Giáo án Vật Lí 10 (Chân trời sáng tạo) - Bài 6: Thực hành đo tốc độ của vật chuyển động

Ngày soạn://
Ngày dạy://
BÀI 6. THỰC HÀNH ĐO TỐC ĐỘ CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG THẲNG (2 tiết)
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức: 
Nắm được các phương pháp đo tốc độ thông dụng.
Thiết kế và thực hiện thí nghiệm đo tốc độ.
2. Năng lực
- Năng lực chung: 
Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: Vận dụng một cách linh hoạt những kiến thức, kĩ năng đã học về vận tốc, tốc độ để giải quyết vấn đề.
Năng lực giao tiếp và hợp tác: Biết sử dụng ngôn ngữ kết hợp với hình ảnh để trình bày thông tin, ý tưởng và thảo luận những vấn đề của bài học. Biết chủ động và gương mẫu hoàn thành phần việc được giao, góp ý điều chỉnh thúc đẩy hoạt động chung; có tinh thần tôn trọng ý kiến bạn học, khiêm tốn học hỏi các thành viên trong nhóm.
- Năng lực môn vật lí: 
Nhận thức vật lí: Mô tả được một vài phương pháp đo tốc độ thông dụng và đánh giá được ưu – nhược điểm của mỗi phương pháp đo.
Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí: Thảo luận để thiết kế và thực hiện phương án đo tốc độ tức thời của một vật bằng dụng cụ thực hành.
3. Phẩm chất: 
+ Trách nhiệm, chăm chỉ và trung thực.
+ Tích cực tìm tòi sáng tạo trong học tập, có ý thức vượt qua khó khăn để đạt kết quả tốt trong học tập. 
II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
1. Đối với giáo viên: 
SGK, SGV, Giáo án.
Tranh vẽ, hình ảnh minh họa có liên quan đến bài học. 
Máy tính, máy chiếu (nếu có).
2. Đối với học sinh: 
Sách giáo khoa
Tranh ảnh, tư liệu sưu tầm liên quan đến bài học và dụng cụ học tập (nếu cần) theo yêu cầu của GV.
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 
A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG
a. Mục tiêu: Kích thích sự hứng thú, tò mò cho HS trước khi vào bài học mới.
b. Nội dung: GV chiếu hình ảnh cho HS quan sát, rồi đưa ra câu hỏi yêu cầu HS trả lời.
c. Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS.
d. Tổ chức thực hiện:
Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV chiếu hình ảnh sau và đặt câu hỏi: Kim đồng hồ ở phía bên trái đang cho ta biết điều gì? Nêu công dụng của nó? 
Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS quan sát, thoải mái chia sẻ, đưa ra suy nghĩ về câu trả lời.
Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận
- GV mời một bạn HS đứng dậy trả lời câu hỏi.
( TL: 
+ Kim đồng hồ ở phía bên trái chiếc xe máy cho ta biết, tốc độ tại thời điểm hiện tại của xe máy là 55km/h. 
+ Kim đồng hồ này có tác dụng là biểu diễn giá trị tốc độ tức thời của chiếc xe máy, cho biết chuyển động của xe máy là nhanh hay chậm tại một thời điểm xác định.)
Bước 4. Đánh giá kết quả hoạt động, thảo luận
- GV nhận xét câu trả lời của HS.
- GV dẫn dắt vào bài học: Muốn biết chuyển động của một vật là nhanh hay chậm tại thời điểm nào đó, ta cần đo tốc độ tức thời của vật đó. Trong thực tiễn có một số phương pháp thông dụng để đo tốc độ tức thời của chuyển động. Đó là những phương pháp nào, ưu – nhược điểm của chúng ra sao? Chúng ta cùng đi tìm hiểu nhé. Bài 6. Thực hành đo tốc độ của vật chuyển động thẳng. 
B. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC
Hoạt động 1. Thí nghiệm đo tốc độ.
a. Mục tiêu: Đo được tốc độ tức thời của chuyển động
b. Nội dung: HS kết hợp đọc SGK và thảo luận nhóm để thiết kế phương án thí nghiệm đo tốc độ và trả lời câu hỏi dưới sự hướng dẫn của GV.
c. Sản phẩm học tập: HS thiết kế được phương án và thực hiện thí nghiệm đo tốc độ. 
d. Tổ chức thực hiện :
HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN VÀ HS
DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu cách thiết kế phương án thí nghiệm.
Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV giới thiệu thêm về phương pháp đo tốc độ có sử dụng thiết bị là cổng quang điện: Có rất nhiều thiết bị được dùng để đo tốc độ của vật chuyển động. Phần này chúng ta sẽ đi tìm hiểu phương pháp đo tốc độ của vật chuyển động trong phòng thí nghiệm thông qua thiết bị là cổng quang điện để đo thời gian.. 
- GV giới thiệu bộ dụng cụ thực hành về chuyển động sẽ dùng. 
- GV đặc biệt giới thiệu về cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số. (Trang 38 SGK)
+ GV trực tiếp đưa đồng hồ đo thời gian hiện số ra trước lớp để HS quan sát và yêu cầu HS trả lời câu hỏi Thảo luận 1 SGK: Tìm hiểu thang đo thời gian và chức năng của các chế độ đo (MODE) trên đồng hồ đo thời gian hiện số (Tương tự như hình 6.1)
Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu cách tiến hành làm thí nghiệm.
- GV chia lớp thành 4 nhóm, giao cho mỗi nhóm 1 bộ dụng cụ và yêu cầu mỗi nhóm thảo luận để thiết kế phương án thí nghiệm đo tốc độ tức thời của viên bi tại vị trí cổng quang điện A (hoặc B).
- Các nhóm HS sau khi nhận dụng cụ xong sẽ hội ý, thảo luận thiết kế phương án. 
+ HS có thể đưa ra nhiều phương án, cuối cùng GV chọn phương án hợp lí nhất.
- HS đọc thông tin SGK để tiến hành thao tác làm thí nghiệm (Trang 37, SGK). 
+ HS thực hiện thao tác đo 5 lần, sau mỗi lần đo, phải nhấn nút RESET rồi mới thực hiện lần đo mới.
- HS ghi chép và xử lí số liệu đo được để hoàn thành bảng 6.1, 6.2 tráng 37 SGK. 
Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS quan sát hình ảnh kết hợp với thiết bị thực có, đọc thông tin SGK, trả lời câu hỏi và thực hiện thí nghiệm cũng như xử lí được số liệu đo được.
- GV quan sát quá trình HS thực hiện, hỗ trợ khi HS cần.
Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận
- Kết thúc thí nghiệm, 4 nhóm nộp lại kết quả cho GV.
- GV mời đại diện nhóm 1 và nhóm 2 lên trình bày kết quả thí nghiệm trước lớp.
- Các nhóm còn lại nhận xét, đánh giá, bổ sung
Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện
- GV đánh giá, nhận xét, kết luận, chuyển sang nội dung mới.
1. Thiết kế phương án thí nghiệm đo tốc độ.
a. Dụng cụ thí nghiệm
- Đồng hồ đo thời gian hiện số, có sai số dụng cụ 0,001s.(Hình 6.1) (1)
- Máng định hướng thẳng dài khoảng 1m có đoạn dốc nghiêng (độ dốc không đổi) và đoạn nằm ngang (2)
- Viên bi thép (3)
- Thước đo dộ có gắn dây dọi (4)
- Thước thẳng độ chia nhỏ nhất là 1mm (5)
- Nam châm điện (6)
- Hai cổng quang điện (7)
- Công tắc điện (8)
- Giá đỡ (9)
- Thước kẹp (10)
Trả lời:
- Thang đo: có 2 thang đo, có ghi giới hạn đo (GHĐ) và độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) của đồng hồ tương ứng là: 9,999 s – 0,001 s và 99,99 s – 0,01 s.
- MODE: Núm này dùng để chọn chế độ làm việc của đồng hồ. 
