Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Tìm hiểu các thuyết vật lý và phương pháp giảng dạy chúng trong trường THPT

Đó chính là nội dung của định luật cơ bản của thuyết hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn : Hai vật tương tác lẫn nhau với một lực hút tỉ -lệ với tích các khối lượng và tỈ -lệ nghịch bình p

ja - 3242

—————EE—E EEE EEE `

BỘ GLÁO DỤC VA ĐÀO TẠO

TR:ỞNG DAI HỌC SƯ PHAM 17 HO CHÍ MINH

Gữg ven tướng dẫn : NGUYÊN MANH HÙNG

Sih ven trực hiện : NGUYEN TH CAT UYEN

LOI CAM ON

Bốn năm dưới m4i trường Sư Pham đối với méi thế hệ sinh viênchúng em là bốn năm được dạy dỗ , hướng dẫn, đào tạo rất tận tình củacác thầy cô Qua bốn năm học mà chúng em đã được trang bị những

kiến thức cơ bản cho ca một đời giảng dạy sau này Để hòan thành được điểu đó , mỗi thầy cô đã đành cho chúng em tất cả những tâm huyết, nhiệt tình của minh , những kiến thức mà các thầy cô phải kiên trì góp

nhật trong bao nhiêu năm , Đối với chúng em , công lao to lớn đó là

không thể quên, không thể không ghi nhớ trong lòng Em xin được gửi

lời cảm ơn chân thành đến :

-Ban GIÁM HIỆU va KHOA VẬT LÝ đã tạo cho em cơ hội hoàn

thành luận văn này.

-Thây NGUYEN MANH HÙNG đã tận tình hướng dẫn em trong

suốt khoảng thời gian làm luận văn

-Quý thầy cô đã truyền thụ những kiến thức cẩn thiết cho chúng

em trong suốt bốn năm học qua

-Thư viện Trường ĐẠI HỌC SU PHAM và Thư Viện TỔNG HỢP

đã cung cấp các tài liệu để em hoàn thành luận văn

Cuối cùng „em xin gửi lời cảm ơn chân 'hành đến Hội Đồng xétduyệt luận văn Khoa Vật Ly trường Dai Học Sư Pham.

Một lần nữa , em xin kính chúc sức khỏe tất cả các quý thầy cô.

Trang 1

LOI NOI DAU

Sau thời gian được học tập ở trường Đại Hoc Su Phạm, mỗi sinhviên chúng em ra trường sé là một người giáo viên Vật Ly ở Phổ Thông,

có nhiệm vụ giảng dạy truyền đạt cho học sinh mình những kiến thức Vật Lý một cách đấy đủ và chính xác.

Không những thé việc truyền thụ kiến thức còn phải có phương pháp phải đứng với tỉnh than của từng loại kiến thức Việc giảng day môi hiền tương , một định luật thì không giống như giảng dạy môi khái

niệm, đại lượng , càng không giống như dạy một thuyết Vật Lý ThuyếtVật Lý là một trong những loại kiến thức khó hình thành nhất nơi họcsinh ,cho đứng với tinh thần của thuyết, vì thuyết Vật Lý đòi hỏi rất

nhiều các kiến thức liên quan , mà lại phải có sự sắp xếp uinh tự, hợp

lý.

Trong khi đó , ở trường Dai Học Sư Phạm hiện nay , chúng em

chưa được dành riêng một chuyên để , một khoảng thời gian phù hợp để

tim hiểu , nghiên cứu một cách đẩy đủ , chuyên sâu và có tính hệ thống

các thuyết Vật Lý mà chúng em sé gặp ở bậc THPT Đó là lý do em chọn để tài này cho luận văn tốt nghiệp của mình : tìm hiểu các thuyết

Vật Lý ở trường THPT và lựa chon phương pháp giảng dạy phù hợp với

chúng.

Hiên nay trong hấu hết các Sách vở, các kiến thức thuộc một thuyết Vật Lý thường không được trình bày một cách hệ thống , đẩy đủ Kiến thức được viết rải rác trong các lĩnh vực Vật lý khác nhau , thànhtừng định luật , từng nguyên lý , từng mô hình riêng lẻ Một vài tác giả

cũng có tìm cách hệ thống các kiến thức này lại, như là cuốn * MỘT SỐ THUYET VAT LÝ TRONG CHƯƠNG TRINH PHO THONG * của Vũ

Quang ~Ngufén Đức Minh - Bùi Gia Thịnh Trong đó , các tác giả đã

chọn lọc , trình bày hầu hết các thuyết vật lý có trong chương trình một

cách khá tỉ mỉ , Tuy nhiên lại chưa có phan liên hệ , phân tích và so

sánh cụ thể với việc trình bày chứng trong trường Phổ Thông

Vì thế , trong giới hạn luận văn tốt nghiệp của mình em đã cố

gắng thể hiện tốt nhất những vấn để trên Đó là :

Trang 2

-Tìm hiểu về sự ra đời và phát triển của các thuyết 1/41 Ly trong

các tài liều Hên quan.

-Tìm hiểu sự thể hiện các thuyết Vật ! ý này trong các Sách Giáo

Khoa ở chương trình Phé Thông ( Sgk Vật Lý lớp 10,11, 12 )

-Đề xuất một vài ý kiến bể sung , điều chỉnh Sách Giáo Khoa sao

cho phù hợp với tinh thắn của thuyết Vật Lý

Để hoàn thành những mục tiêu này , em đã sử dụng chủ yếu là

phương pháp nghiên cứu lý luận nghiên cứu tài liệu và vận dụng để ,

tìm hiểu , so sánh với sự trình bày trong các Sách Giáo Khoa.

Tuy nhiên , ngoài những cố gắng thu thập tất cả những tài kiệu cóliên quan đến lịch sử hình thành và phát triển của các thuyết , phần phân

tích Sách Giáo Khoa và đưa ra những để xuất còn rất nhiều thiếu sót ,

non kém Nếu không kể đến những hạn chế do khả năng của bản thân

thì một hạn chế lớn khác chính là do sự thiếu kinh nghiêm trong giảng

dạy , chưa nắm chắc được toàn bộ nội dung sách giáo khoa Do đó , chưa

biết rõ trình độ tiếp thu của học sinh cũng như những vấn để trong thực

tế giảng day các thuyết Vật Lý

Trang 3

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HUNG

PHAN MOT :

CƠ SỞ LÝ LUẬN

Chúng ta biết rằng, trong quá trình day học để người học tiếp thu

các kiến thức một cách có hiệu quả thì người giáo viên phải có nhiém

vu lựa chọn những phương pháp nhận thức phù hợp với kiến thức và

hướng người học theo phương pháp đó.

Cũng như vậy , trong dạy học Vật Lý, nhiệm vụ của người giáo

viên là không chỉ nắm vững các kiến thức mà còn phải xác định được

kiến thức đó thuộc loại nào và tương ứng với loại kiến thức đó , phải sử

dụng những phương pháp nào phù hợp

Một trong những kiến thức quan trong trong Vật Lý mà hiện nay

chưa được chú trọng đúng mức ở trường Phổ Thông là các thuyết Vật

Ly Vì vậy để dạy tốt mảng kiến thức này , cẩn phải hiểu rõ : Thế nào

là một thuyết Vật Lý ? Phương pháp dạy chúng ở trường Phổ Thông ?

CHƯƠNG I :

THẾ NÀO LÀ MỘT THUYẾT VẬT LÝ ?

I.THUYẾT VẬT LÝ:—

Theo định nghiã của thấy Nguyễn Mạnh Hùng trong cuốn

“Phương Pháp dạy học Vật Lý ở PHTH *, có thể hiểu như sau : Thuyết Vật Lý là sự hiểu biết tổng quát của con người trong một phạm vi vật lý nhất định , gồm một hệ thống các quy tắc , định luật , nguyên ly ,

làm cơ sở giải thích một loạt các hiện tượng sự kiện vật lý và các ứng

dụng thực tiễn vào đời sống

Sv NGUYEN THI CAT UYEN Trang 4

Luận văn tối nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

I PAC ĐIỂM CUA THUYET VAT LÝ :

1.Tính thực tiễn :

Thuýết vat lý được xây dung trên cơ sở những nhu cấu thực tiễn

của đời sống , những đữ kiện của thực nghiệm hay của quan sát thực tế

trong đời sống và sau khi được hình thành lại gợi ra những ứng dụng

trong thực tiễn

Nhờ đi sâu vào bản chất của sự vật , sự việc để tìm lời giải đáp thực sự, nên thuyết vật lý có thể khái quát hóa cao độ các kết quả thực

nghiệm thành những nội dung mang tính chất tiên đề

Thuyết vật lý bao gồm hệ thống các lý luận , quy tắc chặt chẽ

Hệ thống này xuất phát từ thực tiễn khách quan , đến tư duy trừutượng , rồi trở lại thực tiễn nên được xem là rnột hệ thống kín,

Thuyết vật lý gồm rất nhiều những lý luận , quy tấc nhưng không

hể mâu thuẫn với nhau và có thể giải quyết khá trọn vẹn các hiện tượng thuộc phạm vi của nó Do đó, thuyết vật lý là một hệ thống nhất quán.

