Kinh nghiệm giảng dạy bài tập nâng cao về bẩy, chương trình vật lý THCS

Đối với bộ môn vật lý THCS nói riêng, chương trình đưa rất nhiều nội dung kiến thức, nhưng lại rất ít các tiết bài tập, học sinh không được thực hiện giải bài tập, bài tập nâng cao, đặc

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HẬU LỘC

TRƯỜNG THCS NGƯ LỘC

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI Một vài kinh nghiệm trong việc giảng dạy nội dung đòn bẩy,

chương trình vật lý THCS

Người thực hiện: Phạm Ngọc Cảnh Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THCS Ngư Lộc SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật Lý

1 MỞ ĐẦU

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HẬU LỘC

TRƯỜNG THCS NGƯ LỘC

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI Kinh nghiệm giảng dạy bài tập nâng cao về bẩy,

chương trình vật lý THCS

Người thực hiện: Phạm Ngọc Cảnh Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THCS Ngư Lộc SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật Lý

HẬU LỘC NĂM 2020

1.1 Lý do chọn đề tài

Bộ môn vật lý trong nhà trường là môn học có nhiều tính ứng dụng thực tiễn, môn học nghiên cứu nhiều về các sự vật hiện tượng trong thực tế, chính vì vậy đây là môn học gây được nhiều hứng thú, đam mê cho các em học sinh Từ các buổi học lý thuyết trên lớp, học sinh được kiểm chứng bằng các thí nghiệm, được quan sát và giải thích các hiện tượng trong đời sống và trong tự nhiên Tuy nhiên cùng với sự khó khăn về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm vừa thiếu vừa chưa thật sự hợp lý cũng ảnh hưởng tới quá trình giảng dạy bên cạnh đó, chương trình và cấu trúc chương trình rõ ràng cũng chưa mang lại hiệu quả tốt nhất trong giảng dạy, đặc biệt là công tác bồi dưỡng cho học sinh giỏi

Kể từ sau khi đổi mới và cải cách giáo dục, bộ môn vật lý cũng như các bộ môn khoa học tự nhiên khác đó là xây dựng chương trình không mang tính “Hàn lâm”, nặng tính lý thuyết, môn vật lý được xây dựng theo hướng mở, liên hệ nhiều tới các hiện tượng sự vật trong thực tế, nội dung thực hành, thí nghiệm được chú trọng Song, đối với cấu trúc chương trình thì vẫn còn bất cập, chính

vì vậy bộ môn cũng đã và đang được nghành thực hiện quá trình giảm tải, sắp xếp lại chương trương trình Đối với bộ môn vật lý THCS nói riêng, chương trình đưa rất nhiều nội dung kiến thức, nhưng lại rất ít các tiết bài tập, học sinh không được thực hiện giải bài tập, bài tập nâng cao, đặc biệt là với chương trình vật lý của các khối 6,7,8 bên cạnh đó, việc bố trí hệ thống bài tập ở sách bài tập riêng ít nhiều cũng gây ra tâm lý như “Không bắt buộc” cho học sinh, trong sách bài tập (loại cũ) số lượng bài tập tự luận quá ít, chủ yếu là bài tập trắc nghiệm, chính vì vậy, giáo viên nếu thực hiện đầy đủ nội dung các tiết học trên lớp thì cũng chỉ mang tính giới thiệu về các kiến thức vật lý

Chẳng hạn như chương trình vật lý THCS (mặc dù sau khi có phân phối giảm tải của sở GD ĐT Thanh Hóa):

- Máy cơ đơn giản: Vật lý 6, có tới 4 tiết giới thiệu về bốn loại máy cơ đơn giản, song không có tiết bài tập

- Quang học: Vật lý 7, có 8 tiết lý thuyết với rất nhiều nội dung kiến thức, không có tiết bài tập

- Cơ học: Lớp 8, trong nội dung chuyển động có 3 tiết, không có tiết bài tập, nội dung lực, áp suất, lực đẩy Acsimet, sự nổi chỉ có một tiết ôn tập dành cho bài kiểm tra số 1

Chính vì vậy, học sinh chưa thực sự được khắc sâu nội dung kiến thức đã học, việc giải thích sự vật, hiện tượng trong thực tế chưa mang tính “Khoa học” Đặc biệt trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi giáo viên gặp rất nhiều khó khăn Máy cơ đơn giản, mà cụ thể là đòn bẩy, là kiến thức được ứng dụng rất nhiều trong thực tế, giải thích được nhiều sự vật, hiện tượng Trong những năm gần

