Song học sinh ở trường THPT Bá Thước 3 đa số các em là học sinh dân tộc thiểu số, các em chưa có thói quen lao động trí óc, ngại động não, ngại tư duy, suy nghĩ cộng với các em hỏng cơ b
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT BÁ THƯỚC 3
- -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
TÊN ĐỀ TÀI :
PHÁT TRIỂN TƯ DUY HỌC SINH LỚP 10 TRƯỜNG THPT BÁ THƯỚC 3 TỪ MỘT BÀI TOÁN CƠ HỌC
CƠ BẢN PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
Người thực hiện: Ngân Duy Tiền
Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn
SKKN thuộc môn : Vật Lý
THANH HÓA NĂM 2016
Trang 21 Mở đầu 2
2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 3
1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài
1.1 1 Lý do khách quan:
Trang 3Trong bối cảnh hiện nay, chất lượng giáo dục đang là vấn đề được toàn xã hội quan tâm Giáo dục Việt nam cũng đã và đang nỗ lực đổi mới nhằm phát huy tính tích cực, chủ động trong học tập của học sinh, tạo nên những thế hệ có khả năng hiểu biết sâu sắc về lí luận và từ đó vận dụng linh hoạt lí luận vào thực tiễn
Để đảm bảo tốt việc thực hiện mục tiêu đào tạo môn Vật lý ở trường trung học phổ thông nói chung và lớp 10 nói riêng, cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, có hệ thống, một số kiến thức nâng cao và toàn diện
hơn, đồng thời rèn luyện cho học sinh một số kỹ năng như: Kỹ năng quan sát,
kỹ năng dự đoán, kỹ năng phân tích, tổng hợp, kỹ năng ứng dụng…đòi hỏi giáo
viên phải xây dựng các chuyên đề dạy học phù hợp với yêu cầu đào tạo Tuy nhiên, thực tế giảng dạy trong trường chủ yếu vẫn là giáo viên hướng dẫn học sinh áp dụng công thức có sẵn trong sách giáo khoa vào giải các bài tập cơ bản trong sách giáo khoa và sách bài tập, vì vậy rất khó để phát triển tư duy, khả năng nhận thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo cho học sinh
1.1.2 Lý do chủ quan:
Trong quá trình giảng dạy bộ môn vật lý cụ thể về phần “động lực học chất điểm” Vật lý 10, tôi nhận thấy đại đa số học sinh gặp vướng mắc khi giải các bài tập về định luật II Niutơn và các lực cơ học, nhất là học sinh ở trường THPT Bá Thước 3, vì các em yếu toán, kỹ năng, phân tích tổng hợp còn hạn chế, và đa số học sinh rất lười tư duy khi gặp các bài toán phức tạp, Nhằm tháo gỡ những khó khăn cho các em học sinh, cung cấp kiến thức và các dạng bài tập cơ bản, hay và khó, chỉ rõ phương pháp và sự kết hợp có tính khoa học trong quá trình làm những bài tập phần này cũng như giúp các em có sự hứng thú, yêu thích và sáng tạo đối với môn học vật lý hơn Vì vậy tôi mạnh dạn chọn
đề tài “Phát triển tư duy học sinh lớp 10 trường THPT Bá Thước 3 từ một
bài toán cơ học cơ bản phần động lực học chất điểm Hi vọng đề tài sẽ góp
phần nâng cao hơn chất lượng giảng dạy môn Vật Lý ở trường THPT Bá Thước
3 và trở thành tài liệu hữu ích cho đồng nghiệp và các em học sinh
1.2 Mục đích nghiên cứu
Xuất phát từ một bài toán cơ học cơ bản, giúp học sinh có kỹ năng và phương pháp giải thành thạo, từ đó mở rộng nâng dần lên những bài khó và phức tạp hơn nhằm phát triển tư duy cho các em, đồng thời rèn luyện cho các
em một số kĩ năng, sự hiểu sâu hơn, sáng tạo hơn và toàn diện hơn trong việc giải các bài tập vật lý phần “động lực học chất điểm” trong chương trình vật lý
10, giúp các em hình thành dần ý thức tự học, tự nghiên cứu khi học các phần sau cũng như học các môn học khác
Đề tài mong muốn trở thành tài liệu tham khảo hửu ích đối với bạn bè đồng nghiệp và các em học sinh
Người viết cũng mong muốn nhận được những ý kiến phản hồi, những đánh giá, trao đổi của quý thầy cô đồng nghiệp để cùng hoàn thiện hơn nữa đề tài sáng kiến kinh nghiệm này
3
Trang 41.3 Đối tượng nghiên cứu:
Bài toán ứng dụng định luật II Niutơn và các lực cơ học
Phạm vi nghiên cứu: Học sinh các lớp 10A1; 10A2; 10A3 năm học 2015-2016; trường THPT Bá Thước 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp quan sát sư phạm
- Phương pháp nêu vấn đề trong giảng dạy
- Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh
2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1 Kiến thức cơ bản
+ Định luật II Niutơn: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật.