+ MODE A và B: để đo thời gian vật chắn cổng quang điện A hoặc cổng quang điện B 
+ MODE A + B: để đo tổng thời gian vật chắn cổng quang điện A và cổng quang điện B
+ A ↔ B để đo khoảng thời gian từ lúc vật bắt đầu chắn cổng quang điện A đến thời điểm vật bắt đầu chắn cổng quang điện B. 
+ MODE T: Trong chương trình THPT, ta không dùng đến chế độ này. 
b. Tiến hành làm thí nghiệm
- Thiết kế phương án:
Bước 1: Bố trí thí nghiệm như sau (theo gợi ý SGK).
Bước 2: Xác định được đường kính d của viên bi.
Bước 3: Chọn thang đo 9,999 s – 0,001 s.
Bước 4: Chọn chế dộ đo MODE A hoặc MODE B.
Bước 5: Đưa viên bi lại gần nam châm điện sao cho viên bi hút vào nam châm. Ngắt công tắc điện để viên bi bắt đầu chuyển động xuống đoạn dốc nghiêng và đi qua cổng quang điện cần đo thời gian.
Bước 6: Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua cổng quang điện A hoặc cổng quang điện B.
Bước 7: Sử dụng công thức v=dt ta sẽ xác định được tốc độ tức thời  của viên bi.
Xử lí số liệu để hoàn thành bảng:
*Bảng 6.1
+ Đường kính trung bình là :
d=d1+d2+d3+d4+d55
= 2,02+2,01+2,01+2,01+2,025=2,014
+ Sai số trong mỗi lần đo:
∆d1 = 2,02-2,014=0,006
∆d2 =2,01-2,014=0,004
∆d3 =2,01-2,014=0,004
∆d4 =2,01-2,014=0,004
∆d5 =2,02-2,014=0,006
+ Sai số tuyệt đối trung bình trong 5 lần đo: 
∆d=0,006+0,004+0,004+0,004+0,0065
=0,005
 Sai số ∆d=∆d+ ∆ddc
= 0,005+0,005 = 0,01
*Bảng 6.2
+ Thời gian trung bình: 
t=0,044+0,045+0,045+0,044+0,0445
=0,0444
+ Sai số trong mỗi lần đo:
∆t1 = 0,044-0,0444=0,0004
∆t2 =0,045-0,0444=0,0006
∆t3 =0,045-0,0444=0,0006
∆t4 =0,044-0,0444=0,0004
∆t5 =0,044-0,0444=0,0004
+Sai số tuyệt đối trung bình trong 5 lần đo:
∆t=0,0004+0,0006+0,0006+0,0004+0,00045
=0,0001
+ Sai số ∆t=∆t+ ∆tdc
= 0,0001+0,0005 = 0,0006
+v= dt = 2,0140,0444=45,36
+ Sai số ∆v=v.∆dd+∆tt
 =45,36.0,012,014+0,00060,0444=0,84
Hoạt động 2. Một số phương pháp đo tốc độ.
a. Mục tiêu: Biết một số phương pháp đo tốc độ, ưu và nhược điểm của từng phương pháp.
b. Nội dung: GV giảng giải phân tích kiến thức kết hợp HS tìm hiểu thông tin SGK để đáp ứng mục tiêu học tập.
c. Sản phẩm học tập: HS trình bày được các phương pháp đo, đánh giá được ưu – nhược điểm của từng phương pháp. 
d. Tổ chức thực hiện :
HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN VÀ HS
DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV tổ chức cho HS làm việc nhóm theo kĩ thuật khăn trải bàn. 
+ 4 nhóm sẽ được phân chia thành 4 khu vực
+ 4 HS của mỗi nhóm sẽ được chỉ định ngồi ở 4 góc bàn. (hoặc mỗi góc bàn sẽ có 2 HS ngồi cùng nhau nếu lớp có đông HS).
