ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Vật lí là môn khoa học cơ bản, đóng vai trò nền tảng cho nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ Môn học này nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên thông qua phương pháp chính xác, dựa trên thực nghiệm và toán học Để phát triển tư duy khoa học trong Vật lí, cần sự kết hợp hài hòa giữa lý thuyết và thực hành.
Xu hướng nghiên cứu thí nghiệm đơn giản và tự tạo trong giảng dạy Vật lý đã thu hút sự quan tâm từ lâu Nhiều Sở Giáo dục Đào tạo tại các tỉnh đã tổ chức các hội thi thiết kế đồ dùng học tập hàng năm, khuyến khích giáo viên nâng cao hiệu quả giảng dạy Vật lý, với bản chất là môn khoa học thực nghiệm, chủ yếu dựa vào quan sát và thực nghiệm để hình thành kiến thức.
Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân khác nhau Để khắc phục những khó khăn này, nhiều giáo viên đã nỗ lực nâng cao chất lượng giảng dạy bằng cách áp dụng các thí nghiệm tự tạo vào quá trình dạy học vật lý.
Mục đích nghiên cứu
Thiết kế và chế tạo các thí nghiệm đơn giản là một phương pháp hiệu quả nhằm bồi dưỡng năng lực nhận thức cho học sinh Việc áp dụng các thí nghiệm này không chỉ giúp nâng cao chất lượng dạy học mà còn làm rõ các khái niệm trong chương "Cân bằng và chuyển động của vật rắn" trong môn Vật lí 10 Hướng dẫn sử dụng các thí nghiệm sẽ tạo điều kiện cho học sinh hiểu sâu hơn về các hiện tượng vật lý, từ đó phát triển tư duy khoa học và kỹ năng thực hành.
Phạm vi của đề tài
Trong chương III "Cân bằng và chuyển động của vật rắn" của môn Vật lí lớp 10, việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm là rất quan trọng trong quá trình dạy học Thí nghiệm giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm lý thuyết, từ đó nâng cao khả năng tư duy và ứng dụng kiến thức vào thực tiễn Việc áp dụng các phương pháp thí nghiệm hợp lý không chỉ tạo hứng thú cho học sinh mà còn phát triển kỹ năng thực hành, góp phần vào việc hình thành những kiến thức vững chắc về vật lý.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lí luận và thực tiễn về tình hình dạy và học thí nghiệm chương "Cân bằng và chuyển động của vật rắn" trong môn Vật lí thông qua khảo sát thực tế nhằm đánh giá sơ bộ hiệu quả và chất lượng giảng dạy.
10 ở trường Trung học phổ thông
Phân tích và tổng hợp kết quả nghiên cứu là bước quan trọng trong quá trình thực nghiệm sư phạm Thực hiện theo kế hoạch đã đề ra, việc phân tích kết quả giúp đối chiếu với mục tiêu ban đầu, từ đó rút ra những bài học và điều chỉnh phương pháp giảng dạy cho phù hợp.
Tính mới của đề tài
Đề tài trình bày các tiến trình dạy học dựa trên quy trình thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm trong chương "Cân bằng và chuyển động của vật rắn" trong môn Vật lý Những tiến trình này nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy và giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm vật lý thông qua thực hành thí nghiệm Việc áp dụng thí nghiệm vào giảng dạy không chỉ kích thích sự hứng thú của học sinh mà còn phát triển kỹ năng tư duy và giải quyết vấn đề.
10 ở trường Trung học phổ thông nhằm nâng cao hiệu của và chất lượng dạy học.
DUNG
TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
1.1.1 Khái niệm thí nghiệm và thí nghiệm tự tạo trong Vật lí
Thí nghiệm Vật lí là quá trình tác động có hệ thống của con người lên các đối tượng trong thực tế Bằng cách phân tích các điều kiện và kết quả của sự tác động này, chúng ta có thể thu được những tri thức mới về thế giới xung quanh.
Thí nghiệm tự tạo có thể là thí nghiệm định tính hoặc định lượng, từ đơn giản đến phức tạp, được xây dựng từ các vật liệu và dụng cụ phổ biến trong đời sống hàng ngày Phương tiện chính để thực hiện thí nghiệm này là bằng tay Trong quá trình dạy học, thí nghiệm tự tạo không chỉ theo mẫu có sẵn trong sách giáo khoa mà còn có thể là cải tiến từ các thí nghiệm hiện có hoặc là sáng tạo hoàn toàn mới.
1.1.2 Đặc điểm của thí nghiệm trong dạy học Vật lí
Thí nghiệm trong dạy học Vật Lí có một số đặc điểm nhƣ sau:
Để thực hiện một thí nghiệm hiệu quả, cần lựa chọn và thiết lập một cách có chủ định nhằm trả lời các câu hỏi đã nêu và kiểm tra giả thuyết Ba yếu tố chính của thí nghiệm bao gồm: đối tượng nghiên cứu, phương tiện tác động lên đối tượng, và công cụ quan sát, đo đạc để thu thập kết quả.
Khi giữ các đại lượng khác không đổi, chúng ta có thể điều chỉnh các điều kiện thí nghiệm để nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc giữa hai đại lượng.
