skkn phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh thông qua việc phân tích, tìm cách giải bài tập vật lí nâng cao phần cơ học bậc THCS

1 Là tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến cấp thị xã năm học (2020-2021): “Phát triển tư sáng tạo cho học sinh thông qua việc phân tích, tìm cách giải tập vật lí nâng cao phần Cơ học bậc THCS” Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Không Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giáo dục (Vật lí) Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu: 15/09/2020 Mô tả chất sáng kiến: 5.1 Tính sáng kiến: - Trong sáng kiến lựa chọn, sưu tầm số giải pháp, tập hay đa dạng từ nguồn tài liệu tham khảo; đặc biệt ý đến nhu cầu học tập học sinh bồi dưỡng lực toán học kĩ vận dụng tốn học vào tập vật lí - Giải tập theo nhiều hướng khác để phù hợp với đối tượng học tham gia nhận thức Phát triển tập từ hình thức đề thành nhiều đề khác theo nhiều hướng khác khai thác tập mức cần tư cao - Trong tập có phân tích, đánh giá, nhận xét qua cách giải cụ thể; vấn đề mà cịn tác giả viết sách quan tâm, ý đến để học sinh phát triển tư sáng tạo, tự học nâng cao nhận thức 5.2 Về nội dung sáng kiến: 5.2.1 Các giải pháp để tổ chức thực hiện: - Đưa số cách giải khác cho tập (một số tập phần học chương trình vật lí nâng cao bậc trung học sở) - Phân tích ưu, nhược điểm cách giải cho học sinh thấy cách giải thực sở đơn vị kiến thức - Ở dạng toán cố gắng hình thành cho em tập tổng quát để em có nhìn khái qt giải tập dạng tốn - Từ giúp cho giáo viên học sinh khắc sâu thêm đơn vị kiến thức, tượng vật lí cụ thể Đồng thời, xây dựng kích thích ý thức tìm tịi nghiên cứu, khám phá, tìm hiểu nhiều cách giải cho tập Bằng việc trao đổi trực tiếp với học sinh trình giảng dạy, ôn luyện học sinh giỏi đội tuyển Vật lí tơi nhận thấy để khắc phục hạn chế học sinh trình dạy cho học sinh giải tập giáo viên cần thực số bước sau: - Lựa chọn xây dựng số tập điển hình để đưa cách giải khác cho tập 2 - Phân tích cách giải cho tập Đồng thời, có lồng vào việc phân tích chung cho dạng toán tổng quát - Giao hệ thống tập nhà để em tự giải nhiều cách khác - Thực định hướng giải tập cho học sinh tương tự việc dạy lí thuyết Cơ sở lí thuyết để thực giải pháp là: + Lí thuyết chung chuyển động học + Tính chất tương đối chuyển động học + Định luật paxcan; ứng dụng đặc điểm, tính chất bình thơng + Định luật Acsimet mối quan hệ lực đẩy Acsimet với trọng lượng vật (hoặc hệ vật) nhúng chất lỏng + Đặc điểm hai lực cân + Phương pháp phân tích tổng hợp lực vật hệ vật + Đặc điểm máy đơn giản + Định luật bảo toàn cơng 5.2.2 Một vài ví dụ: “Tìm thêm cách giải cho vài dạng toán học bậc THCS” a) Bài tập 1: Một động tử chuyển động từ A đến B với vận tốc 32m/s Cứ sau giây vận tốc giảm