Giáo án Vật lý 10 bài 2: Vận tốc trong chuyển động thẳng chuyển động thẳng đều

Bài 2: VẬN TỐC TRONG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU I. Mục tiêu 1. Về kiến thức - Hiểu rõ hơn về khái niệm vận tốc trung bình. Phân biệt các khái niệm: độ dời và quãng đường đi, tốc độ và vận tốc. - Hiểu được các khái niệm về vectơ độ dời (trong chuyển động thẳng và chuyển động cong), vectơ vận tốc tức thời. Nêu được định nghĩa đầy đủ về chuyển động thẳng đều. - Hiểu rằng khi thay thế các vectơ độ dời, vectơ vận tốc trung bình, vectơ vận tốc tức thời (của chuyển động thẳng) bằng các giá trị đại số của chúng không làm mất đi đặc trưng vectơ của chúng. - Nêu được các đặc điểm của chuyển động thẳng đều như: tốc độ, phương trình chuyển động, đồ thị tọa độ, đồ thị vận tốc. 2. Về kỹ năng - Nêu được ví dụ về chuyển động thẳng đều trong thực tế. Nhận biết được chuyển động thẳng đều trong thực tế nếu gặp phải. - Vận dụng linh hoạt các công thức trong các bài toán khác nhau. - Vẽ được đồ thị tọa độ, đồ thị vận tốc theo thời gian của chuyển động đều trong các bài toán. - Biết các phân tích đồ thị để thu thập thông tin, xử lí thông tin về chuyển động. Ví dụ như từ đồ thị có thể xác định được : vi trí và thời điểm xuất phát, thời gian đi, … 3. Về thái độ - Học sinh có ý thức làm việc theo nhóm, học hỏi bạn bè và giúp đỡ nhau trong quá trình tự xây dựng, lĩnh hội tri thức. III. Phương pháp chủ đạo - Nêu và giải quyết vấn đề III. Chuẩn bị Giáo viên - Một ống thủy tinh dài đựng nước với một bọt không khí. - Hình vẽ 2.2, 2.4, 2.6 phóng to (nếu có điều kiện). - Một số bài tập về chuyển động thẳng đều. Học sinh - Ôn lại kiến thức về chuyển động thẳng đều, các yếu tố vectơ đã học ở bài 3, 4 Vật lí 8. - Các kiến thức về hệ tọa độ, hệ quy chiếu. - Ôn lại các kiến thức về đồ thị của hàm bậc nhất trong toán học. IV. Thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1 Mục tiêu: Kiểm tra kiến thức cũ. Đặt vấn đề vào bài mới. GV có thể kiểm tra kiến thức của HS như sau: - Chuyển động thẳng là gì? Thế nào là chuyển động thẳng đều? Biểu thức tính vận tốc của chuyển động thẳng đều? - Một đại lượng như thế nào thì gọi là đại lượng vectơ ? Nêu ví dụ về đại lượng vectơ. GV chính xác hóa về câu trả lời của HS. Lưu ý cách sử dụng thuật ngữ: tốc độ và vận tốc. Tốc độ là giá trị đại số của vận tốc. ĐVĐ: Trong chương trình VL THCS, chúng ta đã được tìm hiểu sơ lược về chuyển động thẳng đều. Tuy nhiên nếu chỉ dừng lại ở đó thì chưa đủ. Xung quanh khái niệm chuyển động đều còn nhiều điều mà chúng ta chưa biết. Bài hôm nay sẽ giúp các em có cái nhìn chi tiết hơn về dạng chuyển động này. Cá nhân nhớ lại và trả lời câu hỏi của GV Tùy HS có thể là: - Chuyển động thẳng đều là chuyển động có tốc độ không đổi. - Chuyển động thẳng đều là chuyển động trên đường thẳng có vận tốc không đổi. - Chuyển động thẳng đều là chuyển động trên đường thẳng có vận tốc trung bình không đổi . - Một đại lượng có hướng và độ lớn thì gọi là đại lượng vectơ. Ví dụ: lực, vận tốc. Nhận thức được vấn đề của bài học. Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm vectơ độ dời. Phân biệt khái niệm độ dời và quãng đường đi được Mục tiêu: - Hiểu được về độ dời. - Phân biệt được độ dời và quãng đường đi được GV dùng hình vẽ 2.1 để giới thiệu khái niệm vectơ độ dời. - Tại sao nói độ dời là một đại lượng vectơ? Nếu sự giống và khác nhau giữa độ dời trong chuyển động cong và độ dời trong chuyển động thẳng? GV thông báo: là đại lượng vectơ nên độ dời có giá trị đại số, trong chuyển động thẳng, giá trị này được xác định bằng biểu thức: ∆x = x2 - x1 Trong đó x1, x2 lần lượt là tọa độ của các điểm