4.Thuyết vật lý là công trình tổng hợp của nhiều nhà khoa học ở các

nước khác nhau trên thế giới

Ill, CAU-TRUC CUA MỘT THUYET VAT LÝ :

LCo sở của thuyết :

a).Cơ sở thực nghiệm : gồm những sự kiện , thí nghiệm mâu thuẫn

với hệ thống kiến thức đã có , đòi hỏi sự ra đời của một lý thuyết mới

b).Cơ sở kinh nghiệm : là những tư tưởng , quan niệm cũ còn có giá trị , được giữ lại trong.

c).Vat lý tưởng hóa và cấu trúc của nó

d).Các khái niệm và định luật mới.

Sv NGUYÊN THỊ CAT UYEN Trang 5

Luận văn tối nghiệp Gvh4 NGUYEN MANH HÙNG

2.Hat nhân của thuyết :

a).Hệ thống các tư tưởng cơ bản , những phỏng đoán tổng quát

nhất về bản chất của các hiện tượng , giúp giải thích cơ chế hiện tượng

và cấu trúc của vat.

b).Các định luật cơ bản , các phương trình cơ bản.

c).Các hằng số cơ bản

3.Hệ quả của thuyết :

Là những nhận thức thu được nhờ sử dụng thuyết trong việc giải

thích và tiên đoán các hiện tượng , xây dựng những định luật mới xây

dựng và phát triển những ngành học mới , những lý thuyết mới mở

rộng bức tranh vật lý

CHƯƠNG HAI :

PHƯƠNG PHÁP DẠY VẬT LÝ Ở

TRƯỜNG PTTH

Hiện nay , chương trình PTTH đã để cập đến hẳu hết các thuyết

Vật Lý có trong lịch sử khoa học Vật Lý.Tuy nhiên , do hạn chế về thời

gian và trình độ của học sinh , nên các thuyết này thường không được trình bay một cách đây đủ theo đúng trình tự phát triển của nó Do đó,

khi giảng dạy các kiến thức thuộc vào một trong các thuyết này, cần

khai thác tối đa nội dung của thuyết theo cấu trúc nó , để việc hình

thành một thuyết vật lý đạt được hiệu quả tốt nhất

1).Trình bay những cơ sở :

Vì phẩn kiến thức nay khá nhiễu và khó hiểu , nên người giáo viên có thể sử đụng phương pháp chủ yếu là kể chuyện lịch sử và phương pháp thực nghiệm để nêu tóm tất các cơ sở, nhất là các cơ sở thực nghiệm , các sự kiện thúc đẩy sự ra đời của thuyết vật lý , cũng như

những mâu thuẫn nột tại bên trong lý thuyết cũ

SvN N TH] CAT Trang 6

Luận văn tết nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

2) Trinh bày hat nhân của thuyết :

Trinh bay day đủ các định luật cơ bản , các phương trình cơ bản

cần nêu bật được những tư tưởng quan điểm cơ bản và giải thích rõ các

nguyên lý , mô hình cơ bản sử dụng trong thuyết ,

3).T ì uả :

Không can day cho học sinh tất cả những hệ quả có trong một

thuyết vật lý nhưng cẩn có sự hệ thống các hệ qua , lựa chọn để trình

bày một vài hệ quả quan trọng nhất , có ý nghĩa kiểm chứng trực tiếp

cho sự đúng đấn của thuyết vật lý

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

PHAN HAI: CÁC THUYET VAT LÝ Ở LỚP 10.

CHUONG! : 5 s :

THUYET HAP DAN.

A TÌM HIỂU VỀ THUYET HAP DẪN.

LCG SỞ:

1)CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

Từ rất lâu trứợc đây, người cổ Hy Lạp đã có những ý tưởng về sự

hấp dẫn thông qua quan niệm * mọi vật nặng đều có xu hướng đi về

phía dưới ” , nghĩa là về trung tâm vũ trụ là trái đất Đây chính là nội

dung hệ địa tâm Ploterne Mặc đù theo quan điểm cơ học về tính tương đối của chuyển động , có thể chọn bất kỳ vật nào làm :nốc , cho nó đứng

yên rồi so sánh chuyển động của những vật khác với nó nhưng việc chọn

trái đất làm mốc chuyển động đã tạo cho việc tính toán nhiều rắc rối

Do đó, Copecnic đã thực hiện một chuyển đổi quan trọng : chọn

mặt trời là trung tâm của vũ trụ Hệ Nhật tâm của Copecnic thực ra phải

clin đến 48 vòng tròn , tức là còn nhiều hơn cả hệ địa tâm Tuy nhiên hệ

Nhật tâm không chỉ có tính thuyết phục hơn mà còn giúp cho việc tính

toán chuyển động các thiên thể đơn giản hơn rất nhiều mac dù ngay khi

được công bố , hệ này đã bị phản đối rất gay gất .

Chính trong quá trình đấu tranh giữa hai trường phái này đã, các nhà

Vật Lý đã nghiên cứu và hình thành nhiều cơ sở lý thuyết và thực

nghiệm quan trọng cho sự ra đời của thuyết hấp dẫn.

2)CƠ SỜ THỰC NGHIÊM:

Từ những ghi chép của nhà thiên văn giàu có người Dan Mach

Tycho Brahe sau gần ba mươi năm quan sát b4u trời, Kepper đã nghiên

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

cứu và đưa ra ba định luật thực nghiêm về quy luật chuyền đông của sác

hành tinh quanh mat trời:

-Định luật 1 : Mọi hành tinh đều chuyển động trên các quỹ đạoelip với mat trời ở một tiều điểm

-Định luật 2 : Đường nối hành tinh và mat trời quét aliỪng điện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau.

-Định luật 3 : Bình phương chu kỳ quay của bất kỳ hành tỉnh nào

cũng tỷ lệ lập phương bán trục lớn của quỹ dao.

Theo tính toán lý thuyết của Keppler , các hành tinh luôn luôn

chịu lực hút của Mật Trời để duy trì chuyển động , còn các lưc can tự

nhién giải thích nguyên nhân tại sao chu kỳ quay của các hành tinh quanh mật trời không đúng chu kỳ quay của mật trời.

Như vậy , mat trời hút các hành tinh như một nam chém và trong

khi chuyển động , nó kéo theo các hành tỉnh khác chuyển động Thực ra.sau này chúng ta biết rằng sự trùng hướng chuyển động của các hành

tinh quanh mặt trời với hướng quay của mat trời không liên quan đến

quy luật chuyển động của các hành tinh mà liên quan đến nguồn gốchình thành hệ mặt trời Đó chính là tính chất quán tính của chuyển động

đã được Gallile khám phá ra sau đó.

Toàn bộ những kết quả này cùng với các định luật Newton đã

được nhà bác học người Ý Borelli và nhà bác học người Anh Hooke

+Lực hút càng rõ khi càng gắn tâm tác động

I.HẠT NHAN :

1JTƯ TƯỞNG :

Tư tưởng cơ bản của thuyết là tư tưởng về không gian và thời gian

trong cơ học Newton Trong biểu thức định lượng của thuyết , không có

SvNG THỊ CAT N Trang 9

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HUNG

các yếu tố thời gian cũng như các yếu tố biểu thị tính chất không girn, Vi

thế có thể hiểu về không thời gian trong thuyết hấp dan như sau:

+Không gian là tuyệt đối , tách rời vật chất Không gian dẳng

hướng , đồng nhất , có ba chiều và thuận nghịch

+Thời gian là tuyệt đối , đồng nhất , không liên hệ với không gian

và vật chất Tín hiệu truyén đi tức thời , mọi nơi đều có thể lấy giờ

thống nhất.

+Các tương tác là cách bức ( tY xa ), truyền đi không cẩn thong

qua vật trung gian.

2)Ð ÂT

Năm 1665, từ một sự liên tưởng thú vị Newton đã chứng minh

được một diéu hết sức quan trọng : lực giữ cho Mat Trang chuyển động

ưên quỹ đạo cũng chính là lực làm cho quả táo rơi xuống đất Tin

tưởng ở lý luận của mình , ông đi tim biểu thức định lượng cho lực này.

Theo các định luật cơ học , gia tốc truyền cho vật tỉ lệ thuận với

lực tác dụng lên nó và tỉ lệ nghịch khối lượng các vật thể Nhưng từ tất

cả các thực nghiệm đều cho thấy rằng moi vật rơi đều có cùng gia tốc,

bất kể khối lượng của vật Do đó, để gia tốc không phụ thuộc khối lượng

vật thì lực hấp dẫn tác đụng lên nó phải tÏ lệ thuận với khối lượng.

