Tài liệu Sáng kiến kinh nghiệm học vật lí qua trò chơi tiên lửa nước

SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO TPHCM Trường THPT PHÚ NHUẬN THÖÏC HIEÄN : ÑOÃ ÑÖÙC SIEÂU GIAÙO VIEÂN BOÄ MOÂN VAÄT LYÙ TRÖÔØNG THPT PHUÙ NHUAÄN – TPHCM NAÊM HOÏC : 2012 – 2013 Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước PHAÀN GIÔÙI THIEÄU CUÛA TOÅ BOÄ MOÂN NHAÄN XEÙT CUÛA HIEÄU TRÖÔÛNG GV. Đỗ Đức Siêu 2 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước LỜI MỞ ĐẦU Để thực hiện đổi mới phương pháp dạy học, nâng cao hiệu quả giáo dục, phát huy tính chủ động sáng tạo, khơi gợi niềm say mê hứng thú học tập của học sinh, cần kết hợp đổi mới phương pháp giảng dạy cả giờ chính khoá lẫn hoạt động ngoại khoá. Hoạt động ngoại khóa là một hình thức tổ chức dạy học được tiến hành ngoài giờ lên lớp chính thức, ngoài phạm vi chương trình của bộ môn. Hình thức này đang được áp dụng rộng rãi và có hiệu quả ở nhà trường phổ thông. Khi tổ chức các hoạt động ngoại khóa vật lý tại trường THPT Phú Nhuận, tôi nhận thấy các em học sinh quan tâm và thích thú với trò chơi tên l ửa nước nhiều hơn các hoạt động khác. Trò chơi này được tổ Vật lý kết hợp với Đoàn thanh niên tổ chức tại trường từ năm học 2009-2010 đến nay. Trên cơ sở đó tôi thực hiện đề tài : HỌC VẬT LÝ QUA TRÒ CHƠI TÊN LỬA NƯỚC để chia sẻ và trao đổi kinh nghiệm với quý thầy cô đồng nghiệp. Đối tượng : Học sinh lớp 10, 11 của trường THPT Phú Nhuận – TPHCM. Trong quá trình thực hiện đề tài, do kinh nghiệm tổ chức còn hạn chế và kỹ năng trình bày có thể có thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô đồng nghiệp để đề tài hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cám ơn. Đỗ Đức Siêu – THPT Phú Nhuận Email : [email protected] GV. Đỗ Đức Siêu 3 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước NỘI DUNG ĐỀ TÀI I- MỤC ĐÍCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI : Nhằm mục đích nâng cao chất lượng dạy và học, những người làm công tác giáo dục đã thực hiện nhiều biện pháp để đổi mới phương pháp dạy học. Mối quan tâm sâu sắc hiện nay của các thầy cô giáo là làm thế nào để phát huy tính chủ động tìm tòi sáng tạo của học sinh. Nếu chúng ta chỉ coi trọng việc dạy văn hóa sao cho học sinh học thật giỏi mà quên đi việc truyền thụ cho các em kỹ năng sống, kỹ năng hòa nhập cộng đồng thì ngoài giờ đến trường, thời gian còn lại các em sẽ lao vào các trò chơi vô bổ, bạo lực, không quan tâm đến mọi việc diễn ra xung quanh, lạnh lùng, chỉ biết sống cho riêng mình. Phong trào thi đua “Xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực” như một làn gió mới mang đến sự lạc quan và là kim chỉ nam đã thôi thúc tôi thực hiện ý tưởng tổ chức các buổi sinh hoạt ngoại khóa vật lý thật bổ ích cho học sinh. GV. Đỗ Đức Siêu 4 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Khi tổ chức các buổi sinh hoạt ngoại khóa vật lý tại trường THPT Phú Nhuận, tôi nhận thấy các em học sinh quan tâm và thích thú với trò chơi tên lửa nước nhiều hơn các hoạt động khác. Tôi đã l ồng ghép việc vận dụng kiến thức của bộ môn vật lý vào trò chơi này một cách nhẹ nhàng và hiệu quả. Các em dần dần hiểu rằng các kiến thức đã học được sử dụng vào tình huống cụ thể nào. Bằng cách hướng dẫn cho các em tự tay làm những quả tên lửa nước đầy màu sắc và