Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Xây dựng và sử dụng bài tập Vật lý ngược trong dạy học phần Cơ học lớp 10 THPT

sảng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học: bôi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HỎ CHÍ MINH

KHOA VAT LÝ

LE VU LINH

Ngành: SƯ PHAM VAT LÝ

Mã số: 102

Người hướng dẫn khoa học:

TS NGUYEN DONG HAI

TP Hồ Chí Minh — năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin được gửi lời cảm ơn tới các thay, cô, anh/chị trong trường

Đại học Sư phạm thành phố Hô Chi Minh nói chưng và khoa Vat Lý nói riêng đã

tận tình dạy dé, tạo điều kiện, giúp đỡ cũng như truyén niềm đam mẻ học tập và

nghiên cứu cho tôi trong suốt bốn năm học tập qua

Tôi xin chân thành gửi lời cam ơn sâu sắc đắn thây giáo- Tiến sĩ Nguyễn Đông

Hải, giảng viên khoa Vật Lý trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn và dành nhiều thời gian, tâm huyết dé giúp đỡ tôi trong suốt

quá trình làm khóa luận tat nghiép

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến anh Lâm Văn Sa Huỳnh, cô Bùi Tuyết An và cô

Nguyễn Thị Hảo đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Cuédi cùng, tôi xin gửi lời cảm on đến gia đình và bạn bè đã động viên tôi

trong suốt quá trình học tập tại trường

Tuy đã rất cổ gắng nhưng do thời gian và kiển thức còn hạn hẹp nên khóa

luận tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế nhất định Kinh mongnhận được sự góp ý của thay cô và các bạn sinh viễn

Tp Hà Chi Minh, ngày 25 tháng 04 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Lê Vù Linh

MỤC LỤC

MỞ DAU oneCt%090000096999990000000009990400000000992900000000090940009000700009900900000000009909940000000949900090+7

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VE DẠY HỌC BÀI TAP VAT LY PHO

THÔNG <2 sini csi cac

1.1 Khái niệm bài tập vật lý -22 222zccCE22EcEEEEecccvzxerrvrercoree 5

1.2 Vai trò của bài tập vật ly trong dạy học vật LY 5

1.3 Thực trang của việc sử dung bai tập vat lý trong day học vat ly tại

1.4, Ưu điểm và nhược điểm của bài tập vật lý truyền théng 10

14:1: HH |.” RRS ee nee eR ome Ee ante Mean yr 10

(CO OS, — -— 3 10

ASS: Hee |HÑNGãNGHE Bice es eee H

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VE BÀI TAP VAT LÝ NGƯỢC 12

2.1 Bài tập vật lý ngược là gì ? ccce 20A00.010 xe 12 2.2 Các dạng bài tậpvệ lý ngược _ 12

2.2.1 Dạng 1: Phương trình toán học (Equation) 12

2.2.2 Dang 2: Giản đồ hoặc đồ thị (Diagram or Graph) l6

2.3 Ưu điểm và nhược điểm của bài tập vật lý ngược 20

21:1 U GIẾ G0601 01G646i0/agX4dùi4464)04444060saxaue6 20

VÀNG Nines GRE cccaaioaaoeoeoeeoiooiiobadicoadeketesebiendeag 21

2.4 Tác động trong việc học tập của học sinh - 21

BiG WER Nihon chennorengs Ws cscs ec ia a 22

CHƯƠNG 3 XÂY DUNG BỘ BÀI TAP VAT LÝ NGƯỢC PHAN CƠ

HC 1 18 THẾ G2204 REE eee Núi2abb614 eee ener pene 23

+1 RGB Tine Học chà đến 23

3.2 Chủ dé 2: Động lực học chất điểm - 55-2 32

3.3 Chủ đề 3: Các định luật bảo toàn -. -s«s« xecxesrre 40

3.4 Kết quả thực nghiệm tại trường Trung học Phé thông $6

3:5, Kit thận chưng ÏÏÍ:s::+cc:2%G6 ces sentence a 57

KET LUẬN VA DE XUAT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 58

TÀI EKIU THAM KHẢO c2 s68

MỞ ĐÀU

1 Lý đo chọn đề tài

Pat nước ta dang trong thời ki công nghiệp hoá, hiện đại hoá vả hội nhập

quốc tế mạnh mẽ, vì vậy việc đào tạo nguồn nhân lực phục vụ cho sự pháttriển đất nước là cực kỳ quan trọng Để đáp ứng yêu cầu cấp bách này, ngànhgiáo dục đang có những bước thay đổi đáng kẻ, bắt đầu tir việc thay đổi

chương trình và sách giáo khoa giáo dục phỏ thông.