nửa Tính thời gian hết quãng đường AB Biết AB = 60m * Cách giải 1: Lập bảng: Thời gian chuyển động Vận tốc chuyển động Quãng đường (s) (m/s) s = v.t (m) Giây thứ v1= 32 s1= v.t = 32 Giây thứ hai v2= 16 s2= v.t = 16 Giây thứ ba v3= s3= v.t = Giây thứ tư v4= s4= v.t = Quan sát bảng ta thấy sau 4s quãng đường động tử là: s = s1 + s2 + s3 + s4 = 32 + 16 + + = 60(m) Vậy, sau giây động tử hết quãng đường AB * Cách giải 2: Vì sau giây vận tốc động tử giảm nửa Nên gọi n số đoạn đường giây thời gian hết quãng đường AB là: t = n (giây) Theo ta có: s1 + s2 + s3 + … + sn-1 + sn = sAB vt vt2 vt vt + + … + (nn−−21) + n −n1 = sAB 2 1 1 S Vì t1= t2= t3= tn-1= tn = (s) nên: + + + … + n − + n −1 = AB 2 v ⇔ vt1 + ⇔ + (1 ⇔ ⇔ 1 1 1 S 15 ) + ( - ) + … + ( n − - n − ) + ( n − - n −1 ) = AB = 2 2 2 v 15 - n −1 = 1 = n −1 = 2 ⇔ n–1=3 ⇔ n=4 Vậy: sau t = n = giây động tử hết quãng đường AB * Phân tích cách giải: - Cách giải cách giải thường sử dụng tài liệu, nhiều giáo viên sử dụng Cách giải đơn giản, học sinh cần kẻ bảng (lựa chọn kết quả) tìm Xong có hạn chế: Khơng phát triển tư chiều sâu học sinh, không tạo dựng cho em phương pháp giải chung cho thể loại tập - Với cách giải học sinh phải tư cao hơn, em muốn giải cần có đơn vị kiến thức tốn học định Tuy nhiên, em nắm cách giải em có khả khái qt nội dung tốn thành dạng tổng hợp cao hơn: quãng đường bất kì, giảm tăng vận tốc theo tỉ lệ bất kì,… b) Bài tập 2: Trời lặng gió, ca nơ chuyển động ngược dòng, đến A gặp bè thả xi dịng Sau phút kể từ gặp bè, ca nơ quay lại xi dịng gặp bè B cách vị trí A 1,5 km Tính vận tốc dòng nước * Cách giải 1: + Xét chuyển động ca nơ so với bè, ta có: C A D B - Khi chuyển động ngược chiều: (xét mốc chuyển động chung chỗ gặp A, ca nơ ngược dịng từ A  C, bè xi từ A  D) (vcn + vbè) t1 = SCD (1) - Khi chuyển động chiều: (lúc canô xuất phát C, bè xuất phát D chuyển động chiều xi dịng nước gặp B) (vcn - vbè) t2 = SCD (2) + Xét chuyển động ca nơ bè so với dịng nước, ta có: - Khi chuyển động ngược dịng: vcn = v - vnước vbè = vnước hay vcn = v - vbè (3) (v: vận tốc canô động sinh ra; tức vận tốc riêng canô) - Khi chuyển động xi dịng: vcn = v + vnước vbè = vnước hay vcn = v + vbè (4) Thay biểu thức (3) vào (1) (4) vào (2) tương ứng, ta suy ra: vt1 = vt2 ⇔ t1 = t2 = phút = 300 giây Xét quãng đường AB, ta có vận tốc dịng nước (vận tốc bè xi dịng từ A  B): S 1500 AB vnước= t + t = 600 = 2,5(m / s ) Vậy, vận tốc dòng nước 2,5(m/s) A * Cách giải 2: S1 B S2 S ' ' S2 - Gọi quãng đường ca nô bè thời gian t = phút1 = 300s, kể từ ca nô bè gặp lần đầu A là: S1 S2 - Gọi quãng đường ca nô bè thời gian t ’(s), kể từ ca nô bắt đầu xi dịng lần gặp B là: S '1 S ' - Vận tốc ca nô máy đẩy v, vận tốc dịng nước Ta có: S1= (v - vn)t ; S2= vnt ’ ' S = (v + vn)t ; S ' = vnt’ Mặt khác: S1 + S2 = S '1 - S ' ⇔ (v - vn)t + vnt = (v + vn)t’ - vnt’ ⇔ vt = vt’ ⇔ t’ = t = 300(s) Mà: S2 + S ' = vnt + vnt’ = SAB ⇔ vn= S AB 1500 = 2,5(m/s) ' = t +t 300 + 300 Vậy, vận tốc dòng nước 2,5(m/s) * Phân tích cách giải: - Trong cách giải thứ nhất, sử dụng tính chất tương đối chuyển động đứng yên làm tảng chủ yếu Với cách giải này, học sinh dễ nắm bắt hiểu sâu chất sở lí thuyết loại tốn chuyển động có dịng nước Tuy nhiên, cách giải có phần dài, nặng định tính - Cách giải thứ hai kết hợp sơ đồ với phương pháp chung giải tốn chuyển động có dịng nước Cách giải này, nặng thuật toán khả hình dung tượng vật lí cụ thể c) Bài tập 3: Đặt viên bi thép có trọng lượng riêng d thể tích V1 lên gỗ không thấm nước, thả bình nước hình trụ (trọng lượng riêng nước d) Sau gạt viên bi thép khỏi miếng gỗ cho chìm bình nước 5 Hỏi mực nước bình dâng lên hay hạ xuống so với chưa gạt bi thép xuống tính thể tích nước dâng lên hạ xuống ? * Cách giải 1: Gọi H độ cao mực nước ban đầu; h độ cao mực nước sau gạt hịn bi xuống; S diện tích đáy bình; Gọi thể tích chất lỏng bị hệ vật chiếm chỗ chưa gạt viên bi xuống chậu gạt viên bi xuống chậu nước V V' - Áp lực nước tác dụng lên đáy bình chưa gạt viên bi xuống là: F1= d.V - Khi gạt viên bi xuống, áp lực tác dụng lên đáy bình là: F2= d.V’ – d.V1 +V1.d1 = d.V’ + V1(d1 – d) - Vì trọng lượng nước, viên bi sắt không thay đổi nên F1= F2 tức: d.V = d.V’ + V1(d1 – d) ⇔ d(V – V’) = V1(d1- d) ⇔ V – V’ = V1 (d1 − d ) d Vì viên bi chìm nên d > d (V - V') > Tức V > V' Vậy gạt viên bi xuống mực nước chậu hạ xuống thể tích nước hạ xuống là: V* = V – V’ = (d − d )V1 d * Cách giải 2: Gọi thể tích chất lỏng bị hệ vật chiếm chỗ chưa gạt viên bi xuống chậu gạt viên bi xuống chậu nước V V'; V *là thể tích nước dâng lên hay hạ xuống ; d2, V2 trọng lượng riêng thể tích gỗ - Lực đẩy Acsimet tác dụng lên hệ vật trường hợp đầu : FA = dV = V1d1 + V2d2 (1) - Lực đẩy Acsimet tác dụng lên hệ vật trường hợp thứ : F'A = dV' = V1d + V2d2 (2) - Từ (1) (2) ta có : V - V' = (d1 − d )V1 d Vì viên bi chìm nên d1 > d (V - V') > Tức V > V' Vậy gạt viên bi xuống mực nước chậu hạ xuống thể tích nước hạ xuống : V* = V - V' = (d1 − d )V1 d * Phân tích cách giải: - Đối với cách giải phải dựa vào định luật Pascan, dựa vào việc áp lực tác dụng lên đáy bình gây dâng lên mực nước bình Ở cách giải này, thường có hầu hết tài liệu tham khảo (Tuy nhiên, biểu thức tính F xác định dư lên lượng dV1) Khi sử dụng cách giải này, đòi hỏi học sinh cần lưu ý tới số đơn vị kiến thức sau: + Khi vật (hoặc hệ vật) chất lỏng thì: PVật = PChất lỏng bị vật chiếm chỗ + Khi vật chìm PVật > PChất lỏng bị vật chiếm chỗ + Khi xét hệ vật kín, ta ln có: F1= F2 - Đối với cách giải 2, học sinh dựa hoàn toàn vào định luật Acsimet Cách giải đơn giản, học sinh dễ nhận thức vấn đề nắm cách giải cách chắn hơn.