đảm bảo an toàn, tôi đã kích thích cho các em sự thích thú tìm tòi, sáng tạo. Trong các buổi sinh hoạt, các em được luyện tập đức tính cẩn thận, biết hợp tác và chia sẻ kinh nghiệm cho nhau, đoàn kết và thương yêu nhau hơn. Và hơn hết các em biết trân trọng quý mến thầy cô vì những gì thầy cô đã đem lại cho chúng. Sự hân hoan, vui sướng của các em học sinh thật sự đem lại cho tôi niềm vui, giúp tôi hoàn thành công việc. GV. Đỗ Đức Siêu 5 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước II- CƠ SỞ LÝ LUẬN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: 1) Tổ chức hoạt động ngoại khóa vật lý dưới hình thức các cuộc thi bắn tên lửa nước. - Việc tổ chức các buổi sinh hoạt ngoại khóa, các cuộc thi bắn tên lửa nước là hình thức hoạt động tập thể vui để học làm cho học sinh tích cực trong học tập và rèn luyện. - Hoạt động này có thể xem là một hình thức tự học tích cực, bổ ích và có hiệu quả, gắn liền việc học với thực tiễn đời sống, mở rộng và phát triển kiến thức cho học sinh. - Việc thực hiện chế tạo các mô hình tên lửa nước sẽ giúp cho học sinh phát triển năng lực tìm tòi sáng tạo, rèn luyện kỹ năng khéo léo, tự ôn tập và kiểm tra lại kiến thức đã học trong giờ chính khóa. - Để hoạt động hiệu quả, chúng tôi thường kết hợp với Đoàn trường tổ chức các cuộc thi bắn tên lửa nước giao lưu giữa học sinh trong trường hoặc giao lưu với các trường THPT trong địa bàn thành phố. 2) Kiến thức vật lý được vận dụng nhiều trong trò chơi tên lửa nước : - Trong nhà trường, thầy cô dạy cho học sinh cách học và cách tự học, khuyến khích học sinh học tập tích cực, chủ động, sáng tạo, không tiếp thu một chiều, biết suy nghĩ và biết phản biện để tự nâng cao trình độ của mỗi cá nhân. - Trò chơi tên lửa nước là một trong các hình thức hoạt động ngoại khóa vật lý có sử dụng các kiến thức sau đây : ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG. CHUYỂN ĐỘNG PHẢN LỰC Hệ kín là hệ vật trong đó chỉ có nội lực do tương tác giữa các vật trong hệ mà không có tác dụng của ngoại lực, hoặc có các ngoại lực triệt tiêu lẫn nhau. Động lượng của một vật chuyển động là đại lượng đo bằng tích của khối  lượng và vận tốc của vật. Động lượng là một đại lượng vectơ (kí hiệu p ) , cùng  hướng với vectơ vận tốc v . GV. Đỗ Đức Siêu 6 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Xét một hệ kín gồm hai vật m1 và m2 tương tác nhau. Theo định luật III Newton :   F12   F21   m2 a2  m1 a1   m2  ' 2 t : thời gian tương tác  ' 1   v  v2 v  v1  m1 t t  '  '      v1 ; v 2 : vận tốc ban đầu của hai vật với v1' ; v '2 : vận tốc của hai vật sau tương tác.   m2 (v2  v2 )   m1 (v1  v1 )    ' 1 1  ' 2 2  m1 v1  m2 v2 = m v  m v Định luật bảo toàn động lượng:   Vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn p  p ' Xung lượng của lực : Xét một vật khối lượng m đang chuyển động thì chịu tác dụng của một  lực F không đổi . Theo định luật II Newton    F  ma = m v t Vì khối lượng vật không đổi nên   (m v )  p = F= t t     F t =  p  Xung lượng của lực F t tác dụng lên vật trong khoảng thời gian t bằng độ biến thiên động lượng của vật trong thời gian đó. GV. Đỗ Đức Siêu 7 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Nguyên tắc chuyển động bằng phản lực. Trong một hệ kín đứng yên , nếu có một phần của hệ chuyển động theo một