Sự phát triển của cơ học Newton | Đại học Sư Phạm Hà Nội

lOMoAR cPSD| 40367505 lOMoAR cPSD| 40367505 I. Mở đầu:
1. Lý do chọn đề tài:
Nhắc đến lịch sử vật lí, không thể nào không nhắc đến vai trò của cơ học
Newton đối với sự phát triển vật lí học như “một bước ngoặt của lý trí nhân
loại”. Không chỉ với sự hình thành và phát triển kéo dài nhiều thế kỉ, cơ học
Newton giúp người học lịch sử vật lí mở rộng tri thức về khoa học và văn hóa,
xây dựng tư duy khoa học, rèn luyện tư duy vật lí.
Đối với việc dạy - học vật lí, nội dung cơ học Newton là nội dung trọng
tâm xuyên suốt việc hình thành thế giới quan khoa học cho HS từ tiểu học đến trung học phổ thông.
Vì vậy, bài tiểu luận sẽ trình bày các 2 nội dung chính về chủ đề nội dung:
“Sự ảnh hưởng của cơ học Newton đối với sự phát triển vật lí học”:
- Vai trò của của cơ học Newton trong quá trình hình thành và phát triển của vật lí học.
- Vận dụng các tư tưởng của Newton đối với sự phát triển của vật lí học vào dạy học vật lí phổ thông 2. Bố cục
Từ các mục tiêu chính trên, bài viết có bố cục như sau: I.
Mở đầu:..............................................................................................................2 1. Lý do chọn đề
tài:......................................................................................2 2. Bố
cục............................................................................................................2 II.
Nội dung............................................................................................................3 1.
Phần 1: Vai trò của của cơ học Newton trong quá trình hình
thành và phát triển của vật lí học................................................................3 1.1.
Nội dung quyết định luận Newton, mở ra thế giới quan
khoa học mới...................................................................................................4 1.2.
Sự ảnh hưởng của Newton đến lĩnh vực cơ học.......................6 1.3.
Sự ảnh hưởng của cơ học Newton đến lĩnh vực thiên văn học 9 lOMoAR cPSD| 40367505 1.4.
Sự ảnh hưởng của cơ học Newton đến lĩnh vực nhiệt học,
quang học, tĩnh điện học và tĩnh từ học..............................................10 2.
Phần 2: Vận dụng các tư tưởng của Newton đối với sự phát
triển của vật lí học vào dạy học vật lí phổ thông..................................12 2.1.
Nội dung cơ học Newton trong dạy học...................................12 2.2.
Hoạt động dạy học cho nội dung: “Vai trò của cơ học
Newton trong sự phát triển của vật lí học” trong chương trình
vật lí 2018......................................................................................................14
BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 1.....................................................21
BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 2 (Mẫu)..........................................22
BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 3.....................................................23 2.3.
Slide xây dựng cho chủ đề............................................................25
III. Kết luận..........................................................................................................26 IV.
Tài liệu tham khảo......................................................................................26 II. Nội dung
1. Phần 1: Vai trò của của cơ học Newton trong quá trình
hình thành và phát triển của vật lí học.
Isaac Newton (25/12/1642 – 20/3/1726) là một nhà toán
học, nhà vật lí, nhà thiên văn học, nhà triết học tự nhiên vĩ đại
trong lịch sử loài người. Những đóng góp của ông cho nhân loại
khai sáng văn minh thế giới, mở ra một “vũ trụ tuyệt đối”.
Thế giới quan của Newton phản ánh những mâu thuẫn và
những thỏa hiệp của thời kì cách mạng tư sản Anh. Newton
chống lại chủ nghĩa kinh
Hình 1: Chân dung Newton
viện, bảo vệ nền khoa học có khả năng phát triển công nghiệp và thương mại nhưng
vẫn tin rằng khoa học còn giúp ta nhận thức được Chúa. Newton không đi theo con
đường của các nhà triết học tự nhiên cổ đại xây dựng bức tranh tổng quát về vũ trụ,
tìm kiếm nguyên nhân cuối cùng của các hiện tượng mà ông tìm cách xây dựng một số
“nguyên lý tổng quát” để từ đó có thể rút ra những điều vận dụng được trong thực tiễn. lOMoAR cPSD| 40367505
Vai trò của cơ học Newton có thể khái quát với các nội dung sau: Xây d ng CSLT cho ự C h c Newton thúc ơ ọ
Quyếết đ nh lu n ị ậ Đ t nếền móng cho c ặ ơ thuyếết nh t tâm và mô ậ đ y s phát tri n lý ẩ ự ể
Newton, m ra thếế gi i ở ớ h c v i 3 đ nh lu t ọ ớ ị ậ t chuy n đ ng c a vũ ả ể ộ ủ thuyếết c a quang h c ủ
