Phân tích chương Động học chất điểm

MỞ ĐẦU
“Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông” là một phần quan trọng của chuyên ngành Lí
luận và Phương pháp dạy học vật lí. Đối tượng của học phần này là chương trình và sách giáo
khoa vật lí phổ thông. Mục đích của nó là nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến
thức, cách thể hiện nội dung kiến thức đó trong sách giáo khoa vật lí, tức là nắm được ý đồ
của tác giả sách giáo khoa và tổ chức dạy học một số kiến thức cụ thể.
Hiện nay, ngành Giáo dục và Đào tạo đã chỉnh sửa và hoàn thành việc thay SGK cho các
cấp học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động cho học sinh. Vì vậy, người giáo viên
cần phải thay đổi cách giảng dạy, tự bồi dưỡng về phương pháp và hình thức tổ chức dạy học.
Muốn vậy, người giáo viên cần phải nắm vững kiến thức trong sách giáo khoa, nghiên cứu kĩ
cấu trúc chương trình. Khi đã có được những hiểu biết sâu về kiến thức bộ môn, người thầy
mới cảm thấy tự tin khi đứng trước lớp, trước học sinh. Do đó, nghiên cứu kĩ chương trình vật
lý phổ thông là một việc làm rất cần thiết và quan trọng đối với mỗi giáo viên dạy Vật lý
Trung học phổ thông hiện nay, để từ đó giáo viên vừa dạy tốt, vừa giúp học sinh hình thành
phương pháp học tập môn Vật lý có hiệu quả.
Cơ học là một phần của Vật lý học nghiên cứu các định luật chi phối sự chuyển động và
đứng yên của các vật. Đối với chương “Động học chất điểm”, đây là chương đầu tiên của
chương trình phổ thông nên học sinh cần phải nắm vững những kiến thức cơ bản của chương
này để làm nền tảng cho việc tiếp thu các kiến thức khác. Kiến thức được trình bày theo hai bộ
sách khác nhau. Do đó, người giáo viên không chỉ nắm vững những kiến thức trong sách giáo
khoa mà còn phải có tầm nhìn sâu rộng về vấn đề đó.
Với sự cấp thiết như vậy, tôi chọn đề tài tiểu luận cho môn học nghiên cứu chương trình I
là:“Nghiên cứu nội dung kiến thức chương Động học chất điểm trong chương trình vật lý
phổ thông”
NỘI DUNG
I. Tổng quan về chương Động học chất điểm
1.1. Nhiệm vụ của chương Động học chất điểm
Phần động học chất điểm là một phần của cơ học nghiên cứu về các chuyển động đơn giản
nhất trong tự nhiên (chuyển động cơ học). Trong đó người ta nghiên cứu cách xác định vị trí
của các vật trong không gian tại những thời điểm khác nhau và mô tả tính chất chuyển động
của các vật bằng các phương trình toán học, nhưng chưa xét đến nguyên nhân chuyển động.

[3]
Ở phần này đề cập đến các khái niệm liên quan đến chuyển động như chất điểm, quỹ đạo,
độ dời, hệ quy chiếu; các đại lượng đặc trưng cho chuyển động như thời gian, quãng đường,
vận tốc, gia tốc; các dạng chuyển động đơn giản như chuyển động thẳng gồm có chuyển động
thẳng đều và chuyển động thẳng biến đổi đều, chuyển động tròn và chyển động của vật bị
ném và nghiên cứu một đặc điểm của chuyển động là tính tương đối của chuyển động.
1.2. Chuẩn kiến thức dạy học chương Động học chất điểm
Đối với chương Động học chất điểm, chương trình vật lý Trung học phổ thông đặt ra yêu
cầu về chuẩn kiến thức mà học sinh cần đạt là :
- Nêu được chuyển động, chất điểm, hệ quy chiếu, mốc thời gian, vận tốc là gì.
- Nhận biết được đặc điểm về vận tốc của chuyển động thẳng đều.
- Nêu được vận tốc tức thời là gì.
- Nêu được ví dụ về chuyển động thẳng biến đổi đều (nhanh dần đều, chậm dần đều)
- Viết được công thức tính gia tốc
v
a
t
→
→
∆
=
∆
của một chuyển động biến đổi đều.
- Nêu được đặc điểm của vectơ gia tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều, chậm dần
đều.
- Viết được công thức tính vận tốc v
t
= v
0
+ at, phương trình chuyển động x = x