hướng, thì phần còn lại của hệ phải chuyển động theo hướng ngược lại. Chuyển động theo nguyên tắc như trên được gọi là chuyển động bằng phản lực. Sự giật lùi của súng khi bắn , chuyển động của máy bay phản lực , tên lửa là những ứng dụng của chuyển động bằng phản lực. Để phóng các tên lửa nước bay đi, người chơi sẽ cho một lượng nước nhỏ vào một chai nhựa và bơm không khí vào chai. Hỗn hợp không khí và nước được nén ở áp suất cao thoát ra phía dưới thì theo định luật bảo toàn động lượng, phần vỏ tên lửa sẽ bay theo chiều ngược lại. CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT BỊ NÉM Phương pháp khảo sát. + Chọn mặt phẳng tọa độ Oxy là mặt phẳng thẳng đứng. Gốc tọa độ O trùng với điểm xuất phát của vật. Gốc thời gian là thời điểm ném vật. + Dùng phép chiếu để phân tích chuyển động phức tạp của vật M thành các chuyển động thẳng trên các trục Ox và Oy độc lập với nhau. + Khảo sát riêng rẽ chuyển động của các hình chiếu Mx và My. + Phối hợp các chuyển động thành phần của Mx và My để khảo sát chuyển động thực của vật M. Chuyển động của vật ném xiên. y  v I  v0  v 0y  O  x v 0x  Xét một vật nhỏ M được ném từ mặt đất với vận tốc ban đầu v0 hợp với mặt đất một góc  . Bỏ qua lực cản của không khí. GV. Đỗ Đức Siêu 8 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình vẽ. Vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực   P  m g , chuyển động của vật được phân tích ra hai chuyển động thẳng : + Trên trục Ox. Fx = 0 ax=0  Mx chuyển động thẳng đều với phương trình v0 x = v0cos  vx = v0cos  x = (v0 cos  )t x0 = 0 (1) (2) + Trên trục Oy. Fy = - mg ay=-g  My chuyển động thẳng biến đổi đều với phương trình v0 y = v0sin  vy = v0 sin  – gt y0 = 0 (3) y = (v0 sin  )t – 1 2 gt (4) 2  gx 2 y 2  (tan  ) x 2v0 cos 2  (*) Qũy đ ạo của vật. Từ (2) và (4) ta được : Qũy đạo của vật là một parabol. Tầm bay cao. Tầm bay cao là độ cao cực đại mà vật đạt tới. Công thức tính tầm bay cao : Khi vật lên đến đỉnh I của quỹ đạo parabol thì  v hướng theo phương ngang, lúc đó vy = 0. Từ (3) ta suy ra t = v0 sin  . Thế vào (4) ta tìm đư ợc tầm bay cao g  v sin   1  v0 sin     g   y = H = v0 sin   0  g  2  g  2 v02 sin 2  H= 2g GV. Đỗ Đức Siêu 9 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Tầm bay xa. Tầm bay xa là khoảng cách giữa điểm ném và điểm rơi (cùng trên mặt đất). Công thức tính tầm bay xa : Khi vật trở lại mặt đất y = 0. Từ (4) suy ra t= 2v0 sin  g (loại nghiệm t = 0) v02 .2 sin  . cos  Thế vào (2) ta có tầm xa : x = L = với 2 sin  . cos   sin 2 g v02 sin 2 L= g Chuyển động của vật ném ngang. y Xét một vật nhỏ được ném theo A   v0 phương ngang với vận tốc ban đầu v0 từ h điểm A có độ cao h so với mặt đất. Bỏ qua  lực cản của không khí. Tương tự như trên vx O  vy ta có  Mx chuyển động thẳng đều với phương trình v0 x = v0 x0 = 0 vx = v0 (5) x = v0.t (6) Fy = - mg My a y = - g  My chuyển động rơi tự do với phương trình v0 y = 0 y0 = h Phương trình quỹ đạo. Từ (6) và (8) ta được y = h – vy = – gt 1 y = h – gt 2 2 g 2 x 2v02 (7) (8) (**) Qũy đạo của vật là một nhánh parabol đỉnh A. GV. Đỗ Đức Siêu  v Fx = 0 Mx ax=0  10 THPT Phú Nhuận x Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Thời gian để vật chạm đất. Khi vật chạm đất y = 0. Từ (8) ta được : t = 2h g Tầm bay xa. Thế t = 2h 2h vào (6) ta