Đó chính là nội dung của định luật cơ bản của thuyết hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn : Hai vật tương tác lẫn nhau với một lực hút tỉ

-lệ với tích các khối lượng và tỈ -lệ nghịch bình phương khoảng cách giữa

Dù độ lớn lực hấp dẫn là rất lớn hay rất nhỏ phụ thuộc và khối lượng và khoảng cách giữa các vật nhưng chắc chấn một điều : mọi vật

đều chịu tác đụng của lực hấp dẫn Về sau Mossbauer , trong một thí

nghiệm về sự thu và phát sóng điện từ có năng lượng lớn, đã đo được

gia tốc rơi xuống của tia sáng , chứng tỏ ánh sáng cũng chịu tác dụngcủa lực hấp dẫn

Có thể hình dung lực hấp dẫn như một sợi xích kỳ lạ, một sợi xích không có mắt xích nào , nối liền hai vật thể, làm cho chúnh đẩy hoặc hút nhau Mặc dù thiết lập được biểu thức định lượng của lực nhưng do

Sv NG N TH] CAT N Trang 10

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HÙNG

han chế thời đại , Newton chưa giải thích ®ược bản chất của hiện tượng

và buộc phải chấp nhận quan điểm tương tác xa Chỉ đến khi có sự ra

đời của khái niệm trường và thế giới quan Vật lý mới trong lý thuyết

tương đối của Einstein , tất cả những hạn chế này mới được giải quyết

bằng quan điểm mới về không thời gian , về tương tác: lục hấp đẫn được

truyền đi không phải tức thời và không cần môi trường truyền tương tác

ma thực chất, tương tác hấp dẫn truyền đi là do có sóng hấp dẫn va

uuyén đi với vận tốc bằng van tốc truyền tín hiệu ánh sáng

Phương trình cơ bản của thuyết hấp dẫn là biểu thức của định luật

van vật hấp dẫn :

F=GS.

4 6 AN :

Bằng phương pháp cân xoắn , lần đầu tiên Cavendish đã xác định

được hằng số hấp dẫn G= 6,67 10°' Nm/kg? Hằng số này có ý nghĩa

vô cùng to lớn,được xem là trung tâm điểm tuyệt đối của thuyết

IIILHỆ QUA:

1)Cân khối lượng trái đất :

Từ giá trị G đã được xác định , ta có thể suy ra khối lượng trái đất nếu

biết được lực hấp dẫn tác dụng lên một vật ( trọng lượng của vật)

2)Những di thường của trong lương ứng dung vào khoa học trọng trường:

Do sự không đồng đều của mật độ đất đá trong lớp vỏ trái đất,

nên có những ảnh hưởng tới độ lớn của gia tốc trọng trường tại vị trí đó,

tạo nên những giá trị khác nhau của trọng trường ở những vùng khác

nhau.Vì thé , việc đo đạc , so sánh sự sai khác của các giá trị nay giúpxác định được thành phẩn các lớp đất đá , từ đó phát hiện các mỏ

khoáng sản.

Sv NGUYÊN THỊ CAT UYEN Trang 11

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

3)Làm nền tảng cho môn cơ học thiên thể :

Nhờ có thuyết hấp dẫn ta có thể giải thích chính xác vì sao quỹ

dạo chuyển động của các hành tinh là tròn hay elip Nói cach khác, ta

có thể tính toán trên lý thuyết chuyển động cụ thể của các thiên thể mà

không cần trực tiếp theo dõi sự đi chuyển đó

Chẳng hạn như qua nghiên cứu chuyển động của sao Thiên

Vương, hai nhà bác học Levere (người Pháp ) và Adams (người Anh) đã

phát hiện ra một vài sai lệch không lớn lắm so với tính tóan theo lý thuyết của Newton , Hai ông đã giải thích điều này như sự nhiễu loạn gây ra bởi một hành tỉnh nào đó chưa biết và tính toán hoàn toàn bằng

lý thuyết quỹ đạo chuyển động của hành tỉnh này Tất cả những lýthuyết nay về sau được các nhà thiên văn khẳng định hùng hồn bằng

mot thực nghiệm hoàn toàn phù hợp.

5)Ðưa ra những giả thuyết mới về hấp dẫn :

Giả thuyết trái đất phồng ra: nếu G không còn là một hằng số thìdiéu gì xảy ra ? Ta giả thiết nếu hằng số G giảm đi , lực liên kết giữa

các phần tử trái đất yếu đi thì trái đất sẽ”giãn ra” Diéu này phù hợpvới những ghi nhận vé chậm lại của chuyển động quay của trái đất

Giả thuyết hằng số hấp dẫn là phụ thuộc vào tuổi của vũ trụ.

Giả thuyết về trường hấp dẫn giải thích cơ chế một hat hấp dẫn

một hạt khác : mỗi hạt tạo ra quanh nó một trường hấp dẫn mà hạt khác

đặt vào sẽ bị hấp dẫn,

Sv NG N THỊ CAT N Trang 12

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HUNG

B.TÌM HIỂU THUYET HAP DAN TRONG SGK

LCG SỞ :

Sách giáo khoa chỉ trình bày một vài cơ sở của thuyết hấp dẫn Dé

là các định luật Newton LILI] trong các bài 15,16,17,18 của phần Dong

lực học lớp 10.

Các định luật này đều dude trình bày thành các định luật riêng lẻ,

độc lập với bài Định Luật Hấp Dẫn

Định luật | Newton được dạy rất kỹ trong hai bài đầu tiên của

chương trinh Động lực học Trước tiên, tác giả đưa ra các thi nghiệm thực

tế rồi rút ra kết luận : Mọi vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều

khi các lực tác dụng lên nó cân bằng nhau Sau đó , học sinh được học

về định luật I cùng với khái niệm quán tính.

Định luật II Newton được trình bày cùng với khái niệm khối lượng

và lực ,Định luật này được xem như là biểu hiện cho mối liên hé giữa ba

đại lượng này.

Định luật II] Newton : Sách giáo khoa hướng dẫn học sinh, bằng

cách khái quát hóa những quan sát trong thí nghiệm , để rút ra nhận xét:

“ trong tương tác giữa hai vật nhất định , gia tốc mà chứng thu được bao

giờ cũng ngược chiéu nhau và có độ lớn tỷ lệ nghịch với khối lượng của

chúng ,” Sau đó, đưa ra định luật.

Theo cánh trình bày như trên , cũng như theo hướng dẫn trong Sách Giáo Viên Vật Lý 11 thì cả ba định luật đều được đưa ra ki.ông phải bằng con đường quy nap , tức là dùng thực nghiệm để rút ra định

luật Mà ngược lại , các định luật được xem như là “một nguvên lý

jon”, một nền tang tổng quát để tiếp tục xây dựng và phát triển các định

luật khác , còn các thí nghiệm trong bài học chỉ có tính kiểm chứng ,

minh họa.

Việc hình thành ba định luật được sách giáo khoa trong mối liên

hệ với các khái niệm , đại lượng cơ học như lực , khối lượng nhằm mục

đích kết hợp việc dạy các định luật với việc hình thành các đại lượng

mới Tuy nhiên ,với cách đian đạt , các kiến thức này không có tác dụng

Sv NGUYÊN THỊ CÁT UYÊN Trang 13

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HUNG

như là những cơ sở lý thuyết của một thuyết Vật Ly Vì vậy , để đem lại

hiệu quả cho việc hình thành thuyết hấp dẫn, sách giáo khoa uén dat

việc hình thành các định luật trong “bối cảnh “ của thuyết hấp dẫn , dat

chúng trong sự suy luận để tìm ra biểu thức lực hấp dẫn Không nên chỉ

dạy tách bạch các định luật này với bài "Lực hấp dẫn “, sẽ phá vỡ hệthống cấu tạo của một thuyết Vật lý, cất đứt những cơ sở, nền tảng ly

luận với hạt nhân của thuyết

Ngoài ra , trong “ Bài 20 Lực hấp dẫn '', có nhấc thêm một chút

về ý tưởng của Newton : “ Cuối thế kỷ 17, dựa vào nghiên cứu chuyển

động của Mat Trăng quanh Trái Đất và của các hành tỉnh quanh Mattrời , Newton cho rằng trong tự nhiên mọi vật déu Aut nhau với một lực.gọi là tực hấp dẫn "

Đó là toàn bộ phan cơ sở của thuyết hấp dẫn được nêu lên trong

sách giáo khoa Vật lý 10 (chỉ khoảng 30% các cơ sở của thuyết hấp

dân), trong đó chỉ là các cơ sở kinh nghiệm và lý thuyết dd chưa đẩy đủ

,còn các cơ sở thực nghiệm thì hầu như không hé có một chút nào về cáccông trình nghiên cứu của Brahe, Keppler , Borelli , Hook

ILHAT NHÂN :

Từ lời giới thiệu như đã nêu trên trong bài 20, tác giả sách giáo

khoa đi ngay vào định luật cơ ban và phương trình cơ bản của thuyết hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn , như sách viết , là một định luật có

nguồn gốc từ khối lượng của các vật và được phát biểu như sau :