(Giáo viên nên hướng cho em lựa chọn cách giải này) d) Bài tập 4: l1 l2 Một đồng chất, tiết diện đều, đặt thành bình hình trụ đựng nước Ở đầu có buộc cầu đồng chất, có bán kính R, cho cầu ngập hoàn toàn nước, hệ thống nằm cân hình Biết trọng lượng riêng cầu nước d d 0, tỉ số l1 a = l2 b đồng chất nói * Cách giải 1: - Khi hệ thống cân ta có: l1 l + Fl1 = P2 2 P2 l a = = → P1 + F l2 b Tính trọng lượng l2 l1 P1 F P2 P1 (*) P l a 1 - Mặt khác, tiết diện nên ta có: P = P1 + P ; P = l = b 2 ⇒ P1 = P.a a+b ; P2= P.b a+b Thay P1, P2 vào (*) ta có: Trong đó: Do đó: 2aF P.b P.a = + 2aF ⇒ P = b−a a+b a+b F = P - FA= V.(d – d0) = π R3.(d – d0) P= 8aπR (d − d ) 3(b − a ) * Cách giải 2: - Vì cầu chìm nước nên điểm đặt A phải nằm bên cánh tay đòn l2 (A trung điểm thanh) l2 l1 A O P F đồng thời đồng chất, tiết diện nên ta có: l1 + l2 l −l − l1 = 2 l −l P = Fl1 - Khi hệ thống cân ta có: l1 a b Mà: l = b ⇒ l2= l1 F= P – FA = V(d – d0) ; đó: a b−a Pl1 = Vl1(d - d0) 2a AO = ⇒ 2Va (d − d ) 8aπR (d − d ) = P= b−a 3(b − a ) * Phân tích cách giải: - Trong cách giải thứ nhất, ta sử dụng phương pháp phân tích trọng lượng thành thành phần: Khi điểm đặt lực thành phần nằm trung điểm phần đòn bẩy (Vì đồng chất, tiết diện đều) Đồng thời phải sử dụng đơn vị kiến thức bản: + Biểu thức điều kiện cân đòn bẩy P l 1 + Xét với đồng chất tiết diện ta ln có: P = l 2 - Trong cách giải thứ hai, ta tổng hợp trọng lượng phân bố hợp lực P Khi đó, điểm đặt P trung điểm (Vì đồng chất, tiết diện đều) Đối với loại tập này, cánh tay địn chưa biết chưa biết mối liên hệ cánh tay đòn với độ dài địn bẩy, nên ta sử dụng cách giải Với cách giải việc xác định độ lớn cánh tay đòn theo l1, l2 đơn giản cách Tuy nhiên, học sinh biết cách xác định cánh tay đòn thơng qua việc phân tích lực cách giải thứ giúp em khắc sâu phương pháp phân tích trọng lượng hình vẽ e) Bài tập 5: Một người muốn cân vật, tay khơng có cânA O B mà có cứng đồng chất, tiết diện đều, có trọng Lượng P= 3N cân có khối lượng 0,3kg Người đặt lên điểm tựa O, treo vật vào đầu A Khi treo cân vào điểm B thấy hệ thống cân nằm ngang Đo khoảng cách diểm người thu kết quả: OA = l , OB = l (Hình bên) Hãy xác định khối lượng A O vật cần cân * Cách giải 1: - Ta nhận thấy có lực sau tác dụng vào AN: P1 + Trọng lượng P1 vật, P2 cân có điểm đặt A B M P B P2 N + Trọng lượng P thanh, đặt trung điểm M AN (Vì đồng chất, tiết diện đều) - Thanh cân khi: P1.OA = P.OM + P2 OB P ⇒ P1 = l l + P2 l ⇒ P1 = P + 2P2 = 9(N) Vậy, vật cần cân có khối lượng: m = P1 : 10 = 0,9 kg A MO * Cách giải 2: - Ta nhận thấy phân tích trọng lượng P thành thành P’1 ’ ’ P phần: P P có lực sau tác dụng lên AN: + Trọng lượng P1 vật, P2 cân có điểm đặt A B + Thành phần P’1 có điểm đặt trung điểm M đoạn OA + Thành phần P’2 có điểm đặt trung điểm M’ đoạn ON M’ B P’2 P N - Thanh cân khi: l l l 3l P1 + P’1 = P2 + P’2 l l = ( P + P ' − P '1 ⇒ 2 P1 4 ⇒ Vì đồng chất, tiết diện nên: Do đó: P1 = 2P2 + ' P − P '1 2 P '1 = P2 ; P ' = P 4 P1 = 2P2 + P − P = P2 + P = N 8 Vậy, vật cần cân có khối lượng: m = 0,9 kg * Phân tích cách giải: - Trong cách giải thứ nhất, ngoại lực P 1, P2 ta tổng hợp lực tác dụng lên điểm thành hợp lực P - Trong cách giải thứ hai, ngoại lực P 1, P2 ta phân tích trọng lượng P thành thành phần, có điểm đặt nằm hai phần đòn bẩy Đối với dạng tập này, vị trí điểm tựa O biết Tức biết độ dài cánh tay đòn so với độ dài địn bẩy, ta nên sử dụng cách giải thứ 5.3 Khả áp dụng sáng kiến: Những giải pháp tơi trình bày áp dụng có hiệu cho đội tuyển học sinh giỏi vật lí trường THCS An Lộc B, khả tiếp nhận kiến thức em cịn nhiều hạn chế Tơi nghĩ sáng kiến áp dụng có hiệu cho tất trường học đóng địa bàn thị xã trường THCS địa bàn tỉnh Những thông tin bảo mật: Không có Điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: - Để giáo dục hệ trẻ không người mà vai trị thầy, cô giáo, bậc cha mẹ, họ người nuôi dưỡng dạy dỗ để bồi dưỡng hệ tương lai cho đất nước nhân loại Muốn vậy, người giáo viên phải không ngừng tham khảo tài liệu, tư duy, rút kinh nghiệm, tìm nhiều cách giải cho toán Đồng thời, phải phân tích cho học sinh thấy ưu, nhược điểm cách giải, cách giải xây dựng dựa đơn vị kiến thức Chúng ta dừng lại cách giải đơn Đó cốt lõi vấn đề; tức cách tư duy, tìm cách giải khác cho tập để khắc sâu thêm đơn vị kiến thức, tượng vật lí cụ thể hình thành cho em thói quen tư lơgic giải tập - Phần quan trọng khơng học sinh, em phải xác định mục tiêu việc học cho thân cần thiết về: ý thức tự giác, tinh thần tự học ln tìm tòi biết áp dụng nội dung học vào thực tiễn Các em phải cố gắng khơng ngừng, khơng dấu dốt, sợ sai Bên cạnh hỗ trợ nhiệt tình phụ huynh học sinh, tạo điều kiện động viên em cố gắng vươn lên yếu tố lớn định đến lĩnh hội tri thức em Hiệu quả, lợi ích thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: Bằng việc xây dựng tìm cách giải cho tập Đồng thời, có phân tích đơn vị kiến thức sử dụng cách giải, có nêu ưu điểm hạn chế cách giải Tơi nhận thấy, dạy phần tiếp thu khả giải tập học sinh có tiến rõ rệt: - Các em nắm tượng vật lí nội dung tập cụ thể từ chủ động phân tích nội dung tập Đồng thời đưa cách giải hợp lí hướng - Khả giải tập thời gian ngắn so với khóa học trước - Đối với giáo viên chủ động, tự tin trình hướng dẫn học sinh giải tập Đã tạo dựng hình ảnh sâu đậm người thầy, chỗ dựa vững cho em kiến thức môn Đồng thời, tạo dựng thói quen cho thân người thầy củng cố khắc sâu kiến thức, có khả ứng phó kịp thời với cách giải học