- Thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết 1: • Dụng cụ thí nghiệm: Một vật nặng nhỏ viên bi; một thanh thẳng đứng, trên thanh có gắn các lỗ tròn nhỏ đường
Trang 11
I SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG KIẾN THỨC
1 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức
1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết
Giáo viên thông báo cho học sinh: Vật rơi trong không khí cũng được xem là rơi tự
do vì trọng lực rất lớn so với sức cản của không khí Hãy tìm các đặc điểm chung của
các vật rơi tự do?
2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết
Chuyển động rơi tự do có những đặc điểm gì?
3 Giải quyết vấn đề
3.1 Đề xuất giả thuyết 1:
Từ kinh nghiệm khi quan sát các vật rơi tự do đưa ra giả thuyết 1
Giả thuyết 1: Các vật rơi rự do theo phương thẳng đứng, có chiều từ trên xuống
3.2 Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết 1:
- Kiểm tra trực tiếp nhờ thí nghiệm
- Thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết 1:
• Dụng cụ thí nghiệm: Một vật nặng nhỏ (viên bi); một thanh thẳng đứng, trên thanh có gắn các lỗ tròn nhỏ (đường kính các lỗ tròn lớn hơn đường kính viên
bi một chút) xếp thẳng hàng với nhau
• Cách tiến hành thí nghiệm: Giữ thanh thẳng đứng, thả vật nặng từ đầu trên của thanh rồi quan sát
- Kết quả thí nghiệm: Viên bi đi qua tất cả các lỗ tròn trên thanh Chứng tỏ quỹ đạo
của viên bi là một đường thẳng
=> Chứng tỏ giả thuyết 1 đúng
Trang 22
3.1 Đề xuất giả thuyết 2:
Bằng lập luận về chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng (khi góc nghiêng bằng 900) cũng được xem là chuyển động rơi tự do kết hợp với đặc điểm của vật khi chuyển động trên mặt phẳng nghiêng đưa ra giả thuyết 2
Giả thuyết 2: Chuyển động rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều
3.2 Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết 2:
- Suy luận logic từ giả thuyết 2 ra hệ quả 2 kiểm tra được trực tiếp bằng thí nghiệm: Quãng đường rơi tỉ lệ với bình phương thời gian rơi ( s2
t = hằng số)
- Thiết kế phương án thí nghiệm kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả 2:
• Dụng cụ thí nghiệm: Một quả nặng bằng sắt; một máng thẳng (dài một mét) trên đó có thước chia vạch, một dây dọi (để chỉnh cho máng luôn thẳng đứng); đồng hồ đo thời gian, một nam châm gắn ở đỉnh máng thẳng, giá đỡ, cổng quang
• Cách tiến hành thí nghiệm:
+ Điều chỉnh: Chỉnh cho máng thẳng đứng bằng cách điều chỉnh các vít chân đế để dây dọi có phương thẳng đứng và điều chỉnh vị trí nam châm để vật bắt đầu rơi từ vị trí số 0 của thước đo
+ Nối các cổng quang với đồng hồ, nối công tắc điện và đồng hồ với nguồn + Gắn vật nặng dính vào nam châm điện
+ Dời cổng quang điện lần lượt đến các vị trí 1, 2, 3, 4
để quãng đường rơi của vật tương ứng là s1 (lần 1), s2
(lần 2), s3 (lần 3), s4 (lần 4)
+ Nhấn nút công tắc ngắt điện để cho vật bắt đầu rơi,
đồng thời đồng hồ bấm giây hoạt động đo thời gian rơi
tương ứng
+ Đọc các số chỉ thời gian t1, t2, t3, t4 hiện trên đồng
hồ ứng với các quãng đường s1, s2, s3, s4
• Kết quả thí nghiệm: Ta thấy: 12 22 23 24
t t t t = hằng số
Chứng tỏ giả thuyết 2 đúng
4 Rút ra kết luận
Chuyển động rơi tự do có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống và là chuyển động nhanh dần đều
Trang 33
2 Diễn giải sơ đồ
- Ở phần trước, học sinh đã học sự rơi tự do là sự rơi của các vật trong chân không mà chưa biết rằng vật rơi trong không khí cũng được xem là rơi tự do vì trọng lực rất lớn so với sức cản của không khí Cho nên giáo viên cần thông báo điều này cho học sinh Sau đó, giáo viên đặt vấn đề: Vậy các vật rơi tự do có những đặc điểm chung nào? Tức là sự rơi tự do có phương, chiều như thế nào và thuộc loại chuyển động nào?