+ Mỗi HS (hoặc 1 cặp HS) sẽ tự suy nghĩ và ghi câu trả lời về câu hỏi thảo luận ra giấy. Sau đó, các thành viên của nhóm sẽ thảo luận để đi đến ý kiến thống nhất, ghi vào tờ A4. 
- GV chiếu hình 6.3, yêu cầu 4 nhóm HS sẽ thảo luận câu 3 SGK: Em hãy quan sát hình 6.3 và tìm hiểu trình bày phương pháp đo tốc độ trung bình và tốc độ tức thời dựa vào những thiết bị trên. Đánh giá ưu – nhược điểm của mỗi phương pháp đo. 
Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS thực hiện theo sự chỉ định của GV.
- HS tham khảo thông tin SGK để đưa ra ý kiến riêng của mình.
- HS tích cực đưa ra các ý kiến nhằm xây dựng ý kiến chung cho toàn nhóm.
Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận
- GV sẽ thu lại sản phẩm của các nhóm ( Tờ giấy A4 là ý kiến thảo luận thống nhất của mỗi nhóm) rồi treo vào 4 vị trí khác nhau trong phòng học. (Kĩ thuật phòng tranh)
- GV mời đại diện của mỗi nhóm trình bày câu trả lời của nhóm. 
- Những HS còn lại sẽ quan sát, theo dõi, nhận xét, đặt câu hỏi cho nhóm bạn. 
Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện
- GV đánh giá, nhận xét, kết luận, chuyển sang nội dung luyện tập.
II. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ.
Trả lời:
Phương pháp đo tốc độ của các thiết bị:
* Đồng hồ bấm giây: 
- Mục đích sử dụng: Thường được kết hợp với thước để đo tốc độ trung bình của vật chuyển động. Tốc độ trung bình của vật được đo thông qua quãng đường vật đi được thông qua khoảng thời gian hiển thị trên đồng hồ.
- Ứng dụng: Đo tốc độ chạy trong lớp thể dục, đo tốc độ rơi tự do từ một độ cao xác định. 
- Ưu điểm: Nhanh, đơn giản, dễ thực hiện.
- Nhược điểm: Kém chính xác do phụ thuộc vào phản xạ của người bấm đồng hồ. 
* Cổng quang điện: 
- Mục đích sử dụng: Thường sẽ được sử dụng kết hợp với thước và đồng hồ đo thời gian hiện số. Có thể xác định được tốc độ tức thời hoặc tốc độ trung bình của vật. Tùy vào cách bố trí thí nghiệm mà ta có thể xác định giá trị tốc độ tức thời hay tốc độ trung bình tương ứng. 
- Ứng dụng: Đo tốc độ tức thời hoặc tốc độ trung bình của vật chuyển động trong phòng thí nghiệm.
- Ưu điểm: Kết quả chính xác hơn do không phụ thuộc vào người thực hiện.
- Nhược điểm: Lắp đặt phức tạp, chỉ đo được những vật có kích thước phù hợp để có thể đi qua được cổng quang điện. 
* Súng bắn tốc độ: 
- Mục đích sử dụng: Người ta sử dụng sóng âm đối với máy bắn tốc độ. Phương pháp đo tốc độ dựa trên sự chênh lệch tần số sóng phát ra và sóng phản xạ quay về máy trong khoảng thời gian ngắn (đến nano giây) để đo tốc độ tức thời của phương tiện. 
- Ứng dụng: Thường được cảnh sát giao thông sử dụng trong việc kiểm soát tốc độ của các phương tiện giao thông khi di chuyển trên đường. 
- Ưu điểm: Đo trực tiếp tốc độ tức thời với độ chính xác cao.
- Nhược điểm: Giá thành cao.
C. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG
a. Mục tiêu: Giúp HS hệ thống lại kiến thức đã học và vận dụng kiến thức để áp dụng vào thực tiễn cuộc sống.
b. Nội dung: GV chiếu câu hỏi, HS suy nghĩ, trả lời.
c. Sản phẩm học tập: HS trả lời được câu hỏi thiết kế được phương án đo tốc độ trung bình của chuyển động. Đồng thời hiểu được nguyên tắc hoạt động của tốc kế ô tô, xe máy. 
d. Tổ chức thực hiện :
Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV trình chiếu lần lượt các câu hỏi, yêu cầu HS trả lời:
Câu 1: Dựa vào bộ dụng cụ thí nghiệm được gợi ý trong bài, thảo luận để thiết kế phương án tốt nhất để xác định tốc độ trung bình của viên bi khi viên bi di chuyển từ cổng quang điện A đến cổng quang điện B. 
Câu 2. Em hãy tìm hiểu nguyên tắc đo tốc độ tức thời của tốc kế ô tô hoặc xe máy. 
Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS thảo luận, suy nghĩ trả lòi câu hỏi GV đưa ra.
Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận
- HS tiếp nhận câu hỏi, suy nghĩ và trả lời.
- HS trả lời trước lớp câu 1, về nhà suy nghĩ trả lời câu 2 để đầu giờ tiết sau trả bài cho GV.
C1. Để xác định tốc độ trung bình của viên bi khi viên bi di chuyển từ cổng quang điện A đến cổng quang điện B, ta làm như sau:
Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình 6.2 SGK. Điều chỉnh đoạn nằm ngang của máng sao cho thước đo độ chỉ giá trị 00. Cố định nam châm điện và cổng quang điện A (đặt cách chân dốc nghiêng của máng một khoảng 20cm). Vị trí cổng quang điện B chọn tùy ý (ví dụ có thể chọn cổng quang điện B cách cổng quang điện A một đoạn 40cm hoặc 50cm).
Bước 2: Chọn MODE A ↔ B để đo khoảng thời gian viên bi từ A tới B. 
Bước 3: Đưa viên bi lại gần nam châm điện sao cho viên bi hút gần nam châm. Ngắt công tắc điện để viên bi bắt đầu chuyển động xuống đoạn dốc nghiêng và đi qua hai cổng quang điện.
Bước 4: Ghi nhận giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ đo và đọc khoảng cách giữa hai cổng quang điện A và B (cũng chính là quãng đường mà viên bi chuyển động). Thực hiện đo thời gian 3 lần ứng với mỗi giá trị quãng đường và điền vào bảng số liệu dưới đây. 
Quãng đường
S(cm)
Thời gian t(s)
Sai số ∆t(s)
Tốc độ trung bình
vtb=st
Sai số ∆v(cm/s)
Lần 1
Lần 2
Lần 3
Trung bình t(s)
C2. Nguyên tắc hoạt động của tốc kế gắn trên ô tô, xe máy dựa trên tốc độ vòng quay của hộp số thông qua cáp chủ động để xác định tốc độ tức thời của xe. 
+ Khi động cơ hoạt động, trục truyền động quay làm cho bánh xe quay tròn. Đồng thời làm quay cáp đồng hồ tốc độ.
+ Chuyển động quay của cáp kéo theo chuyển động quay liên tục của nam châm vĩnh cửu bên trong cốc tốc độ theo cùng một chiều với cùng tốc độ quay của cáp.
+ Nam châm quay làm sinh ra dòng điện trong cốc tốc độ. 
+ Dòng điện làm cốc tốc độ quay cùng chiều quay của nam châm và bắt kịp với tốc độ quay của nam châm. (nam châm và cốc tốc độ không liên kết với nhau, khoảng giữa nam châm và cốc tốc độ là không khí)
+ Các lò xo xoắn siết chặt giúp hạn chế sự quay của cốc tốc độ, để nó chỉ có thể quay một chút. 
+ Khi cốc tốc độ quay, nó làm quay kim chỉ trên mặt đồng hồ đo tốc độ.
Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện
- GV đánh giá, nhận xét, kết thúc bài học.
*Hướng dẫn về nhà:
Ôn tập và ghi nhớ kiến thức vừa học.
Hoàn thành bài tập sgk
Tìm hiểu nội dung bài 7. Gia tốc – chuyển động thẳng biến đổi đều.