2.5. Thiết kế tiến trình dạy học chương “Chuyển động tròn” Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực tự học
2.5.1. Kế hoạch bài dạy “ĐỘNG HỌC CỦA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU”
BÀI 31: ĐỘNG HỌC CỦA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU Môn học/Hoạt động giáo dục: Vật lý 10
Thời gian thực hiện: 90 phút (2 tiết) I. MỤC TIÊU
1. Về kiến thức
[1] Nêu được định nghĩa radian và biểu diễn được độ dịch chuyển góc theo radian.
[2] Vận dụng được khái niệm tốc độ góc.
2. Về năng lực - Năng lực chung
[3] Năng lực tự học: Tích cực thực hiện các nhiệm vụ cá nhân khi giải bài tập, đóng góp ý kiến để giải quyết các vấn đề được đặt ra cho nhóm.
57
[4] Giao tiếp và hợp tác: HS hoạt động nhóm thảo luận, lập luận để giải quyết những vấn đề được đặt ra trong bài học và thực hiện được nhiệm vụ học tập GV giao và trao đổi công việc với giáo viên.
II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 1. Đối với giáo viên:
- Các video, hình ảnh liên quan đến bài học và được đề cập đến trong SGK.
+ Video chuyển động của đu quay Sun Wheel:
https://www.youtube.com/watch?v=06vkJnyHAOo - Các ví dụ lấy ngoài.
- Phiếu học tập.
- Máy chiếu, máy tính (nếu có).
2. Đối với học sinh: SGK, tư liệu sưu tầm liên quan đến bài học và dụng cụ học tập (nếu cần) theo yêu cầu của GV.
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Khởi động (6 phút)
a. Mục tiêu: Gợi lại cho HS những hiểu biết vốn có về chuyển động tròn để tạo sự hào hứng trong việc tìm hiểu nội dung bài học.
b. Nội dung:
- GV đặt câu hỏi: “Quan sát video chuyển động của đu quay Sun Wheel, em thấy chuyển động của các cabin trên đu quay là chuyển động như thế nào?”
- GV cho HS quan sát video của đu quay Sun Wheel và yêu cầu HS quan sát, trả lời câu hỏi của GV.
c. Sản phẩm học tập:
- HS trả lời được câu hỏi mà GV đưa ra.
TL: Chuyển động của cabin là chuyển động tròn.
d. Tổ chức thực hiện:
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV chiếu video chuyển động của các cabin trên đu quay Sun Wheel.
- GV yêu cầu HS thảo luận để trả lời câu hỏi: Quan sát hình ảnh chuyển động của đu quay Sun Wheel, em thấy chuyển động của các cabin là chuyển động như thế nào?
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS quan sát video, thảo luận với bạn học để đưa ra câu trả lời.
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
- HS giơ tay phát biểu, GV mời 1 – 2 bạn ngẫu nhiên đứng dậy trình bày suy nghĩ của mình.
Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập - GV tiếp nhận và nhận xét câu trả lời của HS.
58
- GV yêu cầu HS nêu một vài ví dụ về chuyển động tròn trong thực tế.
- GV dẫn dắt HS vào bài học: Như các ví dụ đã đưa ra, có những chuyển động rất quen thuộc với chúng ta hằng ngày như là chuyển động của đầu kim đồng hồ hay chuyển động quay của cánh quạt là chuyển động tròn. Vậy chúng có đặc điểm ra sao? Vấn đề này chúng ta sẽ được học trong chương VI. Chuyển động tròn. Hôm nay, chúng ta sẽ đi vào học bài đầu tiên của chương bài 31. Động học của chuyển động tròn đều.
{GV ghi tiêu đề bài học: Động học của chuyển động tròn đều}
Hoạt động 2: Hình thành kiến thức
Hoạt động 2.1. Mô tả chuyển động tròn. (12 phút) a. Mục tiêu:
- Nhận biết và hiểu được mối quan hệ giữa độ dài cung với góc ở tâm và bán kính đường tròn để định nghĩa radian và mô tả chuyển động tròn.
b. Nội dung:
- GV đưa ra các câu hỏi, yêu cầu HS trả lời.
- GV cho HS đọc phần đọc hiểu trong mục I, yêu cầu HS trả lời các câu hỏi 1, 2, 3 trang 120 SGK.
- HS thực hiện yêu cầu của giáo viên.
c. Sản phẩm học tập:
- HS nhớ lại kiến thức toán học đã học và vận dụng những hiểu biết thực tế để trả lời câu hỏi mà GV yêu cầu.
