính R cần tác dụng một lực hướng tâm có

độ lớn :

R

v m

F ht

2

 hay Fht = mw2R

- Phân biệt được lực hướng tâm, lực quán tính li tâm với hiệu ứng li tâm

- Vận dụng những kiến thức này để giải được các bài tập và giải thích được các hiện tượng vật lí (ví dụ: chuyển động của tàu lượn trong công viên, ) và những ứng dụng kỹ thuật trong thực tế có liên quan (ví dụ: tại sao các cầu bắc qua sông thường làm cong lên, nguyên lý hoạt động của máy li tâm sữa )

2 Mục tiêu kỹ năng

- Biết cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, biết cách lấy số liệu thí nghiệm trong quá trình nghiên cứu chuyển động của một vật

- Biết thiết kế, chế tạo dụng cụ thí nghiệm về lực hướng tâm

- Biết làm thí nghiệm và quan sát chuyển động của các vật, từ đó rút ra được biểu hiện của lực hướng tâm trong các hiện tượng thực tế

- Biết cách khảo sát độ lớn của lực hướng tâm thông qua các đại lượng như khối lượng, tốc độ quay, bán kính quỹ đạo

- Biết xử lý số liệu, phân tích kết quả thí nghiệm

3 Mục tiêu về thái độ

- Có hứng thú học vật lí nói chung và các kiến thức về lực hướng tâm nói riêng, yêu thích tìm tòi khoa học; trân trọng đối với những đóng góp của vật lí học cho sự tiến bộ của xã hội và đối với công lao của các nhà khoa học

- Có thái độ khách quan, trung thực; có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và có tinh thần hợp tác trong học tập cũng như trong việc áp dụng những kiến thức về lực hướng tâm

- Có ý thức vận dụng những kiến thức về lực hướng tâm vào đời sống

II ĐIỀU TRA TÌNH HÌNH DẠY HỌC VỀ LỰC HƯỚNG TÂM TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 10 Ở MỘT SỐ TRƯỜNG THPT CỦA HUYỆN YÊN MÔ - NINH BÌNH

1 Mục đích điều tra

Tìm hiểu thực tế tình hình dạy học về lực hướng tâm ở một số trường THPT, đối chiếu với mục tiêu dạy học trong chương trình vật lý 10 để phát hiện những điểm còn hạn chế cả về

2 Phương pháp điều tra

- Điều tra giáo viên và học sinh: điều tra bằng phiếu, trao đổi trực tiếp, dự giờ lên lớp, qua bài kiểm tra

- Tham quan phòng thí nghiệm vật lí để tìm hiểu về tình hình các trang thiết bị thí nghiệm phục vụ dạy học phần này

3 Đối tượng điều tra

- Một số giáo viên vật lí và học sinh ở bốn trường THPT ở huyện Yên Mô

- Phòng thí nghiệm vật lí của bốn trường THPT nêu trên

4 Kết quả điều tra

a/ Tình hình giáo viên và phương pháp dạy học

* Tình hình giáo viên: Giáo viên của các trường đều được đào tạo chính quy tập trung tại các trường đại học sư phạm Hà Nội, trường đại học sư phạm Hà Nội II, ĐHSP Vinh Nhiều

GV có trình độ chuyên môn tốt, có kinh nghiệm giảng dạy, tâm huyết với nghề Một số giáo viên trẻ tuy chưa nhièu kinh nghiệm giảng dạy nhưng có trình độ chuyên môn vững, nhiệt tình, yêu nghề và nắm được lí luận về phương pháp dạy học mới

- Phương pháp dạy học chưa phát huy được tính tích cực, sáng tạo của học sinh, được thể hiện là: giáo viên chưa giao nhiệm vụ nhận thức cho học sinh, không cho học sinh dự đoán mối liên hệ giữa lực hướng tâm với tốc độ quay, bán kính và khối lượng của vật; không yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để giải thích các ứng dụng kỹ thuật…, như vậy giáo viên đã

bỏ qua những hoạt động có tác dụng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

- Giáo viên không tiến hành các thí nghiệm và cũng không chuẩn bị dụng cụ, mô hình

để mô tả các ứng dụng của lực hướng tâm ngay cả các thí nghiệm đơn giản

- 100% giáo viên được hỏi đều cho biết kiến thức này trừu tượng và có nhiều ứng dụng