Để khống chế và kiểm soát các điều kiện thí nghiệm một cách hiệu quả, cần sử dụng thiết bị thí nghiệm có độ chính xác phù hợp Việc phân tích thường xuyên các yếu tố liên quan đến đối tượng nghiên cứu cũng rất quan trọng, giúp giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của những tính chất và mối quan hệ không được chú ý.
Thí nghiệm có đặc điểm quan trọng nhất là khả năng quan sát sự biến đổi của một đại lượng nào đó khi có sự thay đổi của các đại lượng khác Điều này được thực hiện thông qua các giác quan của con người và sự hỗ trợ từ các thiết bị quan sát, đo đạc.
+ Có thể lặp lại đƣợc thí nghiệm
1.1.3 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông
Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc thu nhận tri thức, đặc biệt trong dạy học Vật Lí Nó không chỉ là công cụ hỗ trợ học sinh mà còn giúp các em quan sát và phân tích thực tế một cách sâu sắc hơn.
CƠ SỞ CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM
Cơ sở lí luận
1.1.1 Khái niệm thí nghiệm và thí nghiệm tự tạo trong Vật lí
Thí nghiệm Vật lý là quá trình tác động có chủ đích và hệ thống của con người lên các đối tượng trong thực tế Bằng cách phân tích các điều kiện và kết quả của sự tác động, chúng ta có thể thu nhận tri thức mới.
Thí nghiệm tự tạo là một phương pháp dạy học hiệu quả, bao gồm cả thí nghiệm định tính và định lượng, với độ phức tạp từ đơn giản đến nâng cao Những thí nghiệm này được xây dựng từ các vật liệu và dụng cụ dễ tìm trong cuộc sống hàng ngày, thường được thực hiện bằng tay Chúng có thể là các thí nghiệm theo mẫu trong sách giáo khoa, cải tiến từ những thí nghiệm có sẵn, hoặc hoàn toàn mới mẻ Việc sử dụng thí nghiệm tự tạo trong quá trình dạy học không chỉ giúp nâng cao tính tương tác mà còn khuyến khích sự sáng tạo của học sinh.
1.1.2 Đặc điểm của thí nghiệm trong dạy học Vật lí
Thí nghiệm trong dạy học Vật Lí có một số đặc điểm nhƣ sau:
Thí nghiệm cần được lựa chọn và thiết lập một cách có chủ đích để trả lời các câu hỏi nghiên cứu, kiểm tra giả thuyết và các hệ quả liên quan Ba yếu tố chính của thí nghiệm bao gồm: đối tượng nghiên cứu, phương tiện tác động lên đối tượng, và phương tiện quan sát, đo đạc để thu thập kết quả.
Khi các đại lượng khác được giữ ổn định, chúng ta có thể thay đổi các điều kiện thí nghiệm để nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc giữa hai đại lượng.
Để đảm bảo tính chính xác trong thí nghiệm, cần khống chế và kiểm soát các điều kiện một cách chặt chẽ Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm có độ chính xác cao và phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng nghiên cứu sẽ giúp giảm thiểu ảnh hưởng của các tính chất và mối quan hệ không được chú ý.
Thí nghiệm có đặc điểm quan trọng nhất là khả năng quan sát các biến đổi của đại lượng này do sự thay đổi của đại lượng khác Điều này được thực hiện thông qua các giác quan của con người và sự hỗ trợ từ các công cụ quan sát, đo đạc.
+ Có thể lặp lại đƣợc thí nghiệm
1.1.3 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông
Thí nghiệm là công cụ quan trọng trong dạy học Vật Lí, giúp học sinh nhận diện và phân tích thực tại khách quan, từ đó thu nhận kiến thức khoa học Khi chưa có nhiều hiểu biết về các quá trình hay hiện tượng, thí nghiệm cung cấp dữ liệu cảm tính đầu tiên cho học sinh, bao gồm biểu tượng, số liệu đo đạc và hiện tượng xảy ra Qua thí nghiệm, học sinh có thể trả lời câu hỏi về hiện tượng quan sát và đặc điểm của số liệu, từ đó hình thành giả thuyết và tạo cơ sở cho việc khái quát hóa các quá trình, hiện tượng.
Thí nghiệm là công cụ quan trọng để xác minh tính chính xác của tri thức đã học Việc áp dụng thí nghiệm không chỉ nâng cao tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh mà còn giúp củng cố niềm tin vào kiến thức mà các em đã tiếp thu.
Thí nghiệm là công cụ quan trọng giúp học sinh áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn một cách trực quan Qua việc thực hiện thí nghiệm, học sinh không chỉ kiểm chứng tính chính xác của kiến thức mà còn góp phần hình thành lý thuyết vật lý mới và thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành kỹ thuật mới.
Thí nghiệm là một phần thiết yếu trong các phương pháp nhận thức vật lý, đặc biệt là trong giáo dục phổ thông Hai phương pháp nhận thức vật lý phổ biến nhất là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình, trong đó thí nghiệm đóng vai trò quan trọng, giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm vật lý.
1.1.4 Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông
Thí nghiệm vật lý có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, nhưng phân loại phổ biến nhất là chia thành hai loại chính.
