Giáo án Bài 41. Biểu diễn lực

Nhận ra để biểu diễn một lực bằng mũi tên cần biết điểm đặt, phương chiều và độ lớn; nảy sinh nhu cầu tìm hiểu tỉ xích.

HS quan sát mô phỏng 3D: khối gỗ được kéo bằng lực 12 N, có mũi tên màu cam biểu diễn lực. GV đặt ba câu hỏi:

• Mũi tên bắt đầu từ đâu?
• Mũi tên chỉ về đâu?
• Chỉ nhìn độ dài mũi tên, có biết được lực lớn bao nhiêu không?

Dự kiến HS trả lời: gốc ở móc kéo trên khối gỗ (điểm đặt lực); hướng ngang sang phải; không biết được độ lớn nếu không biết mỗi đoạn ứng với bao nhiêu newton. Kết luận của HS: muốn biểu diễn đúng lực cần đủ gốc, hướng và tỉ xích.

Nêu được định nghĩa và đặc điểm của gốc mũi tên, hướng mũi tên và tỉ xích lực; liên hệ được với mô phỏng.

Sử dụng kĩ thuật mảnh ghép. Vòng chuyên gia: lớp chia 3 nhóm, mỗi nhóm nghiên cứu một khái niệm trong SGK và quan sát mô phỏng để điền Phiếu học tập số 1. Vòng mảnh ghép: nhóm mới gồm mỗi nhóm chuyên gia một thành viên, lần lượt trình bày khái niệm của mình cho nhau.
Câu hỏi trong Phiếu học tập số 1:

• Gốc mũi tên đặt ở đâu? Trong mô phỏng, gốc nằm ở đâu?
• Hướng mũi tên cho biết điều gì? Trong mô phỏng, hướng là gì?
• Tỉ xích lực quy định điều gì? Trong mô phỏng, mỗi vòng trắng biểu thị gì?

Bảng hoàn thành trong Phiếu học tập số 1:

• Gốc mũi tên: đặt tại điểm đặt lực trên vật; trong mô phỏng là móc kéo ở mặt bên phải khối gỗ.
• Hướng mũi tên: cho biết phương và chiều lực; trong mô phỏng là ngang, sang phải.
• Tỉ xích lực: quy định một độ dài ứng với một độ lớn lực; trong mô phỏng mỗi vòng trắng đánh dấu 1 cm.
  Kết luận HS rút ra: gốc ở vật, hướng cho phương chiều, tỉ xích cho độ lớn.

Giải thích được vì sao phải biết tỉ xích trước khi so sánh lực qua độ dài mũi tên; tính được độ dài mũi tên khi biết lực và tỉ xích.

HS quan sát mô phỏng khi kéo khối gỗ bằng 12 N với tỉ xích 1 cm ứng 4 N, sau đó kéo mạnh dần để thấy mũi tên dài thêm 1 cm cho mỗi 4 N.
Thảo luận cặp đôi: “Hai mũi tên cùng dài 2 cm. Nếu 1 cm ứng 2 N thì lực là bao nhiêu? Nếu 1 cm ứng 5 N thì lực là bao nhiêu? Hai lực này có bằng nhau không?”

• Lực kéo 12 N, tỉ xích 1 cm ứng 4 N: $12 : 4 = 3$ cm, mũi tên dài 3 cm, gồm ba đoạn.
• Mũi tên 2 cm, 1 cm ứng 2 N: lực $2 \times 2 = 4$ N.
• Mũi tên 2 cm, 1 cm ứng 5 N: lực $2 \times 5 = 10$ N.
  Kết luận: hai lực không bằng nhau; mũi tên cùng dài nhưng khác tỉ xích thì biểu diễn lực khác nhau. Chỉ so độ dài trực tiếp khi cùng tỉ xích; khác tỉ xích phải quy đổi ra newton.
  Độ dài hiển thị trên màn hình không phải centimet thật; chỉ dùng số đoạn và tỉ xích đã ghi.

Củng cố đặc điểm của gốc, hướng, tỉ xích và phân biệt được nhận định đúng, sai.

Thực hiện Phần A của Phiếu học tập số 2:

• Gốc mũi tên có đặc điểm nào? A. luôn đặt ở tâm Trái Đất; B. có thể đặt bất kì không liên quan vật; C. đặt tại điểm đặt lực trên vật.
• Hướng mũi tên có đặc điểm nào? A. cho biết phương và chiều lực; B. chỉ cho biết khối lượng; C. không liên quan chiều tác dụng.
• Ghép khái niệm với đặc điểm: gốc mũi tên, hướng mũi tên, tỉ xích lực.
• Nhận định “Mũi tên dài hơn luôn biểu diễn lực lớn hơn dù khác tỉ xích” là đúng hay sai? Vì sao?
• Chọn thuật ngữ phù hợp cho “quy định một độ dài ứng với một độ lớn lực”.

• Gốc mũi tên: C (đặt tại điểm đặt lực trên vật).
• Hướng mũi tên: A (cho biết phương và chiều lực).
• Ghép: gốc mũi tên – đặt tại điểm đặt lực trên vật; hướng mũi tên – cho biết phương và chiều lực; tỉ xích lực – quy định một độ dài ứng với một độ lớn lực.
• Nhận định trên: Sai, vì chỉ so độ dài trực tiếp khi cùng tỉ xích; khác tỉ xích phải quy đổi ra newton.
• Thuật ngữ: tỉ xích lực.

Vận dụng được quy đổi độ dài sang độ lớn lực; xác định được những yếu tố cần giữ và cần đổi khi thay đổi chiều lực.

Thực hiện Phần B của Phiếu học tập số 2:

• Mũi tên có ba đoạn bằng nhau, mỗi đoạn ứng 4 N. Lực là bao nhiêu N?
• Giữ độ dài ba đoạn nhưng đổi tỉ xích thành mỗi đoạn ứng 6 N. Độ lớn lực mới bằng bao nhiêu N?
• Giữ độ lớn 12 N và điểm đặt trong hình nhưng lực hướng sang trái. Nêu những gì cần đổi và giữ nguyên khi vẽ lại.

• Ba đoạn, mỗi đoạn 4 N: $3 \times 4 = 12$ N.
• Ba đoạn, mỗi đoạn 6 N: $3 \times 6 = 18$ N; cùng độ dài nhưng khác tỉ xích thì biểu diễn lực khác.
• Cần giữ: gốc tại điểm đặt trên vật, phương ngang, ba đoạn bằng nhau (mỗi đoạn 4 N, độ dài 3 cm). Cần đổi: chiều đầu mũi tên sang trái. Không chuyển gốc ra khỏi vật chỉ để đổi chiều.

Vận dụng tỉ xích để biểu diễn lực kéo trong tình huống thực tế; xác định đúng gốc, phương, chiều và độ dài mũi tên.

Tình huống: Một bạn kéo ngang chiếc xe đẩy trên sân trường về phía bên trái bằng lực 15 N. Chọn tỉ xích 1 cm ứng với 5 N. Hãy tính độ dài mũi tên và mô tả cách vẽ (gốc, phương, chiều).

Độ dài mũi tên: $15 : 5 = 3$ cm, gồm ba đoạn. Gốc đặt tại điểm tay kéo trên xe; phương ngang; chiều sang trái. Nếu chọn tỉ xích 1 cm ứng với 3 N thì mũi tên dài 5 cm: cùng một lực nhưng độ dài khác khi tỉ xích khác.