SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CƠ HỌC NEWTON ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN VẬT LÍ HỌC

Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Khoa Vật Lý TIỂU LUẬN SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CƠ HỌC NEWTON ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN VẬT LÍ HỌC 1.Phần 1: Vai trò của của cơ học Newton trong quá trình hình thành và phát triển của vật lí học.31.1.Nội dung quyết định luận Newton, mở ra thế giới quan khoa học mới.41.2.Sự ảnh hưởng của Newton đến lĩnh vực cơ học61.3.Sự ảnh hưởng của cơ học Newton đến lĩnh vực thiên văn học91.4.Sự ảnh hưởng của cơ học Newton đến lĩnh vực nhiệt học, quang học, tĩnh điện học và tĩnh từ học102.Phần 2: Vận dụng các tư tưởng của Newton đối với sự phát triển của vật lí học vào dạy học vật lí phổ thông122.1.Nội dung cơ học Newton trong dạy học122.2.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 2018.14BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 121BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 2 (Mẫu)22BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 3232.3.Slide xây dựng cho chủ đề25

Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Khoa Vật Lý TIỂU LUẬN SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CƠ HỌC NEWTON ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN VẬT LÍ HỌC Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Nga Lớp: Y22- Khoa: Vật Lí Mã Sinh viên: 685103059 Mơn: Lịch sử vật lí Giảng viên: TS Tưởng Duy Hải Hà Nội, 2021 I Mở đầu: Lý chọn đề tài: Nhắc đến lịch sử vật lí, khơng thể khơng nhắc đến vai trị học Newton phát triển vật lí học “một bước ngoặt lý trí nhân loại” Khơng với hình thành phát triển kéo dài nhiều kỉ, học Newton giúp người học lịch sử vật lí mở rộng tri thức khoa học văn hóa, xây dựng tư khoa học, rèn luyện tư vật lí Đối với việc dạy - học vật lí, nội dung học Newton nội dung trọng tâm xuyên suốt việc hình thành giới quan khoa học cho HS từ tiểu học đến trung học phổ thơng Vì vậy, tiểu luận trình bày nội dung chủ đề nội dung: “Sự ảnh hưởng học Newton phát triển vật lí học”: - Vai trị của học Newton q trình hình thành phát triển vật lí học - Vận dụng tư tưởng Newton phát triển vật lí học vào dạy học vật lí phổ thơng Bố cục Từ mục tiêu trên, viết có bố cục sau: I II Mở đầu: Lý chọn đề tài: 2 Bố cục Nội dung Phần 1: Vai trị của học Newton q trình hình thành phát triển vật lí học 1.1 Nội dung định luận Newton, mở giới quan khoa học 1.2 Sự ảnh hưởng Newton đến lĩnh vực học .6 1.3 học Sự ảnh hưởng học Newton đến lĩnh vực thiên văn 1.4 Sự ảnh hưởng học Newton đến lĩnh vực nhiệt học, quang học, tĩnh điện học tĩnh từ học 10 Phần 2: Vận dụng tư tưởng Newton phát triển vật lí học vào dạy học vật lí phổ thơng 12 2.1 Nội dung học Newton dạy học 12 2.2 Hoạt động dạy học cho nội dung: “Vai trò học Newton phát triển vật lí học” chương trình vật lí 2018 14 BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 21 BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM (Mẫu) 22 BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRẠM 23 2.3 Slide xây dựng cho chủ đề 25 III Kết luận 26 IV Tài liệu tham khảo 26 II Nội dung Phần 1: Vai trò của học Newton trình hình thành phát triển vật lí học Isaac Newton (25/12/1642 – 20/3/1726) nhà tốn học, nhà vật lí, nhà thiên