Giáo án Bài 7. Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian

Kích hoạt kiến thức về chuyển động thẳng và tạo tình huống để HS nhận ra đồ thị d–t là gì; xác định nhiệm vụ học tập của bài.

HS quan sát mô phỏng xe chạy đều 0,1 m/s trên ray, bút ghi vẽ nét mực lên băng giấy chạy đều. HS trả lời câu hỏi: (1) Nét mực trên băng giấy là gì về mặt vật lí? (2) Nếu xe chạy đều thì nét mực có dạng gì? (3) Nét mực có phải là quỹ đạo của xe không, vì sao?

HS nêu được: nét mực là đồ thị độ dịch chuyển – thời gian (d–t) vì băng giấy chạy đều theo thời gian và trục ngang là thời gian (mỗi vạch 1 s); xe chạy đều nên nét mực là đường thẳng; nét mực không phải quỹ đạo vì xe chỉ đi trên một đường thẳng, còn đồ thị thể hiện quan hệ giữa độ dịch chuyển và thời gian. Từ đó HS xác định nhiệm vụ: vẽ được đồ thị d–t, tìm vận tốc từ độ dốc và mô tả chuyển động qua dạng đồ thị.

Vẽ được đồ thị d–t từ bảng số liệu; giải thích được độ dốc bằng vận tốc và tính được vận tốc từ đồ thị.

Nhiệm vụ 1: HS vẽ đồ thị d–t của xe từ bảng số liệu: (t = 1 s; d = 2 m) và (t = 4 s; d = 14 m), nối hai điểm bằng đoạn thẳng, ghi đơn vị trên hai trục. Nhiệm vụ 2: HS tính độ dốc của đoạn thẳng theo công thức $v=\dfrac{\Delta d}{\Delta t}$ và so sánh với kết quả quan sát trên mô phỏng xe chạy đều 0,1 m/s (độ dốc $0{,}8$ m / $8$ s). Nhiệm vụ 3: Thảo luận cặp đôi: vì sao độ dốc của đồ thị là vận tốc? Điều kiện nối các điểm bằng đoạn thẳng là gì?

Đồ thị là đoạn thẳng đi qua hai điểm (1 s; 2 m) và (4 s; 14 m), trục ngang ghi t/s, trục đứng ghi d/m. Vận tốc: $v=\dfrac{14-2}{4-1}=4$ m/s. Kết luận HS rút ra: độ dốc của đoạn thẳng trên đồ thị d–t bằng vận tốc (tỉ số độ biến thiên độ dịch chuyển trên độ biến thiên thời gian); đồ thị càng dốc thì vận tốc càng lớn; chỉ nối đoạn thẳng khi vận tốc từng đoạn không đổi. Với mô phỏng xe 0,1 m/s: độ dốc $0{,}8$ m / $8$ s = $0{,}1$ m/s.

Mô tả được chuyển động qua dạng đồ thị: đoạn dốc lên, đoạn nằm ngang, đoạn dốc xuống; tính được quãng đường và độ dịch chuyển từ đồ thị.

HS làm việc theo nhóm 4 với Phiếu học tập số 1. Nhóm vẽ đồ thị d–t từ bảng số liệu (t/s; d/m): (0; 0), (2; 6), (4; 6), (6; 2), nối từng đoạn bằng đoạn thẳng. Nhóm tính vận tốc từng đoạn, tính quãng đường tổng và độ dịch chuyển. Sau đó, GV chiếu mô phỏng: xe chạy 0,15 m/s rồi 0,05 m/s, dừng 3 s, rồi chạy ngược lại; HS nhận xét dạng đồ thị.

Vận tốc ba đoạn: đoạn 0–2 s: $v=\dfrac{6-0}{2-0}=3$ m/s; đoạn 2–4 s: $v=0$ (đứng yên); đoạn 4–6 s: $v=\dfrac{2-6}{6-4}=-2$ m/s (chuyển động theo chiều âm). Quãng đường tổng: $6+0+4=10$ m. Độ dịch chuyển: $2-0=2$ m. Mô tả đồ thị: đoạn dốc hơn ứng với chuyển động nhanh hơn (0,15 m/s nhanh hơn 0,05 m/s); đoạn nằm ngang là đứng yên, không phải chuyển động đều khác 0; đoạn dốc xuống là chuyển động ngược chiều dương; đồ thị không phải quỹ đạo.