M1, M2 trên trục Ox. - Giá trị đại số ∆x của vectơ độ dời có nói lên đầy đủ các yếu tố của vectơ độ dời không? GV nhận xét câu trả lời của HS, có thể dùng hình 2.2 để minh họa. Thông báo: Độ dời = Độ biến thiên tọa độ = Tọa độ cuối - Tọa độ đầu Độ lớn của độ dời có bằng quãng đường đi được của chất điểm không ? Hãy dùng ví dụ ở hình 2.2 để minh họa cho câu trả lời. Thông báo: chỉ trong trường hợp chất điểm chuyển động theo chiều dương của trục tọa độ thì độ dờ trùng với quãng đường đi được. M1 M2 M1M2 Vectơ độ dời trong chuyển động cong M2 M1 M1M2 Vectơ độ dời trong chuyển động thẳng Cá nhân trả lời: - Độ dời có hướng và độ lớn nên gọi là đại lượng vectơ. - Giống nhau: đều là vectơ có điểm đầu là vị trí của vật ở thời điểm t1 và điểm cuối là vị trí của vật ở thời điểm t2. - Khác nhau: chỉ trong chuyển động thẳng, vectơ độ dời mới nằm trên đường thẳng quỹ đạo. Dự kiến câu trả lời của HS: HS1: Giá trị đại số của vectơ độ dời chỉ cho biết độ lớn của nó. HS2: Giá trị đại số của vectơ độ dời chỉ cho biết độ lớn và chiều của nó (thông qua xác định dấu). HS3: Chỉ cần xác định giá trị đại số của vectơ độ dời là biết độ lớn và chiều của nó còn phương thì đã biết. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Cá nhân suy nghĩ, trả lời. Tiếp thu, ghi nhớ. Hoạt động 3. Xây dựng khái niệm đầy đủ về vận tốc trung bình Mục tiêu:Hiểu được về vận tốc trung bình và biểu thức tính tốc độ trung bình GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi C4. - Viết biểu thức tính vận tốc trung bình của một chất điểm? - Nếu xét chuyển động của chất điểm trong khoảng thời gian từ thời điểm t1 đến thời điển t2 thì vectơ vận tốc trung bình được viết như thế nào? - Có nhận xét gì về vectơ vận tốc trung bình? Thông báo: trong chuyển động thẳng vectơ vận tốc trung bình có phương trùng với đường thẳng quỹ đạo. Chọn trục tọa độ Ox trùng với đường thẵng quỹ đạo. - Viết biểu thức tính giá trị đại số tính vận tốc trung bình? - Khi xét chuyển động thẳng, nếu dựa vào giá trị đại số của vận tốc trung bình thì ta có thể biết được điều gì? Thông báo: như vậy ta có cách tính vận tốc trung bình của chuyển động thẳng: Vận tốc TB = Độ dời/Thời gian thực hiện độ dời Đơn vị của vận tốc trung bình là: m/s, km/h,… - Theo cách tính trên, hãy nêu ý nghĩa của khái niệm vận tốc trung bình của chất điểm? - Có thể đồng nhất khái niệm vận tốc trung bình ở trên có giống với tốc độ trung bình đã học ở THCS không? Viết lại biểu thức đó? Cá nhân trả lời: C4: Liên quan đến đại lượng vận tốc. Vận tốc trung bình: Trong đó là vectơ độ dời. Nhận xét: vectơ vận tốc trung bình có phương và chiều trùng với vectơ độ dời. Giá trị đại số của vận tốc trung bình: Trong đó x1, x2 là tọa độ của chất điểm tại các thời điểm t1, t2. - Nhìn vào giá trị trên có thể biết được độ lớn của vận tốc và biết được chất điểm đang chuyển động cùng chiều hay ngược với chiều dương của trục tọa độ đã chọn. - Ý nghĩa: nếu chất điểm giữ nguyên vận tốc bằng vận tốc trung bình thì trong khoảng thời gian ∆t đó nó sẽ đi được đoạn thẳng từ M1 đến M2. - Biểu thức tính tốc độ trung bình: Tốc độ TB = Quãng đường đi được / Khoảng thời gian đi Nếu chất điểm chỉ chuyển động theo chiều dương của trục tọa độ thì vận tốc trung bình có độ lớn bằng tốc độ trung bình Hoạt động 4. Tìm hiểu khái niệm vận tốc tức thời Mục tiêu: HS biết được vận tốc tức thời - Một xe ô tô chuyển động từ HN đến HP với vận tốc trung bình là 50km/h. Con số này có cho biết chính xác độ nhanh chậm của chuyển động tại một thời điểm nào đó trong quá trình chuyển động không? GV giới thiệu khái niệm Vận tốc tức thời và dùng hình vẽ 2.5 để cho HS thấy cách