PHƯƠNG PHÁP dạy bài “ hệ QUY CHIẾU có GIA tốc lực QUÁN TÍNH’’ TRONG CHƯƠNG TRÌNH vật lí 10 NÂNG CAO

Lực quán tính” Sách giáo khoa trình bày như sau: * Mở bài SGK giới thiệu một cuộc đối thoại và đưa ra câu hỏi: “ Vậy liệu các định luật Niu Tơn có được nghiệm đúng trong một hệ quy chiế

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT TĨNH GIA I

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHƯƠNG PHÁP DẠY BÀI “ HỆ QUY CHIẾU CÓ GIA TỐC LỰC QUÁN TÍNH’’ TRONG CHƯƠNG TRÌNH

VẬT LÍ 10 NÂNG CAO

Người thực hiện: Cao Thị Hương

Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Vật lí

A/ ĐẶT VẤN ĐỀ

Vật lí là một môn mà học sinh ngại học nó mang tính trừu tượng, cần phải tư duy nhiều, ngoài ra phải có óc quan sát và phân tích mới hiểu được hiện tượng vật

lí, định luật vật lí Hơn nữa để làm được bài toán vật lí người học phải biết kết hợp sự thành thạo về kiến thức toán học và sự hiểu biết đúng bản chất vật lí

Vì vậy, để vượt qua được tâm lí này của học sinh thì giáo viên khi dạy mỗi tiết vật lí cần tạo ra được hứng thú học tập cho học sinh từ đầu tiết và duy trì tính tích cực hoạt động của học sinh đến hết giờ học Giáo viên phải tổ chức được các hoạt động vừa sức với học sinh, giúp học sinh thấy việc xây dựng kiến thức mới là sự phát triển trên nền tảng của kiến thức cũ mà học sinh đã biết từ đó tạo được trí tò

mò và kích thích sự khám phá, nghiên cứu, tiếp thu kiến thức mới Mỗi một tiết dạy, giáo viên cùng học sinh cố gắng thực hiện được hết các thí nghiệm bằng đồ dùng có sãn trong phòng thiết bị của nhà trường và không ngừng tạo ra các đồ dùng có thể để phục vụ bài dạy, tạo hứng thú và niềm tin trong học tập cho học sinh Căn cứ vào mục đích dạy học của môn vật lí nói chung và dạy một tiết vật lí nói riêng như trên nên tôi chọn đề tài này

B/ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I/ CƠ SỞ LÍ LUẬN

- Quá trình nhận thức của con người đi từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng Từ những quan sát thực tế con người đưa ra các nhận định, hệ thống hóa chúng, nâng lên thành các quy luật và từ đó vận dụng nó Do đó, đưa được vào bài học thí nghiệm mà học sinh đã gặp trong thực tế để nghiên cứu sẽ gần gũi và dễ phân tích hơn

- Lực là nguyên nhân gây ra sự biến đổi gia tốc và có thể làm vật biến dạng

- 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

- Định luật II Niu Tơn: Vectơ gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn của vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vectơ lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật

II/ THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ

1/ Thực trạng chung

- Đồ dùng thí nghiệm ở các trường THPT không nhiều chưa đáp ứng được nhu cầu dạy học

- Một số thí nghiệm có đồ dùng nhưng không tiến hành được hoặc thí nghiệm được nhưng kết quả chưa thuyết phục

- Mặt khác bài 21: “ Hệ quy chiếu có gia tốc Lực quán tính” Sách giáo khoa trình bày như sau:

* Mở bài SGK giới thiệu một cuộc đối thoại và đưa ra câu hỏi: “ Vậy liệu các định luật Niu Tơn có được nghiệm đúng trong một hệ quy chiếu chuyển động

có gia tốc so với mặt đất hay không?”

