Giáo án Bài 14. Định luật 1 Newton

Huy động vốn hiểu biết về chuyển động của cơ thể khi xe thay đổi vận tốc; xác định vấn đề cần giải quyết trong bài.

GV chiếu hình ảnh xe ô tô đang chạy đều, phanh gấp và hành khách chúi về phía trước. HS trả lời câu hỏi: (1) Vì sao cơ thể hành khách chúi về phía trước khi xe phanh gấp? (2) Vì sao quả bóng đang lăn trên sân sẽ dừng lại sau một quãng đường? (3) Theo em, vật có cần lực để duy trì chuyển động không?

Các câu trả lời ban đầu của HS được ghi lên bảng, ví dụ: “Cơ thể tiếp tục chuyển động theo vận tốc cũ khi xe đã giảm tốc”; “Bóng dừng vì có ma sát với mặt sân”; “Theo em vật cần lực để chuyển động”. GV giữ lại các câu trả lời để đối chiếu cuối tiết.

Quan sát mô phỏng thí nghiệm máng nghiêng của Galilei, rút ra mối liên hệ giữa độ nghiêng máng 2 và quãng đường bi lăn, từ đó phát biểu được định luật 1 Newton và khái niệm hệ quy chiếu quán tính.

HS hoạt động theo nhóm 4 người, dùng mô phỏng 3D trên trang bài học NeoEdu và hoàn thành Phiếu học tập số 1. Các thao tác: (a) Thả bi từ độ cao h₀ = $20\ \mathrm{cm}$ với Máng 2 nghiêng 30°, quan sát bi có lên đúng mức h₀ không. (b) Hạ Máng 2 xuống 15°, 8°, 3°, ghi quãng đường bi lăn được trước khi đạt mức h₀. (c) Đặt Máng 2 nằm ngang ($\beta = 0^\circ$), không ma sát, quan sát chuyển động của bi. (d) Thêm ma sát, quan sát mức độ dừng của bi. Câu hỏi chung: Nếu bỏ qua ma sát, điều gì xảy ra với độ cao bi đạt được ở máng 2? Khi máng 2 nằm ngang, bi có dừng lại không và vận tốc của bi thay đổi thế nào?

Kết quả quan sát đúng với mô phỏng: với Máng 2 nghiêng 30°, bi lên đúng mức h₀; với 15°, 8°, 3°, bi lăn xa dần: $0{,}77\ \mathrm{m}$; $1{,}44\ \mathrm{m}$; $3{,}82\ \mathrm{m}$, vẫn đạt mức h₀; khi có ma sát, bi dừng thấp hơn mức cũ; khi Máng 2 nằm ngang và không ma sát, bi lăn mãi với tốc độ không đổi.
Kết luận HS rút ra: Khi hợp lực tác dụng lên vật bằng 0 thì vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều; vận tốc không cần lực duy trì. Định luật 1 Newton: Nếu hợp lực tác dụng lên vật bằng 0 thì vật đứng yên tiếp tục đứng yên, đang chuyển động tiếp tục chuyển động thẳng đều. Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu trong đó định luật 1 Newton nghiệm đúng.

Nêu được quán tính là xu hướng bảo toàn vận tốc và khối lượng là số đo mức quán tính; giải thích được các hiện tượng quán tính trong đời sống bằng phương pháp mảnh ghép.

Nhóm chuyên gia (mỗi nhóm 4 HS) được giao một thẻ tình huống: (1) Xe phanh gấp, hành khách chúi về trước. (2) Thắt dây an toàn khi đi ô tô. (3) Rũ bụi quần áo. (4) Tra cán búa: gõ đầu cán xuống nền cứng. Mỗi nhóm nghiên cứu thẻ, xác định vật nào có xu hướng giữ vận tốc, lực nào làm thay đổi vận tốc và giải thích hiện tượng. Sau đó, HS ghép thành nhóm mới gồm đủ 4 tình huống để trình bày cho nhau. Câu hỏi bổ sung: Vì sao vật có khối lượng lớn thì khó thay đổi vận tốc hơn? Vì sao quán tính không chỉ có ở vật đang chuyển động?