- Từ kinh nghiệm quan sát các vật rơi tự do và một số lập luận, học sinh sẽ đưa
ra rất nhiều đặc điểm của chuyển động rơi tự do Sau đó, giáo viên tổng kết lại ba đặc điểm chủ yếu sau: phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới (giả thuyết 1), chuyển động nhanh dần (vì lúc bắt đầu rơi vận tốc vật bằng 0 sau đó vận tốc vật tăng lên) Tuy nhiên, học sinh chưa thể đoán được là chuyển động này có đều hay không Giáo viên cần phải gợi ý để học sinh đi đến kết luận chuyển động là nhanh dần đều:
Ta có thể xem chuyển động của vật trên máng nghiêng góc 900 là chuyển động rơi tự do không? Tại sao?
Học sinh nhận thấy rằng: vật chuyển động trong không khí theo một quỹ đạo thẳng và chiều từ trên xuống Trong trường hợp này, vật coi như rơi tự do
Từ kiến thức đã học ở bài 3 và bài 4: chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng là chuyển động nhanh dần đều Suy ra, chuyển động rơi tự do cũng là chuyển động nhanh dần đều (giả thuyết 2)
Tuy nhiên, đây chỉ là những giả thuyết cần phải được kiểm tra bằng thực nghiệm
Vậy làm thế nào để kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết trên?
- Giải pháp đề ra là:
+ Trước tiên, ta kiểm tra hai đặc điểm đầu: phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống bằng cách tiến hành thí nghiệm thả một viên bi dọc theo một thanh thẳng đứng có gắn các lỗ tròn (đường kính các lỗ tròn lớn hơn đường kính viên bi một chút) Nếu viên bi đi qua tất cả các lỗ tròn thì ta đã kiểm chứng được phương, chiều của chuyển động rơi tự do
+ Tiếp theo, ta kiểm tra chuyển động rơi tự do là một chuyển động nhanh dần đều Mà chuyển động nhanh dần đều có các tính chất như: gia tốc không đổi theo
Trang 44
thời gian, tốc độ tăng đều theo thời gian và quãng đường đi được tỉ lệ với bình phương thời gian
Với mỗi tính chất, các em hãy nêu phương án để kiểm tra chúng?
