Sơ Đồ Tiến Trình Xây Dựng Kiến Thức: “Điều Kiện Cân Bằng Của Vật Rắn

DIỄN GIẢI

Học sinh biết rằng trong thực tế có nhiều vật chịu tác dụng của hai hay nhiều lực song song. Học sinh cũng đã biết rằng có thể thay thế nhiều lực bằng một lực gây tác dụng giống hệt. Do vậy tình

huống làm nảy sinh vấn đề là một bài toán yêu cầu xác định hợp lực trong trường hợp hai lực tác dụng lên một vật rắn đồng quy và trường hợp hai lực tác dụng lên vật rắn là song song cùng chiều. Học sinh do chưa được học quy tắc hợp lực song song cùng chiều nên sẽ lúng túng không biết cách giải quyết như thế nào?

Và câu hỏi đặt ra là: Làm cách nào để xác định được hợp lực của 2 lực song song cùng chiều tác dụng lên vật rắn? Hợp lực đó có đặc điểm gì? Để trả lời câu hỏi đó phải tiến hành thí nghiệm để xác định được hợp lực. Sau đó tìm đặc điểm của hợp lực.Vì dụng cụ thí nghiệm nghiên cứu quy tắc này cũng không quá phức tạp nên có thể tổ chức cho học sinh tiến hành thí nghiệm theo nhóm nhằm phát huy tính chủ động, tích cực của học sinh. Khi tiến hành thí nghiệm học sinh dùng phương pháp thử và sai, dò tìm điểm đặt của hợp lực để sao cho thanh AB trùng với vị trí ban đầu đã đánh dấu. Sau khi đã tìm được hợp lực bằng thí nghiệm, tiếp tục giải quyết câu hỏi tìm đặc điểm của hợp lực. Quan sát thí nghiệm sẽ thấy ngay hợp lực song song cùng chiều, có độ lớn bằng tổng độ lớn các lực thành phần. Về điểm đặt những học sinh khá có thể nhận thấy sự tỷ lệ nghịch giữa

lực và khoảng cách điểm đặt, và rút ra tỷ số F1 l2

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 85 trang tài liệu này.

2 1

Giáo viên hướng dẫn học sinh đưa ra mối quan hệ giữa độ lớn của lực với khoảng cách giữa giá của hợp lực tới các lực thành phần.

F1 d2

F2 d1

và khái quát thành quy tắc hợp lực song song cùng chiều

2.2.3.2 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: “Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song”

Thực tế có trường hợp vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng phẳng,

song song vẫn nằm cân bằng.

Vật rắn chịu tác dụng của ba lực song song đồng phẳng thì ba lực đó có mối quan hệ như thế nào

khi vật cân bằng?

Suy luận từ định luật I Niutơn:++= rút ra là lực trực đối với hợp lực .

Tiến hành thí nghiệm kiểm tra

Để thanh cân bằng thì và là 2 lực

trực đối.

++=

Suy ra F = F = F + F

3 12 1 1

. Áp dụng quy tắc biểu diễn hợp lực .

Thí nghiệm:

Thay 2 lò xo bằng 2 lực kế, đọc giá trị F

Quan sát kiểm tra phương chiều của và

Tính độ lớn F3 và so sánh với

F12.

trực đối với

Điều kiện cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của ba lực , , song song, đồng phẳng là hợp lực của hai lực bất kỳ cân bằng với lực thứ ba ++=

DIỄN GIẢI

Sau khi xây dựng xong quy tắc hợp lực song song cùng

chiều. Tiếp tục khai thác thí nghiệm để đặt vấn đề. Ngoài

trọng lực, thanh còn chịu tác dụng của các lực



F1 ,



F2 ,



F3 . Đây là

hệ ba lực song song, đồng phẳng. Trạng thái của thanh lúc này là cân bằng. Vì trọng lực của thanh không đáng kể nên ta bỏ qua trọng lực.