6

trong thực tế nhưng số tiết thì quá ít

- Chưa bao giờ giáo viên tự làm hay hướng dẫn học sinh chế tạo dụng cụ thí nghiệm để dạy học kiến thức này

- Chưa bao giờ tổ chức hoạt động ngoại khoá

- Đa số giáo viên cho rằng để dạy học phần này có hiệu quả cần có dụng cụ thí nghiệm

và ngoài học chính khoá phải tổ chức thêm hoạt động ngoại khoá

b/ Về tình hình học tập của học sinh

Qua điều tra cho thấy:

- Học sinh chưa nắm được hết kiến thức cơ bản như: một số học sinh quan niệm lực hướng tâm là một loại lực đặc biệt trong tự nhiên và thường cho thêm lực hướng tâm tác dụng vào vật chuyển động tròn đều khi giải bài tập

- Kỹ năng vận dụng kiến thức lí thuyết vào giải thích các hiện tượng vật lí và các ứng dụng kỹ thuật rất kém ví dụ như: không có học sinh nào trả lời được câu hỏi tại sao các cầu bắc qua sông thường làm cong lên mà không phải cong xuống

- Học sinh chưa phân biệt được lực hướng tâm, lực quán tính li tâm và hiệu ứng li tâm Một số học sinh cho rằng lực quán tính li tâm là phản lực của lực hướng tâm,

- Học sinh chưa hứng thú học, chưa tích cực hoạt động

- Học sinh chưa bao giờ được tham gia thiết kế, chế tạo thí nghiệm vật lí

- 100% học sinh đều thích được tham gia chế tạo, làm thí nghiệm vật lí

c/ Tình hình sử dụng thiết bị thí nghiệm

Các trường đều không tiến hành thí nghiệm phần này

III KẾ HOẠCH TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHOÁ VỀ LỰC HƯỚNG TÂM

1 Mục tiêu của hoạt động ngoại khoá

- Củng cố hiểu biết của học sinh về lực hướng tâm, khắc phục những sai lầm của học

sinh và mở rộng các kiến thức như lực quán tính li tâm, hiệu ứng li tâm

- Vận dụng những kiến thức nêu trên vào giải thích hiện tượng thực tế có liên quan như: khi pha nước chanh, hạt chanh thường tập chung ở giữa đáy cốc, và tìm hiểu nguyên lý của ứng dụng kỹ thuật của lực hướng tâm như nguyên lý hoạt động của máy li tâm sữa

- Rèn luyện các kỹ năng: thiết kế chế tạo dụng cụ thí nghiệm như: thiết kế dụng cụ thí nghiệm lực hướng tâm chỉ do một lực gây ra (các lực khác đều cân bằng với nhau), dụng cụ thí nghiệm lực hướng tâm do hai hay nhiều lực gây ra, lực hướng tâm tác dụng lên vật rắn, khối chất lỏng, khối khí; dự đoán hiện tượng, kỹ năng phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm; kỹ năng giải thích các hiện tượng vật lí và các ứng dụng kỹ thuật; kỹ khả năng giao tiếp khi trình bày ý kiến, thảo luận, báo cáo kết quả

7

- Phát huy tính tích cực, tạo hứng thú cho học sinh qua các hoạt động: học sinh tự nhận thí nghiệm yêu thích để nghiên cứu thiết kế, chế tạo; tự tổ chức hoạt động của nhóm; học sinh

tự bố trí thời gian rỗi để chế tạo và làm thí nghiệm

- Phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh thông qua các hoạt động như: học sinh đề xuất các phương án thiết kế dụng cụ thí nghiệm, tìm các giải pháp kỹ thuật ví dụ: tạo ra chuyển động quay bằng động cơ điện, bằng tay quay hay bằng dây xoắn; đề xuất phương án thí nghiệm, cách thực hiện các phép đo; lựa chọn các vật liệu như: máng thí nghiệm có thể làm bằng nhựa, thanh ray bằng nhôm hay làm bằng tre, gỗ

- Rèn luyện kỹ năng làm việc theo nhóm, đây là yếu tố hiện nay học sinh còn rất yếu, học chính khoá thì ít có thời gian để rèn luyện

- Giáo dục tinh thần đoàn kết, hợp tác, tính tập thể trong học tập và đời sống qua các hoạt động: cho các em tự tổ chức, bàn bạc, phân công nhau chuẩn bị vật liệu, thảo luận phương án thiết kế và cùng nhau làm thí nghiệm; từ kết quả của các em làm được sẽ khích lệ, động viên các em tự tin hơn