Việc đổi mới chương trình, sách giáo khoa hiện nay đặt trọng tâm vào

việc đổi mới phương pháp dạy học Định hướng đổi mới phương pháp dạy và

học đã được xác định trong Nghị quyết Trung ương 2 khoá VIII (12 - 1996):

“Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo duc - đào tạo, khắc phục lỗi truyện đạt

một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học Từng bước áp dụng

các phương pháp tiên tiễn và phương tiện hiện đại vào quá trình day hoc ”

Điều 28.2 của Luật giáo dục (2005) đã nêu rõ: “Phuong pháp giáo duc pho thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động sảng tạo của học

sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học: bôi dưỡng phương

pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến

thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú cho học

Trong quá trình đổi mới phương pháp dạy học, mỗi môn học cần phảilựa chọn các phương thức đổi mới sao cho phù hợp với đặc trưng từng môn

học Đối với môn học Vật Lý, tôi quan tâm nhất là đổi mới hoạt động dạy học bài tập vật lý ở trường THPT bằng việc đưa ra các dạng bài tập mới Bởi vì hoạt động dạy học bài tập vật lý ở trường THPT với dạng bài tập vật lý truyền

thông chưa thé đạt được mục tiêu cần đổi mới: “rén luyện fư duy sáng tạo chohọc sinh; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn để môn Vật Lý

có thé tác động đến tinh cảm, dem lại niềm vui, hứng thú cho học sinh”.

Các nhà nghiên cửu giảng day vật lý trên thé giới đã nghiên cứu, đưa ra

nhiều dạng bài tập vật lý mới và kết quả thực nghiệm mang lại hiệu quả cao.

Trong các dang bài tập mới đó, bài tập vật lý ngược là một dang bai tập khắc

phục được những nhược điểm của dạng bải tập vật lý truyền thống, đồng thời

giúp chúng ta đạt được mục tiêu cần đổi mới: “rén tuyyện tư duy sảng tạo cho

học sinh; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn để môn Vật Lý

có thé tac động đến tình cam, đem lại niềm vui, hứng thú cho học sinh”.

Tất cả những điều trên là lý do tôi quyết định chọn đẻ tài “XAY DUNG

VÀ SỬ DỤNG BÀI TAP VAT LÝ NGƯỢC TRONG DẠY HỌC PHAN CƠHỌC LỚP 10 THPT”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xây dựng hệ thống bài tập vật lý ngược và khảo sát việc sử dụng bài tập

vật lý ngược trong dạy học môn Vật lý.

3 Khách thế, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Khách thể nghiên cứu: Học sinh lớp 10 THPT trong quá trình học tập

phần Cơ học.

Đối tượng nghiên cứu: Quá trình day học phan Cơ học lớp 10 THPT

với dạng bài tập vật lý ngược cho tiết dạy lý thuyết hay tiết dạy bai tập trên

lớp.

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng hệ thống bai tập vật lý ngược phần Cơ

học lớp 10 THPT và khảo sát việc sử dụng bài tập vật lý ngược trong dạy học

chương “Các định luật bảo toàn - Vật lý 10 THPT.

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận

Thu tập và nghiên cứu các tài liệu vẻ vai trò của bài tập vật lý, lý thuyết

về bài tập vật lý ngược trong các bài báo khoa học, các công trình nghiên cứu,

sách và bài viết liên quan.

4.2 Phương pháp thực nghiệm

Tiến hành thực nghiệm việc sử dụng bài tập vật lý ngược trong dạy học

chương “Các định luật bảo toàn — Vật lý 10 THPT và tiễn hành bài kiểm tra

để đánh giá kết quả việc sử dụng dạng bài tập này

CHUONG I

CƠ SỞ LÝ LUẬN VE DẠY HỌC BAI TAP VAT LÝ

PHO THONG

1.1 Khái niệm bài tập vật ly

Bài tập vật lý là một vấn đề được đặt ra đòi hỏi người học phải giải quyết

bằng những suy luận logic, những phép tập và thí nghiệm dựa trên cơ sở

những định luật, các quy tắc, các phương pháp nhận thức vật lý đã biết [3].