Sau đó SGK giới thiệu mục 1

*Hệ quy chiếu có gia tốc

SGK đưa ra thí nghiệm hình dung: một hòn bi đặt trên xe lăn như hình

Khi xe chuyển động với gia tốc ar

so với bàn, nếu không có ma sát giữa hòn bi và rãnh trên xe thì theo định luật I Niu Tơn, hòn bi vẫn đứng yên ở phía trên điểm M so với bàn

Trong hệ quy chiếu gắn với xe, mặc dù không có lực nào tác dụng lên hòn

bi theo phương nằm ngang, hòn bi vẫn chuyển động về phía B với gia tốc

,

auur= −ar giống như là có một lực urF= −mar tác dụng lên vật

Vậy trong một hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với một hệ quy chiếu quán tính, các định luật Niu Tơn không còn được nghiệm đúng nữa Ta gọi hệ đó

là hệ quy chiếu phi quán tính

Theo tôi ở phần này SGK giới thiệu thí nghiệm cho học sinh để xây dựng

hệ quy chiếu phi quán tính và làm cơ sở cho mục 2, tuy nhiên hạn chế của mục này thí nghiệm chỉ mang tính tưởng tượng, yêu cầu học sinh hình dung như vậy

sẽ làm cho học sinh lúng túng trong suy luận, dễ xảy ra phân tích sai lệch và không logic giữa kiến thức đã có và kiến thức mô tả trong thí nghiệm Mặt khác nếu giáo viên tạo ra được thí nghiệm như trong bài học thì cũng không cho kết

quả là hòn bi đứng yên so với bàn mà nó sẽ chuyển động so với bàn vì thực tế luôn có ma sát giữa xe lăn và hòn bi Đôi khi giáo viên ngại khó nên không làm SGK đã sử dụng định luật I Niu Tơn để lập luận hòn bi vẫn đứng yên tại M như vậy càng làm cho học sinh khó hiểu, nó mang tính lừa dối học sinh vì khi dạy định luật I Niu Tơn ta đã cho học sinh thừa định luật này

Ngoài ra, với cách xây dựng như vậy không tạo ra cho học sinh sử dụng các kiến thức đã biết để phát triển khái niệm về hệ quy chiếu phi quán tính

*Mục 2: Lực quán tính

SGK trình bày:

“Để giải các bài toán cơ học được thuận lợi, người ta tìm cách làm thế nào để vẫn áp dụng được định luật I và II Niu Tơn trong hệ quy chiếu phi quán tính Muốn vậy, ta thừa nhận rằng: Trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc

ar

so với hệ quy chiếu quán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra giống như là mỗi vật có khối lượng m chịu thêm tác dụng của một lực bằng −mar Lực này gọi là lực quán tính:

qt

F = −ma

uur r Với quan niệm đó, ta dễ dàng lí giải được hiện tượng nêu ở phần trên Khi xe lăn chuyển động gia tốc ar

so với bàn, thì trong hệ quy chiếu gắn với xe, hòn bi coi như chịu thêm lực quán tính Fuurqt = −mar Lực này đã truyền cho hòn bi một

gia tốc

, F qt

m

= = −

uur uur r

Và hòn bi chuyển động về phía B

Lực quán tính giống như các lực thông thường ở chỗ, nó cũng gây ra biến dạng hoặc gây ra gia tốc cho vật Nhưng nó khác các lực thông thường ở chỗ, nó xuất hiện do tính chất phi quán tính của hệ quy chiếu chứ hông do tác dụng của vật này lên vật khác Do đó lực quán tính không có phản lực.”

