Giáo án Bài 3. Tổng quan về vật liệu cơ khí

Kích thích tò mò, giúp HS nhận ra rằng chọn vật liệu không chỉ dựa vào một tiêu chí như độ cứng.

GV đưa hai mẫu kim loại nguyên vẹn đã chuẩn bị, yêu cầu HS quan sát bề ngoài và đặt câu hỏi: "Nếu chỉ chọn vật liệu cứng nhất để làm mọi chi tiết máy thì có ổn không? Vì sao?". HS suy nghĩ cá nhân 1 phút, sau đó chia sẻ với bạn bên cạnh.

HS nêu được ý chính: cứng không đồng nghĩa với dai, một vật cứng vẫn có thể nứt vỡ khi va đập; ngoài độ cứng còn phải xét tải trọng, môi trường làm việc, công nghệ chế tạo và chi phí. GV ghi nhận các ý này lên bảng để dẫn vào bài.

Nêu và phân biệt được cơ tính, lí tính, hóa tính và tính công nghệ; mô tả đúng vai trò của từng nhóm.

Kĩ thuật mảnh ghép. Vòng 1: nhóm chuyên gia (4 nhóm, mỗi nhóm nghiên cứu một nội dung: Nhóm 1 cơ tính; Nhóm 2 lí tính; Nhóm 3 hóa tính; Nhóm 4 tính công nghệ). Nhiệm vụ: đọc mục Kiến thức trong bài và xem ví dụ trên NeoEdu, trả lời các câu hỏi trong Phiếu học tập số 1. Vòng 2: nhóm mảnh ghép (mỗi nhóm có đủ một chuyên gia từ bốn nhóm) trình bày để hoàn thiện bảng so sánh.

Bảng so sánh bốn nhóm tính chất do HS hoàn thành, nội dung chính:

• Cơ tính: đặc trưng ứng xử của vật liệu khi chịu lực, gồm bền, cứng, dẻo, dai.
• Lí tính: đặc trưng như khối lượng riêng, dẫn nhiệt, dẫn điện.
• Hóa tính: liên quan đến phản ứng và khả năng chống ăn mòn.
• Tính công nghệ: khả năng đúc, hàn, cắt gọt hoặc tạo hình, tức khả năng thích ứng với phương pháp chế tạo.
  Kết luận HS rút ra: bốn nhóm là các khía cạnh khác nhau, không đồng nghĩa; cứng thuộc cơ tính nhưng không đồng nghĩa với dai.

Giải thích được quy trình chọn vật liệu: xét yêu cầu bắt buộc trước, sau đó mới cân nhắc giá và khối lượng.

HS làm việc theo cặp đôi với Phiếu học tập số 2. GV nêu ví dụ vỏ thiết bị ngoài trời: phải xét ăn mòn và an toàn cách điện, không chọn chỉ vì nhẹ. HS sắp xếp bốn bước của quy trình và giải thích vì sao bước trước quyết định bước sau.

Quy trình đúng theo thứ tự: (1) Nêu tải và môi trường làm việc; (2) Loại vật liệu không đạt yêu cầu bắt buộc; (3) So các vật liệu đạt theo tiêu chí còn lại; (4) Ghi lựa chọn và giới hạn dữ liệu.
Kết luận HS rút ra: vật liệu nhẹ hay rẻ không được chọn nếu không đạt yêu cầu bắt buộc; bảng vật liệu cần ghi điều kiện và nguồn dữ liệu.

Củng cố phân biệt các khái niệm và vận dụng công thức $m=\rho V$ để tính khối lượng mẫu.

HS làm việc cặp đôi hoặc cá nhân với bốn câu hỏi trên trang bài tập tương tác NeoEdu hoặc trên bảng phụ: Câu 1 (trắc nghiệm mô tả cơ tính), Câu 2 (ghép khái niệm với vai trò), Câu 3 (đúng/sai về vật liệu cứng nhất), Câu 4 (tính toán khối lượng mẫu có thể tích $20\ \mathrm{cm^3}$, khối lượng riêng $2{,}7\ \mathrm{g/cm^3}$).

Đề và đáp án:

• Câu 1: Cơ tính là đặc trưng ứng xử của vật liệu khi chịu lực. Đáp án B.
• Câu 2: Cơ tính – đặc trưng ứng xử khi chịu lực; Lí tính – đặc trưng như khối lượng riêng, dẫn nhiệt và dẫn điện; Tính công nghệ – khả năng thích ứng với phương pháp chế tạo.
• Câu 3: Sai. Cần phù hợp đồng thời tải, va đập, môi trường, công nghệ và chi phí; cứng không thay thế mọi tiêu chí.
• Câu 4: $m=\rho V=2{,}7\times 20=54\ \mathrm{g}$. Đáp số: 54 g.

Vận dụng quy trình chọn vật liệu để lập kết luận và hồ sơ có căn cứ, nêu rõ giới hạn an toàn.

Tình huống: Vật liệu A nhẹ nhưng không đạt nhiệt độ sử dụng yêu cầu; vật liệu B nặng hơn và đạt mọi yêu cầu bắt buộc. Có thể chọn A để giảm khối lượng không? Đây là hồ sơ giả định, không yêu cầu thực hiện thao tác vật lí. HS trình bày kết luận, bằng chứng và giới hạn an toàn theo Phiếu học tập số 2.

Kết luận mẫu: Không chọn A trong điều kiện đã nêu, vì A không đạt giới hạn nhiệt độ là tiêu chí bắt buộc. B là ứng viên còn lại, sau đó tiếp tục xét giá và khả năng chế tạo. Giới hạn: dữ liệu là giả định; không đốt mẫu để kiểm tra; cần tài liệu kĩ thuật và xác nhận của người phụ trách trước khi quyết định.