1.2 Vai trò của bài tập vật lý trong dạy học vật lý

Trong quá trình dạy học Vật lý, bài tập có vai trò quan trọng đặc biệt.

Chúng được sử dung theo những mục đích khác nhau suốt quá trình dạy học

một cách hợp lý, khoa học [2] [3].

- Bài tập vật lý có thé được sử dụng như là phương tiện nghiên cứu tài

liệu mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinhlĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc và vững chắc Ví dụ khi nghiên

cứu thí nghiệm hai hòn bi trong bài định luật bảo toàn động lượng (sách giáo

khoa vật lý 10), từ kết quả thí nghiệm cho thấy “hai góc lệch bằng nhau”, suy

ra vận tốc của hỏn bi bên trái ngay sau lúc va chạm đúng bằng vận tốc của hòn

bi bên phải ngay trước lúc va chạm và do đó chứng minh được động lượng của

hai hòn bi sau lúc va chạm đúng bằng động lượng của chúng trước lúc va

chạm [2] Giáo viên có thể kích thích cho học sinh tham gia giải quyết vấn đề

này một cách tích cực bằng hình thức nêu ra cho học sinh một bài tập như sau:

“Tir kết quả của thí nghiệm cho thấy hai góc lệch bằng nhau, hãy so sánh vận

tốc của hòn bi bên trái ngay sau lúc va chạm với vận tốc của hòn bi bên phảingay trước lúc va chạm va từ đó so sánh tổng động lượng của hòn bi trước và

sau va chạm”.

- Bài tập vật lý là phương tiện giúp học sinh nắm vững những kiến thức vật I được học, biết phân tích và áp dụng kiến thức vào thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của học sinh Ví dụ khi học sinh học vẻ định luật

Om, giáo viên có thé ra cho học sinh bài tập: Giải thích tại sao vào giờ “cao

điểm” khi nhiều người sử dụng điện thì đèn điện tối hơn lúc bình thường?.Khi học sinh giải những bai tập này sẽ giúp cho học sinh nắm vững hơn nhữngkiến thức đã học, đồng thời giúp học sinh quen với việc liên hệ lí thuyết với

thực tiễn, vận dụng kiến thức đã học vào giải quyết các vấn dé đặt ra trong đời

sống hằng ngày

- Bài tập vật lý là phương tiện dé phát triển tư duy, trí tưởng tượng, bồidưỡng phương pháp nghiên cứu cho học sinh Trong quá trình giải bài tập, họcsinh phải phân tích nội dung dé bài, tự xây dựng các lập luận và tự đưa rahướng giải quyết với mức độ phức tạp được nâng dần lên từ thấp đến cao, đặc

biệt là những bai tập định tinh, bài tập thí nghiệm, bài tập thiết kế dụng cụ rat

có Ích cho tư đuy logic, tư duy sáng tạo của học sinh phát triển

- Bai tập vật lý là phương tiện ôn tdp, cũng cổ kiến thức đã học một cáchsinh động và có hiệu quả Khi giải các bài tập đòi hỏi học sinh phải nhớ cácđịnh luật, công thức, kiến thức đã học, có khi đòi hỏi vận dụng một cách tổnghợp các kiến thức đã học trong cả một chương, một phần của chương trình Do

đó học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc hơn các kiến thức đã học.

- Bài tập vật lý phương tiện dùng để kiểm tra kiến thức, đánh giá kiến

thức, kỹ năng của học sinh một cách chính xác Bải tập vật lý là một phươngtiện hiệu quả để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức và khả năng vận dụng

của học sinh Tuỳ theo cách đặt câu hỏi trong bài tập mà ta có thể phân loạiđược mức độ nắm vững kiến thức của học sinh, góp phần vào việc đánh giá

học sinh được chính xác Đồng thời thông qua đó, giáo viên cũng tự đánh giáhiệu quả giảng dạy của mình để có những điều chỉnh phù hợp

- Ngoài ra, bài tập vật lý góp phần hình thành thế giới quan duy vật biện

chứng cho học sinh Thông qua việc giải bài tập có thể giúp cho học sinh có

được cái nhìn đúng din, khoa học về các hiện tượng vật lý trong tự nhiên.Đồng thời học sinh còn được rèn luyện những đức tính tốt như tỉnh thần tự

lập, tính can thận, tính kiên tri, tinh thần vượt khó trong quá trình giải bài

tập.