- HS nêu được mối quan hệ giữa độ dài cung với góc ở tâm và bán kính.
d. Tổ chức hoạt động:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV yêu cầu HS dựa vào khái niệm của chuyển động thẳng nêu khái niệm chuyển động tròn là chuyển động như thế nào?
- GV yêu cầu HS vận dụng kiến thức toán học đã học và SGK, trả lời câu hỏi:
+ Theo em, ta có thể căn cứ vào đâu để xác định được vị trí của chuyển động tròn?
+ Mối liên hệ giữa độ dài cung, góc ở tâm và bán kính đường tròn?
- GV xét một vật chuyển động tròn trong thời gian t từ A đến B:
I. Mô tả chuyển động tròn.
Trả lời:
- Để xác định vị trí của vật chuyển động tròn, ta có thể dựa vào quãng đường đi s (độ dài cung tròn) hoặc độ dịch chuyển góc 𝜃 (góc ở tâm) tính từ vị trí ban đầu (được biểu diễn như hình 31.1).
59 + Độ dịch chuyển góc của vật là góc ở tâm θ chắn cung AB có độ dài s.
+ Mối quan hệ giữa độ dài cung s với độ dịch chuyển góc θ và bán kính đường tròn r: 𝛉 = 𝐬
𝐫 - GV cho biết:
+ Trong vật lí, người ta thường dùng đơn vị góc radian (rad).
+ Xét với quãng đường vật đi được một vòng s = 2.π.r, tương ứng với độ dịch chuyển góc θ = 360o = 2.π rad.
- GV đưa ra các giá trị của độ và yêu cầu HS đổi các đơn vị giữa độ và radian (300, 450, 600, 900, 1800, 2700, 0,5 rad, π
15 rad, 11π
36 rad).
- GV yêu cầu HS hoạt động nhóm (2 HS 1 nhóm), đọc mục I và trả lời câu hỏi 1, 2, 3 trang 120 SGK trong 5 phút.
CH1. Chứng minh rằng một radian là góc ở tâm chắn cung có độ dài bằng bán kính đường tròn.
CH2. (BT 5.3 (T1, 2.31b, C)) Tính quãng đường đi được khi vật chuyển động tròn có độ dịch chuyển góc 1 rad, biết bán kính đường tròn là 2 m. (T1: Vận dụng được mối quan hệ giữa s, θ, r để giải các bài tập đơn giản.)
CH3. (BT 5.2 (T2, 2.31b, B)) Xét chuyển động của kim giờ đồng hồ. Tìm độ dịch chuyển góc của nó (theo độ và radian) (T2: Hiểu được mối quan hệ giữa độ dài cung s với độ dịch chuyển góc θ (góc ở tâm) và bán kính đường tròn r để biểu diễn độ dịch chuyển góc.) a. Trong mỗi giờ.
b. Trong khoảng thời gian từ 12h đến 15h30.
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS đọc thông tin SGK, vận dụng kiến thức toán học đã được học, tiếp nhận câu hỏi từ GV, suy nghĩ, thảo luận để tìm câu trả lời.
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận - Sau mỗi câu hỏi, GV mời 1 HS trình bày câu trả lời.
- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.
- Với s là độ dài cung, 𝜃 là góc ở tâm, r là bán kính đường tròn thì:
𝛉 =𝐬
𝐫 (31.1) CH1.
Từ công thức: θ =s
r
=> Nếu s = r thì 𝜃 = 1 𝑟𝑎𝑑. CH2.
Từ công thức: θ =s
r
=> s = 𝜃. 𝑟 = 1.2 = 2 𝑚.
CH3.
a) Trong một giờ, kim giờ đồng hồ dịch chuyển được 1/12 vòng. Vậy độ dịch chuyển góc của nó trong mỗi giờ là:
1
12. 2𝜋 = 𝜋
6 rad = 30o.
b) Từ 12h đến 15h30, độ dịch chuyển thời gian là 3h30 = 3,5 giờ.
Ta có 1 giờ, kim giờ đồng hồ dịch chuyển được 1/12 vòng.
=> 3,5 h vật quay được 3,5.1/12 = 7/24
=> Độ dịch chuyển góc của kim giờ trong 3,5 h đồng hồ là 2π.7/24 = 7π/12
= 105o.