văn học, nhà triết học tự nhiên vĩ đại lịch sử lồi người Những đóng góp ơng cho nhân loại khai sáng văn minh giới, mở “vũ trụ tuyệt đối” Thế giới quan Newton phản ánh mâu thuẫn thỏa hiệp thời kì cách mạng tư sản Anh Newton chống lại chủ nghĩa kinh viện, bảo vệ khoa học có khả phát triển Hình 1: Chân dung Newton công nghiệp thương mại tin khoa học cịn giúp ta nhận thức Chúa Newton khơng theo đường nhà triết học tự nhiên cổ đại xây dựng tranh tổng quát vũ trụ, tìm kiếm nguyên nhân cuối tượng mà ơng tìm cách xây dựng số “ngun lý tổng quát” để từ rút điều vận dụng thực tiễn Vai trò học Newton khái quát với nội dung sau: Quyết định luận Newton, mở giới quan khoa học Đặt móng cho học với định luật Newton "tiên đề" Xây dựng CSLT cho thuyết nhật tâm mô tả chuyển động vũ trụ dựa tương tác hấp dẫn Cơ học Newton thúc đẩy phát triển lý thuyết quang học điện học từ học Hình 2: Vai trò học Newton phát triển vật lí học 1.1 Nội dung định luận Newton, mở giới quan khoa học Các kỉ XVII XVIII thời đại học Newton Theo học Newton, ta biết khối lượng điểm hệ, trạng thái ban đầu hệ (như toạ độ, vận tốc chất điểm) biết nguyên nhân làm biến đổi trạng thái (các lực tác dụng lên chất điểm) ta áp dụng định luật học, nhiệt động lực học điện động lực học cho phép xác định cách đơn giá trạng thái tương lai hệ.[1] Quyết định luận thay đổi nhìn lồi người tượng tự nhiên, không khám phá tự nhiên khoa học mà cịn áp dụng khoa học phục vụ sống người Ngành khoa học nói chung ngành vật lí học nói riêng tách khỏi triết học tự nhiên đóng góp quan trọng vào sống lồi người Phương pháp nghiên cứu vật lí học hoàn thiện phát triển đưa nhiều phát kiến Và kết thực nghiệm với học Newton cơng cụ vật lí đơn giản mà cho xác cao nghiên cứu vật thể lớn không cực lớn tốc độ không đạt tới tốc độ ánh sáng Phương pháp nghiên cứu thời kì thay đổi phương pháp thực nghiệm với việc coi thí nghiệm vật lí cơng cụ tìm chân lí Thực tế, thí nghiệm thực từ lâu nhà khoa học cổ đại đến Galileo vai trò nhìn nhận hạt nhân nghiên cứu Newton hoàn thiện hoàn thiện vận dụng thành cơng Ta tóm tắt dạng nguyên tắc nghiên cứu: • Quy tắc 1: Không thừa nhận thiên nhiên nguyên nhân khác nguyên nhân đủ để giải thích tượng • Quy tắc 2: Vì phải gán loại nguyên nhân cho loại tượng • Quy tắc 3: tính chất vật lí ta khơng thể tăng lên giảm bớt cố hữu vật đưa làm thí nghiệm phải coi tính chất vật nói chung • Quy tắc 4: Trong thực nghiệm mệnh đề suy phép quy nạp từ tượng diễn phải coi xác gần chưa phát tượng làm cho mệnh đề xác phải có ngoại lệ Các nguyên tắc từ tri thức phận đến tri thức tổng quát đến lý thuyết, định luật, học thuyết Trong trình vận dụng, nhà khoa học hoàn thiện phương pháp thực nghiệm nay, kết hợp hài hòa lý thuyết thực nghiệm Các định luật, khái niệm xây dựng đầy đủ có chứng đầy đủ thực nghiệm lẫn biểu diễn sở lý thuyết Hình 3: Sơ đồ giai đoạn phương pháp thực nghiệm Phương pháp thực nghiệm phải hiểu theo nghĩa rộng nhằm mục đích nhận thức thiên nhiên Tuy nhiên trình tìm kiếm chân lý khoa học khơng phải nhà vật lí đủ bước mà học phải nối tiếp trình nghiên cứu, người tiếp nối kết đạt người trước, hồn thành q trình chiếm lĩnh tri thức Vì vậy, nhờ vào tư tưởng học Newton, người nghiên cứu vật lí học cách để người làm chủ tương lai khoa học Khơng có Chúa thực “cú hích ban đầu” để vũ trụ vận hành, người “bắt chiếc” vận