skkn cấp tỉnh nâng cao hiệu quả giải các bài toán động lượng sử dụng quy tắc hình bình hành bằng hệ thống bài tập phát huy năng lực tư duy tìm tòi sáng tạo của học sinh

Sau nhiều năm dạy học sinh lớp 10 THPT, tôi nhận thấy để phát triển tư duy vật lí và năng lực sáng tạo của học sinh, ngoài việc các em được học lí thuyết trong sách giáo khoa thì việc lu

MỤC LỤC

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 4 2.3 Một số hình thức sử dụng bài tập phát triến tư duy sáng tạo trong

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài

Môn Vật Lí là một bộ môn rất khó học đối với đa phần học sinh THPT, đặc biệt là học sinh lớp 10 Các em vừa bước vào môi trường mới vừa phải tiếp cận với nhiều môn học ở mức độ hoàn thiện hơn cấp học trước Đặc biệt là do đặc thù cả kỳ thi tuyển sinh vao lớp 10 THPT của Tỉnh Thanh Hóa chỉ thi 03

môn bắt buộc Toán, Văn và Tiếng Anh dẫn đến học sinh cấp THCS chỉ chú trọng vào ba môn thi tuyển sinh và không đầu tư nhiều vào việc học các môn học lựa chọn khác trong đó có môn Vật Lí

Sau nhiều năm dạy học sinh lớp 10 THPT, tôi nhận thấy để phát triển tư duy vật lí và năng lực sáng tạo của học sinh, ngoài việc các em được học lí thuyết trong sách giáo khoa thì việc luyện tập để nắm vững, hiểu sâu kiến thức

là rất cần thiết Việc luyện tập kiến thức có thể được tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau như thí nghiệm, thực hành giải các bài tập, khắc sâu các mối liên hệ giữa các mảng kiến thức, mối liên hệ giữa các nội dung kiến thức với các ứng dụng trong thực tế Do đó cần phải giải các bài toán để xử lí những

số liệu cụ thể và toán học là một công cụ không thể thiếu, được ứng dụng hữu ích để giải các bài tập vật lí Trong đó Qui tắc hình bình hành được sử dụng rất nhiều trong khi giải các bài toán liên quan đến tổng hợp các véc tơ Đặc biệt trong đó các dùng để giải các bài toán va chạm, các bài toán liên quan đến các véc tơ động lượng

Trong khi học vật lí, người học phải hiểu và nắm sâu sắc các hiện tượng vật lí Từ vận dụng các hiện tượng vật lí vào giải thích các hiện tượng xung quanh Tuy nhiên chỉ giải thích các hiện tượng tự nhiên đó là chưa đủ, cần phải đưa vào thực tiễn, phải biết vận dụng các kiến thức toán học đã học để giải các bài toán liên quan

Khi học các môn khoa học đặc biệt là môn vật lí cần phải tập rèn luyện kĩ năng tư duy lôgic, đồng thời thừa kế và phát triển các kiến thức liên quan từ lớp nhỏ đến lớp lớn, từ kiến thức cơ bản đến kiến thức nâng cao, từ dễ đến khó

Trong quá trình giảng dạy vật lí tại trường THPT Tô Hiến Thành tôi nhận thấy rằng nhiều học sinh chưa biết vận dụng hoặc vận dụng chưa chưa tốt các kiến thức toán học vào giải các bài tập vật lí Để giúp cho các thầy, cô giáo và các em học sinh vận dụng tốt và có hiệu quả qui tắc tổng hợp véc tơ, nhất là qui tắc hình bình hành vào giải các bài toán va chạm

Vì vậy, tôi chọn đề tài “Nâng cao hiệu quả giải các bài toán động lượng

sử dụng quy tắc hình bình hành, bằng hệ thống bài tập phát huy năng lực tư duy, tìm tòi, sáng tạo của học sinh” nhằm giúp cho học sinh giải quyết vấn đề

sáng tạo hơn, hiệu quả hơn

1.2 Mục đích nghiên cứu.

- Thông qua đề tài giúp học sinh hiểu rõ hơn về tổng hợp các véc tơ, biết cách sử dụng quy tắc hình bình hành để giải các bài toán động lượng đặc biệt là các bài toán va chạm