60 Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập
- GV đánh giá, nhận xét câu trả lời của HS; chốt kiến thức, đưa ra kết luận về mối liện hệ giữa độ dài cung, góc chắn tâm và bán kính (khái niệm radian), hướng dẫn HS viết các hệ thức chuyển đổi đơn vị từ độ sang radian và từ radian sang độ, rồi chuyển sang nội dung mới.
Hoạt động 2.2. Xây dựng khái niệm tốc độ và tốc độ góc trong chuyển động tròn đều. (15 phút)
a. Mục tiêu:
- Xây dựng được khái niệm tốc độ và tốc độ góc trong chuyển động tròn đều dựa trên những kiến thức đã biết về tốc độ trong chuyển động thẳng đều và kiến thức về đường tròn trong toán học.
b. Nội dung: GV cho HS tìm hiểu mục II, đưa ra các câu hỏi, yêu cầu HS trả lời.
c. Sản phẩm học tập:
- Rút ra được trong chuyển động tròn đều, tốc độ là không thay đổi.
- Phát biểu được khái niệm và đưa ra được công thức tính tốc độ góc.
d. Tổ chức hoạt động:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập 1. Tìm hiểu về tốc độ
- GV đặt câu hỏi: Đại lượng nào đặc trưng cho sự nhanh hay chậm trong chuyển động thẳng?
- GV liên hệ vào chuyển động tròn: Trong chuyển động tròn, ta cũng dùng khái niệm tốc độ để đặc trưng cho sự nhanh hay chậm của vật.
- GV yêu cầu HS đọc SGK đưa ra khái niệm chuyển động tròn đều và công thức tính tốc độ.
- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi trong mục 1 SGK trang 121 (cho hs xem chuyển động của kim).
Dựa vào việc quan sát chuyển động của kim giây quay đều trong đồng hồ để:
a. So sánh tốc độ của các điểm khác nhau trên kim;
b. So sánh độ dịch chuyển góc trong cùng khoảng thời gian của các điểm khác nhau trên kim.
II. Chuyển động tròn đều. Tốc độ và tốc độ góc.
1. Tốc độ Trả lời:
- Đại lượng tốc độ đặc trưng cho sự nhanh hay chậm trong chuyển động thẳng.
- Khái niệm: Chuyển động tròn đều là chuyển động theo quỹ đạo tròn có tốc độ không thay đổi.
v = 𝑠
𝑡 = ℎằ𝑛𝑔 𝑠ố
* Câu hỏi mục 1 SGK trang 121
1. Tốc độ của các điểm khác nhau trên kim là như nhau.
2. Độ dịch chuyển góc trong cùng khoảng thời gian của các điểm khác nhau trên kim là như nhau.
61 2. Tìm hiểu về tốc độ góc
- GV đặt câu hỏi: Em hãy nêu khái niệm tốc độ góc trong chuyển động tròn đều.
- GV đưa ra công thức tính tốc độ góc.
+ GV đưa ra công thức tổng quát tính tốc độ góc.
+ Mời 1 HS đứng tại chỗ tương tác với GV để đưa ra công thức 31.3, xác định đơn vị của tốc độ góc, và suy luận công thức tính tốc độ của chuyển động.
- Từ các công thức xác định độ dịch chuyển góc, tốc độ và tốc độ góc, GV yêu cầu HS rút ra mối liên hệ giữa tốc độ và tốc độ góc.
- GV giới thiệu thêm cho HS 2 đại lượng chu kì và tần số.
+ GV đưa ra ví dụ Mặt Trăng quay 1 vòng quanh Trái Đất mất bao lâu? Từ đó cho HS rút ra chu kì, tần số
+ GV kết luận: Chu kì (kí hiệu T) là thời gian để vật quay hết một vòng tròn. Tần số (kí hiệu f) là số vòng vật đi được trong một giây.
+ Từ đó GV đưa ra công thức tính chu kì và tần số: T = 2𝜋
𝜔 ; f = 1
𝑓 .
- GV yêu cầu HS hoạt động cá nhân, trả lời câu hỏi 1, 2 mục 2 SGK trang 121.
CH1. Hãy tính tốc độ góc của kim giờ và kim phút đồng hồ.
CH2. (BT 2.2 ( X2, 2.31d, B)) Roto trong một tổ máy của nhà máy thủy điện Hòa Bình quay 125 vòng mỗi phút. Hãy tính tốc độ góc của roto này theo đơn vị rad/s.
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS chú ý nghe giảng, đọc thông tin SGK, vận dụng kiến thức đã học, tiếp nhận câu hỏi, tìm câu trả lời.
- GV hướng dẫn, hỗ trợ HS khi cần thiết.