được x = v0 g g    Vectơ vận tốc của vật ngay khi chạm đất v  v x  v y Độ lớn của vận tốc ngay khi chạm đất v= v x2  v y2 v= v02  2 gh với v x2  v02 v y2   gt  = 2gh 2 Góc hợp bởi phương của vectơ vận tốc và phương ngang. cos   v0 v02  2 gh - Ngoài ra, khi tên lửa nước chuyển động, vật còn chịu tác dụng của lực ma sát, lực cản của không khí, lực hấp dẫn (trọng lực). Do đó, để đạt kết quả tốt nhất học sinh phải tính toán các yếu tố cần thiết cho trò chơi như áp suất của hơi để có tốc độ xuất phát hợp lý, góc bắn thích hợp để có thể phóng mô hình tên lửa trúng mục tiêu một cách chính xác nhất. - Ngoài các kiến thức vật lý đã nhắc đến ở trên, các thầy cô giáo có thể hướng dẫn thêm cho học sinh đọc sách, tra cứu tài liệu và xử lí thông tin trên Internet, giúp học sinh có thêm kinh nghiệm và kỹ năng vận dụng kiến thức đã học vào trò chơi tên l ửa nước. GV. Đỗ Đức Siêu 11 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước 3) Hướng dẫn chế tạo tên lửa nước và giàn phóng : A. Tên lửa nước - Vỏ tên lửa : Làm bằng mouse bitis dầy 3mm giá 18.000 đồng /miếng khổ 0,5m x 1,0m (mua tại tiệm Huê Ký – số 500E đường Hòa Hảo, Q.11) Cắt mouse làm thân tên lửa theo kích thước 298mm x 320 mm. Dùng keo DOG bôi dọc theo hai cạnh 320mm, chờ keo gần khô và dán lại thành ống hình trụ.Chú ý không bôi keo nhiều quá hay ít quá, sẽ khó dán hoặc dễ rách. GV. Đỗ Đức Siêu 12 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Chóp tên lửa cắt theo mẫu sau đây, cung tròn bằng với đường kính mặt ngoài trên đầu chóp cắt bớt một chút để dán cho dễ. Bôi keo DOG ở hai cạnh và chờ keo hơi khô rồi dán hai cạnh với nhau. Nên làm chóp bằng mouse để tránh nguy hiểm nếu sơ ý bắn trúng người và không dán chặt để có thể bật ra khi cần bung dù hoặc không bị biến dạng khi chạm đất. GV. Đỗ Đức Siêu 13 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Sau đó, cắt một đoạn mouse cao khoảng 40mm và dài bằng chu vi mặt ngoài thân tên lửa rồi dán lên đầu thân trên để làm gờ gắn chóp tên lửa. Bên trong phần vỏ tên lửa là chai PET 1,5 lít (nước ngọt PEPSI) GV. Đỗ Đức Siêu 14 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Cắt 4 cánh tên lửa hình thang, đư ờng cao 50mm, đáy nhỏ 50mm, đáy lớn 120 mm bằng mouse dầy 5mm. Bôi keo vào cạnh 120mm rồi dán vào đầu dưới của thân tên lửa. Chú ý dán cách đều nhau và dùng súng bắn keo nến để tăng độ bền cho cánh. Mô hình tên lửa nước sau khi lắp ráp hoàn chỉnh B. Dù Dùng vải dù hay vải phi dầu có diện tích khoảng 1m2 (hình vuông 1m x 1m), sau đó cắt thành hình tròn, đường kính khoảng 1m, may cuốn mép hoặc vắt sổ. Có thể cắt một lỗ tròn nhỏ đường kính 10 cm để tên lửa rơi từ từ theo phương thẳng đứng xuống mà không bị gió đẩy đi xa. Cắt 8 đoạn dây dù dài 80cm, buộc gút chung một đầu, các đầu còn lại xỏ vào mép dù. Chú ý chia đều khoảng cách giữa các lỗ. Dùng keo nến dán đầu gút vào chai pet hoặc vỏ tên lửa. GV. Đỗ Đức Siêu 15 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước C. Giàn phóng - Chuẩn bị : Một đoạn ống nước PVC đường kính 21 mm dài 1,5m, cắt 1 đoạn dài 20 cm, 6 đoạn 15 cm và 4 đoạn 10 cm. - 4 co chữ T ống 21 mm - 1 co nối ống 21 mm - 1 van khóa ống 21 mm - 1 vòi bơm xe máy - 1 đầu bịt ống 21 mm - 10 dây rút nhựa - 1 miếng cao su săm xe máy - 1 cuộn keo lụa quấn ống nước - 1 tuýp keo dán ống nước PVC Làm ống phóng Gắn đoạn ống dài 20 cm vào co nối thẳng và dây rút để buộc 6 đoạn dây rút xung quanh co nối thẳng. Gắn chai PET vào ống để điều chỉnh chiều dài của dây rút sao cho các đầu dây rút bám chặt vào gờ đầu chai. Quấn thêm một ít keo lụa vào đầu co nối để tránh cho nước bị xì ra khi bơm không khí vào tên lửa. GV. Đỗ Đức Siêu 16 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Gắn tiếp vào bên dưới một co chữ T có gắn đoạn ống 10 cm. Dùng kéo nhọn khoét lỗ trên đầu bịt ống 21mm để gắn vòi bơm, chú ý gắn thêm miếng cao su nhỏ trước khi siết ốc giữ vòi bơm. Gắn bịt ống đã có vòi bơm vào đo ạn ống chữ T. Bên dưới co chữ T là van khóa nước để xả khí và nước còn sót lại. Chân đế có thể cắt ghép ống theo hình chữ T hoặc chữ H sao cho tạo thế cân bằng vững chắc cho dàn phóng. Các mối nối phải được dán keo chắc chắn, kín hơi đảm bảo đủ áp suất lớn để phóng tên lửa. GV. Đỗ Đức Siêu 17 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Có thể gắn thêm đồng hồ đo áp suất và thước chia độ trên trục xoay để xác định chính xác góc bắn tên lửa khi bắn xiên. GV. Đỗ Đức Siêu 18 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước Dùng đoạn ống đường kính 42mm để làm chốt giữ các đầu dây rút bám chặt cổ chai PET. Khi ta kéo chốt xuống, dây rút rời khỏi cổ chai, áp suất đẩy tên lửa bay đi. Người chơi sẽ cho nước vào chai nhiều ít tùy nhu cầu (khoảng 1/3 chai), bơm không khí vào chai, áp suất tối đa 80 PSI (nếu cao hơn có thể gây nổ hoặc tên lửa bứt đứt chốt bay đi mất) và điều chỉnh góc bắn thích hợp. GV. Đỗ Đức Siêu 19 THPT Phú Nhuận Học vật lý qua trò chơi tên lửa nước 4) Một số kế hoạch tổ chức các cuộc thi đấu tên lửa nước : Mẫu tham khảo I - MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU : 1. Mục đích : - Phát triển phong trào học tập, sáng tạo và ứng dụng khoa học trong nhà trường. 2. Yêu cầu: - Quy trình tổ chức đảm bảo khoa học, khách quan, đúng tiến độ. - Thực hiện tốt công tác thông tin và tuyên truyền về cuộc thi. II - ĐỐI TƯỢNG DỰ THI : III - THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM 1. Thời gian: 2. Địa điểm: IV - HÌNH THỨC VÀ NỘI DUNG THI : - Thi bắn cao và bung dù, tính thời gian tên lửa nước ở trên không. - Mỗi lớp cử 1 đội gồm 3 thành viên, tự chế tạo tên lửa nước, giàn phóng và chuẩn bị ống bơm hơi. - Mô hình tên lửa dự thi phải tuân theo những tiêu chuẩn kĩ thuật và an toàn của ban tổ chức như sau : Tên lửa làm bằng chai nhựa Pepsi 1,5 lít, không dùng chai nhỏ hơn hoặc lớn hơn, không dùng chai bằng kim loại hay thủy tinh. Chóp tên lửa làm bằng giấy, hoặc mút xốp, không làm bằng kim loại. - Khi thi đấu các đội chú ý tên lửa phải hướng thẳng lên trời, tuyệt đối không hướng vào người xung quanh và tuân theo hiệu lệnh của trọng tài. Nếu xuất phát muộn sẽ bị loại hoặc trừ điểm. Trường hợp gặp sự cố không phóng được, đội sẽ bị trừ điểm và được phóng lại vào lượt thi đấu cuối cùng. - Vòng 1 : các đội bốc thăm, mỗi lượt bắn gồm 3 đội, loại trực tiếp chọn 1 đội vào vòng 2. - Vòng 2 : tất cả các đội được chọn cùng phóng để chọn 3 đội có số điểm cao nhất. V - CƠ CẤU GIẢI THƯỞNG : Ban tổ chức sẽ trao tặng: 1 giải nhất : 1 giải nhì : 1 giải ba : VI - THÀNH PHẦN BAN TỔ CHỨC VÀ GIÁM KHẢO VII - KINH PHÍ VÀ NGUỒN TÀI TRỢ GV. Đỗ Đức Siêu 20 THPT Phú Nhuận