ọ quan khoa h c m iọ ớ Newton nh 3 "tến đếề"ư tr d a trến tụ ự ương tác
và đi n h c và t h cệ ọ ừ ọ hâếp dâẫn
Hình 2: Vai trò của cơ học Newton đối với sự phát triển của vật lí học
1.1. Nội dung quyết định luận Newton, mở ra thế giới quan khoa học mới.
Các thế kỉ XVII và XVIII là thời đại của cơ học Newton. Theo cơ học Newton, nếu
ta biết khối lượng của từng điểm trong cơ hệ, trạng thái ban đầu của một cơ hệ (như
toạ độ, vận tốc của từng chất điểm) và biết các nguyên nhân làm biến đổi trạng thái đó
(các lực tác dụng lên từng chất điểm) thì ta có thể áp dụng các định luật của cơ học,
của nhiệt động lực học và của điện động lực học cho phép xác định một cách đơn giá
mọi trạng thái tương lai của hệ.[1]. Quyết định luận đã thay đổi cái nhìn của loài người
về các hiện tượng tự nhiên, không chỉ khám phá tự nhiên bằng khoa học mà còn có
thể áp dụng khoa học phục vụ cuộc sống của con người. Ngành khoa học nói chung và
ngành vật lí học nói riêng đã tách ra khỏi triết học tự nhiên đóng góp quan trọng vào
cuộc sống loài người. Phương pháp nghiên cứu vật lí học được hoàn thiện và phát triển
đưa ra nhiều phát kiến mới. Và trong các kết quả thực nghiệm với cơ học Newton là
công cụ vật lí đơn giản mà cho sự chính xác cao khi nghiên cứu các vật thể lớn không
cực lớn và tốc độ không đạt tới tốc độ ánh sáng.
Phương pháp nghiên cứu thời kì này cũng thay đổi là phương pháp thực nghiệm
với việc coi thí nghiệm vật lí là công cụ tìm ra chân lí. Thực tế, các thí nghiệm đã được
thực hiện từ rất lâu bởi các nhà khoa học cổ đại nhưng đến Galileo vai trò của nó được
nhìn nhận như một hạt nhân trong nghiên cứu và Newton đã hoàn thiện hoàn thiện và
vận dụng nó rất thành công. Ta có thể tóm tắt dưới dạng 4 nguyên tắc trong nghiên cứu: lOMoAR cPSD| 40367505
• Quy tắc 1: Không được thừa nhận trong thiên nhiên những nguyên nhân khác
những nguyên nhân đúng và đủ để giải thích các hiện tượng.
• Quy tắc 2: Vì vậy cho đến khi nào có thể được thì phải gán cùng 1 loại nguyên nhân
cho cùng một loại hiện tượng.
• Quy tắc 3: những tính chất vật lí ta không thể tăng lên hoặc giảm bớt và là cố hữu
của các vật đưa ra làm thí nghiệm thì phải coi là tính chất của mọi vật nói chung.
• Quy tắc 4: Trong thực nghiệm những mệnh đề suy ra bằng phép quy nạp từ các
hiện tượng diễn ra phải được coi là chính xác hoặc gần đúng trong khi chưa phát
hiện ra những hiện tượng làm cho mệnh đề đó được chính xác hơn hoặc phải có ngoại lệ.
Các nguyên tắc đi từ tri thức bộ phận đến những tri thức tổng quát hơn và đến
những lý thuyết, định luật, học thuyết. Trong quá trình vận dụng, các nhà khoa học đã
hoàn thiện phương pháp thực nghiệm hiện nay, là sự kết hợp hài hòa giữa lý thuyết và
thực nghiệm. Các định luật, khái niệm được xây dựng đầy đủ khi và chỉ khi có bằng
chứng đầy đủ về cả thực nghiệm lẫn biểu diễn bằng cơ sở lý thuyết. lOMoAR cPSD| 40367505
Hình 3: Sơ đồ các giai đoạn trong phương pháp thực nghiệm
Phương pháp thực nghiệm phải được hiểu theo nghĩa rộng là nhằm mục đích
nhận thức thiên nhiên. Tuy nhiên trong quá trình tìm kiếm chân lý khoa học không phải
nhà vật lí nào cũng đi đủ các bước như trên mà học phải nối tiếp nhau trong quá trình
nghiên cứu, người này tiếp nối những kết quả đã đạt được của người trước, hoàn
thành quá trình chiếm lĩnh tri thức mới.
Vì vậy, nhờ vào tư tưởng mới của cơ học Newton, con người nghiên cứu vật lí học
cũng là một cách để con người có thể làm chủ tương lai bằng khoa học. Không chỉ có
Chúa mới thực hiện các “cú hích ban đầu” để vũ trụ vận hành, con người cũng có thể
“bắt chiếc” vận hành thế giới trên trái đất bằng khoa học.
Trong các lĩnh vực cơ học, toán học, quang học, xã hội phát triển đến những phát
minh có tính tổng hợp, tạo ra những học thuyết hoàn chỉnh. Newtơn đã có những đóng
góp thiên tài trong cả ba lĩnh vực đó, và đã đặt những nền móng vững chắc cho vật lí
học trong các lĩnh vực khác như điện học và nhiệt học. lOMoAR cPSD| 40367505
Hình 4: Những phát kiến và ảnh hưởng nổi bất của cơ học Newton trong các lĩnh vực vật lí học
1.2. Sự ảnh hưởng của Newton đến lĩnh vực cơ học
Những năm 1660, khi còn là sinh viên của trường Đại học Trinity, Newton đã bắt
đầu nghiên cứu về cơ học. Ông đã xây dựng được những khái niệm khối lượng và lực,
đã nảy sinh ý nghĩ rằng trọng lực và lực hấp dẫn có cùng một bản chất, đã từ định luật
thứ ba của Kepler rút ra biểu thức của lực hấp dẫn. Vấn đề này, Hooke và Halley đã vận
dụng nhưng bản thảo của Newton đưa cho Halley có sự chứng minh bằng các biểu
thức toán học chặt chẽ và trọn vẹn hơn. Chính Halley ra sức thuyết phục Newton công
bố công trình của mình và năm 1687 tác phẩm "Nguyên lí toán học của triết học tự
nhiên" của Newton xuất bản, đánh dấu là cuốn sách đầu tiên trong đó cơ học được
trình bày một cách trọn vẹn, như một khoa học hoàn chỉnh.