đây tôi được phân công bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lý, qua quá trình giảng dạy nội dung đòn bẩy bước đầu tôi gặp nhiều khó khăn, do khả năng tư duy của các em, khả năng thực hiện các phép toán của học sinh lớp 6 còn rất hạn chế Chính vì vậy tôi viết đề tài này chính là các trải nghiệm quá trình giảng dạy, phương pháp tiếp cận kiến thức với các em THCS, đề tài là việc hệ thống hóa kiến thức về đòn bẩy, biểu diễn và xác định trọng tâm của vật phù hợp với tư duy của các em

1.2 Mục đích nghiên cứu

Một trong các máy cơ đơn giản học sinh được học ở cấp THCS là đòn bẩy Tìm hiểu về đòn bẩy rất thú vị Nó có nhiều ứng dụng trong đời sống cũng như trong kỹ thuật

Các bài tập về đòn bẩy rất hay, rất phong phú và đa dạng; nó hay có mặt trong các kì thi HSG Vật Lí THCS và thi tuyển vào các lớp chuyên lí ở các trường THPT

Đề tài “Kinh nghiệm giảng dạy bài tập nâng cao về bẩy, chương trình vật lý THCS” được biên soạn nhằm:

- Đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng dạy - học về đòn bẩy ở cấp THCS

- Định hướng và yêu cầu mức độ giảng dạy trong các lớp chọn và đội tuyển Vật Lí

- Thiết thực phục vụ cho các kì thi HSG Vật Lí ở cấp THCS và thi tuyển vào các lớp chuyên lí ở các trường THPT

Xuất phát từ những lý do trên tôi đã suy nghĩ, tìm tòi và đưa ra sáng kiến:

“Kinh nghiệm giảng dạy bài tập nâng cao về bẩy, chương trình vật lý THCS” với mong muốn phần nào khắc phục được nhược điểm tìm cách giải bài tập vật

lí máy cơ đơn giản của học sinh khối 6 và rèn luyện tính tự học cho học sinh góp phần hoàn thành mục tiêu giáo dục

Mục đích đề tài là hướng dẫn học sinh nắm vững các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập phần đòn bẩy Học sinh biết vận dụng các kiến thức

đã học vào giải bài tập từ đó trình bày bài toán Vật lí chặt chẽ và khoa học

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Học sinh khối lớp 7A4, 9A2, trường THCS Ngư Lộc, huyện Hậu Lộc

- Bài 15: Đòn bẩy – Vật lý lớp 6

- Thời gian nghiên cứu: Năm học 2019 - 2020

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Với hướng tiếp cận thực tế học sinh THCS nới chung, bản thân bằng những kinh nghiệm trong thời gian giảng dạy để đưa ra biện pháp chung nhất về

phương pháp bồi dưỡng học sinh chủ đề “Đòn bẩy”

- Khảo sát thực tế mức độ tiếp cận của học sinh

- Triển khai kiến thức cần giới thiệu trong nội dung SKKN

- Thống kê mức độ tiếp cận của học sinh

- Khái quát hóa các nội dung của đề tài

1.5 Những điểm mới của SKKN

Đề tài phân tích sâu về các bài tập đòn bẩy hay, phong phú và đa dạng, bài tập

có mặt trong các kì thi HSG Vật Lí THCS và thi tuyển vào các lớp chuyên lí ở các trường THPT

Điểm mới của đề tài:

- Phân tích rõ ràng các dạng đòn bẩy phức tạp, đòn bẩy mà trọng lượng cánh tay đòn đáng kể

- Thiết thực phục vụ cho các kì thi HSG Vật Lí ở cấp THCS và thi tuyển vào các lớp chuyên lí ở các trường THPT