hành giới trái đất khoa học Trong lĩnh vực học, toán học, quang học, xã hội phát triển đến phát minh có tính tổng hợp, tạo học thuyết hoàn chỉnh Newtơn có đóng góp thiên tài ba lĩnh vực đó, đặt móng vững cho vật lí học lĩnh vực khác điện học nhiệt học Hình 4: Những phát kiến ảnh hưởng bất học Newton lĩnh vực vật lí học 1.2 Sự ảnh hưởng Newton đến lĩnh vực học Những năm 1660, sinh viên trường Đại học Trinity, Newton bắt đầu nghiên cứu học Ông xây dựng khái niệm khối lượng lực, nảy sinh ý nghĩ trọng lực lực hấp dẫn có chất, từ định luật thứ ba Kepler rút biểu thức lực hấp dẫn Vấn đề này, Hooke Halley vận dụng thảo Newton đưa cho Halley có chứng minh biểu thức tốn học chặt chẽ trọn vẹn Chính Halley sức thuyết phục Newton cơng bố cơng trình năm 1687 tác phẩm "Ngun lí tốn học triết học tự nhiên" Newton xuất bản, đánh dấu sách học trình bày cách trọn vẹn, khoa học hoàn chỉnh Nhiều khái niệm nhà khoa học lúc sử dụng học, chưa định nghĩa chặt chẽ, có thuật ngữ "lực", "khối lượng vật chất" tác giả hiểu theo nghĩa khác Newton mở đầu "Nguyên lí" việc định nghĩa khái niệm học Những định nghĩa phát biểu lần cách chặt chẽ, chấp nhận khoa học Đó định luật Newton coi tiên đề học cổ điển Trải qua nhiều kỉ, ba định luật Newton phát biểu giống gần giống cách phát biểu ban đầu Newton, trở thành tảng vững khoa học nhận thức thiên nhiên Hình 5: Phát biểu mối quan hệ định luật Newton Định luật Newton, hiểu đơn giản mơ tả trạng thái vật hệ quy chiếu quán tính, phát biểu rằng: “Nếu vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực cân bằng, vật đứng yên tiếp tục đứng yên, vật chuyển động tiếp tục chuyển động thẳng đều.” Định luật biết định luật quán tính Trong phát biểu, trạng thái vật miêu tả có xu hướng giữ nguyên trạng thái diễn Tất vật có xu hướng chống lại thay đổi trạng thái chuyển động Hơn nữa, điều ln ln sống Anhxtanh nói vui rằng: “Cuộc sống đạp xe đạp Để giữ thăng bạn phải giữ cho chuyển động.” Định luật coi nguyên lý định nghĩa hệ quy chiếu qn tính, khơng phải trường hợp riêng định luật II Nó coi ngun lý tính tuyệt đối hệ vật cô lập hay không gian chân không tuyệt đối hồn tồn tiến hành thí nghiệm với phương pháp quy nạp, vật chuyển động truyền cho xung lượng ban đầu, giảm dần tương tác vật với mơi trường (lực cản) kết cho kết luận định luật Tuy nhiên, định luật có mối quan hệ mật thiết với định luật lại Sẽ thật mơ hồ tiếp cận định luật I chưa hiểu rõ khái niệm lực nguyên nhân gây lực Định luật 2, mơ tả thay đổi tính chất chuyển động biết nguyên lý động lực học, phát biểu định lượng thay đổi trạng thái chuyển động vật tác dụng tổng hợp lực tác dụng lên vật “Gia tốc vật chiều với lực tác dụng lên Độ lớn gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn lực tỉ lệ nghịch với khối lượng vật.” Một điểm đáng ý khối lượng mức đo quán tính vật, đo mức hấp dẫn vật lên vật khác Hai trạng thái cân định luật I: đứng yên chuyển động thẳng không tương đương nhau, để cần có vật chuyển động thẳng định ban đầu phải truyền cho vật xung lực Điều phát triển từ định luật II Newton Các khái niệm khối lượng, lực, hoạt lực (động năng) đưa vào thống phát triển dù sau phương trình động lực học biểu diễn theo nhiều cách phương trình Hamilton, Lagrange để làm thuận tiện cho hệ học khác ứng dụng thực tiễn Khối lượng, động lượng, lực tóm gọn số đo lượng vật chất, số đo