1.3 Thực trạng của việc sử đụng bài tập vật lý trong day học vật lý tại

trường THPT

Qua phân tích vai trò của bài tập vật lý ở mục 1.2, chúng ta thấy rằng bải

tập vật lý có vai trò đặc biệt quan trọng trong hoạt động day học vật lý Tuy

nhiên, tôi luôn trăn trở về một van dé: “Việc sử dụng bai tập vật lý trong dạyhọc vật lý tại các trường THPT hiện nay có phát huy được hết vai trò đặc biệt

của bài tập vật lý hay không?”

Để tìm ra đáp án cho vấn đề trên, tôi sẽ tiến hành phân tích hai khia cạnh

của van đề trên là việc sử dung bài tập vật lý của giáo viên và việc giải bài tập

vật lý của học sinh.

e Đối với khía cạnh thứ nhất, chúng ta sẽ phải trả lời câu hỏi: “Giáo viên

sử dụng bai tập vật lý như thế nào?” Tại các trường THPT hiện nay, các giáoviên tổ Vật Lý sẽ cùng nhau chọn lọc và biên soạn một dé cương bài tập vật lý

để dùng chung cho mỗi khối Các bài tập trong để cương được phân chia theotừng đơn vị bài học hoặc theo chủ dé với mức độ từ đơn giản đến phức tạp và

là một nguồn bài tập để giáo viên sử dụng khi lên lớp Trong quá trình dạy học

vật lý, các giáo viên thường sử dụng bài tập vật lý trong ba trường hợp sau [2]

[3]: trong tiết học lý thuyết; trong tiết học giải bài tập, ôn tập chương và trong

các bài kiểm tra (bao gồm kiểm tra 15 phút, kiểm tra | tiết và kiểm tra học kỳ)

- Trong trường hợp thứ nhất, giáo viên sử dụng bài tập vật lý trong tiết

học lý thuyết Các bài tập này được sử dụng vào đầu tiết học để giáo viên

kiểm tra kiến thức của học sinh hoặc để cũng cổ lý thuyết cũ mà học sinh

đã học trước đó Ngoải ra, giáo viên có thẻ lựa chọn và đưa cho học sinh

một số bài tập ở mức độ hiểu và vận dụng ngay khi đạy lí thuyết xong.nhằm giúp học sinh vận dụng ngay kiến thức lý thuyết mà các học sinh

vừa được học.

- Trong trường hợp thứ hai, các bài tập vật lý được giáo viên sử dụngtrong tiết học giải bai tập, ôn tập chương Trong trường hợp thứ hai nay,giáo viên lựa chọn các bài tập với mức độ cao hơn trường hợp thứ nhất,ngoài việc yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức, còn yêu cầu học sinhphải phân tích, tổng hợp các kiến thức của các kiến thức của bải, củachương ma các em vừa học xong hoặc một vài kiến thức liên quan của

các chương trước đó Việc các bài tập đưa ra với yêu cầu cao hơn là đều

chúng ta dé hiểu vì nó nhằm giúp cho học sinh tiếp cận được với các baitập nâng cao hơn đẻ kích thích học sinh phải hoạt động trí óc, hoạt động

nhận thức, từ đó giúp học sinh phát triển tư duy

- Trong trường hợp cuối cùng, giáo viên sử dụng bài tập vật lý trong các

bài kiểm tra (bao gồm kiểm tra 15 phút, kiểm tra | tiết và kiểm tra họckỳ) Dù là kiểm tra bằng hình thức tự luận hay trắc nghiệm thì bài tập vật

lý được giáo viên sử dụng nhằm kiểm tra, đánh giá kiến thức và kĩ năng

làm bài tập của học sinh Đồng thời, giáo viên dựa trên kết quả làm bài

của học sinh để tự đánh giá hiệu quả giảng đạy của mình và có điều

chỉnh cho phù hợp.