Hai chất điểm bất kỳ hút nhau với một lực tl lệ thuận với tích hai

khốt lượng của chúng và tỉ lệ nghịch bình phương khoảng cách giữa

Luận văn tối nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

Thí nghiệm đo hằng số hấp dẫn của nhà bác học người Anh

Cavendisơ cũng được trình bày cu thể ở bài sau kế tiếp

Như vậy sách giáo khoa đã hoàn toàn bỏ qua những tư tưởng về

không gian , thời gian , bỏ qua quan điểm tương tác xa của thuyết hấp

dẫn

Đặc biệt , trong bố cục bài Lực hấp dẫn, ta thấy phần một là giới

thiệu về Trọng lực và các đặc điểm của trọng lượng, cùng với biểu thức

định lượng Sau đó , phần hai !3 Lực hấp dẫn Cuối phẩn hai , tác giả

quay trở lại kết luận về trọng lực : ” theo Newton thì trọng lực chẳng

qua là lực hấp dẫn giữa một vật và trái đất” Như vậy , học sinh buộc

phải chấp nhận những kiến thức đưa ra như một điều hiển nhiên rồimới quay lại im hiểu một cách định lượng về nó.Cách trình bày này làm

cho việc giảng dạy thuyết hấp dẫn giống như việc giảng dạy một đại

lượng Vật Lý là trong luc Việc đưa ra lực hấp dẫn hình như chỉ là để lý giải các đặc điểm , tính chất đó Như vậy là học sinh được học vé lực

hấp dẫn cùng với một ví dụ quen thuộc trong đời sống nên có thể sẽ dễ

tiếp thu và thừa nhận nhưng cũng vì thế, học sinh không thấy đựơc timvóc , ý nghĩa của lực hấp dẫn giữa các thiên thể trong vũ trụ

II.HỆ QUA:

Trong rất nhiều hệ quả từ thuyết hấp dẫn , sách giáo khoa lựachọn và trình bày một hệ quả gắn nhất :cân khối lượng trái đất Từ

phương trình cơ bản của định luật , ta rút ra biểu thức tính khối lượng

trái đất Mae Như vậy, nếu biết bán kính trái đất R=6400km; biết

giá trị của G theo thí nghiệm của Cavendisơ, có thể tính được khối lượng

trái đất M = 6.10*'kg

Tóm lại ,theo cách trình bày như sách giáo khoa , hoc sinh không

nấm được nguồn gốc của thuyết, những mốc quan trọng trong sự phát triển các quan niệm , giả thuyết , tư tưởng cũng như các kết quả thực

nghiệm quan trọng Thậm chí những giả thuyết , quan niệm , tư tưởng cơ

bản cũng không được trình bay đẩy đủ , trình tự như lịch sử phát triển

của nó

Sv NGUYÊN THỊ CÁT UYÊN Trang 15

Luận văn tốt nghiệp Gxhd NGUYEN MANH HUNG

Do cách lược bỏ những cơ sở này và giới thiệu t6m gon lich sử

phát triển củ thuyết, học sinh lắm tưởng định lIuả! vạn vật hấp dẫn đượctìm ra đơn lẻ khi Newton nghiên cứu chuyển động của Mat trời, Mat

Trăng , Trái Đất và các hành tỉnh Nhưng thực ra, Newton chỉ là người

tìm ca phương trình cơ bản cho định luật dựa trên cơ sở sự kế thừa và

phát triển những quan điểm về hấp dẫn của rất nhiều nhà khoa học

trước đó : Copernic , Galiile, Kepller , Brahe , Barecli , Hooke ,

Ngoài ra, các trình bày riêng lẻ các định luật Newton và lực hấpdin dé làm học sinh lầm tưởng định luật hấp dẫn cũng là một định luật

khác ngang hàng với các định luật Newton.

C.Ý KIẾN ĐỀ XUẤT

Vì phẩn cơ sở của Thuyết Hấp Dẫn rất nhiều , sách giáo khoa

không thể trình bày tất cả , đi sâu vào tất cả các cơ sở này Cho nên, ngoài việc cố gắng bổ sung thêm một vài cơ sở quan trọng không thể thiếu , cẩn điểu chỉnh để chúng thể hiện đúng vai trò của mình trong thuyết hấp dẫn

Chẳng hạn , khi dạy các định luật Newton , cần nhấn mạnh vai trò các định luật này trong việc xây dựng rất nhiều các định luật cơ học

khác, trong đó có định luật vạn vật hấp dẫn

Còn trong bài “Lực hấp dẫn , do hạn chế về thời gian và trình độ

nhận thức của học sinh PTTH , không nhất thiết phải đưa ra tất cả những

kiến thức phức tạp như : tư tưởng vé không thời gian, những lý thuyết

tính toán của Keppler „ Nhưng ít nhất, phải cho học sinh biết sự lâu đới

của các tư tưởng về sự hấp dẫn này, đã có từ thời cổ đại và Newton ,

trong quá trình nghiên cứu của mình đã tìm ra biểu thức định lượng cho

định luật, trên cơ sở những đóng góp của nhiều nhà Vật lý khác

Ngoài ba định luật đã nêu , có thể giới thiệu với học sinh ba định

luật thực nghiệm của Keppler , từ đó giúp các em hình dung ra quỹ đạo

chuyển động của Mặt Trăng , Trái Đất và các hành tỉnh quanh Mặt Trời

Sv NGUYÊN THỊ CẤT UYÊN Trang l6

Luận văn tối nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

Khi xây dựng định luật hấp dân cũng cần có những lập luận cơ

bản từ các định luát Newton , các lập luận vẻ sự phụ thuộc của lực hấpdẫn vào các yếu tố như khoảng cách giữa hai vật thể, khối lượng hai vật

thể, để học sinh phần nào nắm được quá trình lập luận suy đoán của các nhà vật lý khi đi tim biểu thức cho lực hấp dẫn Đồng thời, cẩn phân tích để học sinh thấy được lực hấp dẫn chỉ đáng kể đối với những vật có

khối lượng và khoảng cách rất lớn

Nên giúp học sinh có những hiểu biết căn bản về những tư tưởng trong thuyết hấp dẫn Các tư tưởng nay có thể được rút ra trực tiếp tư biểu thức định luật như :

-Quan điểm tương tác xa : tương tác không cần thông qua môi

trường vật chất

-Không gian và thời gian là tuyệt đối , đống nhất : lực hấp dẫn như nhau Ở mọi nơi , mọi lúc ( biểu thực lực không chứa đựng thời gian, không có yếu tố biểu thị tính chất không gian )

-Không gian là đẳng hướng và có tính thuận nghịch: lực hấp dẫn

như nhau theo mọi hướng.

Trong phẩn hệ quả , ngoài phép cân Trái Đất, có thể cho các em

biết thêm về vai trò của thuyết này trong việc xây dựng các ngành khoa

học trọng trường và bộ môn khoa học khá mới đối với các em : môn

thiên văn để các em thấy được thuyết hấp dẫn không chi là lực hấp

dẫn đơn thuần mà gờm rất nhiều những kiến thức liên quan , hỗ trợ để lý

luận và tính toán

Luận: săn 161 nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

(HUONG HAI :

THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

A TÌM HIỂU THEO SÁCH GIAO KHOA

I,£6G SƠ:

Từ thời cổ đại ,đã xuất hiện các quan điểm vé cấu tạo vật chất:

vật chất được cấu tạo một cách liên tục từ một số chất cơ bản và các

chất được cấu tạo 1 cách gián đoạn từ các hạt : nguyên tử luận của

Democrits.

Trong sự phát triển của lý thuyết này , cẩn nhắc tới hai quan điểm

về bản chất của nhiệt :

+Trước tiên là giả thuyết cho nhiệt là do chuyển động của các hạt

vật chất : giả thuyết này xuất phát từ những quan sát hàng ngày, người

ta sớm phát hiện ra sự liên hệ mật thiết giữa nhiệt và chuyển động Tuy

nhiên , mối liên hệ này còa mang nhiéu cảm tính, thiếu cơ sở thực

nghiệm và các biểu thức đinh lượng

Phải đến thế kỷ 17 , mới có phối hợp thực sự giữa những kết quả

quan sát vvà nguyên tử luận về cấu tạo vật chất Từ đó , khẲng định bản

chất này của nhiệt

+Giả thuyết thứ hai cho rằng nhiệt là một chất lỏng đặc biệt , vô hình, không trọng lượng , thấm sâu vào vật và có thể truyền từ vật này

sang vật khác Nguyên lý cơ bản của giả thuyết này là sự bảo toàn

nhiệt Dựa trên mô hình nhiệt và nguyên lý bảo toàn nhiệt, nhiều khái

niệm mdi được hình thành :nhiệt lượng, nhiệt dung , nhiệt hóa hơi ,

nhiệt nóng chảy , tỷ nhiệt , còn dùng tới ngày nay

Nhưng đến 1789 , các thí nghiệm của Rumford đã chứng minh có

thể tạo ra chất nhiệt nhiều bao nhiêu cũng được Điểu này trái với nguyên lý cơ bản của giả thuyết nên đến thế kỷ 19, giả thuyết này hoàn

tòan bị phủ nhận , nhường chỗ cho giả thuyết thứ nhất

Sv NGUYEN THI CAT UYEN Trang 18

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HUNG

Nam 1800, nhà hóa học Pháp J.L Proust đã chứng minh định luật

về các tỉ lệ xác định : tỉ lề về khối lượng của các nguyên tố trong mội

hợp chất là không đổi

Cùng với lý thuyết quan trọng của Dalton :các phản ứng hóa học chỉ tách ly hay liên kết các nguyên tử thành các hợp chất riêng biệt.