Câu hỏi đặt ra là “Khi thanh cân bằng hệ ba lực này có mối quan hệ như thế nào?”

Học sinh có thể

trả

lời câu hỏi bằng cách suy luận từ

định

luật I Niutơn hoặc dùng suy luận tương tự do đã được học điều

kiện cân bằng vật rắn dưới tác dụng của 3 lực đồng quy. Giáo viên hướng học sinh rút ra mối quan hệ cụ thể về phương chiều, độ lớn của ba lực. Học sinh suy luận toán học và áp dụng điều kiện cân

bằng của 2 lực tác dụng lên vật rắn, quy tắc hợp lực song song

cùng chiều rút ra



F12

trực đối với



và

F3 . Tận dụng thí nghiệm đã có

sẵn, thay thế

2 lò xo bằng 2 lực kế

để đo lực

  . Kết hợp

quan sát và tính toán kiểm nghiệm đúng

 trực đối với



F12

Giáo viên khái quát thành điều kiện tổng quát là: hợp lực của 2 lực bất kỳ trực đối với lực thứ 3.

Vận dụng điều kiện cân bằng học sinh xác định và biểu diễn hợp lực của các cặp lực. Việc vận dụng này không những giúp học sinh củng cố và ôn tập kiến thức mà còn giúp định hướng đặt vấn

đề cho phần sau, thể hiện tính logic của tiến trình và mối liên hệ giữa các kiến thức.

2.2.3.3 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: “Quy tắc hợp lực song

song trái chiều”

Học sinh biết cách tìm hợp lực của hai lực song song cùng chiều

Hợp lực của hai lực song song trái chiều được xác định như thế nào? Có đặc điểm gì?

Suy luận lý thuyết và toán học:

Áp dụng điều kiện cân bằng để tìm hợp lực của các lực song song trái chiều và tính toán để tìm ra đặc điểm về độ lớn, phương chiều của hợp lực.

Áp dụng điều kiện cân bằng xác định và biểu diễn được hợp lực của 2 lực song song trái chiều trong thí nghiệm minh họa vấn đề 2.

Tính độ lớn của F = F – F vì: F = F mà F + F = F .

13 3 1

13 2

1 2 3

Hợp lực của hai lực song song trái chiều và có các đặc điểm sau:

Song song và cùng chiều với lực thành phần có độ lớn lớn hơn lực thành phần kia ()

Có độ lớn bằng hiệu độ lớn của hai lực thành phần=

Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của hai lực thành phần, khoảng cách giữa giá của hợp lực với giá của hai lực thành phần tuân theo công thức =

DIỄN GIẢI

Sau khi xây dựng xong điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song, học sinh tiến hành vận dụng tìm hợp lực của các cặp lực F13 và F23. Trong đó các lực này là hợp lực của các lực song song trái chiều. Vậy câu hỏi đặt ra là quy tắc hợp lực song song cùng chiều còn đúng trong trường hợp 2 lực song song trái chiều nữa không? Để trả lời câu hỏi này học sinh phải xác định hợp lực của hai lực song song trái chiều và kiểm tra các đặc điểm của hợp lực trong 2 trường hợp này có giống nhau không. Việc xác định hợp lực học sinh tiến hành một cách nhanh chóng dễ dàng ở phần vận dụng trước đó. Như vậy học sinh chỉ so sánh, biến đổi để tìm ra đặc điểm của hợp lực song song trái chiều. Về phương ta thấy vì F13 là trực đối với F2 (theo điều kiện cân bằng) nên F13 cùng phương với các lực thành phần và F13 ngược chiều F2 nên cùng chiều với F3 (là lực lớn hơn). Về độ lớn từ biểu thức: F13 = F2 mà F3 = F1 + F2 rút ra F13 = F3 – F1. Giáo viên khái quát nên F13 = |F1 – F3|. Về điểm đặt liệu F13 có chia khoảng cách các lực thành phần thành các đoạn thẳng tỷ lệ với độ lớn của chúng không? Trả lời

câu hỏi này, học sinh biến đổi toán học từ

F1 d2

3 và thay

F2 d1

F2 F1

d1 d2

bằng

d '