Nhiều khái niệm được các nhà khoa học lúc bấy giờ sử dụng trong cơ học, nhưng
chưa được định nghĩa chặt chẽ, và có những thuật ngữ như "lực", "khối lượng vật chất"
được mỗi tác giả hiểu theo một nghĩa khác nhau. Newton mở đầu cuốn "Nguyên lí"
bằng việc định nghĩa những khái niệm cơ bản của cơ học. Những định nghĩa này được
phát biểu lần đầu tiên một cách chặt chẽ, và hiện nay được chấp nhận trong khoa học.
Đó chính là 3 định luật Newton được coi như một tiên đề về cơ học cổ điển. Trải qua
nhiều thế kỉ, ba định luật Newton đã được phát biểu giống hoặc gần giống như cách lOMoAR cPSD| 40367505
phát biểu ban đầu của Newton, trở thành nền tảng vững chắc của khoa học nhận thức thiên nhiên.
Hình 5: Phát biểu và mối quan hệ của 3 định luật Newton
Định luật 1 Newton, có thể hiểu đơn giản mô tả trạng thái của vật trong hệ quy
chiếu quán tính, được phát biểu rằng: “Nếu một vật không chịu tác dụng của bất kì lực
nào hoặc chịu tác dụng của các lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng
yên, một vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.”
Định luật này được biết như định luật về quán tính. Trong phát biểu, trạng thái
của mọi vật có thể miêu tả rằng nó có xu hướng giữ nguyên trạng thái đang diễn ra. Tất
cả mọi vật có xu hướng chống lại sự thay đổi trong trạng thái chuyển động. Hơn nữa,
điều này luôn luôn đúng trong cuộc sống như Anhxtanh đã nói vui rằng: “Cuộc sống
như đạp xe đạp. Để giữ thăng bằng bạn phải giữ cho nó chuyển động.”
Định luật được coi như là một nguyên lý định nghĩa hệ quy chiếu quán tính, vì
vậy nó không phải trường hợp riêng của định luật II. Nó được coi như một nguyên lý vì
tính tuyệt đối của hệ vật cô lập hay không gian chân không tuyệt đối nhưng hoàn toàn
có thể tiến hành thí nghiệm với phương pháp quy nạp, khi vật chuyển động khi được
truyền cho một xung lượng ban đầu, giảm dần tương tác của vật với môi trường (lực
cản) thì các kết quả cho về kết luận của định luật. Tuy nhiên, định luật có một mối quan
hệ mật thiết với 2 định luật còn lại. Sẽ thật mơ hồ nếu chỉ tiếp cận định luật I khi chưa
hiểu rõ về khái niệm lực và nguyên nhân gây ra lực. lOMoAR cPSD| 40367505
Định luật 2, mô tả thay đổi tính chất chuyển động được biết như là nguyên lý
động lực học, được phát biểu định lượng về sự thay đổi trạng thái chuyển động của
một vật dưới tác dụng của một tổng hợp lực tác dụng lên vật đó. “Gia tốc của một vật
cùng chiều với lực tác dụng lên nó. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và
tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.” Một điểm đáng chú ý là khối lượng là mức đo quán
tính của một vật, cũng như đo mức hấp dẫn của vật này lên vật khác.
Hai trạng thái cân bằng trong định luật I: đứng yên và chuyển động thẳng đều
không hề tương đương nhau, vì để cần có một vật chuyển động thẳng đều nhất định
ban đầu phải truyền cho vật một xung của lực. Điều này có thể phát triển từ định luật
II Newton. Các khái niệm về khối lượng, lực, hoạt lực (động năng) được đưa vào và
thống nhất phát triển dù sau này phương trình động lực học được biểu diễn theo nhiều
cách như phương trình Hamilton, Lagrange để làm thuận tiện cho các hệ cơ học khác
nhau ứng dụng trong thực tiễn. Khối lượng, động lượng, lực lần lượt có thể tóm gọn là
số đo lượng vật chất, số đo tính chất chuyển động và số đo tác dụng của tương tác.
Newton đặt nền móng cho các đại lượng vật lí mô tả bản chất nội tại tuyệt đối không
đổi của vật, bản chất của hiện tượng.
Điểm quan trọng thứ hai liên quan đến áp dụng của trong hệ quy chiếu quán
tính và hệ quy chiếu phi quán tính. Các đại lượng giải tích véc tơ được xây dựng trong
các hệ quy chiếu được xây dựng trên các đại lượng vô hướng và có hướng. Không thời
gian trong các hệ quy chiếu là tuyệt đối.
Định luật 3, mô tả tương tác giữa các vật trong cơ hệ, được phát biểu là: “ Trong
mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, vật B tác dụng lên vật A một lực
trực đối. Hai lực này cùng giá, cùng độ lớn, ngược hướng và khác điểm đặt.” Định luật
III được biết như nguyên lý của lực và phản lực. Định luật III đòi hỏi cần có sự bảo toàn
momen xung lượng rằng đối với một hệ cô lập. Vì vậy, định luật III sẽ là điều kiện tiên
quyết của định luật II
Từ 3 định luật ta thấy, và các khái niệm về lực, khối lượng, gia tốc được liên kết
một cách chặt chẽ. Ba định luật thống nhất với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh lOMoAR cPSD| 40367505
trong “vũ trụ tuyệt đối” trong không thời gian tuyệt đối (như nhau đối với mọi quy
chiếu). 3 định luật Newton được coi như là tiên đề để xây dựng vật lí cổ điển.