Ta kiểm tra tính chất quãng đường đi được tỉ lệ với bình phương thời gian Bởi
vì chỉ cần đo quãng đường rơi (dùng thước) và đo thời gian rơi tương ứng (dùng đồng
hồ bấm giây) Những dụng cụ này rất dễ sử dụng, thí nghiệm dễ bố trí và đơn giản hơn
Dụng cụ thí nghiệm: Một quả nặng bằng sắt; một máng thẳng (dài một mét) trên đó có thước chia vạch, một dây dọi (để chỉnh cho máng luôn thẳng đứng); đồng
hồ đo thời gian, một nam châm gắn ở đỉnh máng thẳng để giữ quả nặng, cổng quang, giá đỡ
Lắp đặt dụng cụ và thực hiện 4 lần đo quãng đường đi được và thời gian tương ứng Sau đó lập tỉ số 2
s
t = hằng số Vậy ta đã kiểm chứng được hệ quả của giả thuyết
2 cũng đồng nghĩa với việc đã kiểm chứng được chuyển động rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều
- Thực hiện giải pháp đã nêu ở trên:
Thực hiện thí nghiệm để kiểm tra chuyển động rơi tự do có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống: Tiến hành thí nghiệm và kết quả: Giữ thanh thẳng đứng, thả vật nặng từ đầu trên của thanh rồi quan sát đường đi của vật Ta thấy, vật đi qua tất cả các lỗ tròn trên thanh Chứng tỏ quỹ đạo của vật là một đường thẳng
Thực hiện thí nghiệm để kiểm tra chuyển động rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều: Dời cổng quang điện lần lượt đến các vị trí 1, 2, 3, 4 để quãng đường rơi của vật tương ứng là s1 (lần 1), s2 (lần 2), s3 (lần 3), s4 (lần 4) Nhấn nút công tắc ngắt điện để cho vật bắt đầu rơi, đồng thời đồng hồ bấm giây hoạt động đo thời gian rơi tương ứng Đọc các số chỉ thời gian t1, t2, t3, t4 hiện trên đồng hồ ứng với
các quãng đường s1, s2, s3, s4 Kết quả thí nghiệm: 21 22 23 24
số Vậy giả thuyết 2 đã được kiểm chứng là đúng
- Từ đó, rút ra kết luận: Chuyển động rơi tự do có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống và là chuyển động nhanh dần đều
Trang 55
II MỤC TIÊU DẠY HỌC
1 Nội dung kiến thức cần xây dựng
Chuyển động rơi tự do có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống và là chuyển động nhanh dần đều
2 Mục tiêu trong quá trình học
- Học sinh tham gia đề xuất các đặc điểm của sự rơi tự do thông qua kinh nghiệm và các kiến thức đã biết về chuyển động nhanh dần đều và chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng
- Học sinh tham gia đề xuất giải pháp kiểm nghiệm
- Học sinh thực hiện giải pháp và rút ra kết luận
3 Mục tiêu đối với kết quả học
- Học sinh biết được các đặc điểm của chuyển động rơi tự do
- Học sinh vận dụng được kiến thức đặc điểm của sự rơi tự do vào giải thích các tình huống mới
4 Đề kiểm tra kết quả học
Câu 1: Nêu các đặc điểm của chuyển động rơi tự do của một vật
- Mục tiêu của bài tập: Kiểm tra sự nắm kiến thức ở mức độ biết
- Câu trả lời mong đợi: Sự rơi tự do có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống và là chuyển động nhanh dần đều
Câu 2: Chuyển động nào dưới đây có thể coi như là chuyển động rơi tự do?
A Chuyển động của một hòn sỏi được ném lên cao
B Chuyển động của một hòn sỏi được ném theo phương nằm ngang
C Chuyển động của một hòn sỏi được ném theo phương xiên góc
D Chuyển động của một hòn sỏi được thả rơi xuống
- Mục tiêu của bài tập: Vận dụng kiến thức để nhận dạng vật rơi tự do
- Câu trả lời mong đợi: câu D vì chuyển động của hòn sỏi có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống và là chuyển động nhanh dần đều
Câu 3: Chuyển động của vật nào dưới đây sẽ được coi là rơi tự do nếu được thả rơi?