Thí nghiệm biểu diễn là hoạt động do giáo viên thực hiện trong lớp học, có thể được sử dụng ngay từ đầu buổi học để khởi động hoặc để xây dựng kiến thức mới, kiểm chứng, củng cố và luyện tập Qua thí nghiệm biểu diễn, giáo viên dẫn dắt học sinh giải quyết vấn đề, minh họa và kiểm tra tính đúng đắn của các tri thức đã học.
+ Thí nghiệm thực tập: Thí nghiệm thực tập là thí nghiệm do học sinh tiến hành ở nhà hoặc trên lớp tùy theo từng mức độ tự lực khác nhau
Trong đó đƣợc phân loại thành từng dạng thí nghiệm nhỏ theo sơ đồ hình 1.1
Hình 1.1 Sơ đồ phân loại các dạng thí nghiệm trong dạy học Vật lí
1.1.5 Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông Để phát huy đƣợc triệt để chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí thì khi sử dụng thí nghiệm buộc phải tuân theo một số yêu cầu nhất định
- Xác định rõ tiến trình dạy học, trong đó việc tiến hành thí nghiệm đƣợc thực hiện ở khâu nào, nhằm mục đích gì ?
Để tiến hành thí nghiệm hiệu quả, cần xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, cách sắp xếp và lắp đặt chúng Việc này bao gồm việc xác định mục đích thí nghiệm, từ đó quyết định những yếu tố cần quan sát hoặc đo đạc Do đó, việc lựa chọn dụng cụ phù hợp, cách sắp xếp chúng một cách hợp lý và tiến hành thí nghiệm một cách chính xác là rất quan trọng.
- Giáo viên cần chuẩn bị kĩ càng, đảm bảo thí nghiệm phải thành công (quan sát đƣợc hiện tƣợng, số liệu đo đạc có độ chính xác cao)
- Đảm bảo tuân thủ theo những quy tắc và kỹ thuật an toàn khi sử dụng dụng cụ và tiến hành thí nghiệm
1.2.1 Ƣu điểm của thí nghiệm tự tạo
+ Dễ chế tạo: dụng cụ thí nghiệm đơn giản, dễ tìm kiếm, dể thiết kế, giáo viên có thể tự chế tạo mà không cần kĩ năng phức tạp
+ Thí nghiệm không tốn nhiều thời gian nhƣng dễ thành công, cho kết quả rõ ràng, thuyết phục, gần gũi với đời sống hằng ngày
Việc chế tạo và sử dụng không yêu cầu kỹ năng lắp ráp cao, cũng như không cần thiết bị hay nguyên vật liệu phức tạp, mang lại sự thuận lợi và dễ dàng cho giáo viên trong quá trình thực hiện.
Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà của học sinh
Thí nghiệm nghiên cưu hiện tƣợng mới
+ Thí nghiệm đơn giản dễ dàng vận chuyển, đảm bảo an toàn trong chế tạo hay trong quá trình thực hiện
+ Phát huy đƣợc tính sáng tạo và kích thích đƣợc hứng thú học tập của học sinh
1.2.2 Vai trò của thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lí ở trường Trung học phổ thông
XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHƯƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN – VẬT LÝ 10
Xây dựng thí nghiệm trong dạy học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 trung học phổ thông
2.1.1 Thí nghiệm 1: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực
- Mục đích: khảo sát bằng thực nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực
- Dụng cụ : Bìa cứng và nhẹ, hai ròng rọc, hai sợi dây, một số quả nặng
Để tiến hành thí nghiệm, móc hai sợi dây vào hai điểm bất kỳ trên tấm bìa cứng, sau đó treo quả nặng vào đầu còn lại của hai sợi dây Quan sát đặc điểm của hai lực khi vật rắn ở trạng thái cân bằng.
Kết luận: Một vật sẽ ở trạng thái cân bằng khi chịu tác dụng của hai lực, điều kiện là hai lực này phải cùng giá, có độ lớn bằng nhau và ngược chiều nhau, tức là hai lực trực đối.
2.1.2 Thí nghiệm 2: Xác định trọng tâm của một vật
- Mục đích: Khảo sát bằng thực nghiệm cách xác định trọng tâm G của một vật mỏng phẳng
Dụng cụ cần thiết bao gồm một chân đế, một thanh trụ, một gia trọng, một sợi dây, và những tấm phẳng với các hình dạng đa dạng như hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn và vành tròn.