Độ lớn của gia tốc tỷ lệ thuận với độ lớn của lực và tỷ lệ nghịch với khối lượng của vật
m
F
a
= , nếu vật chịu tác dụng của nhiều lực thì: F=F1 +F1 +F3 +
+ Định luật III Niutơn: Trong trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực,
thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực Hai lực này cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.FAB = −FBA
+ Trọng lực là lực của trái đất tác dụng vào các vật, gây ra cho chúng gia tốc rơi
tự do: P=m g
Có phương : Thẳng đứng
Chiều: Từ trên xuống dưới
+ Lực ma sát trượt: Xuất hiện ở mặt tiếp xúc của hai vật đang trượt trên nhau.
Có hướng ngược với hướng của vận tốc tương đối của vật này so với vật kia
Có độ lớn tỷ lệ với độ lớn của áp lực
N
F mst = µ , trong đó µ là hệ số ma sát trượt, N là áp lực( phản lực pháp tuyến).
2.1.2 Phương pháp động lực học
Phương pháp động lực học là phương pháp khảo sát chuyển động cơ của các vật dựa trên cơ sở các định luật Niutơn Phương pháp động lực học bao gồm các bước cơ bản sau :
+ Bước 1: Xác định đầy đủ các lực tác dụng lên vật hoặc hệ vật Với mỗi lực
xác định cần chỉ rõ điểm đặt, phương, chiều, độ lớn
Các lực tác dụng lên vật thường là :
Các lực tác dụng do các trường lực gây ra như trường hấp dẫn, điện trường, từ trường…
Trang 5Các lực tác dụng do liên kết giữa các vật: Lực căng, lực đàn hồi…
Các lực tác dụng khi một vật chuyển động trên bề mặt một vật khác: Lực
ma sát, phản lực pháp tuyến,…
+ Bước 2: Chọn hệ trục toạ độ làm hệ quy chiếu để khảo sát chuyển động.
Đa số các bài toán khảo sát chuyển động của vật trên một đường thẳng hoặc trong một mặt phẳng xác định Khi đó ta chọn hệ trục toạ độ có một trục song song với chuyển động của vật hoặc trong mặt phẳng chuyển động của vật; cũng nên chọn một trục toạ độ song song với nhiều lực tác dụng
+ Bước 3: Viết phương trình Niutơn cho vật hoặc hệ vật (dạng véc tơ).