Và định luật về thể tích của Amadeo (người Ý ): các thể tích bằng

nhau của caé chất khí khác nhau (ở cùng nhiệt độ , áp suất ) chứa cùng

một số phân tử như nhau ; N,.

3 lý tuyết này hợp nhất lại , được Amadeo giải quyết một cách

thỏa đáng va Cavendish kiểm chứng bằng thực nghiệm về sự tạo thành

phân tử nước

Sau đó , một loạt các công trình nghiên cứu đã thừa nhận thuyết

nguyên tử : Robert Hooke{ Anh) quan sát được qua kính hiển vi tính đối xứng của các tinh thể , phản ánh sự sắp xếp , déu dan của các nguyên

tử nhỏ xíu cấu thành vật ran.

Sv NGUYÊN TH] CAT UYEN Trang 19

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

Christiaan Huygens ( Đức ) cho rằng dang hình học của khoáng

sản Canxi có thể giải thích nếu coi nó gồm các khối tròn nhỏ xếp theo

trật tự

Các công trình thực nghiệm của Boild-Mriot, Gayluxac, Charle

dẫn đến các định luật thực nghiệm có ý nghĩa quan trọng bởi vì chínhtrong quá trình cố gắng giải thích các các định luật này , Vật lý học xâydựng thành công thuyết ĐHPT về chất khí

Hiện tượng khuyếch tấn của các phân tử chất khí , chất lỏng , chất rấn được phát hiện

Nam 1908, Jean Perrin công bố số do tin cậy của số Avogadro,

thông qua nghiên cứu chuyển động Brown - một chuyển động có tính chất ngẫu nhiên và hỗn loạn phản ánh trực tiếp sự tổn tại và chuyển

ENE/RRRWNRRBH.:' SEU GEER

SvN N THI CAT N Trang 20

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

Theo Perrin , mật độ các hạt trong chuyển động Brown giảm theo

(dấu trừ do lực hướng lên )

Nếu mỗi hạt có thể tích V , khối lượng riêng ø , khối lượng riêng

của chất lỏng là ø" thì trọng lực của n hạt trong cột chất lỏng có diệntích S , chiều cao từ h đến (h+dh) là :

sự tồn tại của nguyên tử, phân tử,

3.MÔ HÌNH :

Để giải thích các kết quả của các dịnh luật thực nghiệm , Boyle đưa ra mô hình tĩnh học : Chất khí là những hạt vật chất hình cẩu nhỏ tạo thành , Chúng có bản chất tinh và dan hồi như cao su, vì thế có khả

năng giãn , nén tương ứng với sự tăng , giảm thể tích chất khí.

Sv NGUYÊN THỊ CAT UYEN Trang 21

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MẠNH HUNG

Tuy nhiên mó hình này không giải thích được tai sao khi mở nắp

bình đựng khí, chất khí có thể tự giãn nở để chiếm một khoang không

gian rộng lớn trong thời gian rất ngắn mà không cắn tăng nhiệt độ

Sau đó , trên cơ sở cơ học của Newton kết hợp với quan điểm hạt

về cấu tạo vật chất của Becnuli, mô hình động học chất khí ra đời vào

năm 1734, cho rằng chất khí cấu tạo bởi những hạt chuyển động hỗn

loạn , không ngừng

Mô hình đã giải thích thành công định luật thực nghiệm B-M

nhưng chưa có các đại lương đặc trưng cho chất khí và chuyển động của

chúng Vì thế , không thể mở rộng phạm vi 4p dụng vào các lĩnh vực có

liên quan.

Phải đến giữa thế kỷ 19, tuyết động học phân tử về chất khí mới

được bổ sung và hoàn chỉnh nhờ công lao của Kronig và Claucius :

+Phân tử chất khí là những quả cầu nhỏ đàn hồi tuyệt đối

+Trong chất khí , các phân tử rất xa nhau , tương tác rất yếu nên

chúng chuyển động hỗn loạn

+Trong chất rắn , các phân tử rất gắn , tạo thành mạng không

gian vững chấc với các phân tử dao động tại các nút mạng.

+Chất lỏng là trạng thái trung gian , các phân tử cững dao động tại

các nút nhưng không định cư lâu dài ở các vị trí này.

Năm 1816, lần đầu tiên nhà Vật Lý người Anh Yuong xác địnhđược đường kính phân tử vào khoảng 3.10 m , sau này với sự tiến bộ

của khoa học đã xác định chính xác giá trị này 18 3,8 10°”

Cùng với các quan niệm này là-sự ra đời của nhiều khái niện.

mới: khối lượng phân tử , vận tốc phân tử , lực tương tác phân tử, thế

năng tương tác , quãng đường tự do trung bình

I HẠT NHÂN

Tư tửơng của thuyết chính là sự vận dụng tư tưởng cơ học Newton

vào thế giới vi mô Thế giới vật chất là khoảng không gian trống rỗng ,

tuyệt đối bất động , gọi là chân không Trong đó có chứa các hạt vật

chất, giữa các hạt có lực tương tác.

SvN N THỊ CAT UYEN Trang 22

Luận văn tết nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HUNG

4, PHUONG TRÌNH CƠ BAN:

Các phương trình cơ bản của thuyết động học được xây dựng trên

cơ sở nghiên cứu mô hình khí lý tưởng như sau :

-Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng -Các phân tử được xem như những chất điểm

-Các phân tử chỉ tương tác nhau khi va cham Va chạm giữa các

phân tửvà giữa phân tử với thành bình là tuyệt đối đàn hồi.

Từ đó mô hình này xây dựng được phương trình : > = 2n W, nói lên mối liên hệ giữa các đại lượng vì mô của phân tử như m,W, và đại

lượng vĩ mô của hệ p.

SHANG SỐ CƠ BẢN :

Gém hai hằng số cơ bản AN, và K.

-Số Avogadro N , : số nguyên tử , phân tử có trong một mol chất,

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HÙNG

I HE QUA:

Sự phát triển của tuyết DHPT gắn liền với sự phá! triển của Vật

ly thống kê, trải qua nhiều giai đoạn , Nhưng ta chỉ nói đến các hệ quả quan trọng gắn liên với thuyết DHPT sau: :

Ta thấy, nhiệt độ tuyệt đối lệ với động năng trung bình của

chuyển động của phân tử Nói khác đi , nhiệt độ là số đo trung bình

theo một đơn vị khác.

Như vậy, bản chất của nhiệt là gấn lién chuyển động hỗn loạn của

phân tử.

S i của các dij tử Y well

Định luật được Stern tiến hành kiểm chứng bằng thực nghiệm vào

những năm hai mươi của thế kỷ 19 đã cho kết quả hoàn toàn phù hợp

4.Nhân xét về hé số K

Hệ số K trong phương tình cơ bản cho thấy ý nghĩa vật lý sâu sắc

của nó; là cầu nối giữa các đại lượng vi mô và vĩ mô,

3,Giải thích nhiều hiện tượng Vật lý khác :

Giải thích các trạng thái rắn , lỏng , khí

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

Giải thích cơ chế của nội nang , của sự truyền nhiệt sự thay đổi

trang thái cấu tạo chất.

Giải thích cơ chế của áp suất chất khí

Giải thích sự phụ thuộc của áp suất và vận tốc vào nhiệt độ

Giải thích các định luật thực nghiệm một cách đầy đủ

Giải thích 2 nguyên lý 1,2.Vận đụng vào đời sống và kỹ thuật, cụ

thể trong các ngành chế tạo vật liệu , động cơ nhiệt , công nghệ làm

đến một cách đơn giản trong phần giới thiệu chương : Cod học nhgiên

cứu sự thay đổi vị trí của vật thể trong không gian , còn giải thích những

hiện tượng xảy ra bên trong vật như : nóng chảy , bay hơi, cơ chế gây áp

suất , phải xèt đến chuyển động đặc biệt bên trong vật thể :chuyển

động nhiệt.

Một cách sâu sắc , qua lời giới thiệu nay ,ta có thể hình dang tư

tưởng cơ bản của thuyết , đó là sự vận dụng cơ học Newton vào thế giới

vi mô.Tuy nhiên , học sinh cũng có thể và rất dễ nhằm lẫn , xem phần

Vật Lý Phân tử và Nhiệt học này như một bộ phận của cơ học , để

nghiên cứu một trong những dạng chuyển động cơ học

Tác giả Sách giáo khoa đã bỏ qua các giả thuyết về bản chất

nhiệt, các kiến thức về định luật tỉ lệ khối lượng xác định , định luật về

thể tích đã học ở lớp 8,9 nên cũng không được nhấc lại.

Như vậy , trong phần cơ sở , tác giả chỉ trình bay một số khái niệm

cơ bản như phân tử gam , số avogadro ; nêu lên các kết quả thực

SvNG NTHỊ CÁT Trang 25

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MẠNH HUNG

nghiệm về khối lượng nguyên tử phan tử Tất cả những giá trị được đưa

ra , thực chất là những giá trị do đạc sau này , khi thuyết Đóng học Phân

tử đã hoàn toàn được thừa nhận chứ không phải là những công trình

nghiên cứu nhằm hoàn chỉnh nội dung của thuyết.