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
2. Tốc độ góc Trả lời:
- Tốc độ góc trong chuyển động tròn đều bằng độ dịch chuyển góc chia cho thời gian dịch chuyển.
* Câu hỏi 1, 2 mục 2 SGK trang 121 Câu 1.
Kim giờ quay một vòng hết 12h = 43200 s
Tốc độ góc của kim giờ là : 2π/43200 = 1,45.10−4 rad/s
Kim phút quay một vòng hết 60p= 3600 s
Tốc độ góc của kim phút là : 2π/3600 = 1,75.10−3 rad/s
Câu 2.
Trong 1 giây roto này quay được số vòng là: 125
60 = 25
12 vòng
Tốc độ góc của roto này là:
ω = θ
𝑡 = 2𝜋.
25 12
1 = 13,1 rad/s
62 - Sau mỗi câu hỏi, GV mời 1 bạn HS trả lời.
- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.
Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập
- GV nhận xét về câu trả lời của học sinh.
- GV giới thiệu thêm với HS các đại lượng đặc trưng của chuyển động tròn đều và mối liên hệ giữa chúng. Sau đó chuyển sang nội dung tiếp theo.
Hoạt động 2.3. Tìm hiểu vận tốc trong chuyển động tròn đều. (12 phút) a. Mục tiêu:
- Dựa vào cách xác định vận tốc tức thời trong chuyển động thẳng để xây dựng vận tốc tức thời trong chuyển động tròn.
b. Nội dung:
- GV định hướng kiến thức, tổ chức cho HS thực hiện hoạt động trong mục này.
c. Sản phẩm học tập:
- Rút ra được trong chuyển động tròn đều, độ lớn vận tốc không đổi nhưng hướng luôn thay đổi
- Giá trị của độ lớn vận tốc bằng tốc độ chuyển động.
d. Tổ chức hoạt động:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV yêu cầu HS nhắc lại: Trong chuyển động thẳng, vận tốc tức thời tại một thời điểm được xác định như thế nào?
- GV cho biết trong chuyển động tròn đều thì vận tốc tức thời cũng được xác định theo công thức
𝑣𝑡
⃗⃗⃗ = ∆𝑑⃗⃗⃗⃗⃗
∆𝑡.
- GV cho biết: Trong chuyển động tròn đều thì tốc độ của vật là không đổi, tuy nhiên vận tốc của nó thì vẫn thay đổi, bởi vì hướng của vận tốc thay đổi. Và ...
(GV cho HS quan sát chuyển động tròn đều của bọ rùa trên phần mềm thí nghiệm ảo Phet và phân tích rõ hơn để HS hiểu bài).
III. Vận tốc trong chuyển động tròn đều
Trả lời:
CH1.
Trong chuyển động tròn đều:
+ Tốc độ của vật có độ lớn không đổi, đặc trưng cho sự nhanh hay chậm của chuyển động trên đoạn đường s xác định.
+ Vận tốc tức thời thì đặc trưng cho tính nhanh chậm của từng điểm trên quỹ đạo và cho biết hướng của chuyển động.
CH2. Khi một vật chuyển động tròn đều, thì : v= ω. r = 2𝜋
𝑇 . 𝑟
63 - GV đặt câu hỏi: Em có nhận xét gì về vận tốc tức thời trong chuyển động tròn đều?
- GV yêu cầu HS trả lời các câu hỏi 1, 2, 3 trong mục này.
CH1. Phân biệt tốc độ và vận tốc tức thời trong chuyển động tròn đều.
CH2. (BT 10.1 (X1, 2.31e, A)) Nêu mối quan hệ giữa tốc độ v, chu kì T và bán kính r của một vật chuyển động tròn đều.
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập - HS suy nghĩ trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.
- Ghi chép ý chính vào vở.
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận - Sau mỗi câu hỏi, GV mời 1 HS trình bày câu trả lời.
- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.
Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập
- GV đánh giá, nhận xét câu trả lời của HS; đưa ra kết luận rồi chuyển sang nội dung luyện tập.
Hoạt động 3: Luyện tập (40 phút)
a. Mục tiêu: HS củng cố lại kiến thức áp dụng vào làm bài tập thông qua việc trả lời các câu hỏi GV đưa ra.
b. Nội dung:
- GV trình chiếu câu hỏi trắc nghiệm (hình thức: trò chơi Lucky stars), HS suy nghĩ trả lời.