sinh, dễ phát giải sai (do nhầm chất tượng vật lí, ngộ nhận vấn đề, thiếu suy xét kĩ lưỡng) 10 Qua việc kiểm nghiệm lại đội tuyển Vật lí trường giảng dạy năm học 2019 - 2020 sau áp dụng phương pháp vào năm học 2020 – 2021, thu kết đối chứng hai năm học sau: * Năm học 2019-2020: Các nội dung yêu cầu đưa học sinh Số học sinh nêu sở lí thuyết cách giải tập Số học sinh có lí luận chặt chẽ lời giải Số học sinh chủ động đưa cách giải Kết thu 20% 20% 5% * Năm học 2020-2021: Các nội dung yêu cầu đưa học sinh Số học sinh nêu sở lí thuyết cách giải tập Số học sinh có lí luận chặt chẽ lời giải Số học sinh chủ động đưa cách giải Kết thu 75% 40% 15% * Bài học kinh nghiệm: Trong trình giảng dạy việc hướng dẫn học sinh giải tập cần thiết Song người giáo viên dừng lại việc hướng dẫn giải cho em cách (thường cách có tài liệu) chưa đủ Điều quan trọng làm để qua hướng dẫn giáo viên mà học sinh tự lực giải tập dạng tập hợp tập vật lí nói chung Tức xây dựng cho em khả linh hoạt, sáng tạo tư duy, nhạy cảm động nhận thức đề Muốn vậy, dạy giải tập phần học đó, người giáo viên phải biết tìm tịi, xếp xây dựng số cách giải khác cho tập Phân tích cách giải, cho học sinh thấy cách giải sử dụng đơn vị kiến thức cách giải phù hợp, khoa học Thông qua việc phân tích này, giúp học sinh định hướng cách giải, hình thành bước giải, chiếm lĩnh đơn vị kiến thức cần phục vụ cho trình giải tập Đồng thời hình thành cho em phương pháp phân tích nội dung tập Ở phần trình bày mình, tơi đưa số tập học điển hình có nhiều cách giải Trong tập, đưa hai cách giải có kèm theo việc phân tích cách Trong phân tích, cho em thấy đơn vị kiến thức sử dụng cách giải ưu điểm, nhược điểm cách giải 11 Qua vấn đề nêu, tơi mong muốn hình thành cho em phương pháp tư độc lập, sáng tạo Giúp em nắm chất, chế tượng học, nội dung kiến thức lí thuyết vận dụng chúng cách linh hoạt, động, sáng tạo Đồng thời, qua giúp em biết cách nghiên cứu khai thác cách giải tài liệu tham khảo Biết dựa vào tài liệu để nhận thức vấn đề từ vấn đề phải biết mở rộng, biết khái quát tổng hợp để phương pháp giải cho riêng Rất mong nhận đóng góp ý kiến q thầy giáo để sáng kiến hoàn thiện Nam ... tạo tư duy, nhạy cảm động nhận thức đề Muốn vậy, dạy giải tập phần học đó, người giáo viên phải biết tìm tịi, xếp xây dựng số cách giải khác cho tập Phân tích cách giải, cho học sinh thấy cách giải. .. sâu học sinh, không tạo dựng cho em phương pháp giải chung cho thể loại tập - Với cách giải học sinh phải tư cao hơn, em muốn giải cần có đơn vị kiến thức toán học định Tuy nhiên, em nắm cách giải. .. duy, tìm cách giải khác cho tập để khắc sâu thêm đơn vị kiến thức, tư? ??ng vật lí cụ thể hình thành cho em thói quen tư lơgic giải tập - Phần quan trọng khơng học sinh, em phải xác định mục tiêu việc