2 NỘI DUNG

2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN

“Hãy cho tôi một điểm tựa tôi sẽ nâng bổng trái đất lên!” Đó là câu nói của nhà bác học nổi tiếng Acsimet, người mà tên tuổi gắn liền với những truyền thuyết và những phát kiến vật lý quan trọng cho đến tận ngày hôm nay Đó là

cơ sở vật lý của một dạng máy cơ đơn giản là đòn bẩy Loại máy cơ đơn giản này tuân theo định luật về công đó là: “…Cho ta lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt hại bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại”, trong thực tế đời sống, trong

kỹ thuật thuật thì đòn bẩy được ứng dụng với hai mục đích: Có thể được lợi về lực như trong giả thiết mà Acsimet nêu trên, hoặc có thể được lợi về đường đi Trong đời sống và kỹ thuật đòn bẩy được ứng dụng rất nhiều, chính vì vậy cũng có rất nhiều bài tập về đòn bẩy, những bài tập phân tích về các sự vật, hiện tượng trong thực tế Tuy nhiên, thực tế các bài tập nâng cao thì yêu cầu học sinh cần phải nhận dạng những đòn bẩy phức tạp hơn rất nhiều so với dạng cơ bản được giới thiệu ở chương trình THCS Việc nhận dạng đòn bẩy để giải quyết các bài tập ở đây yêu cầu các em cần xác định rõ: Các cánh tay đòn, điểm tựa, các lực tác dụng Việc xác định cánh tay đòn, lực tác dụng đối với một số vật thể trong bài toán đòn bẩy học sinh cần xác định trọng tâm của vật, chính vì thế

để giải quyết các bài tập nâng cao, chúng ta cũng cần đề cập nội dung kiến thức xác định trọng tâm của vật phẳng đều, đây là nội dung được học ở chương trình THPT

Con đường của tư duy đó là: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng

và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn” Chính vì vậy, trong quá trình giảng dạy nội dung kiến thức này nói riêng, chúng ta cần lấy nhiều ví dụ minh họa, làm thí nghiệm thực hành, giới thiệu các bài tập mô phỏng nhằm kiểm chứng và khắc sâu nội dung kiến thức đã học Việc chúng ta thực hiện tốt các nội dung trên sẽ làm cho học sinh hứng thú hơn trong học tập, các em thấy được khả năng ứng dụng rộng rãi của bộ môn vật lý, đó là động lực quan trọng trong quá trình dạy

và học của giáo viên và học sinh

2.2 THỰC TRẠNG

Trong quá trình làm việc, tôi tiến hành khảo sát đối với hai nhóm học sinh là lớp 7 và lớp 9 Cụ thể là lớp 7A4, và lớp 9A2 của trường THCS Ngư Lộc

1/ Khảo sát về việc xác định đòn bẩy: Điểm tựa, các cánh tay đòn, các lực tác dụng

Bài tập

Trong các trường hợp có dạng đòn bẩy sau đây, hãy xác định: Điểm tựa, các cánh tay đòn, các lực tác dụng?

a/ Một người dùng xà beng kê vào một viên đá để bẩy một khúc gỗ

b/ Một người dùng tay kéo cán búa đinh để nhổ đinh

c/ Một thanh kim loại đồng chất AB, tiết diện đều có trọng lượng 100N, thanh được đặt trên nột trục xoay sao cho trục cách đầu B bằng 1/4 chiều dài của nó Hỏi phải treo quả nặng lên đầu B trọng lượng (P) bao nhiêu để thanh sắt thăng bằng?

Kết quả thu được như sau:

Thu thập số lượng các bài toán xác định đúng cả ba yếu tố của ba bài toán bao gồm Điểm tựa, các cánh tay đòn, các lực tác dụng Tính theo t l % v i m iỉ lệ % với mỗi ệ % với mỗi ới mỗi ỗi

y u t theo n i dung phi u tr l i sau ây:ếu tố theo nội dung phiếu trả lời sau đây: ố theo nội dung phiếu trả lời sau đây: ội dung phiếu trả lời sau đây: ếu tố theo nội dung phiếu trả lời sau đây: ả lời sau đây: ời sau đây: đây:

Câu Điểm tựa là Các cánh tay đòn là Các lực tác dụng là a

b

c

K t qu :ếu tố theo nội dung phiếu trả lời sau đây: ả lời sau đây:

Số HS

Xác định điểm tựa Xác định cánh tay đòn Xác định lực tác dụng

S.Lượng % S.Lượng % S.Lượng %

2/ Khảo sát về việc xác định cánh tay đòn phức tạp:

B

A

P

A

Bài tập

Một khối gỗ hình hộp chữ nhật (Hình vẽ 2), ta dùng tay đẩy theo phương của lục F Xác định điểm tựa, các cánh tay đòn trong trường hợp trên?