- Thông qua đề tài giúp cho học sinh có được hệ thống bài tập về động lượng, các bài tập tính tổng động lượng của hệ vật

- Giúp học sinh có nền tảng kiến thức tốt để giải quyết các bài toán về dao động sau này

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về việc bồi dưỡng tư duy vật lí và năng lực sáng tạo cho học sinh

- Nghiên cứu dấu hiệu bài tập nhằm phát triển tư duy sáng tạo

- Xây dựng và sử dụng những bài tập nhằm phát triển tư duy phần tổng hợp vec tơ tròng chương trình vật lí 10

- Thiết kế phương án sử dụng những bài tập nhằm phát triển tư duy, sáng tạo trong các dạng bài tập về tổng hợp vec tơ

- Thực nghiệm sư phạm

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

- Nghiên cứu lí luận về tư duy và năng lực sáng tạo; bài tập nhằm phát triển

tư duy sáng tạo về vật lý và việc sử dụng bài tập này trong quá trình dạy học Nghiên cứu thực tiễn hoạt động dạy học và giải bài tập vật lí ở trường THPT

- Thực nghiệm sư phạm, tổ chức hoạt động dạy học bài tập nhằm phát triển

tư duy sáng tạo

- Xử lí số liệu thực nghiệm sư phạm để khẳng định tính khả thi của đề tài

1.5 Những điểm mới của sáng kiến

Đề tài người học cải tiến và điều chỉnh kịp thời hoạt động học trên cơ sở nắm vững nội dung và phương pháp giải bài tập động lượng, bài toán va chạm, các hiện tượng va chạm trong thực tiễn cuộc sống Từ đó kích thích niềm đam

mê, hứng thú và yêu thích môn Vật lí hơn đối với học sinh

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

Tư duy là sự phản ánh trong bộ não con người những sự vật hiện tượng những mối liên hệ và mối quan hệ có tính quy luật của chúng Kết quả của quá trình tư duy là những sản phẩm trí tuệ: những khái niệm, những phán đoán, những suy lí Đối với học sinh, năng lực sáng tạo trong học tập chính là năng lực lực biết giải quyết vấn đề học tập để tìm ra cái mới ở một mức độ nào đó thể hiện được khuynh hướng, năng lực, kinh nghiệm của các nhân học sinh Cụ thể,

đó là năng lực tìm ra cái mới, cách giải quyết mới, năng lực phát hiện ra điều chưa biết, chưa có và không bị phụ thuộc vào cái đã có [7]

Năng lực sáng tạo không phải chỉ là bẩm sinh mà được hình thành và phát triển trong quá trình hình hoạt động của chủ thể Vì vậy, muốn phát huy năng lực sáng tạo trong học tập, giáo viên phải hình thành cho học sinh thói quen nhìn nhận mỗi sự kiện dưới góc độ khác nhau, biết đặt ra nhiều giả thuyết khi lí giải một hiện tượng, biết đề xuất những giải pháp khác nhau khi xử lí một tình huống Cần giáo dục cho học sinh không vội vã, bằng lòng với giải pháp đầu tiên đề xuất, không suy nghĩ cứng nhắc theo quy tắc lí thuyết đã học trước đó, không máy móc vận dụng những mô hình đã gặp trong sách vở để ứng xử trước tình huống mới [7]

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm:

- Tôi đã tiến hành khảo sát chất lượng lớp 10B4 năm học 2023-2024 của Trường THPT Tô Hiến Thành trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm như sau:

- Tiến hành trao đổi về việc dạy “Phần Động lượng” với các giáo viên

có nhiều kinh nghiệm, các giáo viên trực tiếp dạy lớp 10B4 đồng thời trao đổi trực tiếp với các học sinh trong lớp, từ đó nắm bắt tình hình học tập thực tế của học sinh