Kiến thức HS rút ra:

• Quán tính là xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn của mọi vật, kể cả vật đang đứng yên.
• Khối lượng là số đo mức quán tính: vật có khối lượng lớn hơn thì quán tính lớn hơn, khó thay đổi vận tốc hơn.
• Giải thích các hiện tượng: (1) Khi xe giảm tốc đột ngột, cơ thể hành khách có xu hướng giữ vận tốc cũ nên chúi về trước; dây an toàn tạo lực giúp cơ thể giảm tốc cùng xe. (2) Dây an toàn giữ người lại cùng xe khi xe phanh. (3) Khi rũ quần áo, quần áo chuyển động cùng tay, tay dừng đột ngột, bụi có xu hướng tiếp tục chuyển động và rơi khỏi vải. (4) Khi gõ đầu cán xuống nền, cán dừng đột ngột, đầu búa có xu hướng tiếp tục chuyển động nên ăn sâu vào cán.
  Quan niệm sai cần sửa: “Cần có lực để duy trì chuyển động” là sai theo định luật 1; “Quán tính chỉ có ở vật đang chuyển động” là sai vì mọi vật đều có quán tính.

Vận dụng định luật 1 Newton và khái niệm quán tính để trả lời trắc nghiệm, xác định đúng hay sai các mệnh đề và giải thích các tình huống đơn giản.

HS làm Phiếu học tập số 2 theo cặp đôi. Phần A làm trắc nghiệm nhanh (câu 1, 2, 6), phần B xác định đúng sai (câu 5), phần C thảo luận giải thích (câu 7, 8). Sau khi làm xong, mỗi cặp đối chiếu đáp án với GV và sửa lỗi nếu cần.

Đề và đáp án:

• Câu 1: Hợp lực bằng 0 trong hệ quán tính, vật đang chuyển động sẽ thế nào? A. Tự đổi hướng; B. Đi thẳng đều; C. Dừng ngay; D. Nhanh dần. Đáp án: B. Theo định luật 1 Newton, vật đi thẳng đều khi hợp lực bằng 0.
• Câu 2: Điều nào thể hiện quán tính? A. Người chúi về trước khi xe phanh; B. Nước sôi bay hơi; C. Kim loại dẫn điện; D. Nam châm hút sắt. Đáp án: A. Cơ thể có xu hướng giữ vận tốc cũ.
• Câu 5: Trong hệ quán tính: a) Vật đứng yên có thể chịu nhiều lực cân bằng: Đúng. b) Vật đi thẳng đều cần hợp lực khác 0: Sai. c) Hợp lực bằng 0 không nhất thiết vận tốc bằng 0: Đúng. d) Chuyển động tròn đều có vận tốc không đổi cả hướng: Sai, vì hướng vận tốc luôn thay đổi.
• Câu 6: Sách nằm yên trên bàn ngang chịu những lực chính nào? A. Trọng lực và lực đỡ cân bằng; B. Chỉ trọng lực; C. Chỉ lực đỡ; D. Trọng lực và phản lực của sách lên bàn. Đáp án: A. Hai lực này cùng đặt lên sách và cân bằng nhau; trọng lực và phản lực của sách lên bàn đặt lên hai vật khác nhau nên không phải cặp cân bằng.
• Câu 7: Vì sao xe đồ chơi thường dừng trên sàn dù có quán tính? Gợi ý đáp án: Xe chịu ma sát và lực cản không khí nên hợp lực theo phương chuyển động khác 0; quán tính không loại các lực này. Vận tốc giảm là phù hợp với định luật động lực học.
• Câu 8: Một vật đi thẳng đều 5 m/s. Có thể kết luận không có lực nào tác dụng không? Gợi ý đáp án: Không. Chỉ kết luận được hợp lực bằng 0. Ví dụ xe mô hình đi đều trên mặt ngang có lực kéo cân bằng lực cản, trọng lực cân bằng phản lực.

Vận dụng định luật 1 Newton và khái niệm quán tính để giải thích một hiện tượng thực tế mới; liên hệ với quy tắc an toàn khi tham gia giao thông.

Tình huống: Khi đi xe máy hoặc xe đạp, nếu đột ngột va vào vật cản thì người có thể bị văng về phía trước. HS trả lời: (1) Vì sao người ngồi trên xe có thể bị văng về phía trước khi xe dừng đột ngột? (2) Vì sao cần đội mũ bảo hiểm đúng cách và thắt dây an toàn khi đi ô tô? (3) Nêu một hiện tượng quán tính khác trong gia đình và giải thích.

Sản phẩm nhóm là một bảng ngắn gồm ba cột: tình huống, lực làm thay đổi vận tốc, giải thích theo quán tính. Ví dụ: (1) Người ngồi trên xe có xu hướng tiếp tục chuyển động theo vận tốc cũ khi xe dừng đột ngột nên bị văng về phía trước. (2) Mũ bảo hiểm và dây an toàn tạo lực giữ người cùng xe giảm tốc, làm giảm nguy cơ chấn thương. (3) Ví dụ HS nêu: khi lắc chai nước khi chưa đóng nắp, hoặc khi bút rơi ra khỏi túi khi xe rẽ gấp, giải thích bằng xu hướng giữ vận tốc của vật.