Giáo án vật lí 10 chân trời bài 7: Gia tốc - chuyển động thẳng biến đổi đều (4tiết)

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN VÀ HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu về cách thực hành thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng biến đổi.

Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành 4 tổ, phát cho mỗi tổ một bộ dụng cụ thí nghiệm để thực hành làm thí nghiệm. (Bộ dụng cụ giống như bài 6 gồm: đồng hồ đo thời gian hiện số; máng định hướng thẳng dài khoảng 1m có đoạn dốc nghiêng (độ dốc không đổi) và đoạn nằm ngang; viên bi thép; thước đo dộ có gắn dây dọi; thước thẳng độ chia nhỏ nhất là 1mm; nam châm điện; hai cổng quang điện, công tắc điện, giá đỡ; thước kẹp).

- GV yêu cầu HS dựa vào các dụng cụ thí nghiệm và tiến tiến trình thí nghiệm trong SGK, làm việc nhóm để trả lời câu Thảo luận 1 và 2.

Thảo luận 1: Làm thế nào ta có thể xác định được vận tốc tức thời dựa vào phương án thí nghiệm gợi ý?

Thảo luận 2: Cần chọn gốc tọa độ, gốc thời gian như thế nào để việc xác định độ dịch chuyển và thời điểm trong thí nghiệm được thuận tiện?

- GV yêu cầu HS dựa vào phương án thí nghiệm trong SGK, bố trí và thực hành làm thí nghiệm đo tốc độ tức thời của viên bi.

+ GV lưu ý cho HS thực hiện thí nghiệm với nhiều khoảng cách AB khác nhau.

- GV yêu cầu HS ghi số liệu đo được vào bảng 7.1 và hướng dẫn HS hoàn thành bảng 7.1 bằng cách cho HS trả lời câu Thảo luận 3:

+ Dựa vào bảng số liệu, hãy xác định giá trị trung bình và sai số của phép đo thời gian viên bi chuyển động từ A đến B và thời gian chắn cổng quang điện B. Từ đó xác định giá trị trung bình và sai số của vận tốc tức thời tại B ứng với từng giá trị độ dịch chuyển.

+ Yêu cầu HS vẽ đồ thị vận tốc tức thời tại B theo thời gian chuyển động  vào giấy kẻ ô theo dữ liệu đã được xử lí ở bảng trên.

Gợi ý: Áp dụng công thức:

- Thời gian trung bình

- Sai số của phép đo thời gian:

- Sai số của d:

- Sai số của v: , với .

Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS tiếp nhận dụng cụ thí nghiệm, đọc thông tin SGK, làm việc nhóm để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của GV.

- HS tiến hành thí nghiệm và hoàn thành bảng 7.1

Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận

- Đại diện 2- 3 nhóm HS đứng dậy trình bày câu trả lời.

- Các nhóm khác nhận xét, đánh giá, bổ sung

Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện

- GV nhận xét quá trình thực hiện thí nghiệm của HS. Đánh giá, củng cố lại kiến thức cho HS, chuyển sang nội dung mới.

Nhiệm vụ 2. Tìm hiểu về đại lượng gia tốc

Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đưa ra nhận định: Trên thực tế, vận tốc của vật chuyển động trong đa số trường hợp luôn thay đổi theo thời gian.

- GV yêu cầu HS trả lời câu Thảo luận 4: Nêu một số ví dụ khác về chuyển động có vận tốc thay đổi theo thời gian.

- GV yêu cầu HS đọc SGK và cho biết: Chuyển động biến đổi là gì?

- GV đưa ra nhận định: Sự thay đổi vận tốc của vật theo thời gian được đặc trưng bởi một đại lượng gọi là gia tốc.

- GV chia tổ như ở nhiệm vụ 1, yêu cầu mỗi tổ vẽ sơ đồ tư duy để tìm hiểu kiến thức về đại lượng gia tốc.