Vật (tổng các lực tác dụng lên vật) ∑Fi =m a
Hệ vật :
=
=
∑
∑ 2 2
2
1 1
1
F a
m
F a
m
+ Bước 4: Chiếu các phương trình véc tơ trên lên các trục toạ độ đã chọn Khảo
sát các phương trình chuyển động theo từng phương của từng trục toạ độ, tính các đại lượng mà đề bài yêu cầu
2 2 Thực trạng đề tài
Khi học phần Động lực học chất điểm, khi giải quyết các bài tập về định luật II Niutơn và các lực cơ học, học sinh gặp rất nhiều khó khăn khi giải các bài tập phần này, các em không biết bắt nguồn từ đâu và định hướng tư duy như thế nào nên các em cảm thấy lúng túng khi giải quyết các bài toán này và thường mắc sai lầm khi chuyển các lực từ đại lượng vectơ sang đại lượng vô hướng
Bên cạnh đó để giải quyết các bài toán này đòi hỏi các em phải có kiến thức, kỹ năng toán học nhất định Song học sinh ở trường THPT Bá Thước 3 đa
số các em là học sinh dân tộc thiểu số, các em chưa có thói quen lao động trí óc, ngại động não, ngại tư duy, suy nghĩ cộng với các em hỏng cơ bản, yếu toán, kiến thức, kỹ năng còn nhiều hạn chế vì vậy học sinh ngại học, ngại tư duy khi gặp phải các bài toán phải sử dụng nhiều kỹ năng và đa số các em thường bỏ qua các bài tập phần các lực cơ học khi một vật chịu tác dụng nhiều lực
Thực tế khảo sát trên một số lớp như sau:
Lớp % HS giải được % HS còn lúng túng % HS không biết
2.3 Các giải pháp tổ chức thực hiện
2.3.1 Bài toán cơ bản: Một vật có khối lượng m, đươc kéo trên mặt phẳng nằm
ngang có ma sát không đáng kể bởi một lực Ftheo phương ngang, xác định gia tốc chuyển động của vật và độ lớn phản lực của mặt phẳng nằm ngang lên vật?
5
Trang 60 F
P
N
y
x m
Hướng dẫn: Với bài toán này giáo viên cần hướng dẫn cụ thể cách xác
định đầy đủ các lực tác dụng lên vật, viết biểu thức định luật II Niutơn và chiếu biểu thức lên các trục tọa độ(đây là bài toán cơ bản đầu tiên vì vậy cần cung cấp phương pháp giải và hướng dẫn cụ thể giúp học sinh có kỹ năng giải thành thạo).
Giải tóm tắt:
Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực P, phản lực Ncủa mặt sàn, lực kéo F.
Chọn hệ trục tọa độ xoy, chiều dương là chiều
chuyển động của vật
Theo định luật II Niutơn cho vật ta được:
a m
N
F
P+ + = (1)
Chiếu (1) lên trục ox ta được:
m
F a a
m
Chiếu (1) lên trục oy ta được:
N −P= 0
mg
P
⇒
2.3.2 Bài toán mở rộng 1: Một vật có khối lượng m, được kéo trên mặt sàn
nằm ngang có hệ số ma sát µ, bởi một lực Ftheo phương ngang, xác định gia
tốc chuyển động của vật?
Hướng dẫn: Với bài toán này, có thêm lực ma sát, giáo viên giúp học sinh
cách vẽ và xác định được lực này Giáo viên hướng dẫn học sinh viết biểu thức định luật II Niutơn và chiếu biểu thức lên các trục tọa độ.
Giải tóm tắt:
Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực P, phản lực Ncủa mặt sàn, lực ma sát
ms
F , lực kéo F.
Chọn hệ trục tọa độ xoy, chiều dương là chiều chuyển động của vật: Theo định luật II Niutơn cho vật ta được:
a m F
N
F
P+ + + ms = (1)
Chiếu (1) lên trục ox ta được:
ma N
F
ma
F
=
−
⇔
=
−
Chiếu (1) lên trục oy ta được:
P N P
Thay (3) vào (2) ta được:
m
mg F
a ma
P
2.3.3 Bài toán mở rộng 2: Một vật có khối lượng m, được kéo trên mặt phẳng nằm ngang có ma sát không đáng kể bởi một lực F hợp phương ngang
P
N
y
x m
Trang 7góc α , xác định gia tốc chuyển động của vật và độ lớn phản lực của mặt phẳng
nằm ngang lên vật?
Hướng dẫn: Bài toán này giáo viên cần phân tích rõ hình chiếu của lực
F lên các trục Ox, Oy và cách xác định độ lớn của lực trên các phương chiếu(với bài toán này học sinh cần có một số kiến thức, kỹ năng toán học vì vậy giáo viên cần ôn lại cho học sinh các hệ thức lượng trong tan giác vuông), yêu cầu học sinh viết biểu thức định luật II Niutơn và chiếu biểu thức lên các trục tọa độ.
Giải tóm tắt:
Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực P, phản lực Ncủa mặt sàn, lực kéo
F.