Sách cũng khoa dành hẳn ba bài để nói về các định luật thực

nghiệm Đó là các định luật của Boyld-Mriot , Gayluytxac, Charle về

mat hình thức được day sau bài thuyết Động Học nhưng thực chất, không phải như là một hệ quả , càng không phải là môt cơ sở của thuyết Vì

nếu xem như những hệ quả thì cẩn phải giải thích định tính và định

lượng chúng theo quan điểm của thuyết Phần giải thích định tính này , tác giả lại đưa vào bài tập nên cũng có thể tạm chấp nhận được.

II.HẠT NHÂN :

Như đã nói , phan tư tưởng của thuyết được nhắc sơ lược , không

rõ ràng trong lời giới thiệu.Ngoài ra, không nói gì đến ý tưởng về tính

thống kê trong nội dung thuyết

Nội dung cơ bản : SGK nêu một cách đẩy đủ và có bổ sung một ý:

van tốc chuyển động của các phân tử khí là phụ thuộc vào nhiệt độ

Phương trình cơ bản và hằng số cơ bản K được đưa vào phần đọc

2)Hình thành phương trình trạng thái khí If tường , từ đó giải thính

được bản chất của nhiệt trong bài đọc thêm

3)Nguyên lý 1.

4)Một vài ứng đụng trong đời sống và kỹ thuật cũng có nhắc đến

trong phần giới thiệu chương

Sách Giáo khoa , nói chung chủ yếu giúp học sinh nấm chấc quan điểm cơ bản trong nội dung của thuyết, không yêu cầu học sinh nấm bắt đấy đủ những phan khác của thuyết DHPT , vì theo SGK những phấn

Sv NGUYEN THỊ CAT UYEN Trang 26

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HUNG

kiến thức này là không trong tâm và mất nhiều thời gian, Do những cất

bỏ này , đồng thời những phần còn lại thì lại không được sắp xếp theo

đúng trình tự nên toàn bộ thuyết , đối với học sinh, chỉ là phần “Nội

dung của thuyết “

C.Ý KIẾN ĐỀ XUẤT

Ở chương này , học sinh gập một hình thức mới vé chất của

chuyển động củavật chất , khác với nguyên tắc chuyển động của Vật lý

vi mô , đó là chuyển động không ngừng và hỗn loạn

1) Giáo viên nên mô tả đặc điểm của chuyển động Brown theo thí nghiệm của Jean Perrin rối phân tích cho học sinh hiểu bản ghi chuyển

động của hat Brown.

Đặc điểm của chuyển động : +Không ngừng theo thời gian , hỗn loạn về phương và về độ lớn của độ dời , được xác định bởi tính cất của chất lỏng , khí , không phụ

thuộc vào tác dụng Vật lý lên nó và vào bản chất của chính hạt Brown.

+Chuyển động này gây ra bởi các lực không triệt tiêu của các

phân tử xung quanh tác dụng lên nó.

+Từ đó rút ra nhận xét: chuyển động của hạt Brown giống như

chuyển động của các phân tử trong môi trường nên có thể nghiên cứu

chuyển động này để hiểu về chuyển động các phân tử khí.

+Chuyén động hạt Brown không tuân theo các định luật chuyển

động đã học , ma theo các định luật thống kê

+Có thể cho học sinh tham gia thí nghiệm :dùng kính hiển vi có độ

phóng đại khoảng 200 lân để quan sát tiêu bản của hỗn hợp 2 dung dịch

‘hyposunphit 2% và axit sunfuric 1% , mỗi thứ 5cm3, Do phản ng hóa

học , các hạt S sẽ tách ra thành các hạt Brown.

2)Trong phần giới thiệu các khái niệm Lượng chất mol, kích thước

phân tử , nguyên tử, nên tiến hành thí nghiệm đo kích thước phân tử:

SvN THỊ CAT N Trang 2?

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

+ Nhỏ một giọt đầu pha benzen trên mat nước , hỗn hợp loang ra thành một lớp màng mỏng _ benzen bay hơi hết , để lại một lớp đơn phân tử dầu.

+Từ các giá trị của khối lượng , khối lượng riêng giọt đấu , xác

m

định được thể tích giọt dầu V'= d

+Ðo diện tích S của lớp dau suy ra bế day của nó , chính là giới

hạn trên của kích thước phân tử: D=}.

Thi nghiệm xác định hằng số Avogadro:

+Từ thí nghiệm giọt dẫu , tính thể tích phân tử dầu :

3) Phần rút ra phương trình cơ bản , có 2 cách hướng dẫn học sinh:

qui nạp hoặc diễn địch Sách giáo khoa đã trình bày theo lối diễn dịch, khá dễ hiểu nên có thể đưa vào phẩn bài học , giúp học sinh làm quen

với cách suy luận khi hình thành một thuyết Vật lý Tuy nhiên cần nhấn

mạnh cho học sinh: áp suất là thông số của cả khối khí”, không có ý

nghĩa với từng phân số riêng lẻ mà mang ý nghĩa thống kê ,chỉ co thể

lấy giá trị trung bình.

4)Phẩn hệ quả nên được trình bày theo đúng ý nghia của nó để

học sinh hình dung được tắm quan trọng của thuyết Động học phân tử

Vì có rất nhiều hệ quả nhưng đối với học sinh còn xa lạ và sau này cũng

Sv NG THI CAT Trang 28

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HUNG

không được nhắc lại trong chương trình nên chỉ cần lưu ý một vài điểm

sau :

Ngoài việc giải thích bản chất của nhiệt ,nên có thêm phần giải

thích các định luật thực nghiệm theo quan điểm của thuyết:

+Định luật Boylơ -Mariot: Ở nhiệt độ không đổi , động năng

chuyển động của các phân tử là không đổi Nếu thể tích khối khí tăng,

khoảng cách giữa các phân tử khí tăng nên số va chạm giảm Do đó , áp

suất khí giảm.

+Định luật Gayluytxac : KHi thể tích khối khí không đổi , khoảng cách gia các phân tử khí là không đổi Nếu nhiệt độ tăng, động nang trung bình tăng, các phân tử chuyển động nhanh hơn nền va chạm nhiều

hơn làm chho áp suất khí tăng

+Định luật Charles : Khi áp suất khí không đổi sự va chạm giữa

các phân tử , vé mat thống kê là không đổi, Nếu tăng thể tích khối khí,

khoảng cách giữa các phân tử sẽ tăng , do đó các phân tử phải va chạm

mạnh hơn để duy trì áp suất không đổi , tức là động năng trung bình do

va chạm tăng, dẫn đến nhiệt độ khối khí tăng.

5XCuối cùng , chú ý khi đưa ra nguyên lý 1 và các ứng đụng của

nó, cần giới thiệu đây chính là một trong rất nhiều hệ quả mang ý nghĩa

thực tiễn của thuyết

Sv N THỊ CAT N Trang 29

Luận văn tối nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HÙNG

Những cơ sở ban đấu của thuyết đã xuất hiện từ rất lâu , từ khi con

người phát hiện ra tính chất đặc biệt của những vật “có điện “ và bất

đầu đi tìm hiểu thế nào là “hat điện “ nhỏ nhất

Từ thời trung cổ , Thalet đã tiến hành các thí nghiệm về hiện

tượng nhiễm điện do cọ xát các thanh ebonic Và mãi đến thế kỷ 17,

Willia Hibbert mới chứng minh được rằng : cả kim cương , xi gấn, diém

sinh , phèn chua và một số vật khác cũng có tính chất kỳ lạ này Nhữngthí nghiệm này đã dẫn đến giả thuyết hạt về bản chất của điện Nhungsau đó , giả thuyết này không được ủng hộ và dẫn dẫn đi vào quên lãng

San đó là sự ra đời các giả thuyết về chất lỏng điện Ban đầu

người ta đưa ra những giả thiết rất đơn giản như : Vật chất luôn chứa

một lượng chất lỏng điện ở mức độ vừa phải, có thể giữ lại được Nếu ta

cung cấp cho vật một lượng chất lỏng điện nhiều hơn thì phần dư thừa

của chất lỏng này :# không thâm fihập vào bên trong vật nữa và do kết

quả đẩy nhau của những hạt dư thừa này, bên trong vật sẽ xuất hiện một

lớp khí quyển điện

Giả thuyết vé chất lỏng điện tiếp tục được hoàn thiện theo

Benjamin Franklin , ong cho rằng các hiện tượng điện trên có thể giải

thích nếu quan niệm điện là một loại chất lỏng có những đặc điểm sau:

+C6 hai loại chất lỏng điện :chất lỏng điện dương (+) và chất lỏng

điên âm (-).

+Hai chất lỏng điện cùng loại thì đẩy nhau , khác loại thì hút

nhau.

SvN N THỊ CAT N Trang 30

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HUNG

+Từ đó có hai loại vật thể : vật dẫn điện (là những vật trong đó,

chất lỏng điện có thể chuyển động) và vật cách điện (là những vật mà

trong đó chất lỏng điên không thể chuyển động )

Ngoài ra, tương tự như giả thuyết về “chất nhiệt “, thuyết về chất

điện cũng tuân theo một nguyên lý cơ bản là định luật bảo toàn điện

tích.