0
+ v
0
t + ½
at
2
. Từ đó suy ra công thức tính đường đi.
- Nêu đựơc sự rơi tự do là gì và viết được công thức tính vận tốc và đường đi của chuyển
đông rơi tự do. Nêu được đặc điểm về gia tốc rơi tự do.
- Phát biểu đựơc định nghĩa về chuyển động tròn đều. Nêu được ví dụ thực tế về chuyển
động tròn đều.
- Viết được công thức tính tốc độ dài và chỉ được hướng của vectơ vận tốc trong chuyển
động tròn đều.
- Viết được công thức và nêu được đơn vị đo tốc độ góc, chu kỳ, tần số của chuyển động
tròn đều.
- Viết được hệ thức giữa tốc độ dài và tốc độ góc.
- Nêu được hướng của gia tốc trong chuyển động tròn đều và viết được biểu thức của gia
tốc hướng tâm.
- Viết được công thức cộng vận tốc
→→→
+=
3,22,13,1
vvv
- Nêu được sai số tuyệt đối của phép đo một đại lượng vật lý là gì và phân biệt được sai số
tuyệt đối và sai số tỉ đối.
1.3. Sơ đồ hóa kiến thức chương Động học chất điểm
ĐỘNG HỌC
CHẤT ĐIỂM
CÁC KHÁI
NIỆM

CÁC ĐẠI
LƯỢNG
Chuyển
động cơ
Tọa độ
Hệ quy
chiếu
Tính tương
đối của CĐ
Vật mốc
Gốc thời
gian
Vận tốc
Gia tốc
CÁC DẠNG
CĐ
Quỹ đạo
Chuyển
động thẳng
CĐ thẳng
BĐĐ
Vận tốc
trung bình
Vận tốc tức
thời
Tốc độ
trung bình
Tốc độ tức
thời
Gia tốc

trung bình
Gia tốc tức
thời
Chuyển
động tròn
Nhanh dần
đều
Chậm dần
đều
Rơi tự do
Chất điểm
Sai số
CĐ thẳng
đều
Chuyển
động cong
Chuyển
động ném
CĐ tròn
đều
II. Phân tích nội dung kiến thức chương Động học chất điểm
2.1. Các khái niệm
2.1.1.Chuyển động cơ
Chuyển động là một khái niệm cơ bản của cơ học. Chuyển động của một vật là sự chuyển
dời vị trí của vật đó đối với các vật khác trong không gian và thời gian.
Sách giáo khoa nâng cao đưa ra một số hình ảnh chuyển động thực tế, từ đó trình bày khái
niệm: Chuyển động cơ là sự dời chỗ của vật theo thời gian. Cách dẫn dắt đưa đến khái niệm
của sách nâng cao là trực quan và rõ ràng.
2.1.2. Chất điểm
Chất điểm là một vật có kích thước nhỏ không đáng kể so với những khoảng cách, những

