Sơ đồ 2.1. Cấu trúc logic nội dung chƣơng “Động lực học chất điểm”

một cách tổng quát thì chƣơng “Động lực học chất điểm” đƣợc mô tả bởi sơ đồ dƣới đây:

Sơ đồ 2.1. Cấu trúc lô gic nội dung chương “Động lực học chất điểm

Tổng hợp và phân tích lực. Điều kiện cân bằng của chất điểm

ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

Ba định luật Niu -tơn

Các lực cơ

ĐL I Niu -tơn

ĐL II Niu -tơn

ĐL III Niu -tơn

Lực hấp dẫn

Lực đàn hồi

Lực ma sát

Vận dụng các ĐL Niu -tơn

Lực hƣớng tâm

Bài toán CĐ ném ngang

Thực hành: Xác định hệ số ma sát

2.1.2.2. Nội dung Mở đầu chƣơng là định nghĩa về lực và các lực cân bằng. Ở cấp THCS, học sinh đã đƣợc học lực là một đại lƣợng vectơ, khi lực tác dụng lên một vật có thể làm biến đổi chuyển động của vật đó hoặc làm cho nó biến

dạng. Ở chƣơng Động học chất điểm học sinh cũng đã biết khi vật biến đổi chuyển động thì vật đó có gia tốc, do vậy sách giáo khoa đã mở rộng và nâng cao bằng cách sử dụng cách diễn đạt mới nhƣ sau: Lực là đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng. Với khái niệm gia tốc, sách giáo khoa cũng đƣa ra định nghĩa: các lực cân bằng là các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thì không gây ra gia tốc cho vật. Bằng thực nghiệm chúng ta thấy phép tổng hợp lực tuân theo quy tắc hình hình hành, điều này một lần nữa khẳng định lực là một đại lƣợng vectơ. Định luật I Niu –tơn không chỉ đƣợc rút ra từ quan sát thực nghiệm mà còn là kết quả của tƣ duy trừu tƣợng của thiên tài Niu –tơn. Có nhiều cách phát biểu khác nhau nhƣng trong SGK Vật lí 10, các tác giả đã chọn cách phát biểu mà nhiều tác giả SGK ở Pháp, Mĩ… đã chọn: “ Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không , thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều”. Định luật I Niu – tơn giúp ta phát hiện ra quán tính của mọi vật: Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn. Định luật II Niu –tơn đƣợc trình bày dƣới dạng một nguyên lí lớn. Bằng rất nhiều quan sát và thí nghiệm, Niu –tơn đã phát hiện ra mối quan hệ giữa các đại lƣợng lực, gia tốc và khối lƣợng thể hiện qua hệ thức . Từ

định luật II Niu – tơn ta suy ra , hệ thức này cho ta định nghĩa định lƣợng của lực. Thông qua định luật II Niu –tơn, HS có thể hiểu rõ mối quan hệ giữa khối lƣợng và mức quán tính, đó là khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật. Đến đây nhận thức của HS về khái niệm khối lƣợng đã đƣợc nâng lên một bƣớc. Đến bài Lực hấp dẫn, sự hiểu biết của học sinh về khái niệm này sẽ đƣợc hoàn thiện thêm thông qua mối quan

hệ giữa khả năng hấp dẫn và khối lƣợng của mỗi vật. Vận dụng định luật II Niu –tơn, HS cũng sẽ dễ dàng rút ra công thức để xác định trọng lực và trọng lƣợng của một vật Định luật III Niu – tơn cho ta thấy rằng tác dụng của vật này lên vật khác bao giờ cũng là tác dụng tƣơng hỗ và lực bao giờ cũng xuất hiện từng cặp trực đối nhau chứ không cân bằng nhau. Các loại lực cơ học đƣợc trình bày trong chƣơng này gồm lực hấp dẫn, lực đàn hồi và lực ma sát. Định luật vạn vật hấp dẫn đƣợc tìm ra chủ yếu nhờ các những căn cứ do ngành Thiên văn học cung cấp (nhất là các định luật về chuyển động của hành tinh xung quanh Mặt trời của Keple). Đối với phƣơng, chiều, độ lớn của các lực đàn hồi và lực ma sát đều đƣợc rút ra bằng con đƣờng thực nghiệm. Ba định luật Niu –tơn và các lực cơ học đƣợc vận dụng để nghiên cứu chuyển động tròn đều về mặt động lực học và khảo sát chuyển động của vật bị ném ngang.