Chọn hệ trục tọa độ xoy, chiều dương như
hình vẽ:
Theo định luật II Niutơn cho vật ta được:
a m
N
F
P+ + = (1)
Chiếu (1) lên trục ox ta được:
m
F a a m F
ma
.
⇔
=
Chiếu (1) lên trục oy ta được:
α α
α
sin sin
.
0 sin
.
0
F mg F
P
N
P F
N
P
F
−
=
−
=
⇒
=
−
+
=
−
+
2.3.4 Bài toán mở rộng 3: Một vật có khối lượng m, được kéo trên mặt phẳng
nằm ngang có hệ số ma sát µ bởi một lực F hợp phương ngang góc α , xác
định gia tốc chuyển động của vật?
Hướng dẫn: Với bài toán này giáo viên nên yêu cầu học sinh vận dụng
hai bài mở rộng 1 và 2 để giải bài toán này, giáo viên cần lưu ý học sinh xác định chính xác độ lớn phản lực N.
Giải tóm tắt:
Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực P, phản lực Ncủa mặt sàn, lực ma sát Fms, lực kéo F.
Chọn hệ trục tọa độ xoy, chiều dương như hình vẽ:
Theo định luật II Niutơn cho vật ta được:
a m F
N
F
P+ + + ms = (1)α
Chiếu (1) lên trục ox ta được:
) 2 (
ma
F
F x − ms =
Chiếu (1) lên trục oy ta được:
7
N
P
0 m
y
F
x
F
ms
F
y
F
N
P
0 m
y
F
x
F
y
F
Trang 8y x
F N
P y
x
P
m O
y
Mà:
N F
F
F
F
F
ms
y
x
.
sin
.
cos
µ
α α
=
=
=
m
P F
a ma F
P
) sin (
cos
2.3.5 Bài toán mở rộng 4: Một vật có khối lượng m, kéo lên một mặt phẳng
nghiêng góc α so với phương ngang không ma sát bởi một lực F(hình vẽ), xác
định gia tốc chuyển động của vật và phản lực mặt nghiêng lên vật?
Hướng dẫn: Với bài toán này giáo viên yêu cầu học sinh xác định đầy đủ
các lực tác dụng lên vật và hình chiếu các lực lên các trục tọa độ, viết biểu thức định luật II Niutơn và chiếu biểu thức lên các trục tọa độ tìm các đại lượng mà đề bài yêu cầu.
Giải tóm tắt:
Các lực tác dụng lên vật: Trọng
lực P, phản lực Ncủa mặt phẳng
nghiêng, lực ma sát Fms, lực kéo F.
Chọn hệ trục tọa độ xoy, chiều dương
như hình vẽ:
Theo định luật II Niutơn cho vật ta
được: P+F+N =m a (1)
Chiếu (1) lên trục ox ta được:
) 2
(
ma
P
Mà: P x =Psin α
Thay vào (2) ta được:
m
P F a ma P
−
Chiếu (1) lên trục oy ta được:
α α
α
cos cos
0 cos
0
mg P
N
P
N
P
=
=
⇒
=
−
⇒
=
−
2.3.6 Bài toán mở rộng 5: Một vật có khối lượng m, kéo lên một mặt phẳng
nghiêng góc α so với phương ngang có hệ số ma sát µ bởi một lực F(hình vẽ),
xác định gia tốc chuyển động của vật?
Hướng dẫn: Với bài toán này giáo viên yêu cầu học sinh xác định đầy đủ
các lực tác dụng lên vật và hình chiếu các lực lên các trục tọa độ(có thêm lực
ma sát), viết biểu thức định luật II Niutơn, chiếu biểu thức lên các trục tọa độ
và tìm các đại lượng mà đề bài yêu cầu.
Giải tóm tắt:
Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực P, phản lực Ncủa mặt phẳng nghiêng, lực ma sát Fmscủa mặt phẳng nghiêng, lực kéo F.