kích thước mà ta đang khảo sát. Ví dụ: khi xét chuyển động của viên đạn trong không khí,
chuyển động của trái đất quanh mặt trời...ta có thể xem viên đạn, trái đất là chất điểm. Như
vậy, vấn đề ở đây không phải là kích thước nhỏ mà là nhỏ có thể bỏ qua được, nghĩa là có một
sự so sánh nào đấy và việc xem xét một vật có phải là chất điểm hay không phụ thuộc vào
điều kiện bài toán ta nghiên cứu.
Phương án trình bày khái niệm chất điểm của sách giáo khoa là đi từ ví dụ thực tế để rút ra
kết luận, từ đó nêu khái niệm.
Khái niệm chất điểm không có quy định chính xác về mặt toán học. Sách nâng cao có liên
hệ khái niệm chất điểm giống như một điểm trong toán học, điều này giúp học sinh dễ hình
dung và ghi nhớ hơn. Mục đích đưa khái niệm chất điểm vào ngay sau định nghĩa chuyển
động cơ nhằm làm đơn giản hoá chuyển động của vật. Trong chương này ta chỉ khảo sát
chuyển động của chất điểm.
2.1.3. Tọa độ
Chuyển động đơn giản nhất của chất điểm là chuyển động trên một đường thẳng. Vị trí
của chất điểm được xác định bằng khoảng cách x tới một điểm O nào đó được chọn làm gốc
toạ độ.
2.1.4. Quỹ đạo
Quỹ đạo là tập hợp tất cả các vị trí của một chất điểm chuyển động hay là đường mà chất
điểm chuyển động vạch ra trong không gian.
Quỹ đạo là một khái niệm đơn giản và dễ hiểu, dễ hình dung. Vì vậy, sách giáo khoa chỉ
đưa ra khái niệm về quỹ đạo và không giải thích gì thêm. Tuy nhiên, sách giáo khoa nâng cao
trình bày thêm hai hình vẽ 1.3a và 1.3b nhằm mục đích để học sinh có cái nhìn trực quan và
sâu sắc hơn về quỹ đạo. Qua hai hình vẽ, học sinh nắm được quỹ đạo của chất điểm có hình
dạng xác định tuỳ thuộc vào hệ quy chiếu được chọn. Trong các hệ quy chiếu khác nhau thì
quỹ đạo của cùng một chất điểm là khác nhau.
Dựa vào quỹ đạo, chúng ta có thể phân loại chuyển động là chuyển động thẳng hay
chuyển động cong. Nếu biết phương trình đường đi, chúng ta có thể suy ra phương trình quỹ
đạo bằng cách khử biến t trong các phương trình đường đi.
2.1.5. Hệ quy chiếu
Hệ quy chiếu là một khái niệm không thể thiếu khi khảo sát chuyển động cơ học. Việc

chọn hệ quy chiếu là công việc quan trọng đầu tiên để giải một bài toán cơ học. Chọn hệ quy
chiếu thích hợp có thể làm cho việc giải bài toán trở nên đơn giản rất nhiều.
2.1.5.1. Vật mốc
Vật mốc là vật mà ta chọn (cùng với một hệ tọa độ) dùng để xác định vị trí của một vật
khác trong không gian và thời gian. Theo sách giáo khoa nâng cao thì vật mốc là vật đứng yên.
Người ta thường chọn một vật đứng yên gắn với Trái đất để làm vật mốc. Tuy nhiên, trái đất
không đứng yên tuyệt đối nên việc chọn như thế chỉ áp dụng cho những bài toán thông
thường, không cần độ chính xác cao.
2.1.5.2. Gốc thời gian
Gốc thời gian là thời điểm bắt đầu đo thời gian. Muốn đo khoảng thời gian, người ta dùng
đồng hồ.
Cần phân biệt hai khái niệm thời điểm và thời gian. Thời điểm là một điểm mốc nào đó
trong khoảng thời gian. Ví dụ thời điểm trống vào học là 7h sáng. Khoảng thời gian là hiệu
thời gian giữa hai thời điểm. Như vậy, để đo khoảng thời gian chúng ta cần dùng đồng hồ, còn
để xác định thời điểm thì chúng ta cần có đồng hồ và một gốc thời gian.
2.1.5.3. Hệ quy chiếu
Khái niệm hệ quy chiếu không chỉ nói về một hệ toạ độ gắn với một vật chọn làm mốc mà
còn bao gồm cả việc chọn một gốc thời gian.
Hệ quy chiếu = Hệ tọa độ gắn với vật mốc + đồng hồ và gốc thời gian
2.1.5.3.1. Hệ quy chiếu quán tính (còn gọi là hệ quy chiếu Galilê)
Là hệ quy chiếu trong đó định luật quán tính nghiệm đúng (vật không chịu tác dụng của
lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực cân bằng thì chuyển động thẳng đều hoặc đứng yên).
Hệ quy chiếu lấy Mặt trời làm gốc, ba trục toạ độ hướng về ba ngôi sao cố định (hệ Côpecnic)
là một hệ quy chiếu quán tính. Một hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều so với hệ quy chiếu
quán tính là hệ quy chiếu quán tính. Như vậy, có vô số hệ quy chiếu quán tính.
2.1.5.3.2. Hệ quy chiếu không quán tính
Là hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc với hệ quy chiếu quán tính. Hệ quy chiếu gắn với
trái đất là không quán tính, nhưng nếu khảo sát chuyển động trong khoảng thời gian ngắn thì
có thể coi nó là hệ quy chiếu quán tính.
2.1.6. Tính tương đối của chuyển động

Vị trí và vận tốc của cùng một vật tùy thuộc hệ quy chiếu. Vị trí và vận tốc của một vật có
tính tương đối.
2.1.7. Sai số
2.1.7.1. Sai số hệ thống
Sự sai lệch này, do chính đặc điểm cấu tạo của dụng cụ đo gây ra, gọi là sai số dụng cụ.
Giả sử một vật có độ dài thực là l = 32.7 mm. Dùng một thước đo có độ chia nhỏ nhất là
1mm để đo l, ta chỉ có thể xác định được l có giá trị nằm trong khoảng giữa 32mm và 33mm,
còn phần lẻ không thể đọc được trên thước đo.
2.1.7.2. Sai số ngẫu nhiên
Lặp lại phép đo thời gian rơi tự do đo quả cùng một vật giữa hai điểm A,B ta nhận được
các giá trị khác nhau. Sự sai lệch này không có nguyên nhân rõ dàng, có thể do hạn chế về khả
năng giác quan của con người dẫn đến thao tác đo không chuẩn, hoặc đo điều kiện làm thí
nghiệm không ổn định, chịu tác động của các yếu tố ngấu nhiên bên ngoài… Sai số gây ra
trong trường hợp này gọi là sai số ngẫu nhiên.
2.1.7.3. Giá trị trung bình
Sai số ngẫu nhiên làm cho kết quả phép đo trở nên kém tin cậy để khắc phục người ta lặp
lại phép đo nhiều lần. Khi đo n lần cùng một đại lượng ta nhận được các giá trị khác nhau:
Giá trị trung bình được tính:

sẽ là giá trị gần đúng nhất với giá trị thực của đại lượng .
2.1.7.4. Cách xác định sai số của phép đo
-Trị tuyệt đối của hiệu số giữa các giá trị trung bình và giá trị của mỗi lần đo gọi là sai số
tuyệt đối, ứng với lần đo đó
(*)
Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo được tính theo công thức:
(**)
Giá trị xác định theo (*) là sai số ngẫu nhiên. Như vậy, để xác định sai số ngẫu nhiên
ta phải đo nhiều lần. Trong trường hợp không cho phép thực hiện phép đo nhiều lần (n<5),
người ta không tính sai số ngẫu nhiên bằng cách lấy trung bình (**), mà chọn giá trị lớn nhất
trong số các sai số tuyệt đối thu được từ (*) .

Chú ý rằng, trong (*) các kí hiệu được dùng để chỉ các sai số tuyệt đối,
chúng là những đại lượng không âm. Cần phân biệt các đại lượng đó với các gia số thường
dùng trong đại số:

Gia số có thể dương hoặc âm.
-Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số ngẫu nhiên và sai số dụng cụ