+ Bước 1: Buộc dây vào một điểm A trên vật rồi treo lên Vẽ đường AB đi qua sợi dây
+ Bước 2: Buộc dây vào một điểm C, tương tự vẽ một đường CD đi qua sợi dây
- Kết luận: Giao điểm của hai đường AB và CD là trọng tâm của vật
2.1.3 Thí nghiệm 3: Cân bằng của một vật có trục quay cố định Momen lực a) Trường hợp 1: Cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực song song
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực song song
- Dụng cụ : Đĩa momen, có quả nặng, dây treo, thước đo
+ Treo hai quả nặng vào hai vị trí A và B của đĩa momen (Hình 2.3)
+ Khi đĩa cân bằng, so sánh momen của hai lực và
- Kết luận: Vật cân bằng khi Nghĩa là momen của lực bằng momen của lực nhƣng ngƣợc chiều
Hình 2.3 b) Trường hợp 2: Cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực không song song
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định và chịu tác dụng của hai lực không cùng phương
- Thiết bị: Đĩa momen, quả nặng, dây treo, ròng rọc
+ Buộc vào chốt A một sợi dây vắt qua ròng rọc rồi treo vào đầu kia của sợi dây một quả nặng
+ Buộc vào chốt B một sợi dây có treo một quả nặng (Hình 2.4)
+ Khi đĩa momen cân bằng, so sánh momen của hai lực và
- Kết luận: Vật cân bằng khi Nghĩa là momen của lực bằng momen của lực nhƣng ngƣợc chiều
- Mục tiêu: Xét tác dụng của momen lực đối với vật rắn quay quanh một trục cố định
- Dụng cụ: Một đĩa tròn có trục quay nằm ngang, một dây không dãn có khối lƣợng không đáng kể, treo hai vật nặng có khối lƣợng khác nhau
- Tiến hành: Giữ vật 1 ở độ cao h so với sàn rồi thả nhẹ Quan sát chuyển động của đĩa (Hình 2.5)
- Kết luận: Đĩa quay nhanh dần => Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật
2.1.4 Thí nghiệm 4: Các dạng cân bằng
- Mục đích: Giới thiệu các dạng cân bằng và điều kiện các dạng cân bằng
- Dụng cụ: Hai tấm gỗ hình chữ nhật, tấm gỗ P1 đƣợc khắc một lỗ ở đầu và một lỗ ở chính giữa, tấm gỗ P 2 đƣợc đóng đinh
+ Gắn tấm gỗ P2 cố định trên mặt phẳng bảng
Để thực hiện thí nghiệm, hãy treo lỗ O của tấm gỗ P1 vào đinh theo các hình 2.6a, 2.6b, 2.6c Trong trường hợp đầu tiên (hình 2.6a), cầm đầu dưới của tấm gỗ P1 và kéo sang bên, lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu Sau đó, buông tay ra khỏi thước và quan sát hiện tượng xảy ra.
+ Trường hợp thứ hai: (hình 2.6b) Điều chỉnh cho tấm gỗ P1 đứng yên, lấy tay đẩy nhẹ vào tấm gỗ P 1 và quan sát hiện tƣợng
+ Trường hợp thứ ba: (hình 2.6c) Đặt tấm gỗ P1 ở các vị trí quan sát khác nhau và quan sát hiện tƣợng
Khi trọng tâm nằm dưới điểm treo như trong hình 2.6a, việc đẩy tấm gỗ P1 ra khỏi vị trí cân bằng sẽ khiến nó trở lại vị trí cân bằng ban đầu Điều này cho thấy rằng trạng thái cân bằng ở đây là bền.
+ Ở hình 2.6b: trọng tâm nằm trên điểm treo, khi đẩy tấm gỗ P 1 ra khỏi vị trí cân bằng nó không về vị trí cũ nữa Cân bằng là không bền
+ Ở hình 2.6c: trọng tâm nằm ở điểm treo Đặt tấm gỗ P 1 ở vị trí nào thì nó đứng yên ở vị trí đó Cân bằng là phiếm định
2.1.5 Thí nghiệm 5: Cân bằng của một vật có mặt chân đế
- Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế a) c)
- Dụng cụ: Một khung gỗ hình hộp chữ nhật, một dây dọi, một chiếc nêm
- Tiến hành: Đặt khung gỗ lên mặt bàn, dịch chuyển chiếc nêm cho khung gỗ nghiêng đi Quan sát khi nào khung gỗ bị lật?
- Kết luận: Khi trọng tâm của vật rơi ra khỏi mặt chân đế thì khối gỗ bị lật
Một vật sẽ duy trì trạng thái cân bằng khi trọng lực tác động đi qua mặt chân đế, tức là trọng tâm của vật phải nằm trên mặt chân đế.
Sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 trung học phổ thông
- Giáo án minh họa: Chủ đề 6: Cân bằng vật rắn
- Nêu đƣợc định nghĩa của vật rắn và giá của lực
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực
- Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức của momen lực và nêu đƣợc đơn vị đo momen của lực
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định
Vận dụng quy tắc momen lực là cách hiệu quả để giải quyết các bài toán liên quan đến điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác động của hai lực Quy tắc này giúp xác định các momen tác động lên vật, từ đó đảm bảo rằng tổng momen bằng không để đạt được trạng thái cân bằng.
- Phân biệt đƣợc ba dạng cân bằng
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế
- Xác định được trọng tâm của một vật mỏng, phẳng bằng phương pháp thực nghiệm
- Phát biểu đƣợc quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy
- Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của của ba lực không song song
- Xác định được trọng tâm của một vật mỏng, phẳng bằng phương pháp thực nghiệm
- Vận dụng đƣợc điều kiện cân bằng và quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy để giải các bài tập
Khái niệm momen lực và quy tắc momen lực giúp giải thích nhiều hiện tượng vật lý trong đời sống và kỹ thuật Việc áp dụng các nguyên lý này không chỉ làm sáng tỏ những hiện tượng thường gặp mà còn hỗ trợ trong việc giải quyết các bài tập vận dụng một cách đơn giản và hiệu quả.