e Đối với khía cạnh thứ hai, chúng ta sẽ phải phân tích và đưa ra một

nhận xét tổng quát về cách thức học sinh giải bài tập vật lý hiện nay Trướchết, chúng ta sẽ cùng nhau nhắc lại cách thức giáo viên vật lý được đào tạo

cách day bài tập vật lý phổ thông tại các trường sư phạm Các giáo viên vật lýkhi tốt nghiệp thi đã từng học qua học phan “Phuong pháp dạy học bài tập vật

lý phổ thông" Trong học phần này, các giáo viên vật lý được học cách dạy

một bai tập vật lý phổ thông phải được tiến hành theo bốn bước [2] [3]:

- Bước 1: Tìm hiểu và phân tích đẻ

- Bước 2: Lập kế hoạch giải

~ Bước 3: Tính tập các đại lượng.

- Bước 4: Nhận xét, đánh giá kết quả thu được

Tuy nhiên, khi đưa lý thuyết vào thực tế thi giáo viên chi có thé tiến hành

được ba bước đầu tiên Sau khi tìm hiểu dé thi giáo viên tiến hành phân tích dé

để giúp học sinh hiểu được hiện tượng hay quá trình vật lý được bài tập đề cập, xác định các đại lượng vật lý mà đẻ cho và các đại lượng vật lý mà dé yêu cau Tiếp theo, giáo vién sẽ phải định hướng dé học sinh xây dựng được kế

hoạch giải bài tập Và cuối cùng là học sinh vận dụng các công thức liên quan

để tìm ra giá trị của các đại lượng vật lý ma dé bai yêu cầu Với cách dạy một

bai tập vật lý như trên của giáo viên thì trong quá trình giải các bài tập vật lý,

học sinh thường không quan tâm hoặc không đủ thời gian để quan tâm nhiều

đến bản chất vật lý của các khái niệm, các hiện tượng vật lý, các quá trình vật

lý các định luật vật lý mà bai tập dé cập đến Thay vào đó, học sinh sau khi

tìm hiểu nội dung dé bài thì tiến hành phân tích dé và liên hệ đến các kiến thức

liên quan ma dé bài đề cập, để tìm ra công thức nào sử dụng phù hợp cho bàitập này; rồi cuối cùng học sinh tiến hành thế các đại lượng vào công thức vàsuy ra kết quả của đại lượng mà bài tập yêu cầu

Bằng việc tiến hành phân tích hai khía cạnh của vấn đề đặt ra ở trong đầu

mục 1.3 thì chúng ta có thé thấy rằng hoạt động day học bai tập vật lý phổ

thông hiện nay chỉ đáp ứng được các vai trò là phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức, vận dụng kiến thức, rèn luyện tư duy và là phương tiện để giáo viên

kiểm tra, đánh giá kiến thức của học sinh Tuy nhiên, học sinh mới chỉ có vận

dụng kiến thức để giải quyết vấn đề mà bài tập đặt ra, mà chưa liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống Đồng thời, việc rèn luyện tư duy được nhắc

đến ở trên thì học sinh chỉ rèn luyện ở mức độ phân tích, liên kết các kiến thức

lại với nhau chứ chưa rèn luyện được mức độ tư duy tống hợp, tư duy sáng

tạo Do đó, một thực trạng mà chúng ta can phải quan tâm là việc sử dụng bai

tập vật lý tại các trường THPT hiện nay chưa phát huy hết vai trò thật sự của

hoạt động dạy học bài tập vật lý phổ thông.

1.4 Ưu điểm và nhược điểm của bài tập vật lý truyền thống

Chúng ta gọi những bai tập vật ly ma giáo viên đưa ra theo hình thức nêu

ở phần trên là dạng bài tập vật lý truyền thống Vậy chúng ta hãy xem xét,

đánh giá ưu điểm va nhược điểm của bài tập vật lý truyền thống

dang tìm kiếm, sử dụng chúng trong hoạt động day học vat lý

- Trong quá trình giải dang bài tập nay, học sinh tiến hành phân tích dé,

xác định các kiến thức mà bài tập yêu cầu để vận dụng chúng và giải bài tập

để dàng.