A Một cái lá cây
B Một sợi chỉ
C Một chiếc khăn tay
Trang 66
D Một mẩu phấn
- Mục tiêu của bài tập: Vận dụng kiến thức về sự rơi tự do và các đặc điểm của chuyển động rơi tự do để nhận dạng vật rơi tự do
- Câu trả lời mong đợi: mẫu phấn sẽ rơi tự do nếu được thả rơi vì mẩu phấn có kích thước nhỏ; chuyển động theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống và chuyển động nhanh dần đều
III CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH
1 Giáo viên
Dụng cụ cho thí nghiệm 1: Một vật nặng nhỏ (viên bi); một thanh thẳng đứng, trên thanh có gắn các lỗ tròn nhỏ (đường kính các lỗ tròn lớn hơn đường kính viên bi một chút) xếp thẳng hàng với nhau
Dụng cụ cho thí nghiệm 2: Một quả nặng; một máng thẳng (dài một mét) gắn thước chia vạch, một dây dọi; đồng hồ đo thời gian, một nam châm, giá đỡ, cổng quang
2 Học sinh
Ôn lại các kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều và chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng
IV TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CỤ THỂ
HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH GHI CHÚ Hoạt động 1: Làm nảy sinh vấn đề và phát biểu vấn đề cần giải quyết (làm việc chung toàn lớp)
- Thông báo cho học sinh: Vật rơi
trong không khí cũng được xem là
rơi tự do vì trọng lực rất lớn so với
sức cản của không khí
- Đặt vấn đề: Hãy tìm các đặc điểm
chung của các vật rơi tự do?
- Gợi ý: Có nhận xét về phương,
chiều và tính chất của chuyển động
rơi tự do?
- Tiếp nhận thông tin
- Suy nghĩ
Trang 77
- Phát biểu vấn đề: Chuyển động
rơi tự do có phương, chiều như
thế nào và thuộc loại chuyển động
nào?
- Tiếp nhận vấn đề
Hoạt động 2: Đề xuất giả thuyết và suy đoán giải pháp để kiểm tra giả thuyết (làm việc chung toàn lớp)
- Ghi các đặc điểm mà học sinh
đưa ra trên bảng
- Quan sát vật rơi tự do và cho biết
tốc độ của vật có thay đổi không kể
từ lúc bắt đầu rơi đến lúc sắp kết
thúc quá trình rơi? Nếu có, tốc độ
thay đổi thế nào?
- Vậy ta có thể kết luận thế nào về
sự rơi tự do?
Tiếp tục gợi ý để dẫn dắt học sinh
đi tới kết luận: rơi tự do là chuyển
động nhanh dần đều
- Ta có thể xem chuyển động của
vật trên máng nghiêng góc 900 là
chuyển động rơi tự do không? Tại
sao?
- Từ kinh nghiệm quan sát các vật rơi tự do, học sinh đưa ra các đặc điểm sau:
+ Phương: thẳng đứng + Chiều: từ trên xuống
- Tốc độ tăng dần
- Chuyển động nhanh dần (Học sinh chưa biết có tăng đều hay không)
Trang 88
- Gợi ý: trong trường hợp này, vật
chịu tác dụng của những lực nào?
Và phương, chiều chuyển động thì
như thế nào?)
- Hãy cho biết chuyển động của vật
trên mặt phẳng nghiêng thuộc loại
chuyển động nào?
- Tóm tắt lại 3 đặc điểm của
chuyển động rơi tự do Các đặc
điểm này mới chỉ là dự đoán, cần
phải kiểm tra lại bằng thí nghiệm
- Vậy làm thế nào để kiểm tra các
đặc điểm nêu trên?
Gợi ý: kiểm tra phương, chiều của
sự rơi tự do trước rồi sau đó kiểm
tra đặc điểm còn lại
- Ta có thể kiểm tra phương, chiều
bằng thí nghiệm được không? Hãy
đề xuất phương án thí nghiệm đó?
- Suy nghĩ
- Vật chuyển động trong không khí chỉ chịu tác dụng của trọng lực theo một quỹ đạo thẳng và chiều từ trên xuống Trong trường hợp này, vật coi như rơi tự do
- Nhớ lại kiến thức đã học
chuyển động nhanh dần đều
- Ghi nhận thông tin
- Đưa ra nhiều giải pháp khác nhau: dùng dây dọi đặt bên cạnh vật rơi
Trang 99
- Phân tích khuyết điểm của các
phương án học sinh nêu ra:
+ Phương án đầu tiên, vật rơi quá
nhanh nên ta không thể quan sát
được phương rơi có song song với
dây dọi hay không
+ Phương án hai, có thể vị trí đầu
và vị trí cuối của dây dọi trùng với
vị trí đầu và vị trí cuối của vật
nhưng chưa chắc là quỹ đạo của nó
sẽ thẳng
- Vậy có phương án nào khác tốt
hơn không?