1.3. Sự ảnh hưởng của cơ học Newton đến lĩnh vực thiên văn học
Newton đã vận dụng động lực học của mình, với những lực không tiếp xúc, để
nghiên cứu chuyển động của các hành tinh và do đó đã xây dưng cơ sở lý thuyết cho
hệ nhật tâm của Copernic.
Trước Newton, các nhà vật lí học như Kepler, Hooke, Halley đã bắt đầu xây dựng
tư tưởng của định luật vạn vật hấp dẫn một cách tản mạn. Từ những nguyên liệu chưa
hoàn chỉnh đó, Newton đã nâng lên thành một định luật lượng chặt chẽ. Đến những
năm 1680, tác phẩm về lực hấp dẫn phổ quát được công bố. Với những số liệu thiên
văn đã biết thời đó, và với công thức của Huyghen về lực hướng tâm trong các chuyển
động cong. Newton đã chứng minh rằng lực hướng tâm do Trái Đất tác dụng lên Mặt
Trãng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ Mặt Trãng đến Trái Đất. Và nếu có
nhiều Mặt Trăng nhỏ quay quanh Trái Đất, thì mỗi Mặt Trăng nhỏ đều chịu tác dụng
của một lực hướng tâm tương tự như thế.
Newton đã mở rộng kết luận đó cho mọi thiên thể trong hệ Mặt Trời. Mỗi hành
tinh đều hút các vệ tinh cùa nó, và ngược lại, bị các vệ tinh hút lại. Mỗi vật nặng trên
các hành tinh đều có trọng lượng,và trọng lượng đó tỉ lệ với khối lượng của hành tinh.
Các hành tinh bị Mặt Trời hút về phía mình và cũng hút Mặt Trời về phía chúng. Newton
đã đi đến khái niệm về tính hấp dẫn là tính chất phổ biến của mọi vật trong vũ trụ, và
đã phát biểu một định luật định lượng về sự hấp dẫn, mà ngày nay chúng ta viết dưới dạng : Mmr F G r3
Với định luật vạn vật hấp dẫn, Newton đã đánh đổ quan niệm của phái Aristote
cho rằng mọi vật đều bị hấp dẫn về tâm của vũ trụ, là tâm Trái Đất. Newton cũng đã
xây dựng một cơ sở động lực học vững vàng cho hệ nhật tâm của Copernic, và xây dựng lOMoAR cPSD| 40367505
cơ sở cho cơ học thiên thể. Từ đó, các bằng chứng thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết
về lực hấp dẫn được tìm kiếm. Điển hình là dự báo thiên văn học chính xác. Vào thế kỉ
XIX, Johann Galle đã phát hiện ra Sao Hải Vương ở vị trí lệch 1 độ so với tiên đoán của
Urbain Le Verrier. Các phép toán tìm kiếm Hải Vương Tinh cũng tính toán quỹ đạo của
các vệ tinh nhân tạo và con tàu vũ trụ hiện nay là những chứng minh hùng hồn cho sự
đúng đắn của thuyết vạn vật hấp dẫn. Bản thân Newton cho rằng tác dụng hấp dẫn
chắc hẳn phải do một tác nhân nào đó truyền đi, và nó phải hoạt động thường xuyên
theo những quy luật nhất định. Tác nhân đó là vật chất hay là phi vật chất ? Ông nói :
"Tôi dành cho các độc giả giải quyết vấn đề này và nêu ra phương châm : "Tôi không
đặt ra những giả thuyết". Ông nhấn mạnh rằng cần phải thừa nhận sự tồn tại của các
lực hấp dẫn nhưng cần tránh tranh luận về nguyên nhân của các lực đó. Đó cũng là vấn
đề mà các nhà vật lí hiện đại đang tìm kiếm và xây dựng mô hình lý thuyết hiện đại hơn
phù hợp với lý thuyết hấp dẫn cổ điển.
1.4. Sự ảnh hưởng của cơ học Newton đến lĩnh vực nhiệt học, quang học, tĩnh điện học và tĩnh từ học Về quang học
Newton bắt đầu nghiên cứu quang học từ 1665, dùng lăng kính để nghiên cứu
tính chất cùa quang phổ và tìm ra rằng các ánh sáng đơn sắc không đổi màu sắc khi
phản xạ và khúc xạ. Ông cho rằng không có cách nào khắc phục được hiện tượng sắc
sai trong các quang cụ, nên đã thay các thấu kính trong kính thiên văn bằng các các
gương cầu phản xạ, và đã tự tay mình mài các gương cầu, lần đầu tiên lắp được kính
thiên văn phản xạ. Kính thiên văn phản xạ ngày nay được dùng rộng rãi của Newton.
trong thiên văn học. Trên quan điểm vật chất cấu tạo bởi các hạt, ông cũng băn khoăn
đi tìm bản chất của ánh sáng dựa trên các giải thích dựa trên tính chất hạt của ánh
sáng. Thí nghiệm màu sắc ánh sáng của ông chính là một trong những thí nghiệm quan
trọng nhất cho quá trình khám phá quang học.
