Giáo án NLS Vật lí 10 kết nối Bài 15: Định luật 2 Newton

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu định luật 2 Newton

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- Từ hoạt động khởi động, GV yêu cầu HS nêu mối quan hệ giữa 3 đại lượng gia tốc, lực và khối lượng của vật. 

- Sau đó, GV đưa ra công thức 15.1 rồi yêu cầu HS:

CH1. Dựa vào công thức 15.1 và thông tin phần “Em có biết”, em hãy xác định đơn vị của lực trong hệ SI.

CH2. Xác định hướng của gia tốc. 

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS liên hệ phần khởi động, chăm chú nghe giảng và theo dõi SGK để trả lời câu hỏi GV yêu cầu.

- HS ghi chép nội dung chính vào vở. 

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời 1 bạn trình bày câu trả lời cho mỗi câu hỏi. 

- GV mời HS lắng nghe, bổ sung ý kiến.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức.

=> GV đưa ra phát biểu định luật 2 Newton rồi chuyển sang nội dung mới.

1.  Định luật 2 Newton. 

Trả lời:

- Gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. 

- Mối quan hệ mà các em đã nêu được ở trên sẽ được thể hiện bằng công thức sau:

. (15.1)

=> = m.

Trong đó: là hợp lực của các lực tác dụng lên vật.

Trả lời:

CH1. Ta có đơn vị của m là kg, của a là m/

=> Đơn vị của F là : 1N= 1kg. 1m/

1N là độ lớn của lực gây ra gia tốc 1m/, cho vật có khối lượng 1kg.

CH2. Gia tốc của vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. 

=> Phát biểu định luật 2 Newton: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Nhiệm vụ 3: Tìm hiểu cách minh họa định luật 2 Newton.

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

Nếu nhà trường có trang bị bộ thí nghiệm băng đệm khí thì GV cho HS thực hành thí nghiệm theo phương án 1. Nếu nhà trường không có trang bị bộ thí nghiệm băng đệm khí thì GV thực hiện phương án 2: Mô tả lại cách thực hiện thí nghiệm để thu dữ liệu và sử dụng luôn dữ liệu đã trình bày trong SGK để minh họa định luật

TH1: Nhà trường có trang bị bộ thí nghiệm băng đệm khí. 

- GV hướng dẫn HS: Bố trí và tiến hành làm thí nghiệm.

(1) Bố trí thí nghiệm:

1. Nối bơm khí với băng đệm khí.
2. Nối 2 cổng quang với đồng hồ đo thời gian hiện số.
3. Đặt hai cổng quang điện cách nhau 0,5m.
4. Gắn tấm chắn sáng lên vật trượt và một chút đất nặn hoặc đầu hãm vật trượt để tránh tình trạng vật bị bật lên khi va chạm vào đầu đệm khí.
5. Cân vật trượt với các phụ kiện
6. Dùng sợi dây buộc vật có khối lượng 10g vào đầu một sợi dây, đầu còn lại của sợi dây buộc vào vật trượt trên đệm khí.
7. Đặt chế độ đồng hồ đo thời gian hiện số ở chế độ đo thời gian chắn cổng quang điện.
8. Bật bơm đệm khí, kéo vật trượt ra ngoài hai cổng quang điện, giữ đứng yên, nhấn Reset trên đồng hồ để đồng hồ trở về giá trị 0.

(2) Tiến hành thí nghiệm.

Phương án 1: Lấy vận tốc ban đầu bằng 0.

1. Giữ vật sát cổng quang điện 1, thả tay để vật trượt chuyển động trên băng đệm khí. 
2. Đọc giá trị thời gian qua hai cổng quang, ghi các giá trị của t vào bảng kết quả thí nghiệm. 
3. Thêm vật nặng lên vật trượt và thực hiện thêm 2 lần nữa, đồng thời ghi độ lớn lực kéo và tổng khối lượng (gồm xe trượt và tải trọng vào bảng kết quả thí nghiệm)
4. Thay đổi lực tác dụng vào vật và giữ nguyên khối lượng bằng cách lấy bớt vật năng trên vật trượt và móc vào tải trọng. Thực hiện thao tác này hai lần, đọc các giá trị thời gian và điền vào bảng. 