- Giáo viên sử dụng dạng bài tập truyền thống như là một phương tiện

hiệu quả dé giúp học sinh ôn tập, cũng cố, hệ thống hoá kiến thức học trên lớp

- Dạng bài tập này là phương tiện để giáo viên kiểm tra, đánh giá kiến

thức, kĩ năng của học sinh.

1.4.2 Nhược điểmBên cạnh những ưu điểm của dạng bài tập vật lý truyền thống như đãtrình bày ở trên thì dạng bải tập này cũng có một số nhược điểm là:

- Khi giải bài tập vật lý truyền thống, học sinh chí quan tâm đến việc ápdụng công thức để tính tập các đại lượng vật lý đề bài yêu cầu, mà chưa hiểu

rõ bản chất vật lý được đẻ cập đến trong bài tập.

- Với cách giải bài tập vật lý truyền thống như trên thì chưa pháy huy

hiệu qua vai trò giúp học sinh phát triển tư duy, trí tưởng tượng, tinh sáng tạo

của hoạt động dạy học bài tập vật lý phổ thông

- Học sinh chưa được bồi dưỡng khả năng quan sát, áp dụng kiến thức

vào thực tiễn dé từ đó có thé tạo đam mê cho học sinh đối với môn Vật Ly.

1.5 Kết luận chương I

Bài tập vật lý có một vai trò đặc biệt quan trọng trong đạy học vật lý.

Bên cạnh những ưu điểm không thể phủ nhận được của bài tập vật lý truyềnthống thi dạng bai tập này còn một số nhược điểm ma tôi đã trình bảy ở mục

1.4 Do đó, chúng ta cần phải đưa ra một dang bài tập mới có thé khắc phục

được nhược điểm của dang bai tập vật lý truyền thống dé sử dụng kết hợp vớibài tập vật lý truyền thống trong quá trình giảng dạy vật ly nhằm giúp cho hoạt

động dạy học bài tập vật lý phổ thông của chúng ta hiện nay phát huy toàn vẹn

vai trò đặc biệt của nó trong quá trình day học vật ly.

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU VE BAI TẬP VAT LÝ NGƯỢC

Để khắc phục nhược điểm của bài tập vật lý truyền thống, tôi đã tiến

hành tìm hiểu các dạng bài tập vật lý mới và nhận thấy rằng bài tập vật lý

ngược có thé khắc phục được các nhược điểm của bài tập vật lý truyền thống

đã trình bày ở chương I Do đó, tôi sẽ giới thiệu về dang bài tập vật lý ngược

trong chương II.

2.1, Bài tập vật lý ngược là gì ?

Bài tập vật lý ngược là dạng bài tập mà giáo viên sẽ cung cấp cho học

sinh đáp án và học sinh sẽ phải xây dựng bài tập cho phù hợp với đán án.

2.2 Các dạng bài tập vật lý ngược

Bài tập vật lý ngược được chia thành hai dạng [5].

22L 1: Ph t

Dạng này học sinh sẽ nhận được đáp án là một phương trình điển tả một

tình huống/bài tập vật lý Sau đó học sinh phải xây dựng giản đồ, đồ thị, hình

ảnh va/ hoặc dùng từ ngữ để điển tả tình huống/bài tập vật lý sao cho phù hợp

với phương trình toán học Dạng phương trình toán học có thể được sử dụng

cho nhiều chi để của môn Vật Lý như Cơ học, Nhiệt học, Điện học,

Để giải được dạng phương trình toán học, học sinh phải làm rõ được ý

nghĩa vật lý mà phương trình đó diễn tả bằng việc xác định các đại lượng vật

lý nào được để cập đến trong phương trình, Ta biết rằng, mỗi đại lượng vật lý

đều có một kí hiệu, một đơn vị hay một thứ nguyên đi kèm theo nó Do đó, đểxác định đại lượng vật lý được để cập trong phương trình thì học sinh phải

quan tâm đến đơn vị hay thứ nguyên của các đại lượng vật lý — cái mà trước

giờ học sinh không hé chú ý đến Chúng ta sẽ tìm hiểu rd hơn dạng phương

trình toán học trong các ví dụ bên dưới.

> Phân tích ý nghĩa của phương trình

- Phương trình (2.1) đề cấp đến các đại lượng vật lý là khối lượng (đơn vị

là kg), gia tốc ( đơn vị là m/s’) và phản lực (kí hiệu N và thứ nguyên là [N])

- Phương trình (2.1) diễn tả hai lực cân bằng có cùng độ lớn và ngược

chiều nhau là trọng lực và phản lực.