2 Nội dung hoạt động ngoại khoá

Chúng tôi tổ chức hoạt động ngoại khoá về lực hướng tâm và lực quán tính li tâm với 2 nội dung:

+ Giáo viên giao và hướng dẫn các nhóm học sinh thiết kế, chế tạo dụng cụ và tiến hành một số thí nghiệm về lực hướng tâm

+ Tổ chức cho học sinh tiến hành thí nghiệm biểu diễn và tham gia trò chơi, thi giải thích hiện tượng vật lí có liên quan đến lực hướng tâm

3 Thiết kế, chế tạo và tiến hành một số thí nghiệm đơn giản về lực hướng tâm từ các vật liệu dễ kiếm

a Sự cần thiết phải chế tạo dụng cụ thí nghiệm

Để đáp ứng yêu cầu phát huy tính tích cực sáng tạo của học sinh và giúp học sinh gắn lí thuyết với thực hành, chúng tôi đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo một bộ thí nghiệm đơn giản về lực hướng tâm gồm có 10 thí nghiệm Từ đó, giáo viên có thể hướng dẫn học sinh nghiên cứu thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản và tiến hành thí nghiệm về lực hướng tâm

8

4 Chai nhựa loại 1,5 lit 1

5 Chai thí nghiệm loại 0,3 lít 1 ống truyền nhựa, dây nhôm

và chai nhựa

12 Miếng nam châm loại nhỏ 22

1 Phần đáy của chai nhựa 7 Bi 13 Nam châm

2 Cốc nhựa 8 Vật bằng sắt 14 Thanh sắt

3.Chai thí nghiệm 9 Bánh xe gắn vật 15 ống gen điện

4 Động cơ điện loại nhỏ 10 Dây đàn hồi 16 Bìa cứng

6 Vật bằng nhựa 12, Miếng xốp 18 Tấm gỗ

c Các thí nghiệm được tiến hành với thiết bị thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Sự thay đổi hướng vận tốc của một viên bi do tơng tác với một mẩu nam châm

* Mục đích thí nghiệm

+ Minh hoạ nguyên nhân làm thay đổi hướng vận tốc của vật là do lực hướng tâm tác

dụng vào vật

+ Khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh cho rằng lực là nguyên nhân gây ra vận

tốc của vật, hướng của lực trùng với hớng của vận tốc

* Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm

+ Búng 1 viên bi sắt chuyển động trên mặt sàn nhẵn nằm ngang thì thấy bi chuyển

động thẳng

9

+ Búng 1 viên bi sắt chuyển động trên mặt sàn nhẵn nằm ngang có đặt thêm 1 thanh nam châm ở bên cạnh đường đi của viên bi thì viên bi chuyển động theo đường cong với bề lõm hướng về phía nam châm

* Giải thích hiện tượng

+ Khi không có nam châm, viên bi chịu tác dụng của trọng lực, phản lực của sàn lên vật

và lực ma sát, gây ra chuyển động thẳng chậm dần

+ Khi có nam châm, viên bi chịu thêm tác dụng lực hút của nam châm lên viên bi Lực

đó đóng vai trò lực hướng tâm gây ra gia tốc hớng tâm, làm thay đổi hướng của vectơ vận tốc của vật hay là làm thay đổi hướng chuyển động của vật

* Lu ý

+ Chọn viên bi phù hợp với nam châm để lực hút của nam châm lên viên bi là đáng kể + Khi truyền cho viên bi vận tốc có độ lớn thích hợp để có thể quan sát rõ sự thay đổi hướng chuyển động rõ nét

+ Để có thể quan sát rõ quỹ đạo của viên bi, ta có thể cho viên bi chuyển động trên 1 tờ giấy trắng đặt trên mặt sàn nằm ngang và tẩm mực vào viên bi

Thí nghiệm 2: Chuyển động tròn của các vật đặt trên một đĩa phẳng, tròn, nằm ngang quay

xung quanh trục thẳng đứng đi qua tâm

* Mục đích thí nghiệm

+ Tìm hiểu trường hợp lực ma sát nghỉ đóng vai trò là lực hướng tâm

+ Hiểu đúng mối quan hệ giữa độ lớn của lực hướng tâm với bán kính quỹ đạo, khối lượng của vật và tốc độ góc