Đến những năm đầu thế kỉ XVIII, thí nghiệm của Newton lại tiếp tục đặt cho
khoa học các vấn đề mới khi ông nghiên cứu những "vành tròn Newton", thực ra ông
đã chế tạo chiếc quang phổ nghiệm đầu tiên và đánh giá được tính tuần hoàn trong lOMoAR cPSD| 40367505
các hiện tượng quang học. Đối với mỗi ánh sáng đơn sắc, mỗi khi bề dày của chiếc
"nêm không khí" trong thiết bị thay đổi một độ dài nhất đinh thì một vành ánh sáng
cùng màu lại xuất hiện. Ông đã xác định độ dài đó đối với từng ánh sáng đơn sắc một
cách rất chính xác và thực chất là đã đo bước sóng của các ánh sáng đơn sắc, vì theo
thuyết sóng ánh sáng độ dài đó bằng 1/4 bước sóng. Newton quan niệm tia sáng là
một chùm hạt ánh sáng và phủ nhận thuyết sóng ánh sáng, khi phản xạ hoặc khúc xạ,
các hạt ánh sáng va chạm với các hạt vật chất và tạo ra các sóng trong môi trường vật
chất, giống như một hòn đá ném xuống nước tạo ra các sóng trên mặt nước. Ánh sáng
không thể là sóng, vì nó truyền được trong chân không. Newton không công nhận môi
trường ête ánh sáng của Huyghen chứa đầy trong vũ trụ điều này liên quan trực tiếp
đến không gian tuyệt đối và 3 định luật Newton về cơ học, vì nếu có ête ánh sáng thì
nó sẽ cản trở chuyển động của các hành tinh. Thực ra, Newton chỉ dừng lại ở việc nêu
thuyết hạt ánh sáng như một giả thuyết, nhưng về sau những người kế tục ông đã cho
thuyết đó một ý nghĩa tuyệt đối. Về nhiệt học
Các thuyết về nhiệt học xây dựng trên sự tương tự của lực hấp dẫn của của cơ
học Newton, nhưng gần như không thể xây dựng trên các lý thuyết thực nghiệm do
điều kiện thí nghiệm chưa phát triển. Các nhà khoa học thời kì đầu, cố gắng để không
vi phạm các định luật Newton. Chưa có phương pháp cụ thể và toán học để giải tích
với hệ vật có số hạt vật chất rất lớn và chưa đồng nhất. Nhưng ảnh hưởng của quyết
định luận lên tư duy lĩnh vực nhiệt học là rất lớn.
Về tĩnh điện học
Cũng như nhiệt học, hơn một thế kỉ sau những thí nghiệm của Ginbe, điện học
và từ học không tiến thêm được nhiều. Khả năng thực nghiệm thế kỉ XVII mới chỉ cho
phép tạo ra những điện tích rất nhỏ tồn tại trong những thời gian rất ngắn. Năm 1672,
Ôttô Ghêrich chế tạo ra một "máy điện" bằng một quả cầu lưu huỳnh to quay quanh
trục cùa nó. Ông quay quả cầu và tích điện cho nó bằng cách cho nó ma sát với bàn tay.
Năm 1675 Newton mô tả "điệu múa điện" lOMoAR cPSD| 40367505
: ông đặt những mẩu giấy vụn ở phía dưới một tấm thủy tinh, khi ma sát tấm thủy tinh,
những mảnh giấy bị nó hút lẽn, rồi đẩy xuống, rồi lại hút lên. Năm 1716 Newton quan
sát sự phóng điện giữa một vật tích điện và một mũi kim, ông nói rằng "tia điện giống
như một tia chớp ở kích thước rất nhỏ".
Noi gương Newton, các nhà khoa học khác cũng không nghiên cứu bản chất của
các lực đó, mà chỉ dùng chúng để mô tả các hiện tượng. Và từ đó các vật mang tín “chất
điện”, “chất từ” sinh ra như tính hấp dẫn.
Tuy nhiên, bản chất của điện học và nhiệt học còn chưa rõ ràng trong thời kì cơ
học cổ điển bùng nổ. Nhưng đã có những thí nghiệm, mở đầu từ những thí nghiệm
đầu tiên dựa trên các phương pháp tư duy khoa học của cơ học Newton, cũng như
một khung tham chiếu so sánh kết nối các lĩnh vực khác nhau trong vật lí học.
2. Phần 2: Vận dụng các tư tưởng của Newton đối với sự phát triển của vật lí học vào dạy
học vật lí phổ thông
2.1. Nội dung cơ học Newton trong dạy học
Nội dung dạy học cơ học Newton là một hệ thống xây dựng xuyên suốt trong
chương trình khoa học và chương trình vật lí từ tiểu học đến trung học phổ thông.
Đặc biệt là nội dung cơ bản về cơ học Newton tập trung ở chương trình lớp 6 và
lớp 10. Với nội dung chương trình lớp 6: HS cần phải được các yêu cầu về các khái niệm,
dụng cụ đo, đơn vị đo của lực, khối lượng, trọng lượng, lực hấp dẫn. HS thông qua các
khái niệm cơ bản lấy được ví dụ minh họa và thực hiện được các phép đo đơn giản.
Với nội dung chương trình lớp 10: HS cần phát biểu được 3 định luật Newton,
nêu được mối quan hệ giữa lực hấp dẫn và trọng lực; khối lượng quán tính và khối
lượng hấp dẫn; lấy được ví dụ minh họa cụ thể cho nội dung bài học; và vận dụng được
đơn giản 3 định luật Newton. lOMoAR cPSD| 40367505
Hình 6: Vị trí và vai trò của nội dung chính của cơ học Newton trong chương trình khoa học và chương trình vật lí
2.2. Hoạt động dạy học cho nội dung: “Vai trò của cơ học Newton trong sự phát triển
của vật lí học” trong chương trình vật lí 2018.