- Vận dụng được phương pháp thực nghiệm ở mức độ đơn giản
- Vận dụng giải một số bài tập đơn giản về mô men và quy tắc momen lực
- Nhận biết đƣợc dạng cân bằng là bền hay không bền
- Xác định đƣợc mặt chân đế của một vật đặt trên một mặt phẳng đỡ
- Vận dụng đƣợc điều kiện cân bằng của một vật có chân đế
- Biết cách làm tăng mức vững vàng của cân bằng
- Có hứng thú học tập môn Vật lí, yêu thích tìm tòi KH
- Có thái độ khách quan trung thực, nghiêm túc học tập
- Năng lực kiến thức vật lí
- Năng lực phương pháp thực nghiệm
- Năng lực trao đổi thông tin
- Năng lực cá nhân của HS
B THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
1 Trọng tâm của vật là gì?
2 Để xác định vị trí trọng tâm của vật mỏng, phẳng ta làm nhƣ sau:
Sau khi làm thí nghiệm, nhóm………… rút ra kết luận:
1 Trọng tâm của vật rắn hình chữ nhật đồng chất nằm tại:………
2 Trọng tâm của vật rắn hình tròn đồng chất nằm tại:………
3 Trọng tâm của vật rắn hình thoi đồng chất nằm tại: ………
4 Trọng tâm của vật rắn hình tam giác đồng chất nằm tại:
5 Nói rằng trọng tâm của vòng nhẫn nằm trên vòng nhẫn là đúng hay sai?
6 Trọng tâm của vật rắn nhất thiết hay không nhất thiết phải nằm trên vật đó?
Dùng hai lực kế treo một vật phẳng mỏng, vật nằm cân bằng Dùng một dây dọi đi qua trọng tâm để cụ thể hóa giá của trọng lực
Câu 1: Phân tích lực tác dụng lên vật? Có nhận xét gì về giá của 3 lực?
Câu 2: Vẽ các lực tác dụng lên vật theo tỉ lệ xích nhất định Ba lực này có đồng quy không?
Khi trượt các véc tơ lực lên giá của chúng đến điểm đồng quy O, ta có hệ ba lực cân bằng tương tự như ở chất điểm Để tổng hợp hai lực đồng quy tác dụng lên chất điểm, ta áp dụng quy tắc hình bình hành để xác định lực tổng hợp Đối với vật rắn, các bước tổng hợp hai lực đồng quy bao gồm: xác định hướng và độ lớn của từng lực, vẽ véc tơ lực trên cùng một điểm, sau đó sử dụng quy tắc hình bình hành để tìm lực tổng hợp.
Câu 4: Dựa vào quy tắc tổng hợp lực và cách tổng hợp nhiều lực đã học ở chương
II, hãy tổng hợp ba lực F 1 , F 2 và P Từ thí nghiệm hãy suy ra điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song?
Câu 1: Bố trí lực F và F 1 nhƣ hình vẽ 18.1, nếu tác dụng lên đĩa chỉ có lực F hoặc chỉ có lực F 1 , đĩa sẽ ở trạng thái nào?
Câu 2: Bố trí treo cả hai lực F và F 1 Hãy nhận xét trạng thái của vật?
Câu 3: Khi đĩa cân bằng, hãy tìm mối liên hệ giữa hai lực F và F 1 và cánh tay đòn d, d1 tương ứng?
Câu 4: Tiến hành TN, thay F 1 bằng các lực F 2 hoặc F 3 khác, tiếp tục rút ra nhận xét?
Câu 5: Từ thí nghiệm này hãy cho biết đại lƣợng nào có thể đặc trƣng cho tác dụng làm quay đĩa của lực F ?
Câu 6: Qua nhiều lần thí nghiệm nữa, người ta đã đi đến kết luận rằng đại lượng
Mômen của lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay đĩa của lực F Đơn vị của mômen lực được xác định là Newton mét (Nm).
Phiếu học tập số 5 yêu cầu phân tích một miếng gỗ ở vị trí thẳng đứng với trục quay nằm ngang qua lỗ O Lỗ O có thể nằm ở ba vị trí: đầu dưới của thước, đầu trên, hoặc tại trọng tâm G Khi miếng gỗ bị lệch ra khỏi vị trí thẳng đứng một khoảng nhỏ và được thả ra, cần xác định trạng thái của vật trong từng trường hợp nêu trên.
Khi vật rời xa vị trí cân bằng (VTCB), nó được coi là không bền Ngược lại, khi vật trở về VTCB, nó được xem là bền Nếu vật ở trạng thái cân bằng tại bất kỳ vị trí nào, ta gọi đó là VTCB phiếm định.
Có nhận xét gì về trọng tâm của vật trong các TH trên? Từ đó cho biết nguyên nhân gây nên các dạng cân bằng?
Phiếu học tập số 6 Đặt một khối hình hộp lên một mặt phẳng đỡ nằm ngang theo nhƣng vị trí khác nhau (thí nghiệm 5)
Câu 1: Xác định mặt chân đế của khối hộp ở các vị trí 1, 2, 3, 4?
Câu 2: Cho biết TH nào vật ở VTCB, TH nào vật bị lật đổ?
Câu 3: Có nhận xét gì về giá của trọng lực so với mặt chân đế trong các TH đó?
Từ đó đƣa ra điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế?