Phần này SGK yêu cầu học sinh thừa nhận “Trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc ar

so với hệ quy chiếu quán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra giống như là mỗi vật có khối lượng m chịu thêm tác dụng của một lực bằng −mar

Lực này gọi là lực quán tính: Fur= −mar” như vậy là mang tính áp đặt, không cần thiết phải yêu cầu học sinh thừa nhận như thế, sẽ làm cho học sinh không có niềm tin vào kiến thức

*Mục 3: Bài tập vận dụng

SGK đưa ra 2 bài tập đã có bài giải

Bài 1: Dùng dây treo quả cầu khối lượng m lên đầu cái cọc đặt trên xe lăn Xe chuyển động với gia tốc ar

không đổi Hãy tính góc lệch α của dây so với phương thẳng đứng và lực căng của dây

Bài 2: Một vật có khối lượng m = 2kg móc vào một lực kế treo trong buồng thang máy Hãy tìm chỉ số của lực kế trong các trường hợp sau:

a) Thang máy chuyển động đều

b) Thang máy chuyển động với gia tốc a = 2.2m/s2 hướng lên trên

c) Thang máy chuyển động với gia tốc a = 2.2m/s2 hướng xuống dưới

d) Thang máy rơi tự do với gia tốc a = g = 9,8m/s2

Tôi nghĩ với thời lượng của một tiết học mà đưa ra cho học sinh 2 bài tập như trên là quá nhiều và khó với học sinh

2/ Thực trạng của giáo viên

- Kiến thức của bài học này trừu tượng nên khó khăn trong việc thiết kế bài giảng

- Kỹ năng làm thí nghiệm chưa tốt nên các thí nghiệm tiến hành chỉ mang tính hình thức, qua loa, chiếu lệ

- Tâm lí ngại làm các thí nghiệm mà đồ dùng không có sẵn

3/ Thực trạng của học sinh

- Kiến thức trong bài là mới và khó với học sinh

- Học sinh vận dụng kiến thức để làm bài tập trong hệ quy chiếu quán tính đã khó nên càng khó khi vận dụng vào hệ quy chiếu có gia tốc nếu không hiểu bài học một cách sâu sắc

- Bài tập vận dụng khó và dài học sinh không có khả năng làm hết do đó học sinh không khắc sâu được kiến thức đã học

III/ GIẢI PHÁP VÀ TỔ CHỨC THỰC HIỆN

1/ Giải pháp

- Đưa vào bài học hiện tượng mà học sinh đã gặp trong thực tế tạo được tình huống học tập có vấn đề, kích thích được trí tò mò và hứng thú học tập của học sinh

- Chỉnh sửa cách bố trí thí nghiệm hợp lí để học sinh dễ quan sát và dễ hiểu hơn

- Sử dụng thí nghiệm trong các phần của bài học

- Thiết kế bài học theo hệ thống câu hỏi mà trong đó chủ yếu là phát huy được tính tích cực của học sinh

2/ Tổ chức thực hiện: từ những phân tích trên tôi đưa ra phương pháp dạy bài

“Hệ quy chiếu có gia tốc Lực quán tính” với những hoạt động như sau:

* Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ

GV đặt câu hỏi: Hệ quy chiếu quán tính là gì?

* Hoạt động 2: Tạo tình huống có vấn đề (Vào bài)

- GV giới thiệu với học sinh trên máy chiếu về hình ảnh chuyển động của xe khách có hành khách ngồi trong

- (?) Nếu xe phanh gấp, em hãy nêu hiện tượng xảy ra?

- (?) Giải thích hiện tượng?

-Bằng kiến thức đã có học sinh sẽ giải thích hiện tượng là do quán tính

- GV nhận xét câu trả lời của học sinh và giới thiệu “hiện tượng đó được giải thích do quán tính chỉ mang tính định tính để hiểu kĩ hơn về hiện tượng và định lượng về quán tính ta sẽ nghiên cứu trong bài học: Hệ quy chiếu có gia tốc Lực quán tính”

* Hoạt động 3: Mục 1: Hệ quy chiếu có gia tốc

- GV giới thiệu thí nghiệm như hình vẽ:

- Gv cho xe chuyển động nhanh dần từ trạng thái đứng yên bằng cách thả vật nặng Học sinh quan sát thí nghiệm và trả lời các câu hỏi của GV

(?)Nêu các lực tác dụng vào viên bi trong hệ quy chiếu gắn với bàn? Viết phương trình định luật II NiuTơn?