- Tổ chức kiểm tra trước thực nghiệm (Trắc nghiệm 30 phút) để kiểm tra khả năng học tập của học sinh về đơn vị kiến thức đang nghiên cứu, đồng thời phân loại học sinh và chia học sinh thành 2 nhóm tương đương (nhóm đối chứng

- ĐC và nhóm thực nghiệm – TN)

- Chuẩn bị đề kiểm tra và hướng dẫn chấm (Hình thức trắc nghiệm khách quan) về đơn vị kiến thức đang nghiên cứu

- Tiến hành cho học sinh làm bài (Thời gian làm bài 30 phút)

- Tiến hành chấm bài thu được kết quả sau:

Số

HS

Số học sinh đạt điểm Xi (sau khi làm tròn) TB

- Nhận xét sơ bộ:

+ Đơn vị kiết thức về “Phần Động lượng- Vật lí 10 ” học sinh các em đã

được học

+ Tình hình nắm vững kiến thức cơ bản: Mức khá

+ Tình hình nắm vững kiến thức nâng cao và kĩ năng vận dụng: Mức trung bình

2.3 Một số hình thức sử dụng bài tập phát triến tư duy sáng tạo trong dạy học vật lí

Bài tập phát triến tư duy sáng tạo khi áp dụng vào các trường hợp khác nhau nó sẽ phát huy những tác dụng khác nhau Việc áp dụng bài tập một cách hợp lí các Bài tập phát triến tư duy sáng tạo vào quá trình dạy học sẽ tăng cường khả năng phát triển tư duy vật lí của học sinh Tuỳ thuộc vào từng quá trình dạy

và học vật lí giáo viên có thể đưa vào các bài tập thích hợp để thúc đẩy và nâng cao hiệu quả của quá trình dạy học Khi nghiên cứu về việc vận dụng các bài tập phát triến tư duy sáng tạo vào quá trình dạy học vật lí chúng tôi nhận thấy rằng

bài tập phát triến tư duy sáng tạo có thể đưa vào tất cả các quá trình dạy học vật lí

2.4 Phương pháp giải.

a) Quy tắc hình bình hành (tổng hợp hai véc tơ không cùng phương)

Hai véc tơ p1

và p2

đồng phẳng, đồng qui tại điểm O, véc tơ tổng có dạng:

pp  p

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

b) Một số trường hợp đặc biệt cần lưu ý.

+ Nếu p1  p2  pp1 p2

+ Nếu p1  p2  pp1  p2

p p  p p p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ Nếu 1 2 ;  1 , 2 2 1

2

p p   p p  p p cos

+ Tổng quát: 2 2 1 2cos 

2

2 1

p   

c) Liên hệ giữa động năng và động lượng:

p2 = 2mWđ

d) Bài tập vận dụng:

* Vận dụng qui tắc hình bình hành giải các bài tập va chạm vật lí lớp 10

Bài 1: Viên bi thứ nhất đang chuyển động với vận tốc v1  10m/s thì va vào viên

bi thứ hai đang đứng yên Sau va chạm, hai viên bi đều chuyển động về phía trước Tính vận tốc của mỗi viên bi sau va chạm trong các trường hợp sau:

1 Nếu hai viên bi chuyển động trên cùng một đường thẳng và sau va chạm viên

bi thứ nhất có vận tốc là v'1 5m/s Biết khối lượng của hai viên bi bằng nhau

2 Nếu hai viên bi hợp với phương ngang một góc:

a)   45 0 b)  60 0,   30 0

p

1

p

2

p

 o

Quy tắc hình bình hành: Nếu hai véc tơ

đồng quy làm thành hai cạnh của một hình

bình hành, thì đường chéo kẻ từ điểm đồng

quy biểu diễn véc tơ tổng của chúng

+ Xét hệ gồm hai viên bi 1 và 2

+ Theo phương ngang: các lực tác dụng lên hệ gồm trọng lực và phản lực cân bằng nhau nên hệ trên là một hệ kín

- Chọn chiều dương là chiều chuyển động của viên bi thứ nhất trước va chạm

- Động lượng của hệ trước va chạm: pp1 p2 m v1

- Động lượng của hệ sau va chạm: '