- GV giới thiệu luật chơi: 1 tổ là 1 nhóm lần lượt chọn ngôi sao của nhóm mình. Kết thúc trò chơi nhóm đạt nhiều điểm nhất sẽ được nhận điểm cộng.
- GV phát phiếu học tập số 1 (câu hỏi tự luận) cho các nhóm (2 HS 1 nhóm) (hình thức:
Yêu cầu HS làm câu 1, 2 theo nhóm sau đó gọi 1 HS bất kì trong nhóm lên bảng giải), HS suy nghĩ trả lời.
- GV trình chiếu câu hỏi tự luận còn lại (câu 3, 4) (hình thức: Lấy 3 bạn làm nhanh nhất để lấy điểm cộng, sau đó gọi 1 HS lên bảng làm), HS suy nghĩ trả lời.
c. Sản phẩm học tập: HS giải các bài tập cụ thể vào vở hoặc vào phiếu học tập và đưa ra được các đáp án đúng.
d. Tổ chức thực hiện:
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập - GV trình chiếu lần lượt các câu hỏi trắc nghiệm:
64
Câu 1: (BT 1.1 (X1, 2.31d, A)) Công thức nào sau đây biểu diễn không đúng quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng của một vật chuyển động tròn đều? (X1: Viết được công thức tính tốc độ góc, chu kì và tần số.)
A. f = 2𝜋𝑟
𝑣 . B. T = 2𝜋𝑟
𝑣 . C. v = ωr. D.ω = 2𝜋
𝑇.
Câu 2: (BT 7.1 (X2, 2.31a, A)) Chuyển động của vật nào dưới đây được coi là chuyển động tròn đều? (X2: Xác định được chuyển động tròn đều.)
A. Chuyển động quay của bánh xe ô tô khi đang hãm phanh.
B. Chuyển động của một quả bóng đang lăn đều trên mặt sân.
C. Chuyển động quay của điểm treo các ghế ngồi trên chiếc đu quay đang quay đều.
D. Chuyển động quay của cánh quạt khi vừa tắt điện.
Câu 3: (BT 2.1 ( (X1, 2.31d, A)) Trong chuyển động tròn đều, tốc độ góc của vật. (X1:
Nêu được đặc điểm của tốc độ góc trong chuyển động tròn đều.) A. Luôn thay đổi theo thời gian.
B. Được đo bằng thương số giữa góc quay của bán kính nối vật chuyển động với tâm quay và thời gian để quay góc đó.
C. Có đơn vị là (m/s).
D. Tỉ lệ với thời gian.
Câu 4: (BT 1.2 (X2, 2.31d, B)) Chọn phát biểu đúng. Trong các chuyển động tròn đều.
(X2: Hiểu được công thức tính chu kì, tần số theo radian 𝑇)
A. Chuyển động nào có chu kì quay nhỏ hơn thì tốc độ góc nhỏ hơn.
B. Chuyển động nào có tần số lớn hơn thì có chu kì quay nhỏ hơn.
C. Chuyển động nào có chu kì quay lớn hơn thì tốc độ lớn hơn.
D. Chuyển động nào có bán kính nhỏ hơn thì có tốc độ góc nhỏ hơn.
Câu 5: (BT 9.2 (X2, 2.31d, B)) Chu kì của vật chuyển động theo vòng tròn bán kính 10 cm bằng 4s. Tốc độ góc của vật bằng bao nhiêu? (X2: Áp dụng được công thức tốc độ góc trong CĐTĐ.)
A. 2π rad/s. B. π rad/s. C. π
2 rad/s. D. π
4 rad/s.
Câu 6: (BT 5.3 (T1, 2.31b, C)) Tính quãng đường đi được khi vật chuyển động tròn có độ dịch chuyển góc 0,5 rad, biết bán kính đường tròn là 3 m. (T1: Vận dụng được mối quan hệ giữa s, θ, r để giải các bài tập đơn giản)
A. s = 1,5 (m). B. s = 1 (m). C. s = 2 (m). D. s = 0,5 (m).
Câu 7: (BT 3.3 (X2, 2.31c, C)) Một xe đồ chơi chạy với tốc độ không đổi 0,2 m/s trên một đường ray tròn tâm 0, đường kính AB theo chiều kim đồng hồ. Xác định sự thay đổi vận tốc khi xe đi từ A đến B? (X2: Vận dụng được công thức tính tốc độ để làm các bài tập đơn giản.)
A. Độ lớn vận tốc không đổi bằng 0,2 m/s, hướng của vận tốc luôn thay đổi.