2.1.3. Mục tiêu dạy học chương “Động lực học chất điểm”

 Kiến thức [4] - Phát biểu đƣợc định nghĩa của lực. - Phát biểu đƣợc định nghĩa của tổng hợp lực và phân tích lực; phát biểu đƣợc quy tắc hình bình hành. - Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một chất điểm dƣới tác dụng của nhiều lực. - Phát biểu đƣợc định nghĩa quán tính và kể đƣợc một số ví dụ về quán tính. - Phát biểu đƣợc định luật I, định luật II và định luật III Niu-tơn. - Viết đƣợc các hệ thức của định luật II, định luật III Niu-tơn và công thức tính trọng lực của một vật. - Nêu đƣợc mối quan hệ giữa khối lƣợng và mức quán tính

- Nêu đƣợc các đặc điểm của cặp “lực và phản lực”. - Phát biểu đƣợc định luật vạn vật hấp dẫn và viết đƣợc hệ thức của định luật này. - Nêu đƣợc điểm đặt, hƣớng của lực đàn hồi của lò xo; phát biểu đƣợc định luật Húc và viết đƣợc công thức tính độ lớn của lực đàn hồi của lò xo - Nêu đƣợc những đặc điểm của lực ma sát và viết đƣợc công thức của lực ma sát trƣợt. - Nêu đƣợc lực hƣớng tâm trong chuyển động tròn đều là tổng hợp của các lực tác dụng lên vật và viết đƣợc công thức của lực hƣớng tâm.  Kĩ năng [4] - Vận dụng đƣợc quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực của hai lực đồng quy hoặc để phân tích một lực thành hai lực đồng quy. - Vận dụng đƣợc mối quan hệ giữa khối lƣợng và mức quán tính của vật để giải thích một số hiện tƣợng thƣờng gặp. - Biểu diễn đƣợc các vectơ lực và phản lực trong một số ví dụ cụ thể. - Vận dụng đƣợc các công thức của các lực cơ học để giải các bài tập đơn giản. - Vận dụng đƣợc các định luật Niu-tơn và các lực cơ học để giải đƣợc các bài toán đối với một vật hoặc hệ hai vật chuyển động. - Xác định đƣợc lực hƣớng tâm trong một số trƣờng hợp và giải đƣợc bài toán về chuyển động tròn đều. - Giải đƣợc bài toán về chuyển động của vật ném ngang. - Xác định đƣợc hệ số ma sát trƣợt bằng thí nghiệm

2.1.4. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề qua dạy học chương “Động lực học chất điểm”

Một trong những đặc điểm nổi bật của chƣơng “Động lực học chất điểm” là kiến thức vật lí rất gần gũi với thực tiễn, có thể sử dụng để giải quyết những vấn đề trong trong đời sống hàng ngày. Ví dụ, bằng kiến thức

về tổng hợp và phân tích lực, học sinh có thể giải thích đƣợc tại sao thuyền buồm có thể đi ngƣợc gió, hay các kiến trúc vòm thƣờng rất bền vững…Sử dụng kiến thức về ba định luật Niu –tơn, có thể giải thích đƣợc các hiện tƣợng trong đời sống liên quan đến quán tính, giải thích trò chơi kéo co…Do vậy thông qua dạy học chƣơng “Động lực học chất điểm” có thể giúp HS phát triển năng lực GQVĐ.

2.1.5. Các khó khăn và quan niệm sai lầm học sinh thường gặp trong dạy học chương “Động lực học chất điểm”

 Một số khó khăn Nội dung quan trọng của chƣơng nghiên cứu mối quan hệ giữa lực và chuyển động, vì vậy việc biểu diễn đủ và đúng các lực tác dụng lên vật hoặc hệ vật nghiên cứu là rất quan trọng. Tuy vậy, trong quá trình GQVĐ học sinh thƣờng cảm thấy khó khăn trong việc này dẫn đến hiệu quả của việc GQVĐ chƣa cao. HS vẫn còn lúng túng trong việc chọn hệ quy chiếu phù hợp để việc GQVĐ trở nên đơn giản hơn. Ngoài ra việc vận dụng các kiến thức toán học nhƣ phép chiếu vectơ lên các trục tọa độ cũng là một khó khăn nữa của HS.  Các quan niệm sai lầm thƣờng gặp: - Lực là nguyên nhân gây ra chuyển động. Đây là một quan niệm sai lầm vì lực là nguyên nhân làm biến đổi chuyển động của vật chứ không phải là nguyên nhân gây ra chuyển động - Trong định luật III Niu – tơn thì cặp lực và phản lực là cặp lực cân bằng. Lực và phản lực tuy có cùng độ lớn, cùng giá, ngƣợc chiều nhƣng đặt vào hai vật khác nhau, do đó chúng không phải là hai lực cân bằng - Lực hướng tâm là một loại lực thông thường giống như các loại lực khác, do vậy khi phân tích các lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều thì đưa cả lực hướng tâm vào. Thực tế lực hƣớng tâm không phải là một lực