⇒ T Pr r ,

Phương trình định luật II NiuTơn: T P mar r+ = r

(?)Nêu các lực tác dụng vào viên bi trong hệ quy chiếu gắn với xe? Viết phương trình định luật II NiuTơn?

⇒ T Pr r ,

Phương trình định luật II NiuTơn: T Pr r+ = 0r ⇒ điều này vô lí vì thực tế dây treo đã lệch khỏi phương thẳng đứng!

⇒ Kết luận: Vậy trong hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính, các định luật Niu Tơn không còn nghiệm đúng nữa, nên hệ quy chiếu này là hệ quy chiếu phi quán tính

(?) Dây treo bị lệch chứng tỏ điều gì?

⇒ Chứng tỏ đã có một lực đẩy viên bi về phía sau.

GV: Vậy lực đó là lực gì có đặc điểm như thế nào, chúng ta sẽ nghiên cứu ở mục

2 sau đây

Hoạt động 4: Mục 2: Lực quán tính

- GV trong hệ quy chiếu phi quán tính gắn với xe lực đẩy viên bi về sau là lực quán tính Chúng ta sẽ nghiên cứu đặc điểm của lực quán tính

(?) Nhận xét về hướng của lực quán tính và hướng gia tốc của xe trong thí nghiệm trên? ( Làm lại thí nghiệm)

⇒ Lực quán tính ngược hướng với gia tốc của xe.

- Gv cho xe chuyển động chậm dần bằng cách giữ vật nặng lại khi xe và vật đang chuyển động Học sinh quan sát thí nghiệm và trả lời các câu hỏi của GV

(?) Nhận xét về hướng của lực quán tính và hướng gia tốc của xe trong thí nghiệm trên?

⇒ Lực quán tính ngược hướng với gia tốc của xe.

- Giáo viên kết luận: Lực quán tính ngược hướng với gia tốc của hệ quy chiếu (?) Viết biểu thức của lực quán tính?

- Từ đó giáo viên kết luận biểu thức của lực quán tính

(?) Nêu đặc điểm của lực quán tính?

Hoạt động 5: Mục 3: Bài tập vận dụng

- Củng cố bài học bằng bài tập 1

Bài 1:

Giải thích tại sao hành khách trong xe ngả về trước khi xe phanh gấp và ngả về sau khi xe tăng ga?

Hướng dẫn trả lời

Bài 1:

+ Khi phanh xe gia tốc của xe hướng về sau nên lực quán tính hướng về trước (ngược chiều với gia tốc của xe) tác dụng lên hành khách làm hành khách ngả về trước

+ Khi tăng ga gia tốc của xe hướng về trước nên lực quán tính hướng về sau

- Tổ chức cho học sinh giải bài tập 2 theo hoạt động sau:

+ Chia học sinh làm 4 nhóm

+ Phát phiếu học tập

+ Học sinh nhóm 1, 2 làm câu a và câu b với các ô thuộc cột hệ quy chiếu gắn với mặt đường

+ Học sinh nhóm 3, 4 làm câu a và câu b với các ô thuộc hệ quy chiếu phi quán tính gắn với xe

+ So sánh nội dung đã làm được của nhóm 1 và 3; nhóm 2 và 4 từ đó khắc sâu kiến thức: đặc điểm của lực quán tính

- Nội dung phiếu học tập

PHIẾU HỌC TẬP Bài 2:

Hãy điền đầy đủ thông tin còn thiếu vào phiếu để giải các bài tập sau:

Dùng dây treo quả cầu

khối lượng m = 100g lên

đầu cái cọc đặt trên xe lăn

Xe chuyển động với gia

tốc ar

không đổi có độ lớn

2m/s2 như hình vẽ; lấy g =

10m/s2

a/ Xác định hướng gia tốc

của xe?