Bảng ghi kết quả thí nghiệm:

Độ dài tấm chắn sáng 0,1m. Khoảng cách 2 cổng quang điện d= 0,5m.

Phương án 2: Lấy vận tốc ban đầu bất kì. 

1. Giữ vật trên đệm khí (không cần sát cổng quang điện 1), thả tay để vật trượt trên băng đệm khí.
2. Đọc giá trị thời gian qua cổng quang điện . Ghi giá trị vào bảng kết quả thí nghiệm. 
3. Thêm vật nặng lên vật trượt và thực hiện thêm hai lần nữa. đồng thời ghi độ lớn lực kéo và tổng khối lượng (gồm xe trượt và tải trọng vào bảng kết quả thí nghiệm)
4. Thay đổi lực tác dụng vào vật và giữ nguyên khối lượng bằng cách lấy bớt vật năng trên vật trượt và móc vào tải trọng. Thực hiện thao tác này hai lần, đọc các giá trị thời gian và điền vào bảng.

Bảng ghi kết quả thí nghiệm:

Độ dài tấm chắn sáng 0,02m. Khoảng cách 2 cổng quang điện d= 0,5m.

(3) Xử lí kết quả để đi tới kết luận. 

Phương án 1: Lấy vận tốc ban đầu bằng 0. 

Từ công thức d= (

=> a = (m/

Thay các giá trị của t, xác định gia tốc a và ghi kết quả vào bảng kết quả thí nghiệm. 

=>So sánh kết quả gia tốc a từ thực nghiệm và lí thuyết.

Phương án 2: Lấy vận tốc ban đầu bất kì. 

Tính vận tốc tức thời của vật khi qua cổng quang điện 1 và 2 theo công thức v=.

Tính gia tốc theo thực nghiệm: từ công thức .

Tính gia tốc theo thực nghiệm: a=

=>So sánh kết quả gia tốc a từ thực nghiệm và lí thuyết.

Để thực hiện thí nghiệm đảm bảo thành công:

+ Cần đặt băng đệm khí nằm ngang, có thể sử dụng thước thăng bằng sử dụng thước thăng bằng hoặc đặt vật trượt trên băng đệm khí và điều chỉnh băng đệm khí bằng vít điều chỉnh dưới băng. 

+ Điều chỉnh cổng quang điện sao cho tấm chắn sáng gắn trên vật trượt chắn được tia hồng ngoại khoảng giữa 2 cực của cổng quang điện 

+ Đặt chế độ đồng hồ đo thời gian vật chắn cổng quang điện. 

+ Sử dụng sợi dây nhẹ và không giãn để kéo vật.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV hướng dẫn HS: Sử dụng bảng tính Google Sheets/ Excel, nhập số liệu và thiết lập công thức để tính toán. 

- HS thực hiện thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của GV hoặc dựa vào SGK để biết cách làm thí nghiệm.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- HS hoàn thành các bảng biểu, rút ra kết luận về tính đúng đắn của định luật 2 Newton.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét hoạt động thí nghiệm rồi chuyển sang nội dung mới.

3. Minh họa định luật 2 Newton.

Có thể tham khảo ví dụ về cách xử lí kết quả thí nghiệm sau:

a. Khi khối lượng không đổi (xét một trong hai trường hợp m+ M=0,4 hoặc 0,5 kg), gia tốc a gần như tỉ lệ thuận với độ lớn của lực F. Đồ thì của gia tốc a theo F gần như là một đường thẳng. Vì a gần như tỉ lệ thuận với F.

b. Khi độ lớn F không đổi (xét trường hợp F= 1N), gia tốc a gần như tỉ lệ nghịch với khối lượng. Đồ thị của gia tốc a theo gần là đường thẳng. Vì a gần như tỉ lệ nghịch với (m+M), tức là tỉ lệ thuận với

c. Tích của (m+M).a luôn xấp xỉ bằng độ lớn của lực F.