Việc đưa vào khái niệm chất lỏng điện là thể hiện tư tưởng cơ

học rất phổ biến của các nhà Vật Lý thời bấy giờ : luôn cố gấng giải

thích mọi hiện tượng bằng các chất và quy chúng về các lực tác dụng

đơn giản giữa các chất đó.

2).CƠ SỞ THỰC NGHIEM:

Cho đến thế kỷ 19, sự thấng lợi của thuyết Động Học Phân Tử

và thuyết về Cấu Tạo Nguyên tử mới thực sự đưa sự tổn tại của các “

nguyên tử điện “ từ một tư tưởng triết học thành một giả thuyết khoa học

với các cơ sở thực nghiệm vững vàng.

Bắt đầu là kết quả rút ra từ thí nghiệm của Faraday về hiện tượng

điện phân : khối lượng chất m thoát ra ở điện cực là tỉ lệ với điện tích q,

đã đưa đến kết luận :

+ Một nguyên tử vật chất bao giờ cũng ứng với một nguyên tử

điện tích.

+ Sự dịch chuyển vật chất thông thường và sự dịch chuyển điện là

hai mật của một quá trình.

Sau đó ít lâu ,năm 1874, Stoney đo được điện tích nguyên tố, tức

là điện tích do một nguyên tử Hidro mang theo khi được giải phóng có

giá trị e = 1,602023,10°"C Đây là bằng chứng đánh tin cậy cho giả

thuyết về sự tổn tại của electron

Giả thuyết này tiếp tục được khẳng định qua nhiéu bằng chứng

trực tiếp:

Pluker, Hittorf, Crookers phát hiện ra tỉa 4m cực và các tính chất

của chúng là làm quay chong chóng bức xạ và bị lệch trong từ trường.

Từ kết quả này có thể kết luận tia âm cực là “vat chất dưới dang tia * tuy nhiên chưa thể thừa nhận nó phải là dòng các electron riêng biệt.

Sv NGUYEN THỊ CAT Trang 31

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HÙNG

Sau đó, Schuter , nhà Vật Lý người Đức đã xác định tỉ số £ của tia âm cực bằng cách dựa vào sự chênh lệch của nó trong từ trường và nhận thấy giá trị này lớn hơn hàng nghìn lấn so với trường hợp trong

chất điện phân Từ điều này có thể rút ra nhận xét: khối lượng của cáchat trong tia âm cực là nhỏ hơn hàng nghìn lẳn so với khối lượng các ion

1894 Thomson thực hiện thí nghiệm do vận tốc tia âm cực trong

điện trường và từ trường ,ông thu được kết quả là 1,9 10°m/s: rất nhỏ

so với hằng số c Như vậy chắc chấn đây không phải là sóng ánh sáng.

Do đó, Thomson đưa ra giả thuyết tia âm cực gém các hạt mang điện

tích e, khối lượng m Lúc đó , ông gọi tên các hạt này là “ corpuscle” ,

sau này ta gọi là “Electron”.

Ông cũng xác định chính xác hơn tỉ số £ của dòng electron phát ra

từ một catot bị nung nóng và khẳng định kết luận của mình về sự tổn tạimột loại hạt có điện tích bằng điện tích nguyên tố nhưng có khối lượng

nhỏ hơn một phần nghìn khối lượng nguyên tử

Năm 1909, Milliken tiến hành thí nghiệm về các giọt dấu : các

giọt đầu được phun vào một buổng kín có hai ngăn Do ma sát với ốngphun nên các giọt dấu đã được tích điện dù điện tích là rất nhỏ Trongbuồng kín , các giọt dẫu bị rơi xuống dưới tác đụng của trọng lực , qua

một lỗ rất nhỏ để rơi xuống ngăn thứ hai của buồng Ở ngăn thứ hai , ta

bố trí một từ trường có thể điểu chỉnh được , có chiểu hướng lên , can trở

chuyển động của giọt dau Lúc đó , chuyển động của giọt dầu là rất chậm , ta có thể đo được các giá trị khá chính xác và có thể tin tưởng

rằng đang làm việc trên những hạt mang điện nhỏ nhất : các electron và

các ion.

Thí nghiệm của Milliken đã chứng tỏ “ một cách không thể chốicãi rằng electron không phải là một “(rung binh thống kê “ mà điện tíchcủa các ion hoặc phải đúng bằng điện tích của electron , hoặc là một

bội nguyên nhỏ của điện tích đó” Với thí nghiệm này ,vài năm sau ,

Milliken không chỉ chứng minh được sự tổn tại của electron mà còn xác

định được khá chính xác giá trị của electroa :

e =1.59 +0.002 10°”

Sv NG N THỊ CAT N Trang 32

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HUNG

Để giải thích các kết quả thu được từ thực nghiệm , các nhà vật lv

đã đưa ra m6 hình e như một chất điểm mang điện tích, có khối lượng và

điện tích không đổi

Tuy nhiên đến nam 1901, Kauphoman tiến hành các thí nghiệm

và rút ra nhận xét : d số + giảm khi vận tốc tăng Như vậy khối lượng

elecưon phải phụ thuộc vào vận tốc và phương của vận tốc

Do đó ,Lorentz đã đưa ra những cải tiến cho mô hình electron

Theo ông , mô hình electron có thể hình dung như sau ;

+Electron bình thường có dạng hình cầu

+Khi chuyển động , electron trở thành mệt elipxoit tròn xoay do bị

co lại theo phương nằm ngang theo hệ thức : ec Trong đó, y là vận

tốc của vật , c là vận tốc ánh sáng trong chân ange ,Khối lượng ngang

và khối lượng đọc = các electron lúc này là:

Điện tích có tính gián đoạn va tạo thành từ các nguyen té-;

Vật chất là môi trường gián đoạn tạo thành bởi các hạt mang điện

trong chân không.

Điện từ trường tạo ra từ các điện tích gián đoạn lại là liên tục

Á Vv COBAN:

Vì các electron chuyển động rất nhanh nên rnật độ điện tích va

mật độ đồng điện vi mô biến thiên rất nhanh theo thời gian Do đó ,

điện từ trường là biến thiên theo tọa độ và thời gian rất nhanh nên ta có

các phương trình được viết dưới dang div ,rot

Sv NGUYEN THỊ CAT UYEN Trang 33

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HUNG

Các phương trình cơ bản của thuyết electron chính là các phương trình cơ ban của thuyết điện từ Maxwell:

1) Sự ra đời của thuyết điện tử đánh đấu sự chuyển tiếp từ Vật ly

cổ điển sang Vật lý hiện đại , từ thế giới vĩ mô sang thế giới vi mô và

từng bước hoàn chỉnh bức tranh về thế giới vi mô

2) Trên cơ sở thuyết electron , các nhà Vật lý tiếp tục xây dựng

được các giả thuyết về electron trong kim loại để giải thích thành công

các định luật thực nghiệm về dòng điện như :định luật Ohm về điện trở,

định luật Junlenx về hiện tượng tỏa nhiệt trên vật dẫn dẫn bằng kim loại khi có đồng điện chạy qua.

Trong kim loại , các nguyên tử bị tách thành một hay nhiều

electron và iôn đương Các ion đương chỉ đao động nhỏ quanh các nút

mạng , tạo thành bộ khung rấn cho vật bằng kim loại , còn các electron

tách thành các electron tự đo Khi không có điện trường các electron

này chuyển động nhiệt hỗn loạn ,„ Khi có điện trường , các electron

chuyển động theo hướng của lực điện trường , làm xuất hiện dòng điện.

Trong quá trình chuyển động , các electron va chạm với các nút mạng ,

truyền năng lượng cho nút mạng dưới dạng nhiệt năng Do đó vật bằng

kim loại thường nóng lên khi có dòng điện chạy qua.

Sv NGUYÊN THỊ CAT UYEN Trang 34

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HÙNG

3) Làm cơ sẻ cho các ý tưởng giải thích hiện tượng tan sắc ánh

sáng.

4) Giải thích cơ chế hiện tượng thuận từ, nghịch từ bằng khái niệm

đòng điện phân tử do chuyển động của các electron bên trong phân tử

5) Giải thích hiệu ứng Diman- hiện tượng tách vạch quang phổ

trong từ trường : do sự tương tác giữa các electron với từ trường.

B.TÌM HIỂU TRONG SÁCH GIÁO KHOA

So với hầu hết các thuyết Vật lý khác có trong chương trình Vật lý

phổ thông, Thuyết điện tử được sách giáo khoa Vật lý 11trình bày là

đẩy đủ nhất Sách giáo khoa đành hẳn một bài trong chương trình để

giới thiệu với các em về thuyết này cùng với một số kiến thức khác rải

rác trong các bài học trước và sau đó.