tính chất chuyển động số đo tác dụng tương tác Newton đặt móng cho đại lượng vật lí mơ tả chất nội tuyệt đối không đổi vật, chất tượng Điểm quan trọng thứ hai liên quan đến áp dụng hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu phi quán tính Các đại lượng giải tích véc tơ xây dựng hệ quy chiếu xây dựng đại lượng vơ hướng có hướng Không thời gian hệ quy chiếu tuyệt đối Định luật 3, mô tả tương tác vật hệ, phát biểu là: “ Trong trường hợp, vật A tác dụng lên vật B lực, vật B tác dụng lên vật A lực trực đối Hai lực giá, độ lớn, ngược hướng khác điểm đặt.” Định luật III biết nguyên lý lực phản lực Định luật III địi hỏi cần có bảo toàn momen xung lượng hệ lập Vì vậy, định luật III điều kiện tiên định luật II Từ định luật ta thấy, khái niệm lực, khối lượng, gia tốc liên kết cách chặt chẽ Ba định luật thống với thành hệ thống hồn chỉnh “vũ trụ tuyệt đối” khơng thời gian tuyệt đối (như quy chiếu) định luật Newton coi tiên đề để xây dựng vật lí cổ điển 1.3 Sự ảnh hưởng học Newton đến lĩnh vực thiên văn học Newton vận dụng động lực học mình, với lực khơng tiếp xúc, để nghiên cứu chuyển động hành tinh xây dưng sở lý thuyết cho hệ nhật tâm Copernic Trước Newton, nhà vật lí học Kepler, Hooke, Halley bắt đầu xây dựng tư tưởng định luật vạn vật hấp dẫn cách tản mạn Từ ngun liệu chưa hồn chỉnh đó, Newton nâng lên thành định luật lượng chặt chẽ Đến năm 1680, tác phẩm lực hấp dẫn phổ quát công bố Với số liệu thiên văn biết thời đó, với cơng thức Huyghen lực hướng tâm chuyển động cong Newton chứng minh cụ thể cho nội dung học; vận dụng đơn giản định luật Newton Hình 6: Vị trí vai trị nội dung học Newton chương trình khoa học chương trình vật lí 2.2 Hoạt động dạy học cho nội dung: “Vai trò học Newton phát triển vật lí học” chương trình vật lí 2018 Mục tiêu xây dựng hoạt động dạy học cho nội dung: - Giúp HS nêu định luật Newton chuyển động - Xây dựng dạy HS vận dụng phương pháp thực nghiệm sở tiến trình nhận thức theo đường lý thuyết Nội dung vị trí học chương trình vật lí 2018: - định luật Newton – Động lực học học – Vật lí 10: Với yêu cầu cần đạt “Phát biểu định luật Newton, minh hoạ ví dụ cụ thể; vận dụng định luật Newton số trường hợp đơn giản.”[2] Hoạt động dạy học TÊN BÀI DẠY: ĐỊNH LUẬT III NEWTON Mơn học: Vật lí Lớp: 10 Thời gian thực hiện: (số tiết 1) I Mục tiêu Về kiến thức:  Khi vật tác dụng lên vật lực, vật 2cũng tác dụng trở lại vật lực Hai lực hai lực trực đối   Lưu ý:  Hai lực trực đối tức hai lực phương, ngược chiều có độ lớn  lực vật tác dụng lên vật có điểm đặt lên vật  lực vật tác dụng lên vật có điểm đặt lên vật  Hai lực hai lực trực đối khơng cân chúng tác dụng lên hai lực khác  Lực phản lực luôn xuất đồng thời  Lực phản lực lực cân Về lực:  Năng lực chung:  Trao đổi, làm việc nhóm để rút sản phẩm làm việc với thực nghiệm nhóm  Sử dụng phần mềm coach để phân tích để thu số liệu từ thực nghiệm  Năng lực vật lí:  Nêu cách phát biểu định luật III Newton  Phân biệt lực phản lực, biểu diễn lực phản lực dạng hình vẽ số trường hợp  Xây dựng kế hoạch thực thực nghiệm để kết luận giả thuyết định luật III Newton  Vận dụng kiến thức động học chất điểm, động lực học chất điểm (định luật II Newton) để thu số liệu đo từ thực nghiệm  Vận dụng kiến thức định luật III Newton để giải thích số tượng đơn giản sống Về phẩm chất:  Trung thực số liệu thu