K t qu thu ếu tố theo nội dung phiếu trả lời sau đây: ả lời sau đây: đây:ược:c:

Số HS

Xác định điểm tựa Xác định cánh tay đòn Xác định lực tác dụng

S.Lượng % S.Lượng % S.Lượng %

Qua kết quả trên thấy rằng với học sinh THCS, khả năng tư duy về kiến thức này còn hạn chế Các em vẫn còn lúng túng trong viện nhận diện đòn bẩy, xác định các đối tượng của đòn bẩy như:

- Điểm đặt

- Cánh tay đòn

- Các lực tác dụng

2.3 NỘI DUNG

A

B

O

F

Hình 2

I ĐÒN BẨY VÀ ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA ĐÒN BẨY:

Hình vẽ bên (Hình 3) mô tả một đòn bẩy

Mỗi đòn bẩy đều có:

- Điểm tựa O

- Các cánh tay đòn l1 = OA, l2 = OB

- Điểm tác dụng của lực F1 là A

- Điểm tác dụng của lực F2 là B

- Nếu l1 > l2 thì F1 < F2

- Điều kiện để đòn bẩy cân bằng là: F1: F2 = l2 : l1. Hay: F1. l1 = F2. l2

Mở rộng:

Các dạng đòn bẩy còn có thể có nhiều cánh tay đòn, tương ứng với nhiều lực

tác dụng khác nhau (Hình vẽ 4) Do học sinh chưa được học nội dung véc-tơ,

vì vậy chiều của các lực tác dụng giáo viên sẽ phân tích trong các trường hợp cụ thể Trong trường hợp này ta có phương trình về điều kiện cân bằng của đòn bẩy là: F1. l1 + F3. l3 = F2. l2 + F4. l4 + F5.l5

II XÁC ĐỊNH CÁC CÁNH TAY ĐÒN CỦA ĐÒN BẨY:

2.2 Khái niệm cánh tay đòn:

Cánh tay đòn của đòn bẩy được xác định là khoảng cách từ điểm tựa đến phương của lực

Chú ý: Trong quá trình làm bài rất nhiều em học sinh nhầm: Cánh tay đòn là khoảng cách từ điểm tựa đến điểm đặt của lực

Ví dụ: Trong bài tập khảo sát đối với hai khối lớp ở trường THCS Đồng Lộc vùa qua, rất nhiều em cho rằng cánh tay đòn của người tác dụng lực F2, F3 vào cán búa là chiều dài cán búa, Hinh vẽ 5

Các em phần lớn đều khẳng định lực cần thiết để nhổ đinh nhỏ nhất khi ta tác dụng lực theo phương lực F1.

A

F1

F2

l2

l1

Hình 3

A

F1

F2

l2

l1

Hình 4

F3

l3 l4

F4

F5

l5

F1’ A

F1

F2

l2

l1

Hình 8

F3

C

Nếu ta phân tich bài toán để xác định cánh

Tay đòn ta thấy các cánh tay đòn của 3 lực

F1, F2, F3 được mô tả lần lượt là l1, l2, l3

Như hình vẽ 5 Như vậy lực F1 sẽ có cánh

tay đòn dài nhất, cho nên lực cần thiết tác

dụng theo phương của nó là nhỏ nhất

2.3 Bài tập nêu vấn đề:

Cho đòn bẩy (như hình vẽ 6), đòn bẩy đang cân bằng, trọng lượng cánh tay đòn không đáng kể Nếu ta bỏ lực tác dụng F1, thay bằng lực F1’ (như hình 7), với cánh tay đòn l3 = l1 thì để đòn bẩy cân bằng F2 có độ lớn như thế nào?

Trả lời

Giả sử tại C ta đặt một lực F3 cùng phương ngược chiều với F1’, F3 có độ lớn bằng F1 Hình 8

Ta sẽ thấy lực F1 và F3 qa đòn bẩy là hai

Lực cân bằng Vì vậy để hệ thống ở hình

8 vẫn còn cân bằng thì F1’ và F3 phải là hai

lực cân bằng Hay F1’ có độ lớn bằng F1

Chính vì vậy, hình vẽ 7 mô tả một dạng đòn

bẩy, dạng đòn bẩy này có hai cánh tay đòn

nằm cùng một phía

Chúng ta có thể tiến hành thí nghiệm khảo

Sát đối với một số đòn bẩy khác, những dạng đòn bẩy mà phương của hai cánh tay đòn không trùng nhau