Trong ba trường hợp cân bằng, vật dễ bị lật đổ nhất là trường hợp có trọng tâm cao và diện tích mặt chân nhỏ, trong khi vật khó lật đổ nhất là trường hợp có trọng tâm thấp và diện tích mặt chân lớn Vị trí trọng tâm và diện tích mặt chân có ảnh hưởng lớn đến khả năng giữ thăng bằng của vật; khi trọng tâm thấp và diện tích mặt chân rộng, vật sẽ ổn định hơn và khó bị lật đổ.
Từ đó, cho biết mức vững vàng của CB phụ thuộc những yếu tố nào? Muốn vật khó bị lật đổ thì phải làm gì?
Ô tô chất nhiều hàng nặng trên nóc dễ bị lật đổ ở chỗ đường nghiêng do trọng tâm của xe bị nâng cao, làm giảm sự ổn định khi di chuyển Ngược lại, con lật đật không bị lật đổ vì thiết kế trọng tâm thấp và khả năng tự cân bằng, giúp nó đứng vững dù bị tác động.
- Ôn tập điều kiện cân bằng của hệ lực tác dụng lên chất điểm
- Ôn tập quy tắc hình bình hành tìm hợp lực tác dụng lên chất điểm
- Ôn tập các kiến thức về đòn bẩy
- SGK, vở ghi bài, giấy nháp
Hoạt động 1:Mở đầu: Tạo tình huống và phát biểu vấn đề để tìm hiểu về điều kiện cân bằng của vật rắn a Mục tiêu:
- Ôn những kiến thức đã học về cân bằng lực mà HS đã học ở chương trước
Kích thích sự tò mò và hứng thú trong việc tìm hiểu kiến thức mới là rất quan trọng Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên, từ đó hệ thống lại kiến thức cũ và phát triển sự quan tâm đến những điều mới mẻ Việc tổ chức thực hiện quá trình này sẽ giúp học sinh không chỉ củng cố kiến thức mà còn khám phá thêm nhiều điều thú vị trong học tập.
Bước thực hiện Nội dung các bước
Yêu cầu HS nhắc lại về điều kiện cân bằng của chất điểm: Nêu điềm kiện cân bằng của hệ lực tác dụng lên chất đểm
Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu về điều kiện cân bằng của vật rắn, so sánh với chất điểm từ chương trước Bên cạnh đó, chúng ta cũng sẽ tìm hiểu về trọng tâm, quy tắc hợp lực và quy tắc mômen để có cái nhìn sâu hơn về các khái niệm này.
Bước 2 Học sinh tiếp nhận vấn đề
Hoạt động 2: Hình thành kiến thức
Hoạt động 2.1: Khảo sát điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực; xác định trọng tâm của vật rắn phẳng mỏng a Mục tiêu:
- Biết định nghĩa giá của lực, phân biệt giá với phương
- Nắm vững điều kiện cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của hai lực
Suy luận lôgic và thiết kế thí nghiệm là những bước quan trọng để xác định trọng tâm của một vật mỏng, phẳng thông qua phương pháp thực nghiệm Học sinh sẽ làm việc theo nhóm để hoàn thành nhiệm vụ, dựa trên sự hướng dẫn và gợi ý từ giáo viên Kết quả cuối cùng sẽ là sản phẩm thể hiện sự hiểu biết và khả năng áp dụng kiến thức của các em.
1 Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực a Thí nghiệm
Sử dụng thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2 b Điều kiện cân bằng
Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều
1 F 2 F c Xác định trọng tâm của một vật phẵng, mỏng bằng thực nghiệm
* Trọng tâm của vật rắn: là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật
Khi vật ở trạng thái cân bằng, lực căng T của sợi dây và trọng lực P tác động lên vật rắn là hai lực đối kháng, do đó sợi dây treo sẽ thẳng hàng với đường thẳng đứng đi qua trọng tâm G của vật.
lần lượt móc dây vào lỗ A, B, đánh dấu đường thẳng đứng AA’, BB’ trên vật trùng phương với lực căng Trọng tâm G là giao điểm của 2 đường thẳng này
* Đối với vật rắn phẳng đồng tính: Trọng tâm trùng với tâm đối xứng Trọng tâm nằm trên trục đối xứng d Tổ chức thực hiện:
Bước thực hiện Nội dung các bước
GV thông báo khái niệm vật rắn, giá của lực, trạng thái cân bằng và hệ lực cân bằng
GV giao cho HS sử dụng bộ thí nghiệm để nghiên cứu điều kiện cân bằng của một vật rắn trong trường hợp có 2 lực tác dụng
GV hướng dẫn HS tiến hành TN và từ đó hoàn thành phiếu học tập số 1
Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Báo cáo kết quả và thảo luận Đại diện 1 nhóm trình bày:
C1 Giá của 2 lực trùng nhau nhƣng ngƣợc chiều Độ lớn: F1 = F2 Điều kiện: 2 lực phải cùng giá, cùng độ lớn nhƣng ngƣợc chiều
Lực tác dụng lên vật bao gồm lực căng của sợi dây và trọng lực của vật, tạo thành hai lực trực đối Cả hai lực này đều nằm trên cùng một giá và có độ lớn bằng nhau.