Trang 9F
Chọn hệ trục tọa độ xoy, chiều dương như hình vẽ:
Theo định luật II Niutơn cho vật ta được:
a m F
N
F
P+ + + ms = (1)
Chiếu (1) lên trục ox ta được:
) 2 (
ma F
P
Chiếu (1) lên trục oy ta được:
y
P
Mà:
N F
P
P
P
P
ms
y
x
.
cos
.
sin
µ
α α
=
=
=
Thay vào (2) ta được:
m
mg
F
a
m
P
F
a
ma P
P
F
α µ α
α µ α
α µ α
cos sin
cos sin
cos sin
+
−
=
+
−
=
⇒
=
−
−
2.3.7 Bài toán mở rộng 6: Một vật có khối lượng m, trượt trên một vật hình
nêm có khối lượng M, nghiêng góc α so với phương ngang và chuyển động về
bên trái với gia tốc a, bỏ qua mọi ma sát (hình vẽ), xác định gia tốc chuyển động của vật hình nêm?
Hướng dẫn: Với bài toán này giáo viên cần hướng dẫn cụ thể cách xác
định đầy đủ các lực tác dụng lên vật và hình chiếu các lực lên các trục tọa độ(xác định hệ quy chiếu đứng yên và hệ quy chiếu chuyển động), viết biểu thức định luật II Niutơn và chiếu biểu thức lên các trục tọa độ.
Giải tóm tắt:
Các lực tác dụng lên vật: Vật m: Trọng lực P1, phản lực N1của mặt hình nêm lên vật m, lực quán tính Fqt Vật M: Trọng lực P, phản lựcNcủa vật m lên vật hình nêm, Phản lực N′của mặt ngang lên vật M.
Chọn hệ trục tọa độ xOy, O’x’, chiều dương là chiều chuyển động của các vật
Theo định luật II Niutơn cho vật ta được:
Vật m: P1 +N1 +Fqt =m a1 (1)
Vật M: N+P+N′ =M a( )2
Chiếu (1) lên Oy ta được:
9
y x
F N
P y
x
P
m
ms
F
O
O M
1
P
1
N
y
x
m
a
x'
N P
O’
qt
F
α
Trang 10α α
α α
cos sin
0 cos sin
1 1
1 1
P F
N
P F
N
qt
qt
+
−
=
⇒
=
− +
Chiếu (2) lên O’x’ ta được:
Ma
Nsin α =
Theo định luật III Niutơn ta được:
2.3.8 Bài toán mở rộng 7:
Một vật có khối lượng m, trượt trên một vật hình nêm có khối lượng M, nghiêng góc α so với phương ngang và chuyển động về bên trái với gia tốc a, bỏ qua
mọi ma sát (hình vẽ), xác định gia tốc chuyển động của vật m đối với vật hình nêm và áp lực của vật m lên vật M, nếu hệ số ma sát trượt của vật m lên vật M bằng k ( Bỏ qua ma sát đối với vật M)?
Hướng dẫn: Bài toán này mở rộng bài toán trên có thêm lực ma sát, giáo
viên yêu cầu học sinh xác định đầy đủ các lực tác dụng lên vật, viết biểu thức định luật II Niutơn, chiếu biểu thức lên các trục tọa độ và tìm đại lượng mà đề bài yêu cầu.
Giải tóm tắt:
Các lực tác dụng lên vật: Vật m: Trọng lực P1, phản lực N1của mặt hình nêm lên vật m, lực ma sát F ms, lực quán tính Fqt Vật M: Trọng lực P, phản lựcN của vật m lên vật hình nêm, Phản lực N′của mặt ngang lên vật M.
Chọn hệ trục tọa độ xoy, o’x’chiều dương là chiều chuyển động của các vật
Theo định luật II Niutơn cho vật ta được:
Vật m: P1 +N1 +Fqt +Fms =m a1 (1)
Vật M: N+P+N′ =M a( )2
Chiếu (1) lên O’y ta được:
α α
α α
cos sin
0 cos sin
1 1
1 1
P F
N
P F
N
qt
qt
+
−
=
⇒
=
− +
Chiếu (2) lên Ox’ ta được:
Ma
Nsin α =
Theo định luật III Niutơn ta được:
α
α α
α α
α α
α α
α
2 2
1 1
1
sin 2 2
2 sin sin
cos sin
sin cos
sin cos
sin
+
= +
=
⇒
−
=
−
=
⇒
=
m M
g m
M
mg
a
ma P
F P
Ma
N
O M
1
P
1
N
y
x
m
a
x'
N P
O’
qt
F
α
ms
F
N ′