2

' 1

' 2

' 1

p       

- Theo định luật bảo toàn động lượng:

p p'  m.v1 m.v1' m.v2' '

2

' 1

v  

 (1)

1 Hai viên bi chuyển động trên cùng một đường thẳng:

- Chiếu (1) xuống chiều dương như đã chọn:

- Ta có: '

2

' 1

v   v v v' 10 5 5m/s

1 1

'



Vậy vận tốc của viên bi thứ hai sau va chạm là 5m/s

2 Hai viên bi hợp với phương ngang một góc:

a)    45 0: (n.h.v)

Theo hình vẽ: v v v 7 , 1m/s

2

2 10 cos 1 ' 2 '

Vậy vận tốc của hai viên bi sau va chạm là 7,1m/s

b)   60 0,  30 0: (n.h.v)

Theo hình vẽ: '

2

'

1, v

v  vuông góc với nhau

Suy ra: v v 5m/s

2

1 10 cos

1

'

1    

và v v 8 , 7m/s

2

3 10 cos 1 '

Vậy sau va chạm: Vận tốc của viên bi thứ nhất là 5m/s

Vận tốc của viên bi thứ hai là 8,7m/s

Bài 2: Vật m1 chuyển động với vận tốc v1 tại A và đồng thời va chạm với vật m2

đang nằm yên tại đó Sau va chạm, m1 cóvận tốc '

1

v Hãy xác định tỉ số

' 1 1

v



' 2

v



' 1

v

1

v O

' 1

v





1

v

' 2

v O

m1 để góc lệch  giữa v1 và '

1

v là lớn nhất  max Cho m1 > m2, va chạm là đàn hồi

và hệ được xem là hệ kín

Giải:

* Động lượng của hệ trước va chạm:

T

P Pm v

* Động lượng của hệ sau va chạm:

S

P P P m v m v

Vì hệ là kín nên động lượng được bảo toàn:

1

P P P

( , ) ( , ).v v P P S

      

Ta có: '2 '2 2

P P P  P P  (1)

Mặt khác, vì va chạm là đàn hồi nên động năng bảo toàn:



2

1

(

P

m



Từ (1) và (2) ta suy ra:

'

'

(1 m P) (1 m P) 2cos

'

'

(1 m ).v (1 m ).v 2cos

Đặt

'

1

1

0

v

x

v

1

Để  maxthì (cos )  min

min

1 (cos ) (1 m ).x (1 m ).

      

Tích hai số không đổi, tổng nhỏ nhất khi hai số bằng nhau

1

p 

, 1

p 

p

 A

2 2

1

1 m .x 1 m .

      

x





Vậy khi

'





 thì góc lệch giữa v1 và '

1

v cực đại

Khi đó,

max

1

m

Bài 3: Một viên đạn khối lượng 1kg đang bay theo phương thẳng đứng với vận

tốc v = 500m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau Mảnh thứ nhất bay theo phương ngang với vận tốc 500 2m/s hỏi mảnh thứ hai bay theo phương nào với vận tốc bao nhiêu?

Giải

- Xét hệ gồm hai mảnh Ngoại lực tác dụng lên hệ là trọng lực P

, trọng lực này không đáng kể so với lực tương tác giữa hai mảnh Do đó hệ được coi là hệ kín Nên ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ

- Gọi v 1

, v 2

lần lượt là vận tốc của mảnh 1 và mảnh 2 ngay sau khi vỡ

- Động lượng trước khi đạn nổ:

p t m v p 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

- Động lượng sau khi đạn nổ:

p s m v m v1 1  2 2 p1p2

- Theo định luật bảo toàn động lượng ta có:

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

2 1

Do p1 là một cạnh, p là đường chéo của hình bình hành do đó p2 là cạnh còn lại của hình bình hành

- Giản đồ véc tơ động lượng (như hình vẽ)

Theo hình vẽ, ta có:

           

2

2

Góc hợp giữa v2 và phương thẳng đứng là  :