Mục tiêu xây dựng hoạt động dạy học cho nội dung:
- Giúp HS nêu được 3 định luật cơ bản Newton về chuyển động.
- Xây dựng được bài dạy HS vận dụng phương pháp thực nghiệm trên cơ sở tiến
trình nhận thức theo con đường lý thuyết. lOMoAR cPSD| 40367505
Nội dung vị trí bài học trong chương trình vật lí 2018:
- 3 định luật Newton – Động lực học học – Vật lí 10:
Với yêu cầu cần đạt
“Phát biểu được định luật 3 Newton, minh hoạ được bằng ví dụ cụ thể; vận dụng được
định luật 3 Newton trong một số trường hợp đơn giản.”[2].
Hoạt động dạy học
TÊN BÀI DẠY: ĐỊNH LUẬT III NEWTON
Môn học: Vật lí. Lớp: 10
Thời gian thực hiện: (số tiết 1) I. Mục tiêu 1. Về kiến thức:
Khi vật 1 tác dụng lên vật 2 một lực, thì vật
2cũng tác dụng trở lại vật 1 một lực. Hai lực
này là hai lực trực đối. F12 F21 Lưu ý:
Hai lực trực đối tức là hai lực cùng phương, ngược chiều có độ lớn bằng nhau.
F12 là lực của vật 1 tác dụng lên vật 2 và có điểm đặt lên vật 2.
F21là lực của vật 2 tác dụng lên vật 1 và có điểm đặt lên vật 1.
Hai lực này là hai lực trực đối nhưng không cân bằng nhau vì chúng tác
dụng lên hai lực khác nhau.
Lực và phản lực luôn luôn xuất hiện hoặc mất đi đồng thời.
Lực và phản lực không phải 2 lực cân bằng lOMoAR cPSD| 40367505 2. Về năng lực: Năng lực chung:
Trao đổi, làm việc nhóm để rút ra được sản phẩm làm việc với thực nghiệm của nhóm.
Sử dụng được phần mềm coach 7 để phân tích để thu được số liệu từ thực nghiệm. Năng lực vật lí:
Nêu được cách phát biểu định luật III Newton.
Phân biệt được lực và phản lực, biểu diễn được lực và phản lực dưới dạng
hình vẽ trong một số trường hợp cơ bản.
Xây dựng được kế hoạch và thực hiện được thực nghiệm để kết luận được
giả thuyết về định luật III Newton.
Vận dụng được kiến thức động học chất điểm, động lực học chất điểm
(định luật II Newton) để thu được số liệu đo được từ thực nghiệm
Vận dụng được kiến thức định luật III Newton để giải thích một số hiện
tượng đơn giản trong cuộc sống 3. Về phẩm chất:
Trung thực trong số liệu thu thập được từ kết quả thực nghiệm
Trách nhiệm, đoàn kết trong giao tiếp làm việc nhóm
II. Thiết bị dạy học và học liệu
Dụng cụ thí nghiệm Thí nghiệm mở đầu: Ván trượt Quả bóng nặng Thí nghiệm trạm 1:
2 lực kế: 5N – 0,1N Thí nghiệm trạm 2:
Hai xe lăn có thể chuyển động với ma sát rất nhỏ trên 2 rãnh gỗ nhẵn,
thẳng và được nối với nhau bằng một sợi dây cước có thắt nút đơn lồng lOMoAR cPSD| 40367505
qua thanh kim loại nằm ngang, vuông góc với rãnh gỗ và được gắn giá sắt đặt trên bàn.
Trên xe lăn thứ nhất được gắn một súng lò xo được giữ căng bằng cách dùng dây chỉ.
Trên xe lăn thứ hai có hộp để chứa các gia trọng.
Các quả nặng thêm gia trọng có khối lượng 5g, 10g, 100g, 200g, 500g, đất nặn.
Cân để cân khối lượng của xe
Thước để đo chiều dài quãng đường hai xe dịch chuyển.
Bút để đánh dấu quãng đường hai xe dịch chuyển Bật lửa hoặc
diêm để đốt sợi chỉ để hai xe tương tác. Một cuộn chỉ. Thí nghiệm trạm 3:
Máy tính chứa phần mềm coach 7 Thiết bị quay hình Dụng cụ khác:
Phiếu hỗ trợ công nghệ thông tin sử dụng coach 7
Phiếu hỗ trợ lý thuyết + báo cáo thí nghiệm Phiếu đánh giá
III. Tiến trình dạy học
1. Hoạt động 1: Tình huống nảy sinh vấn đề: Phương chiều của lực và phản lực
trong định luật III Newton. (8 phút) a) Mục tiêu:
Đưa ra được giải thuyết về phương chiều, độ lớn của lực và phản lực
trong định luật 3 Newton. b) Nội dung: Tình huống mở đầu:
HS đứng trên ván trượt: Sau đó ném quả bóng nặng ra xa. Quả bóng chuyển động
về phía trước, nhưng HS bị trượt về phía sau. lOMoAR cPSD| 40367505
Câu hỏi có vấn đề: Tại sao HS lại bị chuyển động về phía sau?
HS quan sát và trả lời câu hỏi cho Tình huống 2:
Cho một quả bóng bàn lăn nhẹ (không vận tốc đầu)
chạm theo hướng vuông góc vào cạnh tường. Quả bóng sẽ
bật trở lại theo hướng cũ. c) Sản phẩm:
Nhận xét và ghi chép của HS: kết quả dự đoán:
Khi vật 1 tác dụng lên vật 2 một lực, thì vật 2 cũng tác dụng trở
lại vật 1 một lực. Hai lực này có độ lớn bằng nhau: F12 F21 , và chiều ngược nhau. d) Tổ chức thực hiện:
Tình huống 1: GV tổ chức trải nghiệm nhỏ, hứng thú cho HS Tình
huống 2: GV cho HS quan sát thí nghiệm và điền phiếu học tập: Câu hỏi tình huống:
Hãy quan sát hiện tượng và nêu 2 đặc điểm về tính chất chuyển động của bóng
bàn trong thí nghiệm quan sát trên.
Quả bóng bàn bị bật ngược trở lại (chuyển động ngược lại hướng chuyển động cũ.)
Quả bóng chuyển động ngược lại đến vị trí ban đầu khi nó bắt đầu chuyển động.
Tại sao quả bóng chuyển động ngược lại?
Có lực của bức tường tác dụng lực lên quả bóng bàn.
Tại sao lại có lực của tường tác dụng lên quả bóng bàn? Do quả bóng bàn
đến va chạm với tường (tương tác với tường) Dự đoán hai lực này có mối liên hệ như thế nào?
Có phương chiều ngược nhau. Điểm đặt trên hai vật khác nhau.
Hai lực có độ lớn bằng nhau. lOMoAR cPSD| 40367505
2. Hoạt động 2: Kiểm chứng dự đoán ở hoạt động 1 về phương chiều, độ lớn
của lực và phản lực theo định luật III Newton (30 phút) a) Mục tiêu:
Bố trí được thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết đặt ra ở hoạt động 1
Thu được số liệu và rút ra được kết luận về lực và phản lực b) Nội dung:
Trạm 1: (2 bộ thí nghiệm)
HS khảo sát độ lớn của lực và phản lực của hai lò xo.
Trạm 2: (2 bộ thí nghiệm)
HS sử dụng phần mềm coach 7, hoặc số liệu trên thước và phiếu hỗ trợ học tập để
thu được số liệu từ thí nghiệm chuyển động của hai xe bố trí như hình bên dưới
Trạm 3: (2 máy tính chứa coach 7 + thiết bị quay hình của HS) c) Sản phẩm:
Số liệu: Báo cáo thực hành phù hợp với giả thuyết: F12 F21 lOMoAR cPSD| 40367505 , và chiều ngược nhau.
- Phiếu báo cáo thí nghiệm kèm theo - Phiếu
hướng dẫn sử dụng coach 7 d) Tổ chức thực hiện:
Thực hiện tổ chức dạy học theo trạm: Chia lớp thành 5 nhóm:
Nhóm 1: Trạm 1 Trạm 2 Trạm 3
Nhóm 2: Trạm 1 Trạm 3 Trạm 2
Nhóm 3: Trạm 2 Trạm 1 Trạm 3
Nhóm 4: Trạm 3 Trạm 2 Trạm 1
Nhóm 5: Trạm 3 Trạm 1 Trạm 2
Thời gian dự kiến: Trạm 1: 5 phút; Trạm 2: 15 phút: Trạm 3: 10 phút
3. Hoạt động 3: Báo cáo kết quả - Kết luận (10 phút) a) Mục tiêu:
Các tổ trưởng báo cáo số liệu thu được và kết quả b) Nội dung:
HS ghi các kết luận của nhóm mình lên bảng con:
Kết quả trạm 1; trạm 2 phù hợp hay không phù hợp với giả thuyết
Có điều gì cần lưu ý khi làm thí nghiệm.
Trả lời câu hỏi bổ sung:
Tại sao hai xe sau khi rời nhau lại chuyển động thẳng đều? – Khi hai xe tách rời
nhau; lực và phản lực biến mất cùng lúc c) Sản phẩm:
Kết quả ghi lên bảng của mỗi nhóm d) Tổ chức thực hiện: lOMoAR cPSD| 40367505
Giáo viên để các nhóm ghi lên bảng và có thể quan sát được kết quả của các nhóm khác
GV quan sát và đánh giá kết quả; giải quyết các vấn đề liên quan đến kết quả
không phù hợp với giả thuyết ở hoạt động 1
GV phát biểu giả thuyết định luật III Newton; lấy ví dụ minh họa.
4. Hoạt động 4: Vận dụng (về nhà) (2 phút) a) Mục tiêu:
HS hoàn thiện báo cáo kết quả, bổ sung và rút kinh nghiệm
HS nêu được phát biểu của định luật III Newton, ý nghĩa của định luật III
Newton mô tả tương tác giữa hai vật. b) Nội dung:
HS về nhà hoàn thiện báo cáo và nộp lại sản phẩm
HS vận dụng định luật III Newton để làm các bài tập vận dụng c) Sản phẩm:
Báo cáo thực hành, video trạm 2, phân tích coach7 trạm 2 Phiếu bài tập d) Tổ chức thực hiện:
GV giao nhiệm vụ về nhà.
Phiếu hỗ trợ đi kèm
Phiếu báo cáo kết quả trạm 1
BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 1
Kiểm nghiệm lại định luật III Newton thông qua tương tác giữa hai xe lăn.