* Cách tạo ra chuyển động quay: có hai phương án

+ Dùng động cơ điện

+ Dùng mômen xoắn của dây, khi dây tời ra sẽ làm dây xoay tròn

* Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm

+ Gắn đồng tâm tấm bìa với tấm gỗ

+ Buộc 3 dây vào 3 điểm sát mép ngoài của tấm bìa Ba điểm tạo thành một tam giác đều

+ Buộc nút dây ở gần tâm của tấm bìa và gỗ

10

H.1 Dụng cụ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động của vật trên đĩa quay tròn

H.1.a Nhìn từ trên xuống H.1.b Nhìn thẳng bên Từ các dụng cụ trên, chúng ta có thể tiến hành các thí nghiệm sau:

 Thí nghiệm 2.1 Kiểm nghiệm mối quan hệ giữa lực hướng tâm với tốc độ góc

khi khối lượng của vật và bán kính r xác định

- Đặt một vật nặng lên tấm bìa, cho tấm bìa bắt đầu chuyển động quay nhanh dần

từ trạng thái nghỉ

- Lúc đầu, vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo quỹ đạo tròn có bán kính xác định

- Khi tốc độ quay của tấm bìa đạt đến một giá trị nào đó thì vật sẽ văng ra

 Thí nghiệm 2.2 Kiểm nghiệm mối quan hệ giữa lực hướng tâm với bán kính r

khi khối lượng của vật và tốc độ góc nh nhau

- Đặt hai vật nặng giống nhau lên tấm bìa ở các vị trí cách trục quay khác nhau (Bán kính r khác nhau)

- Cho tấm bìa bắt đầu chuyển động quay nhanh dần từ trạng thái nghỉ

- Lúc đầu, các vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo các quỹ đạo tròn có bán kính khác nhau

- Khi tốc độ quay của tấm bìa đạt đến một giá trị nào đó thì vật ở vị trí bán kính lớn hơn sẽ văng ra trớc

 Thí nghiệm 2.3 Kiểm nghiệm mối quan hệ giữa lực hướng tâm là lực ma sát

nghỉ với khối lượng của vật khi bán kính r và tốc độ góc nh nhau

- Đặt hai vật có cùng tính chất bề mặt nhưng có khối lợng khác nhau lên tấm bìa tại hai vị trí có cùng khoảng cách đến tâm tấm bìa

- Cho tấm bìa bắt đầu chuyển động quay nhanh dần từ trạng thái nghỉ

- Lúc đầu, các vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo các quỹ đạo tròn có bán kính nh nhau

- Cho tấm bìa bắt đầu chuyển động quay nhanh dần từ trạng thái nghỉ

- Lúc đầu, các vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo các quỹ đạo tròn có bán kính nh nhau

- Khi tốc độ quay của tấm bìa đạt đến một giá trị nào đó thì vật có bề mặt nhẵn hơn

sẽ văng ra trước

* Giải thích hiện tợng

 Thí nghiệm 2.1

Xét trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất

- Ban đầu, vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo các quỹ đạo tròn Khi đó, vật chịu tác dụng của 3 lực là: P;N;F msn Trong đó, trọng lực và phản lực của tấm bìa lên vật cân bằng nhau, vật chỉ chịu tác dụng của lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm, giúp vật chuyển động theo quỹ đạo tròn

- Khi tốc độ quay của tấm bìa tăng đến giá trị nào đó, lực ma sát nghỉ không thể tăng đến giá trị đủ lớn để đóng vai trò là lực hướng tâm giữ vật trên quỹ đạo tròn, vật sẽ văng

ra theo phương tiếp tuyến

 Thí nghiệm 2.2

 Cách 1: Xét trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất

- Ban đầu, hai vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo các quỹ đạo tròn Khi đó, vật chịu tác dụng của 3 lực là: P;N;F msn Trong đó, trọng lực và phản lực của tấm bìa lên vật cân bằng nhau, vật chỉ chịu tác dụng của lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm, giúp vật chuyển động theo quỹ đạo tròn

- Khi tốc độ quay w tăng lên thì Fht tăng lên, với vật ở bán kính lớn hơn sẽ cần lực hướng tâm lớn hơn, mà lực ma sát nghỉ của mỗi vật với sàn nh nhau