Vận dụng công thức $v=\dfrac{\Delta d}{\Delta t}$ để tính vận tốc, tính độ dịch chuyển khi chuyển động đều.

HS làm bài tập 1 đến 4 của bài (dùng đoạn đồ thị và bài toán chuyển động đều). Bài 1: đoạn nối (1 s; 2 m) và (4 s; 14 m), tính vận tốc. Bài 2: đoạn nối (2 s; 8 m) đến (6 s; 0 m), tính vận tốc. Bài 3: toạ độ không đổi 5 m trong 3 s, tính quãng đường. Bài 4: xe đi đều $v=-3$ m/s từ $d=8$ m trong 2 s, tính toạ độ cuối. HS làm cá nhân 4 phút, sau đó đổi chéo vở kiểm tra.

Bài 1: $v=\dfrac{14-2}{4-1}=4$ m/s. Bài 2: $v=\dfrac{0-8}{6-2}=-2$ m/s. Bài 3: quãng đường 0 m (toạ độ không đổi, vật đứng yên). Bài 4: $d=8+(-3)\times 2=2$ m. HS rút ra: vận tốc âm nghĩa là chuyển động theo chiều âm; đứng yên thì quãng đường bằng 0.

Phân biệt được ý nghĩa đoạn nằm ngang, cùng vận tốc, và bài toán hai xe gặp nhau qua đồ thị d–t.

HS làm Phiếu học tập số 2: câu 5 (đoạn đồ thị nằm ngang cho biết gì), câu 6 (đúng sai theo bảng t = 0, 2, 4, 6 s; d = 0, 6, 6, 2 m), câu 7 (hai đồ thị d–t thẳng song song biểu thị gì), câu 8 (xe 1 có $d_1=2t$, xe 2 có $d_2=12-t$: tìm thời điểm và vị trí gặp nhau).

Câu 5: A (vận tốc bằng 0, vì độ dốc bằng 0; đồ thị không phải quỹ đạo). Câu 6: a) Đ; b) Đ; c) S (quãng đường là 10 m, độ dịch chuyển là 2 m); d) Đ (vận tốc trung bình $\dfrac{2}{6}=\dfrac{1}{3}$ m/s). Câu 7: C (song song nghĩa là cùng độ dốc, cùng vận tốc). Câu 8: hai xe gặp nhau khi có cùng toạ độ tại cùng thời điểm, tức giao điểm hai đồ thị: $2t=12-t$, suy ra $t=4$ s, vị trí $d=8$ m. Gợi ý chấm: dùng chung hệ quy chiếu, điều kiện gặp, giải t, tìm vị trí.

Vận dụng đồ thị d–t để mô tả hành trình thực tế (xe đi lại, chạy bộ) và rút ra vận tốc từng đoạn.

GV đưa tình huống: một bạn chạy bộ trên đường thẳng, ghi lại dữ liệu (t/s; d/m): (0; 0), (4; 12), (8; 12), (12; 0). HS vẽ đồ thị d–t, tính vận tốc từng đoạn, mô tả hành trình (đi, dừng, quay lại) và giải thích vì sao ứng dụng GPS trên xe cũng dùng đồ thị d–t để phân tích hành trình.

Đồ thị gồm ba đoạn: đoạn 1 dốc lên, $v=\dfrac{12-0}{4-0}=3$ m/s; đoạn 2 nằm ngang, $v=0$ (dừng 4 s); đoạn 3 dốc xuống, $v=\dfrac{0-12}{12-8}=-3$ m/s (quay về điểm xuất phát). Mô tả: bạn chạy ra xa 12 m, dừng lại, rồi chạy về. Quãng đường tổng là 24 m; độ dịch chuyển cuối là 0 m. HS nêu được ứng dụng GPS: đồ thị cho biết xe đi nhanh hay chậm, dừng khi nào và đổi chiều khi nào.