- GV hướng dẫn cách vẽ sơ đồ tư duy:

+ Lập dàn ý của sơ đồ tư duy, trong đó thể hiện rõ phân cách của các ý tưởng tương ứng với các nhánh chính phụ trong sơ đồ tư duy: đưa ra cách xác định gia tốc thông qua đồ thị (v - t); tìm hiểu khái niệm gia tốc tức thời; phân loại chuyển động dựa vào giá trị của gia tốc tức thời; tìm hiểu giá trị của gia tốc trung bình, gia tốc tức thời.

- Sau khi HS trình bày xong phần sơ đồ tư duy:

+ GV đưa ra lưu ý về chuyển động nhanh dần đều, chậm dần đều.

+ GV yêu cầu áp dụng kiến thức trả lời câu hỏi luyện tập và vận dụng trong SGK:

Luyện tập: Một xe buýt bắt đầu rời khỏi bến khi đang chuyển động thẳng đều thì thấy một chướng ngại vật, người lái xe hãm phanh để dừng lại. Hãy nhận xét tính chất chuyển động của xe buýt, mối liên hệ về hướng của vận tốc và gia tốc từ lúc bắt đầu chuyển động cho tới khi dừng lại.

Vận dụng: Trong cuộc đua xe F1, hãy giải thích tại sao ngoài tốc độ tối đa thì gia tốc của xe cũng là một yếu tố rất quan trọng quyết định kết quả cuộc đua.

Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS chú ý nghe GV hướng dẫn, đọc thông tin SGK, làm việc nhóm để tiến hành vẽ sơ đồ tư duy.

- HS trả lời câu hỏi theo yêu cầu của GV.

Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận

- Sau thời gian thảo luận quy định, GV sử dụng kĩ thuật phòng tranh, yêu cầu các nhóm treo sơ đồ tư duy lên bảng

- GV điều động các nhóm di chuyển để quan sát sản phẩm của từng nhóm. GV phát cho mỗi nhóm (tổ) 3 phiếu đánh giá để nhóm (tổ) đó có thể ghi đánh giá 3 nhóm (tổ) còn lại.

- HS của nhóm khác nhận xét, đặt câu hỏi và đánh giá sơ đồ tư duy của các nhóm vào phiếu đánh giá.

- GV mời 1 bạn trả lời câu luyện tập, 1 bạn trả lời câu vận dụng, các bạn khác lắng nghe câu trả lời của bạn để nhận xét, bổ sung ý kiến.

Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện

- GV đánh giá sơ đồ tư duy của các nhóm.

 => GV kết luận, chuẩn kiến thức

- GV chuyển sang nội dung mới.

Nhiệm vụ 3. Tìm hiểu cách áp dụng đồ thị (v - t) để xác định độ dịch chuyển.

Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV giảng giải để rút ra được độ dịch chuyển của vật trong thời gian

- GV dành 5 phút cho HS tự đọc và nghiên cứu ví dụ trong SGK.

- Sau đó cho HS làm việc nhóm đôi, trả lời câu hỏi thảo luận 5 và luyện tập:

Thảo luận 5: Nhận xét về tính chất chuyển động của vật có đồ thị (v – t) được biểu diễn trong hình 7.7.

Luyện tập: Một người chạy xe máy theo một đường thẳng và có vận tốc theo thời gian được biểu diễn bởi đồ thị (v – t) như hình 7.8. Xác định:

a) Gia tốc của người này tại các thời điểm 1 s, 2,5 s và 3,5 s.

b) Độ dịch chuyển của người này từ khi bắt đầu chạy đến thời điểm 4 s.

Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS chú ý nghe giảng, theo dõi thông tin SGK, trao đổi cvowis bạn để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của GV.

Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận

- GV mời đại diện một nhóm đứng tại chỗ trả lời câu Thảo luận 5, 1 bạn đại diện của nhóm khác lên bảng trình bày câu trả lời cho phần luyện tập.

- Các HS lắng nghe và quan sát câu trả lời của bạn, để đưa ra nhận xét, góp ý bổ sung.

Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện

- GV đánh giá, nhận xét câu trả lời của HS

=> GV đưa ra kết luận cách xác định độ dịch chuyển trong khoảng thời gian từ  đến  của vật, kết luận chuẩn kiến thức rồi chuyển sang nội dung mới.

1. Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng biến đổi.

Trả lời:

*Thảo luận 1:

Để xác định vận tốc tức thời ta sẽ thực hiện các bước sau:

- Chọn MODE B trên đồng hồ đo thời gian hiện số để đo thời gian viên bi qua cổng quang điện B.

+ Khi viên bi bắt đầu đi vào cổng quang điện B thì đồng hồ chạy số, sau khi vật đi qua cổng quang điện B thì đồng hồ đo dừng lại -> Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua cổng quang điện B.

- Xác định độ dịch chuyển d của viên bi: độ dịch chuyển của viên bi đúng bằng đường kính của nó.

- Sử dụng công thức v =  ta sẽ xác định được tốc độ tức thời của viên bi tại cổng quang điện B. (Trong khoảng thời gian rất nhỏ, ta xem vận tốc tức thời tại B của viên bi cũng chính là vận tốc trung bình của nó)

*Thảo luận 2:

Để việc xác định độ dịch chuyển và thời điểm trong thí nghiệm được thuận tiện, ta chọn gốc tọa độ tại vị trí cổng quang điện A và gốc thời gian là thời điểm vật chắn cổng quang điện A.

*Thảo luận 3:

Xử lí số liệu để điền vào bảng trên:

- Sai số của d:

+ Khoảng cách AB = 10cm thì:

 = 0,0003

= 0,0007

= 0,0003

0,0004.

+ Khoảng cách AB = 20cm thì:

 = 0,0007

= 0,0003

= 0,0003

0,0004

+ Khoảng cách AB = 30cm thì:

 = 0

= 0

= 0

+ Khoảng cách AB= 40cm thì:

 = 0,0003

= 0,0007

= 0,0003

0,0004

+ Khoảng cách AB = 50cm thì:

 = 0

 = 0

 = 0

*Đối với  ta cũng thực hiện phép tính tương tự để điền vào bảng.

- Giá trị trung bình thời gian của viên bi chắn cổng quang điện B:

+ AB=10cm:

+ AB=20cm:

+ AB=30cm:

+ AB=40cm:

+ AB=50cm:

- Sai số tuyệt đối trung bình của phép đo thời gian viên bi chắn cổng quang điện B.

+ AB=10cm:  =

+ AB=20cm:  =

+ AB=30cm:  =

+ AB=40cm:  =

+ AB=50cm:  =

- Tốc độ tức thời tại thời điểm B:

+ AB= 10cm, = .

+ AB= 20cm, = .

+ AB= 30cm, = .

+ AB= 40cm, = .

+ AB= 50cm, = .

- Sai số của v: Dựa vào công thức tính  + ). .

+ AB =10cm:  ().66,13 2,167

+ AB =20cm:  ().93,18  5,92

+ AB =30cm:  ().113,89  6,34

+ AB =40cm:  ().125,76  11,05

+ AB =50cm:  ().143,35 14,34

*Vẽ đồ thị vận tốc tức thời tại B theo thời gian chuyển động  vào giấy kẻ ô theo dữ liệu đã được xử lí ở bảng trên.

2. Gia tốc.

Trả lời:

*Thảo luận 4:

+ Xe buýt (tàu hỏa) khi ra vào trạm (ga tàu)

+ Máy bay tăng tốc trên đường băng để cất cánh.

+ Vận động viên xe đạp chạy nước rút khi gần về đích.  

Trả lời:

Chuyển động mà trong suốt quá trình chuyển động của nó, vận tốc tức thời của vật có độ lớn thay đổi theo thời gian thì được gọi là chuyển động biến đổi.