thập từ kết thực nghiệm  Trách nhiệm, đoàn kết giao tiếp làm việc nhóm II Thiết bị dạy học học liệu  Dụng cụ thí nghiệm Thí nghiệm mở đầu:  Ván trượt  Quả bóng nặng Thí nghiệm trạm 1:  lực kế: 5N – 0,1N Thí nghiệm trạm 2:  Hai xe lăn chuyển động với ma sát nhỏ rãnh gỗ nhẵn, thẳng nối với sợi dây cước có thắt nút đơn lồng qua kim loại nằm ngang, vng góc với rãnh gỗ gắn giá sắt đặt bàn  Trên xe lăn thứ gắn súng lò xo giữ căng cách dùng dây  Trên xe lăn thứ hai có hộp để chứa gia trọng  Các nặng thêm gia trọng có khối lượng 5g, 10g, 100g, 200g, 500g, đất nặn  Cân để cân khối lượng xe  Thước để đo chiều dài quãng đường hai xe dịch chuyển  Bút để đánh dấu quãng đường hai xe dịch chuyển  Bật lửa diêm để đốt sợi để hai xe tương tác  Một cuộn Thí nghiệm trạm 3:  Máy tính chứa phần mềm coach  Thiết bị quay hình  Dụng cụ khác:  Phiếu hỗ trợ cơng nghệ thông tin sử dụng coach  Phiếu hỗ trợ lý thuyết + báo cáo thí nghiệm  Phiếu đánh giá III Tiến trình dạy học Hoạt động 1: Tình nảy sinh vấn đề: Phương chiều lực phản lực định luật III Newton (8 phút) a) Mục tiêu:  Đưa giải thuyết phương chiều, độ lớn lực phản lực định luật Newton b) Nội dung: Tình mở đầu: HS đứng ván trượt: Sau ném bóng nặng xa Quả bóng chuyển động phía trước, HS bị trượt phía sau Câu hỏi có vấn đề: Tại HS lại bị chuyển động phía sau? HS quan sát trả lời câu hỏi cho Tình 2: Cho bóng bàn lăn nhẹ (không vận tốc đầu) chạm theo hướng vng góc vào cạnh tường Quả bóng bật trở lại theo hướng cũ c) Sản phẩm: Nhận xét ghi chép HS: kết dự đoán: Khi vật tác dụng lên vật lực, vật tác dụng trở lại vật lực Hai lực có độ lớn nhau: , chiều ngược d) Tổ chức thực hiện:  Tình 1: GV tổ chức trải nghiệm nhỏ, hứng thú cho HS  Tình 2: GV cho HS quan sát thí nghiệm điền phiếu học tập:  Câu hỏi tình huống:  Hãy quan sát tượng nêu đặc điểm tính chất chuyển động bóng bàn thí nghiệm quan sát  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 bắt đầu chuyển động  Tại bóng chuyển động ngược lại?  Có lực tường tác dụng lực lên bóng bàn  Tại lại có lực tường tác dụng lên bóng bàn?  Do bóng bàn đến va chạm với tường (tương tác với tường)  Dự đoán hai lực có mối liên hệ nào?  Có phương chiều ngược Điểm đặt hai vật khác  Hai lực có độ lớn Hoạt động 2: Kiểm chứng dự đoán hoạt động phương chiều, độ lớn lực phản lực theo định luật III Newton (30 phút) a) Mục tiêu:  Bố trí thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết đặt hoạt động  Thu số liệu rút kết luận lực phản lực b) Nội dung: Trạm 1: (2 thí nghiệm) HS khảo sát độ lớn lực phản lực hai lò xo Trạm 2: (2 thí nghiệm) HS sử dụng phần mềm coach 7, số liệu thước phiếu hỗ trợ học tập để thu số liệu từ thí nghiệm chuyển động hai xe bố trí hình bên Trạm 3: (2 máy tính chứa coach + thiết bị quay hình HS) ... trò của học Newton q trình hình thành phát triển vật lí học 1.1 Nội dung định luận Newton, mở giới quan khoa học 1.2 Sự ảnh hưởng Newton đến lĩnh vực học .6 1.3 học Sự ảnh hưởng. .. phát triển vật lí học vào dạy học vật lí phổ thơng 2.1 Nội dung học Newton dạy học Nội dung dạy học học Newton hệ thống xây dựng xuyên suốt chương trình khoa học chương trình vật lí từ tiểu học. .. tác hấp dẫn Cơ học Newton thúc đẩy phát triển lý thuyết quang học điện học từ học Hình 2: Vai trò học Newton phát triển vật lí học 1.1 Nội dung định luận Newton, mở giới quan khoa học Các kỉ