+ Treo vật ở đầu sợi dây tại điểm A, đánh dấu đường thẳng đứng A’ kéo dài của dây treo
+ Sau đó, treo vật vào điểm B đánh dấu đường thẳng đứng BB’ kéo dài của dây treo
+ G: là giao điểm của hai đường thẳng này
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện
GV lưu ý cho HS khi tiến hành thí nghiệm xác định trọng tâm:Ta nên dùng sợi dây mềm, dùng thêm dây dọi để xác định chính xác điểm A’, B’
GV đã cung cấp một số vật rắn với các hình dạng khác nhau như hình tròn, vành khăn, chữ nhật và tam giác đồng tính cho các nhóm thực hiện thí nghiệm Các nhóm đã hoàn thành phiếu học tập số 2.
Bước 5 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Báo cáo kết quả và thảo luận Đại diện 1 nhóm trình bày:
C1: Hình tròn, vành khăn, chữ nhật trọng tâm nằm ở tâm của hình Hình tam giác trọng tâm nằm ở giao tuyến của các trung tuyến
Trọng tâm của thước là điểm mà khi đặt ngón tay lên đó, thước sẽ giữ được trạng thái cân bằng Tại vị trí này, lực trọng lực sẽ được cân bằng với lực phản kháng từ giá đỡ, giúp thước không bị nghiêng.
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện
GV lưu ý thêm cho HS: Đối với vật rắn phẳng đồng tính: Trọng tâm trùng với tâm đối xứng Trọng tâm nằm trên trục đối xứng
GV tổng kết hoạt động 2.1
Hoạt động 2.2: Tìm điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 3 lực không song song a Mục tiêu:
- Biết cách tổng hợp lực đồng quy tác dụng lên cùng một vật rắn
- Nêu đƣợc điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song
THỰC NGHIỆM
Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm
Đề tài nghiên cứu giả thuyết rằng việc dạy học Vật lí chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” ở lớp 10 tại trường Trung học phổ thông thông qua thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm đơn giản sẽ nâng cao chất lượng dạy học Nghiên cứu này nhằm trả lời các câu hỏi liên quan đến hiệu quả của phương pháp giảng dạy này trong việc cải thiện sự hiểu biết và khả năng áp dụng kiến thức của học sinh.
- Bộ thí nghiệm đƣợc xây dựng đã hợp lý chƣa?
- Tiến trình dạy học có làm tăng chất lƣợng dạy học hay không?
Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm
Tôi đã chọn học sinh khối 10 tại trường phổ thông Hermann Gmeiner Vinh làm đối tượng nghiên cứu, với tổng số 92 em tham gia từ các lớp 10A3 và 10A5.
- Lớp đối chứng: 10A5 có 45 học sinh
- Lớp thực nghiệm: 10A3 có 47 học sinh
Về cơ bản trình độ của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm không có sự chênh lệch nhiều
Kế hoạch giảng dạy cụ thể đã được xây dựng ở chương 2
Tôi chọn một lớp thực nghiệm và một lớp đối chứng đảm bảo yêu cầu thực nghiệm
Trong quá trình thực nghiệm, người nghiên cứu đã tiến hành dạy song song hai lớp: lớp thực nghiệm sử dụng tiến trình dạy học mới được đề xuất và lớp đối chứng dạy theo phương pháp thông thường của giáo viên Cả hai lớp đều được giảng dạy trong cùng một khoảng thời gian và nội dung chương "Cân bằng và chuyển động của vật rắn".
Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi tập trung quan sát thái độ, ý thức và kết quả học tập của học sinh ở các lớp thực nghiệm và đối chứng nhằm đánh giá khách quan chất lượng mỗi giờ học.
Cuối đợt thực nghiệm sư phạm, chúng tôi tiến hành kiểm tra đồng nhất cả hai nhóm học sinh để đánh giá mức độ nắm vững kiến thức Kết quả kiểm tra sẽ được so sánh giữa hai nhóm nhằm rút ra kết luận về giả thuyết khoa học đã được đề xuất.
Nếu tỉ lệ học sinh nắm vững kiến thức ở nhóm thực nghiệm cao hơn, điều này chứng tỏ rằng tiến trình dạy học được áp dụng trong nhóm đó hiệu quả hơn.
Dạy học theo tiến trình được đề xuất không chỉ giúp nâng cao hiệu quả hoạt động nhận thức của học sinh mà còn cải thiện chất lượng học tập của các em.
Nội dung thực nghiệm sƣ phạm
- Tiến hành chế tạo và sử dụng các bộ thí nghiệm (Đã giới thiệu ở chương 2)
- Tiến hành theo tiến trình dạy học như bình thường tại lớp đối chứng và tiến trình đã soạn tại lớp thực nghiệm.
Diễn biến thực nghiệm sƣ phạm
- Thực nghiệm sƣ phạm đƣợc tiến hành ở Học kỳ I năm học 2021– 2022 tại Trường Trung học phổ thông Hermann Gmeiner Vinh bắt đầu từ tháng 12 năm 2021đến tháng 1 năm 2022
- Ở lớp thực nghiệm, tôi tiến hành giảng dạy theo tiến trình đã thiết kế
- Ở lớp đối chứng, tôi tiến hành giảng dạy theo thói quen thông thường
Diễn biến của quá trình thực nghiệm sƣ phạm
- Học sinh ngồi theo nhóm tại những vị trí đã đƣợc sắp xếp
Học sinh thể hiện sự hào hứng và tích cực khi tham gia vào tiến trình học tập được đề ra Các em tham gia thảo luận nhóm sôi nổi và thích thú với việc khám phá thông qua các thí nghiệm Mọi nhóm học sinh đều hoàn thành tốt các câu hỏi gợi ý trong phiếu học tập, cho thấy hiệu quả của phương pháp học này.