Sơ đồ tư duy:

Lưu ý: Trong chuyển động thẳng biến đổi đều được chia làm hai loại:

- Chuyển động thẳng nhanh dần đều, độ lớn vận tốc tăng đều theo thời gian,  cùng chiều.

- Chuyển động thẳng chậm dần đều, độ lớn vận tốc giảm đều theo thời gian,  ngược chiều.

Trả lời:

*Luyện tập:

Nhận xét quá trình chuyển động của xe buýt:

+ Khi xe bắt đầu rời khỏi bến: xe chuyển động nhanh dần, gia tốc cùng phương và cùng chiều với vận tốc.

+ Khi xe đang chuyển động thẳng đều: gia tốc của xe bằng 0.

+ Khi người lái xe hãm phanh để dừng lại: xe chuyển động chậm dần, gia tốc cùng phương và ngược chiều với vận tốc.

*Vận dụng:

Ngoài tốc độ tối đa thì gia tốc của xe cũng là một yếu tố vô cùng quan trọng vì nó đặc trưng cho khả năng thay đổi vận tốc của xe trong một đơn vị thời gian. Trong các cuộc thi đua xe, giai đoạn xuất phát rất quan trọng, chiếm khoảng 60-80% khả năng chiến thắng. Do đó, xe đua F1 cần có gia tốc lớn để có thể tăng tốc trong thời gian ngắn nhất.

 *Kết luận:

- Đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên của vận tốc theo thời gian được gọi là gia tốc. Trong chuyển động thẳng, gia tốc trung bình được xác định theo công thức:

 =  (7.1)

- Gia tốc tức thời tại một điểm có giá trị bằng độ dốc của tiếp tuyến của đồ thị (v -t) tại thời điểm đó.

- Đơn vị của gia tốc: m/

- Có thể dựa vào  giá trị của gia tốc tức thời để phân chuyển độngt hành những loại sau:

+ a=0: chuyển động thẳng đều, vật có độ lớn vận tốc không đổi.

+ a0 và = hằng số: chuyển động thẳng biến đổi đều, vật có độ lớn vận tốc thay đổi (tăng hoặc giảm) đều theo thời gian.

+ a0 nhưng không phải hằng số: Chuyển động thẳng biến đổi phức tạp. Trong chương trình vật lí phổ thông, không xét đến trường hợp này.

3. Vận dụng đồ thị (v - t) để xác định độ dịch chuyển.

+ Xét vật chuyển động thẳng đều, vận tốc của vật có độ lớn không đổi theo thời gian và được biểu diễn bởi đồ thị (v - t) trong hình 7.5. Từ công thức 4.3, ta có thể rút ra được độ dịch chuyển của vật trong thời gian là d= v.( ) bằng diện tích hình chữ nhật ABCD trong hình 7.5.

Trả lời:

*Thảo luận 5:

- Trong 40 giây đầu, vật chuyển động nhanh dần đều với vận tốc ban đầu là 40cm/s.

- Trong 40 giây tiếp theo, vật chuyển động thẳng đều với vận tốc 120cm/s.

- Sau đó vật chuyển động chậm dần đều cho đến khi dừng lại.

=> Trong suốt quá trình chuyển động, vật luôn chuyển động theo chiều dương quy ước.

*Luyện tập:

a) Gia tốc của người này tại các thời điểm:

+ t = 1s: a=  =2(m/

+ t = 2,5s: a=  = 0(m/

+ t = 3,5s: a=  = -2(m/

b. Độ dịch chuyển của người này từ khi bắt đầu chạy đến thời điểm 4 s bằng diện tích của phần dưới đồ thị đường màu đỏ. (là diện tích đa giác có chứa các điểm O, A, B, C, D, F, E) :

d =

Với  là diện tích của hình thang có đường màu đỏ đi qua A,B,C,D.

=> d =  m.

Kết luận: Độ dịch chuyển trong khoảng thời gian từ  đến  được xác định bằng phần diện tích được giới hạn bởi các đường v(t), v=0, t=, t= trong đồ thị (v – t).