- Khi tốc độ quay tăng lên đến một giá trị nào đó, lực ma sát nghỉ không thể tăng đến giá trị đủ lớn để đóng vai trò là lực hướng tâm, vật nào nằm ở quỹ đạo có bán kính r lớn hơn sẽ văng ra theo phương tiếp tuyến

 Cách 2: Xét trong hệ quy chiếu gắn với tấm bìa

- Ban đầu, hai vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo các quỹ đạo

Xét trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất

- Ban đầu, hai vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo các quỹ đạo tròn Khi đó, vật chịu tác dụng của 3 lực là: P;N;F msn Trong đó, trọng lực và phản lực của tấm bìa lên vật cân bằng nhau, vật chỉ chịu tác dụng của lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm, giúp vật chuyển động theo quỹ đạo tròn

- Vì hai vật có khối lợng khác nhau nên áp lực N lên tấm bìa khác nhau; hai vật cùng tính chất bề mặt nên hệ số ma sát nghỉ cực đại gần nh nhau; hai vật cùng quay với tấm bìa nên

có cùng tốc độ góc w

- Ta có: Fht1 = m1.w2.r ; Fht2 = m2.w2.r ; Fmsn1max =  m1g; Fmsn2max =  m2g

- Khi tốc độ quay của tấm bìa tăng đến giá trị nào đó Fht1 > Fmsn1max ,đồng thời Fht2 >

Fmsn2max Lúc đó, hai vật sẽ đồng thời văng ra khỏi tấm bìa

 Thí nghiệm 2.4

Xét trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất

- Ban đầu, hai vật nằm trên tấm bìa và chuyển động cùng tấm bìa theo các quỹ đạo tròn Khi đó, vật chịu tác dụng của 3 lực là: P;N;F msn Trong đó, trọng lực và phản lực của tấm bìa lên vật cân bằng nhau, vật chỉ chịu tác dụng của lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm, giúp vật chuyển động theo quỹ đạo tròn

- Khi tốc độ quay w tăng lên thì Fht tăng lên Vật vẫn nằm trên tấm bìa khi Fmns tăng lên để đóng vai trò lực hướng tâm

- Vì hai vật có cùng khối lợng nên áp lực N lên tấm bìa nh nhau; hai vật cùng tính chất bề mặt khác nhau nên hệ số ma sát nghỉ cực đại khác nhau; (vật nhẵn có hệ số ma sát 1; vật gỉ có hệ số ma sát 2 > 1) Vậy lực ma sát nghỉ cực đại của vật gỉ lớn hơn vật nhẵn

- Khi tốc độ quay tăng đến một giá trị nào đó thì lực ma sát nghỉ của vật gỉ vẫn có thể bằng lực hướng tâm, vật gỉ vẫn chuyển động tròn Nhng lực ma sát nghỉ cực đại của vật nhẵn không thể bằng lực hướng tâm, vật nhẵn sẽ bị văng ra theo phương tiếp tuyến

* Lu ý

học sinh ở nông thôn và vùng khó khăn như Trường THPT Yên Mô A thì phương án 2 dễ

thực hiện hơn vì dụng cụ đơn giản, dễ làm

* u điểm

+ Chỉ cần dụng cụ đơn giản, dễ chế tạo, chúng ta có thể kiểm nghiệm đợc tương đối đầy

đủ mối quan hệ giữa lực hướng tâm là lực ma sát nghỉ với khối lợng, bán kính quỹ đạo, tốc độ góc, khối lượng, hệ số ma sát

+ Học sinh có thể quan sát rõ đợc ảnh hưởng của lực hướng tâm hoặc lực quán tính li tâm tác dụng lên vật chuyển động tròn

+ Học sinh có thể nhận thấy đợc mối quan hệ tổng quan giữa lực hướng tâm với các đại lượng đặc trưng như bán kính quỹ đạo, khối lượng, tốc độ góc

Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm lực hướng tâm là lực tổng hợp của trọng lực và phản lực của

một cung lõm tác dụng lên vật đặt trên một cung lõm quay xung quanh một trục thẳng đứng

* Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm

+ Dùng bulông, đai ốc gắn ống gen, tấm bìa và tấm gỗ tại tâm của mỗi vật

+ Buộc 3 dây vào 3 điểm sát mép ngoài của tấm bìa Ba điểm tạo thành một tam giác đều

+ Buộc một nút dây ở gần tâm của tấm bìa và gỗ