- Có một số khó khăn:
Do không thể xoay bàn ghế, học sinh ngồi ở bàn trên phải quay xuống bàn dưới, gây khó khăn trong việc phát biểu và theo dõi bài học, đồng thời không thể ghi chép thoải mái Giáo viên đã cho phép học sinh tìm vị trí ngồi phù hợp trong mỗi tiết học, đồng thời yêu cầu các em giữ trật tự.
Học sinh thường cảm thấy ngại ngùng khi thuyết trình, vì vậy giáo viên khuyến khích các thành viên trong nhóm thay phiên nhau trình bày sau khi đã thống nhất ý kiến Để động viên, giáo viên khen thưởng và cho điểm cộng những nhóm học sinh tích cực tham gia và đưa ra câu trả lời chính xác Tuy nhiên, giáo viên cần giới hạn thời gian cho từng nhiệm vụ học tập để đảm bảo hiệu quả.
Học sinh vẫn chưa có nhiều kinh nghiệm thực hành, dẫn đến tốc độ làm việc chậm và thao tác còn lúng túng Mặc dù không có bảng từ để thực hiện thí nghiệm xác định điều kiện cân bằng của vật dưới tác dụng của hai hoặc ba lực không song song, các em đã khéo léo sử dụng cửa sắt, mép bàn và bảng giáo viên để tiến hành thí nghiệm và rút ra những kết luận chính xác.
Tiết 1 của bài học diễn ra với tốc độ chậm, và giáo viên không kịp củng cố bài học trước khi giờ học kết thúc, vì vậy giáo viên xin thêm 5 phút vào tiết học kế tiếp Trong tiết 2, học sinh vẫn còn lúng túng trong việc áp dụng các công thức toán học để tính cos, sin, tan, cotan, do đó giáo viên phải dành thời gian ôn tập, dẫn đến việc tiết học trễ 5 phút so với dự kiến.
Kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.5.1 Xử lí kết quả thực nghiệm sƣ phạm Để đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm, ngoài việc kiểm tra kết quả học tập của học sinh sau mỗi bài học (nhƣ đã thống kê ở trên), chúng tôi đã cho hai lớp đối chứng và thực nghiệm làm một bài kiểm tra cuối chương (phụ lục ) và thu được kết quả qua bảng 3.6
Bảng 3.6 Thống kê điểm số, tần số và tần suất tích lũy của bài kiểm tra cuối chương
Lớp thực nghiệm (sĩ số 47) Lớp đối chứng (sĩ số 45) Điểm Tần số Tần suất
Tần suất tích lũy Điểm Tần số Tần suất
Dựa vào bảng số liệu thống kê, chúng tôi vẽ đƣợc các biểu đồ sau:
3.5.2 Phân tích các tham số thống kê đặc trƣng
Trong đó là tần số ứng với điểm số , N là số HS tham gia các bài kiểm tra
Từ bảng và các công thức trên ta có bảng thống kê các thông số toán học
Bảng 3.7 Bảng thống kê các thông số toán học
Nhóm HS Điểm trung bình ( )
Phương sai ( ) Độ lệch chuẩn ( )
- Qua bài kiểm tra cho thấy, điểm trung bình của lớp thực nghiệm cao hơn điểm trung bình của lớp đối chứng
Kết quả nghiên cứu cho thấy, lớp thực nghiệm có độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên nhỏ hơn so với lớp đối chứng, chứng tỏ mức độ phân tán của dữ liệu trong lớp thực nghiệm thấp hơn so với lớp đối chứng.
Có nghĩa là học sinh lớp thực nghiệm nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức tốt hơn học sinh lớp đối chứng
Để đảm bảo rằng kết quả đạt được là khách quan và chính xác, không phải do ngẫu nhiên, chúng tôi đã tiến hành xử lý số liệu thực nghiệm thông qua kiểm định thống kê với đại lượng kiểm nghiệm t.
( Với f là bậc tự do)
Trong nghiên cứu này, giả thiết H0 được đưa ra là "Điểm trung bình của lớp thực nghiệm lớn hơn điểm trung bình của lớp đối chứng là không có ý nghĩa" Ngược lại, giả thiết H1 khẳng định rằng "Điểm trung bình của lớp thực nghiệm lớn hơn điểm trung bình của lớp đối chứng là có ý nghĩa".
Với f = 87, chọn tra bảng student ta có
Kết quả phân tích cho thấy với mức ý nghĩa α = 0,05, giá trị t tính được là 1,8, lớn hơn giá trị tới hạn 1,663 (kiểm nghiệm một phía) Do đó, chúng ta bác bỏ giả thiết H0 và chấp nhận giả thiết H1, tức là điểm trung bình của lớp thực nghiệm cao hơn điểm trung bình của lớp đối chứng với mức ý nghĩa 0,05.