b/ Hãy tính góc lệch α của dây so với phương thẳng đứng và lực căng của dây

Câu a: Gia tốc của xe hướng sang………

Các

bước

Hệ quy chiếu quán tính gắn với

mặt đường

Hệ quy chiếu phi quán tính gắn với xe

câu b

Các lực

tác

dụng,

biểu

diễn

hình vẽ

Biểu

thức

của

định

luật

Niu

Tơn

Biến

đổi

biểu

thức

Hướng dẫn làm phiếu học tập

Bài 2:

Các

bước

làm bài

Hệ quy quán tính gắn với mặt

đường

Hệ quy chiếu phi quán tính gắn với xe

Các lực

tác

dụng,

biểu

diễn

hình vẽ

P

ur

, Tur

P

ur , Tur ,Fuurqt

Biểu

thức

của

định

luật

Niu

Tơn

P

ur

+ Tur = mar

P

ur + Tur +Fuurqt

= 0 r

Biến

đổi

biểu

thức

Tổng hợp lực Pur

và Tur

F

ur

= mar

⇒tanα = F a

P = g = 0,2

⇒ α = 110

0,1.2

1, 05 sin sin11

F

α

Tổng hợp lực urP

và Tur

F

ur = Fuurqt

⇒ F = ma

⇒tanα = F a

P = g = 0,2

⇒ α = 110

0,1.2

1, 05 sin sin11

F

α

Sau khi học sinh đã làm xong phiếu học tập GV củng cố lại cho học sinh các vấn đề sau:

+ Có thể giải bài toán trong cả 2 hệ quy chiếu ( cho cùng đáp số)

+ Lực quán tính chỉ xuất hiện trong hệ quy chiếu phi quán tính

+ Lực quán tính ngược hướng với gia tốc của hệ quy chiếu

- Còn lại bài tập 2 của SGK tôi sẽ cho học sinh làm và hướng dẫn vào tiết tự chọn

IV/ KIỂM NGHIỆM

Tôi đã chọn 2 lớp 10A4 và 10A5 là hai lớp cơ bản A, đối tượng học sinh ở 2 lớp này như nhau để dạy trong 2 năm Lớp 10A4 tôi dạy lần lượt như SGK, lớp 10A5 tôi dạy theo nội dung đã đưa ra như trên Sau đó tôi cho học sinh làm bài kiểm tra 15 phút theo đề bài sau :

Một vật khối lượng 1kg móc vào lực kế treo vào buồng thang máy Thang máy chuyển động nhanh dần hướng lên, độ lớn của gia tốc là 1m/s2, lấy g = 10m/s2

Tính số chỉ lực kế?

Kết quả thu được sau khi kiểm tra như sau:

Năm học 10A4 0 đến <5 5 đến <7 7 đến <9 9 đến 10

2012 -

10A5

2HS(4,4%) 28HS(62,2%) 11HS(24,5%) 4HS(8,9%)

Năm học

2013 -

2014

10A4

7HS(15,6%) 28HS(62,2%) 8HS(17,8%) 2HS(4,4%)

10A5

2HS(4,4%) 30HS(66,7%) 10HS(22,2%) 3HS(6,7%)

C/ KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Như vậy, với việc thay đổi phương pháp trong dạy học bài “ Hệ quy chiếu

có gia tốc Lực quán tính” đã cho thấy hiệu quả của việc dạy học được nâng lên

rõ rệt Đa số học sinh hiểu bài, nắm được bài và vận dụng được kiến thức đã học

Khi sử dụng đề tài này giáo viên có thể thực hiện thí nghiệm của bài rất dễ dàng bằng những đồ dùng trong phòng thí nghiệm hay các vật có sẵn xung quanh

Thông qua đề tài này tôi muốn đề xuất với ban chuyên môn là cần chú trọng đến hiệu của quá trình dạy học chứ không nhất thiết phải tuân thủ hoàn toàn các nội dung của SGK, cần bổ sung, cung cấp nhiều hơn nữa các thiết bị phục vụ cho thí nghiệm trong nhà trường

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 10 tháng 05 năm 2014

CAM KẾT KHÔNG COPY

Tác giả