LCG SỞ :

1) CƠ SỞ KINH NGHIÊM:

Các cơ sở kinh nghiệm của thuyết được để cập tập trung trong bài

12 ĐIỆN TÍCH — ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH Trong bài này,

học sinh được học về các vấn để sau :

-Học sinh được làm quen với các thí nghiệm về sự nhiễm điện do

cọ xát; được giới thiệu có hai loại điện tích : điện tích đương (+) và điệntích âm (-) Từ đó các em được phân biệt hai loại vật thể: vật dẫn điện

và vật cách điện

-Giữa các điện tích có các lực tương tác là lực hút và lực đẩy

-Sau đó, sách nêu lên Định luật bảo toàn điện tích

Toàn bộ các kiến thức này chính là một trong các cơ sở lý thuyết

quan trọng của thuyết điện tử Đây chính là giả thuyết vé chất lỏng

Sv NG THI CAT Trang 35

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HÙNG

điện của Flankin được trình bày một cách không tường minh Không

những thé , sách giáo khoa còn tách riêng nó ra khỏi bài Thuyết Điện

Tử như một phần kiến thức độc lập

Tiếp theo , bài 13 nêu lên biểu thức định lượng của lực tương tác

giữa hai điện tích : định luật Culong trong chân không và trong điện môi.

2) CƠ SỞ THỰC NGHIỆM

Một cơ sở thực nghiệm quan trọng là hiện tượng điện phân được

xếp vào chương VỊ ,Dàng điện trong các môi trường ,trơng bài

38,39 DONG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHAN , tức là một cơ sở thực

nghiệm dẫn đến sự ra đời của thuyết điện tử lại được tách ra , được nhắc

đến rất lâu sau nội dung của thuyết

Ngoài ra trong Bài 14 - được dành riêng nói về thuyết điện

tử-ngoài những cơ sở đã nêu riêng ra trong bài 12, Sách giáo khoa có giới

thiệu thêm về lịch sử phát triển lâu đời của thuyết : "Từ lâu các nhàbác học đã quan tâm đến việc giải thích các hiện tượng điện và tính chất

điện của các vật " Rồi đi vào nội dung cơ bản của thuyết điện tử

Như vậy , mac dd là đẩy đủ nhưng phdn cơ sở của thuyết điện tử

đã được trình bày không thứ tự , không có sự lập luận , liên kết để dẫn đến sự ra đời của “ hạt mang điện nhỏ nhất “ đúng như tinh thần của

một thuyết Vật Lý

II HAT NHÂN :

TƯ TƯỞNG VA NỘI DUNG CƠ BẢN :

Tư tưởng và nội dung của thuyết được giới thiệu đan xen trong

bài 14, ở phần một : “Nội dung của thuyết *” Tuy nhiên , sách giáo khoa chỉ trình bày một số nội dung chính và bỏ qua một số phẩn còn quá khó

với trình độ học sinh

Nội dung thuyết theo sách gồm những ý sau:

-Vật chất cấu tạo từ các hạt sơ cấp , nhiều hạt sơ cấp mang điện

Sv NGUYEN THỊ CAT UYEN Trang 36

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYEN MANH HUNG

-Điện tích của hat sơ cấp có giá trị hoàn toàn xác định va là điện

lich nhỏ nhất , vì thế không thể bị tách thành những lượng nhỏ hơn Điện

tích nhỏ nhât nay gọi là điện tích nguyên tố : e=1,6 10°".

-Nếu một vật mang điện thì điện tích của nó bằng một số nguyên

lần điện tích nguyên tố.

Ngoài ra trong phần c của bài, Sách giáo khoa còn kết hợp với

thuyết Động học phân tử để mô tả vai trò của electron trong cấu tạo

nguyên tử : nguyên tử gồm hạt nhân mang điện đương và một hay nhiều

electron chuyển động quanh nó Ở điều kiện thường , nguyên tử trung

hòa về điện , tức là tổng giá trị tuyệt đối của các electron đúng bằng độ

lớn điện tích của hạt nhân Từ mô hình đó, giải thích sự hình thành

các ion dương , ion âm do sự mất bớt hoặc nhận thêm electron

HỆ QUẢ :

Sách giáo khoa không trình bày riêng một phần nói về hệ quả

của thuyết điện tử" nhưng cũng có đưa ra một đoạn giải thích cơ chế

tổng quát của các hiện tượng điện là do sự di chuyển của electron từ vật

này sang vật khác Ta có thể xera đây như là một hệ quả của thuyết,cùng với phần 2 “Giải thích hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng bằng

thuyết điện tử “.

Ở cuối chương trình lớp 11 , sách giáo khoa có trình bày thêm một

hệ quả nữa của thuyết điện tử , đó là việc giải thích các hiện tượng

thuận từ và nghịch từ bằng đồng điện phân tử do các electron chuyển

động bên Long nguyên tử

Như vậy số lượng hệ quả trình bày còn hạn chế Tuy nhiên, có

sự lựa chọn những hệ quả quan trọng nhất , gần gũi với chương trình

điện và phù hợp kiến thức học sinh

SvN TH] CAT Trang 37

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HÙNG

C.Ý KIẾN ĐỀ XUẤT

Đối với chương trình Phổ thông trung hoc , việc giảng day các

thuyết Vật Lý chủ yếu là giúp clio học sinh nấm được zội dung cơ bản

của thuyết và các van đụng cụ thể , ở mức độ khá đơn giản, phù hợp với

khả năng nhận thức của các em Do đó , phấn nội dung cơ bản trình

bày như Sách giáo khoa có thể xem là đã khá đầy đủ

Tuy nhiên , đối với phẩn các cơ sở của thuyết, cũng với lượng kiến thức cơ bản đó , sách giáo khoa nên có su sắp xếp lại , theo đúng

irinh tự của lịch sử phát triển đúng với cấu tạo một thuyết Vật Ly , sẽ

có Idi hơn cho việc nhận thức của học sinh Chẳng hạn

1) Toàn bộ các kiến thức về cơ sở kinh nghiệm và cơ sở thực

nghiệm của thuyết có thể gom vào một bài ngay trước bài 14.Thuyết điện tử Trong bài này, có thể gồm có các thí nghiệm của Thalet , giả

thuyết chất lỏng điện của Fanklin và thí nghiệm về hiện tượng điện

phân của Faraday Việc đưa bài hiện tượng điện phân lên trước bài l4,

có thể không đúng với mục đích của sách giáo khoa , xếp các bài dòng

điện trong các môi trường vào một chương Tuy nhiên, cách trình bày

như vậy mới tao cho các kiến thức tính hệ thống, lién mạch , giúp cho

học sinh nấm được sự phát triển chung của các quan niệm , giả thuyết ,

dẫn đến uội đung thuyết điện tử mà các em được học Có như vậy , họcsinh mới làm quen dẫn với quá trình hình thành một thuyết Vật lý của

các nhà khoa học.

2) Cũng cần chú ý khi hình thành cho học sinh các khái niệm : điện tích, điện tích nguyên tố, cũng như định luật Culong vì đây là

những kiến thức cơ bản mà học sinh cẩn nấm vững , để sau này các em

còn tiếp tục tìm hiểu về khái niệm điện trường , về mối liên hệ giữa

điện tích và điện trường , về các vấn dé của thuyết điện từ

Sv NGUYÊN THI CAT UYEN Trang 38

Luận văn tốt nghiệp Gvhd NGUYÊN MANH HUNG

3) Khi nghiên cứ" ddng điện trong kim loại , nói về hiện tượng

tỏa nhiệt và điện trở của vật dẫn, Sách giáo khoa nên đành một phần để

học sinh vận dụng các kiến thức của thuyết điện tử đã học để tự giải

thích các hiện tượng này và xem đây như một hệ quả của thuyết Từ đó,

có thể tương tự sử dụng những kết quả này nghiên cứu dòng điện trong

các môi trường khác

Tương tự như vậy , khi day chương “Dòng điện trong các môi

trường “, cũng nên nhắc học sinh vận dụng thuyết điện tử để giải thích

các hiện tượng , các định luật vé dòng điện trong mỗi bài : dòng điệntrong chất khí , dòng điện trong chất điện phân , dòng điện trong kim

loại, đồng điện trong chân không

Ví dụ trong hiện tượng điện phân , có thể vận dụng thuyết điện tử

để giải thích như sau : mỗi electron chạy qua dung dịch điện phân sẽ tải

qua đó một điện tích xác định Đồng thời ở các điện cực , các ion trởnên trung hòa về điện và tách ra ở đó của một nguyên tử, một khốilượng xác định Vì thế, khối lượng chất tạo ra và điện lượng chạy qua

dung dịch đều tl lệ với số ion chuyển tới điện cực.

4) Ngoài ra , nếu không thể đưa bài 62.Từ Tính Của Các Chất vào phẩn hệ quả trong bài Thuyết Điện Tử, ta có thể giới thiệu sơ qua vé

dòng điện phân tử Do chuyển động của các electron quanh hạt nhân , bên trong phân tử , đã hình thành một dòng điện rất nhỏ gọi là dòng điện nguyên tố hay dòng điện phân tử Tay thuộc vào sự sấp xếp chiéu

các dòng điện nguyên tố này trong từ trường ngoài mà tương ứng ta có

các chất thuận từ „nghịch từ hay sắt từ

Bên cạnh những hệ quả chính này , cũng còn rất nhiều các hệ quả khác nhưng do cồn khá xa lạ và khó tiếp thu đối với học sinh nên không

nhất thiết phải đưa vào hết trong bài học

Sv NGUYEN THI CAT UYEN Trang 39