- Hãy đề xuất giải pháp kiểm tra sự
rơi tự do là chuyển động nhanh dần
đều?
- Gợi ý: Hãy cho biết các đặc điểm
của chuyển động nhanh dần đều?
để biết phương rơi song song phương dây dọi; đánh dấu vị trí đầu
và vị trí cuối của vật rơi, sau đó đặt dây dọi vào vị trí rơi, nếu quả dọi nằm đúng ngay vị trí cuối của vật thì vật rơi theo phương thẳng đứng
- Đề xuất: thả một viên bi dọc theo một thanh thẳng đứng có gắn các lỗ tròn Nếu viên bi đi qua tất cả các
lỗ tròn thì ta coi như đã kiểm chứng được phương, chiều của chuyển động rơi tự do
- Suy nghĩ
- Nhớ lại kiến thức cũ: gia tốc
Trang 1010
- Theo các em, ta nên chọn kiểm
chứng đặc điểm nào của chuyển
động nhanh dần đều? Tại sao?
- Như vậy, trong thí nghiệm này ta
cần phải tiến hành thực hiện các
thao tác chính nào?
không đổi theo thời gian, tốc độ tăng đều theo thời gian và quãng đường đi được tỉ lệ với bình phương thời gian
- Ta kiểm tra tính chất quãng đường
đi được tỉ lệ với bình phương thời gian Bởi vì chỉ cần đo quãng đường rơi (dùng thước) và đo thời gian rơi tương ứng (dùng đồng hồ bấm giây)
- Cho vật rơi tự do, đo quãng đường vật rơi và thời gian rơi tương ứng Thực hiện khoảng 4 lần, sau
đó lập tỉ số s2
t = hằng số
Hoạt động 3: Thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm giả thuyết (làm việc chung toàn lớp) và tiến hành thí nghiệm (làm việc theo nhóm)
- Nêu câu hỏi: Để kiểm tra phương,
chiều của sự rơi tự do, cần những
dụng cụ thí nghiệm nào và bố trí
như thế nào?
- Dụng cụ thí nghiệm: Một vật nặng nhỏ (viên bi); một thanh thẳng đứng, trên thanh có gắn các lỗ tròn nhỏ xếp thẳng hàng với nhau
Trang 1111
- Bổ sung thêm về dụng cụ: đường
kính các lỗ tròn lớn hơn đường
kính viên bi một chút
- Nêu nhiệm vụ: hãy tiến hành thí
nghiệm và ghi nhận kết quả
Cung cấp bộ thí nghiệm cho các
nhóm, quan sát, giúp đỡ học sinh
làm thí nghiệm
- Xác nhận kết quả từ các nhóm và
rút ra kết luận chung: quỹ đạo của
vật rơi tự do là một đường thẳng
- Nêu câu hỏi: Để kiểm tra tính
chất quãng đường rơi tỉ lệ với bình
phương thời gian rơi cần những
dụng cụ thí nghiệm nào và bố trí
như thế nào?
- Giới thiệu bộ dụng cụ thí nghiệm
hiệu quả hơn: Một quả nặng bằng
sắt; một máng thẳng (dài một mét)
- Tiếp nhận thông tin
- Tiến hành thí nghiệm: Giữ thanh thẳng đứng, thả vật nặng từ đầu trên của thanh rồi quan sát đường đi của vật
Kết quả: Vật đi qua tất cả các lỗ tròn trên thanh quỹ đạo của vật rơi tự do là một đường thẳng
- Tiếp thu thông tin
- Một quả nặng bằng sắt; một thước thẳng có chia vạch để đo quãng đường và một đồng hồ đo thời gian