2.4 Bài tập áp dụng

Hình 5

F1 F3 F2

Cán búa

Đinh Điểm tựa O.

l1

l3

l2

A

F1

F2

l2

l1

Hình 6

C

F1’

F2

l2

L3

Hình 7

Bài 1 Hãy xác định điểm tụa và cánh tay đòn của đòn bẩy ở các trường hợp

sau:

`

Trường hợp 1: Lúc này ta thấy các lực tác dụng vuông góc với đòn bẩy, vì vậy

cánh tay đòn của hai lực F1 và F2 lần lượt sẽ là ON và OM Điểm tựa là O

Trường hợp 2: Điểm tựa là P Phương của lực F không vuông góc với đòn bẩy,

vì vậy cách xác định cánh tay đòn là:

- Kẻ đường thẳng trùng với phương của lực F,

- Từ P hạ đường vuông góc với d tại Q,

- PQ là cánh tay đòn của lực F

Trường hợp 3:

Điểm tựa của ba lực đều tại B

Dùng kiến thức hình học học sinh dễ dàng

Xác định được các cánh tay đòn của các lực lần lượt là:

- Lực F1 có cánh tay đòn là AD,

- Lực F2 có cánh tay đòn là BD,

- Cánh tay đòn của lực F3 bằng không, lúc này phương của lực F3 đi qua

điểm tựa

Bài 2

A F

P Trường hợp 2

F1

M

Trường hợp 1

F2

A

B

O

F1 F2 F3

Trường hợp 3

450

450

450

Q A F

P Trường hợp 2

P1

F

Hình 13

P2

C

Một người gánh hai sọt hàng có trọng lượng lần lượt là 200N và 250N, đòn gánh dài 1,8m, người đó phải đặt một tay vè phía đòn gánh có trọng lượng sọt

là 250N, tay cách vai là 0,5m Hỏi lực của tay là bao nhiêu để gánh cân bằng?

Hình vẽ 13:

- Vai, vị trí đặt đòn gánh: o,

- P1 = 250N,

- P2 = 200N,

- OA = OC = 1,8m:2 = 0,9m,

- F lực của tay tại B, OB = 0,5m

Tính F=? để gánh cân bằng

Theo phương trình cân bằng của đòn bẩy ta sẽ có:

P1 OA = P2 OC + F OB

250.0,9 = 200.0,9 + F.0,5

225 = 180 + 0,5F

F = 90(N)

Bài 3 Một thanh AB đặt vuông góc với mặt đất (Hình vẽ 14) Đầu A của thanh

chịu tác dụng một lực F vuông góc với thanh, F = 100N Tính lực cang của sợi dây AC? Biết AB = AC

Hình 14

Giải

Trước tiên ta thấy điểm tựa của đòn bẩy này là B, Cánh tay đòn của lực F là AB

Hạ BH vuông góc với AC, H nằm trên AC Lúc này cánh tay đòn của lực căng sọi dây AC là BH Gọi T là sức căng của sọi day AC

Theo quy tắc cân bằng ta có:

F.AB + T.BH , BH = AB 2/

A

F

H

2

AB

=> T = F = 100 (N)

BH

Bài 4.

Người ta dùng một xà beng có dạng trên hình vẽ (Hình 15) để nhổ một cái đinhcắm sâu vào gỗ

a/Khi tác dụng với một lực F= 100N vuông goc với OB tại đầu B ta sẽ nhổ được đinh Tính lực giữu của gỗ vào đinh lúc này Cho biết OB = 10.OA

b/ Nếu lực tác dụng vào đầu B vuông góc với tấm gỗ thì lực này phải có độ lớn

là bao nhiêu mới nhổ được đinh?

Giải.

a/ Nếu ta gọi F’ là lực giữ của miếng gỗ vào đinh, lúc này điểm tựa sẽ là O, hai cánh tay đòn của F và F’ lần lượt là OB và OA Theo nguyên tác cân bằng của đòn bẩy ta có:

OA F’ = OB F

F’ = (OB:OA).F = 10F = 1000 (N)

b/ Bài toán được mô tả ở hình 16

- Điiểm tựa là O,

- Lực giữ của đinh F’ có cánh tay đòn là OA,

- Lực kéo của tay F’’ có cánh tay đòn là OH

2

F’

O A

B

F

Hình 15

450

F’’

H O

A

B

F’ Hình 16

450