xác định biểu thức tính vận tốc tức thời. A tA M M’ B tB t t + ∆t ∆x - Nếu biểu thức tính vận tốc tức thời? Thông báo: Nếu ký hiệu vận tốc tức thời là , thì giá trị đại số của vận tốc tức thời của chuyển động thẳng được tính bằng biểu thức: v = ∆x/∆t (khi ∆t rất nhỏ) Nếu xét khoảng thời gian ∆t rất nhỏ thì độ dời ∆x của chất điểm trong khoảng thời gian đó có độ lớn bằng quãng đường ∆s nó đi được. Ta có: (khi ∆t rất nhỏ) = (khi ∆t rất nhỏ) - Nêu ý nghĩa của biểu thức trên. GV dùng hình vẽ 2.6 để thấy được vai trò của việc xác định vận tốc trong công tác dự báo thời tiết. Cá nhân đọc SGK, tìm hiểu khái niệm vận tốc tức thời. Vận tốc tức thời: (khi ∆t rất nhỏ) Trong đó là độ dời. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. - Biểu thức cho biết: trong chuyển động thẳng, khi ∆t rất nhỏ thì vận tốc tức thời có độ lớn bằng tốc độ tức thời. Hoạt động 5. Viết phương trình chuyển động thẳng đều. Vẽ đồ thị tọa độ, đồ thị vận tốc theo thời gian Mục tiêu: HS viết được phương trình chuyển động thẳng đều. Vẽ được đồ thị - Hãy dùng khái niệm độ dời để định nghĩa về chuyển động thẳng đều? Thông báo: Trong chuyển động thẳng đều, vận tốc trung bình có một giá trị không đổi duy nhất tại mọi thời điểm xảy ra chuyển động.  - So sánh giá tị của vận tốc tức thời và vận tốc trung bình của chuyển động thẳng đều? Ta có: vtt = vtb = = const - Nếu muốn biết tọa độ của chất điểm chuyển động thẳng đều tại thời điểm t bất kì ta phải làm thế nào ? GV giới thiệu cách xây dựng phương trình chuyển động thẳng đều: x = x0 + vt Trong đó x là tọa độ của chất điểm tại thời điểm t sau đó, xo là tọa độ tại thời điểm to = 0. Nhận thấy, tọa độ x là một hàm bậc nhất của thời gian t. - Vẽ đường biểu diễn phương trình chuyển động thẳng đều trên hệ trục tọa độ - thời gian. - Hãy xác định hệ số góc của đồ thị và nhận xét về biểu thức thu được? - Dựa vào đặc điểm vận tốc của chuyển động thẳng đều, hãy vẽ đồ thị vận tốc của chuyển động này? Thông báo: Đồ thị vận tốc theo thời gian là một đường thẳng song song với trục thời gian. Độ dời (x - x0) được tính bằng diện tích hình chữ nhật có một cạnh bằng v0 và một cạnh bằng t (hình vẽ). HS trả lời HS thảo luận để thống nhất câu trả lời: Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng, trong đó chất điểm thực hiện những độ dời bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau bất kỳ. - Vận tốc tức thời không đổi và bằng giá trị của vận tốc trung bình. HS có thể bế tắc Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. HS dựa vào những kiến thức đã học vẽ đồ thị của hàm bậc nhất để vẽ đường biểu diễn tọa độ theo thời gian. Hệ số góc : tanα = Nhận xét: trong chuyển động thẳng đều, vận tốc có giá trị bằng hệ số góc của đường biểu diễn của tọa độ theo thời gian. x0 O v > 0 t x x0 O v < 0 t x v0 O t t x Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Hoạt động 6. Củng cố - vận dụng - dặn dò GV nhận xét giờ học * Yêu cầu HS hoàn thành bài tập 4 tại lớp. (gợi ý: - Cần xác định độ dời tương ứng với thời gian thực hiện độ dời đó). Bài 4: a) 1,25m/s; 1,25m/s; 1m/s; 1m/s; 0,83m/s; 0,83m/s; 0,83m/s; 0,71m/s; 0,71m/s; 0,71m/s. b) Vận tốc trung bình trên cả quãng đường là 0,88m/s; giá trị trung bình của các vận tốc trung bình là 0,91m/s, lớn hơn vận tốc trung bình. * Yêu cầu học sinh làm bài tập 8 GV gợi ý: CHọn trục tọa độ. Viết phương trình chuyển động đều. Khi hai xe gặp nhau thì chúng có cùng tọa độ. - Về nhà học bài, làm bài tập cuối bài. - Các kiến thức về hệ tọa độ, hệ quy chiếu. - Đọc trước bài mới. - Chuẩn bị giấy kẻ ô li, thước kẻ. HS: Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập HS làm bài tại lớp