3 . Tuy nhiên lúc này, hợp lực không chia trong như

trường

hợp cùng chiều mà chia ngoài. Cuối cùng giáo viên giúp học sinh khái quát

các kiến thức trên để rút ra quy tắc hợp lực song song trái chiều:

Hợp lực

 của hai lực song song trái chiều

 

và

F3 F1 có các đặc điểm sau:

Song song và cùng chiều với lực thành phần có độ thành phần kia (  )

lớn lớn hơn lực

Có độ lớn bằng hiệu độ lớn của hai lực thành phần F = F3 F1

Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của hai lực thành phần, khoảng cách giữa giá của hợp lực với giá của hai lực thành phần tuân

theo công thức

d ' F3

d '

1 =

3 F1

2.2.4 Tiến trình dạy học cụ thể:

Trong bài sử dụng những ký hiệu sau:

Ο: Biểu diễn hoạt động trình diễn của giáo viên để xác lập yếu tố nội dung kiến thức nào đó.

Δ: Biểu đạt sự yêu cầu (sự ra lệnh) của giáo viên đối với học sinh để học sinh tự lực hành động để xác lập yếu tố nội dung kiến thức nào đó.

HS: Hoạt động của học sinh.

2.2.4.1 Vấn đề 1: Quy tắc tổng hợp 2 lực song song cùng chiều

2.2.4.1.1 Định hướng mục tiêu hành động:

Ο: Chúng ta đã nghiên cứu quy tắc tổng hợp 2 lực đồng quy trong bài

trước. Vậy ta sẽ nghiên cứu thêm một quy tắc nữa. Quy tắc tổng hợp 2 lực song song cùng chiều.

Δ: Hãy cho biết hợp lực là gì?

HS: Hợp lực là lực thay thế các lực thành phần sao cho tác dụng của nó giống hệt như tác dụng của các lực thành phần.

Δ: Xác định hợp lực trong các trường hợp sau:

1. Vật rắn chịu tác dụng của 2 lực F1 = 3N, F2 = 4N. Biết 2 lực tạo với nhau góc 900.

2. Vật rắn là thanh AB được treo vào giá bằng 2 lò xo. Tác dụng 2 lực F1, F2 tại 2 điểm O1 và O2 cách nhau 25 cm như hình vẽ. Biết độ lớn F1 = 1,5N và F2 = 1N.

HS: Trường hợp 1, hợp lực được xác định theo quy tắc hình bình hành, Fhl = 5N. Trường hợp 2 có HS không biết làm.

Δ: Theo các em, hợp lực của 2 lực song song cùng chiều F1 và F2 sẽ là một lực như thế nào?

HS: Hợp lực sẽ là một lực:

Hợp lực có phương song song với phương của lực thành phần

Chiều của hợp lực cùng chiều với các lực thành phần

Độ lớn bằng tổng 2 lực thành phần

Điểm đặt O nằm lệch về phía O1 do F1 lớn hơn.

2.2.4.1.2 Định hướng giải quyết nhiệm vụ:

a. Xác định giải pháp:

Δ: Chúng ta tìm hợp lực của 2 lực song song cùng chiều bằng cách nào?

HS: Ta sẽ

tiến hành thí nghiệm thay thế

2 lực song song cùng chiều

bằng một lực có tác dụng tương đương.

Δ: Để tiến hành thí nghiệm cần những dụng cụ gì?

( Giáo viên cho HS thảo luận dụng của chúng)

xác định cần những dụng cụ gì và tác

HS: Liệt kê các dụng cụ: giá treo, vật rắn là thanh AB, lò xo, lực kế, quả nặng.