1. Mô tả thí nghiệm. (Phương pháp và các bước thực hiện.) lOMoAR cPSD| 40367505
Móc hai lực kế và xác định số chỉ của 2 lực kế để xác định độ lớn khi thay đổi độ lớn của lực kéo hai tay
2. Cơ sở lý thuyết.
Xét hai hệ vật gồm hai lực kế như hình vẽ: Theo giả thuyết: F12 F21.
Hai lực kế luôn thẳng hàng.
3. Tiến hành thí nghiệm.
4. Xử lý số liệu.
5. Thu dọn thí nghiệm. 6. Kết luận:
................................................................................................
Phiếu báo cáo kết quả trạm 2
BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 2 (Mẫu)
Kiểm nghiệm lại định luật III Newton thông qua tương tác giữa hai xe lăn.
1. Mô tả thí nghiệm. (Phương pháp và các bước thực hiện.) lOMoAR cPSD| 40367505 m m
Cho vật 1tác dụng lực lên 2bởi một lò xo. Sau khi tác dụng lực thì hai bị bật về hai
phía và bị dây cước nối giữ lại nhưng quãng đường từ “mấu đánh dấu” của dây cước
giữa hai xe đến vị trí hai xe chuyển s s
động làm căng dây cước là quãng đường 1và 2
2. Cơ sở lý thuyết. m m ; Xét hai hệ vật gồm 1 2 như hình vẽ: Gọi
t là khoảng thời gian va chạm.
t là thời gian hai vật chuyển động thẳng đều sau va chạm (thời gian dây cước nối hai xe bị căng). v' ; v'
2 1lần lượt là vận tốc sau va chạm và trước va chạm của vật 2. v v ;
2 1lần lượt là vận tốc sau va chạm và trước va chạm của vật 1. v v ' 0 Trong đó: nếu coi 1 1
: vật chuyển động không vận tốc đầu.
F12 F21 m a2 2 m a1 1 m2 v'2 v '1 m1 v2 v1 m2 v2 s1 t t m1 v ' s 2 2 .
3. Tiến hành thí nghiệm.
Bố trí thí nghiệm
Bước 1: Cân khối lượng hai xe 1 và 2 ghi vào bảng số liệu
Bước 2: Buộc sợi chỉ cố định hai xe để lò xo ở trạng thái nén. Bước 3: Vòng sợi cước
buộc 2 xe đơn lồng qua thanh sắt nằm giữa hai xe
Tiến hành thí nghiệm Bước 4: Đốt sợi chỉ lOMoAR cPSD| 40367505
Bước 5: Đo giá trị s1 và s2: quãng đường đi được của xe 1 và xe thông qua chiều dài
được chia từ vị trí thanh sắt của sợi cước Lưu ý: không để sợi cước mắc vào bánh xe.
4. Xử lý số liệu.
m1 320 g 480 g 640 g m2 320 g 320 g 320 g s1 20 cm
16,8 cm 14,3 cm s2 25 cm 26 cm 28,5 cm
5. Thu dọn thí nghiệm. 6. Kết luận: m s 1 2 m 1 1,5; 1,54 1; s2 1,25 m1 2; s2 2,0 Lần 1: m2 s1 ; Lần 2: m2 s1 ; Lần 3: m2 s1
___________________________________________________________________
Phiếu báo cáo kết quả trạm 3
BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 3
Kiểm nghiệm lại định luật III Newton thông qua tương tác giữa hai xe lăn.
1. Mô tả thí nghiệm. (Phương pháp và các bước thực hiện.) m m
Cho vật 1tác dụng lực lên 2bởi một lò xo. Sau khi tác dụng lực thì hai bị bật về hai
phía và nếu lực tác dụng lên hai xe khiến hai xe chuyển động có vận tốc ban đầu
2. Cơ sở lý thuyết. m m ; Xét hai hệ vật gồm 1 2 như hình vẽ: Gọi
t là khoảng thời gian va chạm.
t là thời gian hai vật chuyển động thẳng đều sau va chạm (thời gian dây cước nối hai xe bị căng). v' ; v'
2 1lần lượt là vận tốc sau va chạm và trước va chạm của vật 2. lOMoAR cPSD| 40367505 v v ;
2 1lần lượt là vận tốc sau va chạm và trước va chạm của vật 1. v v ' 0 Trong đó: nếu coi 1 1
: vật chuyển động không vận tốc đầu.
F12 F21 m a2 2 m a1 1 m2 v'2 v'1 m1 v2 v1 m2 v2 t t m1 v' 2 .
4. Tiến hành thí nghiệm.
5. Xử lý số liệu. a. Số liệu thu được m1 m2 v2 v2 ' Mẫu:
b. File phân tích coach 7 (có thể nộp qua trang thông tin) lOMoAR cPSD| 40367505
5. Thu dọn thí nghiệm. 6. Kết luận:
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
2.3. Slide xây dựng cho chủ đề lOMoAR cPSD| 40367505
Định luật III Newton.pptx
Hyperlink: Click đúp chuột vào ảnh trên để mở file pptx III. Kết luận
Bài tiểu luận đã nêu được các nội dung chính của vai trò cơ học Newton trong sự
phát triển của vật lí học và vận dụng để xác định nội dung liên quan trong chương trình
vật lí 2018. Từ đó, xây dựng tiến trình dạy học bài định luật III Newton IV.
Tài liệu tham khảo [1].
Đào Văn Phúc (2013), “Lịch sử vật lí”, NXB Giáo dục.
[2]. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), "Chương trình Giáo dục phổ thông môn Vật lí
ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TT-BGDDT ngày 26/12/2018 của Bộ
trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo”.