1

p

p



2

p

O

2 2

m v

1 1

m v

m1 m v2 0

=>   1  1     0

500 2

1225

Bài 4: Một viên đạn pháo đang bay ngang với vận tốc v0= 25 m/s ở độ cao h = 80 m thì nổ, vỡ làm hai mảnh, mảnh 1 có khối lượng m 1 = 2,5 kg, mảnh hai có m 2 = 1,5 kg

Mảnh một bay thẳng đứng xuống dưới và rơi chạm đất với vận tốc v 1 ’ = 90m/s Xác

điịnh độ lớn và hướng vận tốc của mảnh thứ hai ngay sau khi đạn nổ Bỏ qua sức cản

của không khí Lấy g = 10m/s.

Giải

Xét hệ gồm hai mảnh Ngoại lực tác dụng lên hệ là trọng lực P

, trọng lực này không đáng kể so với lực tương tác giữa hai mảnh Do đó hệ được coi là hệ kín Gọi v 1

, v 2

lần lượt là vận tốc của mảnh 1 và mảnh 2 ngay sau khi vỡ

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ, ta có:

m1 m v2              0 m v1 1               m v              2 2

 1

Theo đề bài: v 1

có chiều thẳng đứng hướng xuống, v 0

hướng theo phương ngang Do đó ta có thể biểu diễn phương trình vectơ (1) như trên hình vẽ

Theo đó:

Và

1 1

 

Để tính vận tốc của mảnh 1 ngay sau khi nổ

ta áp dụng công thức: ' 2 2

v  v  gh

1 1 2 90 2.10.80 80,62 /

Từ (2) ta tính được :

2

2

v

m

Từ (3), ta có :

tan   2,015    64 0

Như vậy ngay sau khi viên đạn bị vỡ, mảnh thứ 2 bay theo phương xiên lên trên hợp với phương ngang một góc 640

.

2.5 Kết quả thực nghiệm sư phạm.

2.5.1 Chọn mẫu thực nghiệm.

2.5.2 Kiểm tra mẫu thực nghiệm.

Sau khi được chọn các học sinh đều tham gia kiểm tra một bài trắc nghiệm

về các kiến thức đã học trước đó và có liên quan đến nội dung thực nghiệm, chủ yếu để đánh giá về khả năng tư duy sáng tạo vật lí của học sinh

Tôi sử dụng phương pháp kiểm tra tự luận cho 2 nhóm, đề tự luận trong vòng 45 phút Kết quả bài trắc nghiệm này được xem là yếu tố đầu vào để khẳng định cách chọn mẫu thực nghiệm và sự tương đương của 2 nhóm học sinh

2.5.3 Tiến hành thực nghiệm sư phạm.

Tôi đã dạy ở các lớp thực nghiệm và đối chứng, ở mỗi khối chúng tôi dạy

3 buổi mỗi buổi 3 tiết, trong đó có 5 tiết nghiên cứu vấn đề mới, 2 tiết ôn tập và

2 tiết thực hành Sau khi đã dạy các bài thực nghiệm và lớp đối chứng, tôi tiến hành kiểm tra Bài kiểm tra số 2, kết quả thực nghiệm để xác định hiệu quả khả thi của phương án thực nghiệm

2.5.4 Kết quả kiểm tra sau thực nghiệm

Bảng 1: Kết quả các bài kiểm tra

Lớp SS 1 2 3 Số học sinh đạt điểm4 5 6 7 8 9 10 Trungbình

2.5.5 Xử lí và phân tích kết quả.

* Từ thái độ học tập của HS:

- Lớp thực nghiệm: HS học tập hứng thú hơn, tích cực xây dựng bài hơn, học sinh thể hiện tính sáng tạo trong tư duy học tập

- Lớp đối chứng: HS học tập không hứng thú bằng, chưa tích cực xây dựng bài

* Từ các bảng số liệu trên ta có nhận xét:

Từ kết quả xử lý số liệu kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy chất lượng học tập của HS ở các nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng tương ứng, cụ thể: