Giáo án Bài 7. Truyền và biến đổi chuyển động

Huy động kinh nghiệm thực tế về cách chuyển động được truyền từ bộ phận này sang bộ phận khác, từ đó xác định vấn đề cần tìm hiểu trong bài.

HS quan sát hình ảnh xe đạp và máy khâu, trả lời ba câu hỏi: (1) Khi đạp pê-đan, bánh sau quay nhờ bộ phận nào? (2) Khi quay tay quay máy khâu, kim lên xuống nhờ cơ cấu nào? (3) Vì sao có thể nói chuyển động đã được “truyền” hoặc “biến đổi”?

HS nêu được: bánh sau xe đạp quay nhờ xích truyền từ đĩa xích sang líp; máy khâu dùng cơ cấu tay quay–thanh lắc hoặc tay quay–con trượt để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động lên xuống hoặc qua lại; chuyển động được truyền từ bộ phận dẫn sang bị dẫn, còn được biến đổi thành dạng khác. GV ghi kết luận lên bảng: hai nội dung chính của bài là truyền chuyển động và biến đổi chuyển động.

Nêu được nguyên lí truyền chuyển động của đai, bánh răng và xích; giải thích được chiều quay của bánh răng ngoài ăn khớp trực tiếp và của đai hở.

Làm việc nhóm 4 theo kĩ thuật khăn trải bàn. Mỗi HS nghiên cứu một bộ truyền trong sách (đai, bánh răng, xích), quan sát mô hình tương ứng và điền Phiếu học tập số 1. Nhóm tổng hợp và kết luận chiều quay.
Câu hỏi GV đặt ra: (a) Đai truyền chuyển động nhờ yếu tố nào? (b) Vì sao hai bánh răng ngoài ăn khớp trực tiếp quay ngược chiều? (c) Đai hở thường quay cùng chiều hay ngược chiều?

Kiến thức HS rút ra:

• Đai truyền chuyển động qua ma sát giữa đai và bánh đai.
• Bánh răng truyền chuyển động qua ăn khớp trực tiếp giữa các răng.
• Xích truyền chuyển động qua ăn khớp giữa xích và đĩa xích.
• Hai bánh răng ngoài ăn khớp trực tiếp quay ngược chiều nhau; bộ truyền đai hở thường cùng chiều.
  Phiếu học tập số 1 hoàn chỉnh là sản phẩm của nhóm.

Vận dụng được công thức tỉ số truyền lí tưởng cho đai và cho bánh răng, xích; nêu được điều kiện áp dụng công thức và phân biệt được số răng với tốc độ quay.

Làm việc cặp đôi. GV trình chiếu ví dụ đã giải: bánh dẫn 48 răng quay 60 vòng/phút, bánh bị dẫn 16 răng, tính $n_2$; và đai dẫn có $D_1 = 100$ mm, $n_1 = 120$ vòng/phút, $D_2 = 200$ mm, tính $n_2$. HS làm Phiếu học tập số 2 gồm: (1) Viết công thức cho đai và cho bánh răng/xích. (2) Giải lại ví dụ. (3) Nêu điều kiện áp dụng công thức.
Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao bánh có nhiều răng hơn lại quay chậm hơn? Có thể thay số răng bằng đường kính để tính cho bánh răng không? Vì sao?

Kiến thức HS rút ra:

• Đai (không trượt): $n_1 \times D_1 = n_2 \times D_2$.
• Bánh răng, xích: $n_1 \times z_1 = n_2 \times z_2$, với $n$ là tốc độ quay, $D$ đường kính, $z$ số răng.
• Ví dụ: $n_2 = 60 \times 48 / 16 = 180$ vòng/phút; với đai: $n_2 = 120 \times 100 / 200 = 60$ vòng/phút.
• Công thức chỉ dùng trong mô hình lí tưởng không trượt; $n$ không phải số răng, không được thay số răng vào vị trí tốc độ quay.

Giải thích được nguyên lí biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến qua lại và thành lắc; nêu được yêu cầu an toàn khi kiểm tra cơ cấu bằng mô hình.

HS quan sát mô hình tay quay–con trượt và tay quay–thanh lắc (GV đã ngắt nguồn, quay tay chậm ở tay cầm). Cặp đôi trả lời: (1) Đầu vào chuyển động gì, đầu ra chuyển động gì? (2) Con trượt đi theo hướng nào khi tay quay tiếp tục quay? (3) Điểm nào cần tránh khi thao tác?

Kiến thức HS rút ra:

• Cơ cấu tay quay–con trượt biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến qua lại của con trượt.
• Cơ cấu tay quay–thanh lắc biến chuyển động quay thành chuyển động lắc.
• Khi kiểm tra: ngắt nguồn, quay tay chậm ở tay cầm, không chạm thanh nối và điểm kẹp khi máy chuyển động.

Củng cố nguyên lí truyền và biến đổi chuyển động, nhận biết đúng sai và các biện pháp an toàn.

HS làm bài tập 1, 2, 3, 4, 6 trong Phiếu học tập số 2 theo nhóm 4 (kĩ thuật mảnh ghép: mỗi HS làm một câu, sau đó chia sẻ trong nhóm). Các câu hỏi:
(1) Bánh răng ngoài ăn khớp trực tiếp có chiều quay quan hệ thế nào? A. Luôn không phụ thuộc ăn khớp; B. Ngược chiều; C. Luôn cùng chiều; D. Không thể quay.
(2) Cơ cấu nào biến quay thành tịnh tiến qua lại? A. Tay quay–con trượt; B. Hai bánh đai hở đơn thuần; C. Hai bánh răng tròn đơn thuần; D. Hai đĩa xích đơn thuần.
(3) Ghép bộ truyền với nguyên tắc nổi bật: Đai; Bánh răng; Xích với các nguyên tắc: ma sát với bánh đai; răng ăn khớp trực tiếp; xích ăn khớp với đĩa xích.
(4) Trong truyền đai có trượt, công thức lí tưởng luôn cho tốc độ thực chính xác tuyệt đối. Đúng hay sai?
(6) Chọn biện pháp an toàn với mô hình bộ truyền: A. Che/giữ xa điểm kẹp; B. Dừng và ngắt nguồn trước khi chỉnh; C. Chạm vào răng đang quay; D. Để tóc dài gần đai đang chuyển động.

Đề và đáp án:
(1) B. Ngược chiều: tại tiếp xúc, răng truyền lực khiến hai bánh ngoài quay ngược chiều.
(2) A. Tay quay–con trượt: con trượt chuyển động thẳng qua lại.
(3) Đai – ma sát với bánh đai; Bánh răng – răng ăn khớp trực tiếp; Xích – xích ăn khớp với đĩa xích.
(4) Sai: trượt làm quan hệ tốc độ thực khác mô hình lí tưởng, phải nêu giả thiết.
(6) A và B: điểm ăn khớp và đai có nguy cơ cuốn kẹp, kể cả mô hình chậm vẫn cần kiểm soát.

Vận dụng công thức để tính tốc độ bị dẫn và tốc độ bị dẫn ngược; mô tả được phép kiểm tra cơ cấu bằng mô hình an toàn.

HS làm bài tập 5, 7 và 8 trong Phiếu học tập số 2 theo cặp đôi.
(5) Bánh dẫn 30 răng quay 120 vòng/phút, bánh bị dẫn 60 răng. Tốc độ bị dẫn lí tưởng bao nhiêu vòng/phút?
(7) Bánh dẫn 20 răng, bánh bị dẫn 40 răng. Muốn bánh bị dẫn quay 90 vòng/phút thì bánh dẫn phải quay bao nhiêu theo mô hình?
(8) Mô tả một phép kiểm tra cơ cấu tay quay–con trượt bằng mô hình an toàn, không chế máy.
Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao không nên lấy 90 chia 2 rồi kết luận ngay? Điều kiện nào cần kiểm tra trước khi quay tay?

Đề và đáp án:
(5) $120 \times 30 = n_2 \times 60$, suy ra $n_2 = 60$ vòng/phút.
(7) $n_1 \times 20 = 90 \times 40$, suy ra $n_1 = 180$ vòng/phút. Bánh bị dẫn có nhiều răng gấp 2 nên quay chậm bằng nửa; không nhầm $90/2 = 45$ cho bánh dẫn.
(8) Mẫu đáp án: dùng bộ mô hình đã được GV chuẩn bị, ngắt nguồn, quay tay chậm ở tay cầm; quan sát con trượt đi thẳng rồi trở lại khi tay quay tiếp tục; ghi dạng đầu vào là quay và đầu ra là qua lại; không chạm thanh nối hoặc điểm kẹp khi chuyển động. (Thang điểm gợi ý: 0,5 điểm nêu đúng hai dạng chuyển động; 0,5 điểm nêu đúng biện pháp kiểm soát nguy cơ; chấp nhận cách diễn đạt khác nếu đúng dữ kiện và an toàn.)

Vận dụng kiến thức về truyền và biến đổi chuyển động để nhận biết, mô tả bộ truyền trong đồ vật quen thuộc và thực hiện nhiệm vụ trong phạm vi an toàn.

Nhiệm vụ trên lớp: mỗi nhóm chọn một đồ vật (xe đạp, máy khâu, máy xay hoặc đồ chơi cơ khí) trong tranh hoặc đồ vật thật do GV cung cấp; xác định bộ truyền (đai, bánh răng hoặc xích) và cơ cấu biến đổi chuyển động (nếu có); vẽ sơ đồ mũi tên chiều quay.
Nhiệm vụ về nhà: quan sát xe đạp hoặc máy móc gia đình khi đã tắt nguồn, đếm số răng đĩa xích và líp (nếu có), nêu nhận xét về tốc độ quay của bánh sau so với đĩa xích và lập luận bằng công thức.

Sản phẩm nhóm: sơ đồ bộ truyền (ví dụ xe đạp: đĩa xích $\to$ xích $\to$ líp $\to$ bánh sau, ghi chiều quay từng bộ phận); nêu được dạng truyền động (xích ăn khớp với đĩa xích) và nhận xét về tốc độ quay dựa trên số răng. Sản phẩm về nhà: bảng số liệu quan sát và bài giải ngắn có công thức $n_1 \times z_1 = n_2 \times z_2$.