+ Tình huống vật lý phù hợp với phương trình

Phương trình N — (60 kg)(9.8 m/s”) = 0 diễn tả tình huống vật lý

- Một người có khối lượng 60 kg dang đứng yên trên một mặt phẳng nằmngang như trong hình 2.1 (a).

- Hoặc một học sinh khác đưa ra tình huống như sau: Một người có khối

lượng 60 kg đang trượt đều trên mặt phẳng nằm ngang có hệ số ma sát rất nhỏ

** Phân tích ý nghĩa của phương trình

- Phương trình (2.2) đề cắp đến các đại lượng vật ly là khối lượng (đơn vị

là kg), gia tốc ( đơn vị là m/s’), lực (đơn vị là N) và hệ số ma sát (không có thứ

nguyên).

- Phương trình (2.2) diễn tả hình chiếu lên trục Ox của phương trình định luật II Newton cho một vật có khối lượng 14,5 kg chuyển động mặt phẳng

nghiêng (góc hợp bởi mặt phẳng nghiêng và mặt phẳng ngang là 34).

> Bài tập vật lý phù hợp với phương trình

Một hộp gỗ chở đây cát với tổng khối lượng m = 14,5 kg được kéo lên

một mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng a = 34°) bởi một lực F song song với

mặt phẳng nghiêng và có độ lớn 150 N Hệ số ma sat trượt giữa hộp gỗ và bề mặt của mặt phẳng nghiêng là 0,32 Tính gia tốc của hộp gỗ.

Hình 2.2 /!ôp gó khối lượng m đang chuyển động lên trên mặt phăng nghiêng

dưới tác dụng của lực kéo F`

Ví dụ 3: Cho phương trình

5 atm Pz (23)

Giải

s* Phân tích ý nghĩa của phương trình

- Phương trình (2.3) đề cấp đến các đại lượng vật lý là áp suất (đơn vị là

atm, kí hiệu là p), nhiệt độ (đơn vị là K).

~ Phương trình (2.3) dién tả quá trình biến đổi đẳng tích của một khối khí

lý tưởng.

s Bait ) nh

Một khối khí lý tưởng thực hiện quá trình nung nóng đăng tích từ trang thái có áp suất 5 atm và nhiệt độ là 0 °C Hỏi khi ở nhiệt độ 273°C thì áp suất

của khối khí là bao nhiêu ?

Học sinh hãy xây dựng bài tập phù hợp với phương trình (2.4) trên.

Giải

+ Phân tích ý nghĩa của phương trình

- Phương trình (2.4) đề cấp đến các đại lượng vật lý là hiệu điện thế (đơn

vị là V), điện trở (đơn vị là 2) và cường độ dòng điện (kí hiệu là I và có thứ

nguyên là [A]).

- Phương trình (2.4) diễn tả định luật Om cho một mạch điện có cầu hình

như sau: {[( 5 f nối tiếp 6 ) song song 8 8] nối tiếp 14 ().

> Bài tập vật lý phù hợp với phương trinh

Một mạch điện gồm bốn điện trở Ry = 5 2, R; =6/2, R;=8/@ vaRy=14.2 Các điện trở được mắc vào mạch như giảng đồ bên dưới Nguén điện

đặt vào hai đầu mạch là 12 V và điện trở trong không đáng kẻ Tính cường độ

đòng điện chạy trong mạch chính.

SN 6n

14 @

82 I2V

Hình 2.3 Sơ dé mạch điện thể hiện cách mắc của bón điện trở trong phương

trình (2.4).

2.2.2 Dang 2: Giản đồ hoặc đồ thị (Diagram or Graph) Trong dạng 2, học sinh sẽ nhận được một đáp án là một đồ thị hoặc một

giản đồ diễn tả một tình huống vật lý hay một quá trình vật lý Học sinh sẽ xây

dựng hình thức diễn tả khác sao cho phù hợp với quá trình đó, bằng cách dùng

từ ngữ và/hoặc phương trình toán học.

Để giải được đạng giản đồ hoặc đồ thị thì học sinh phải việc phân tích

các kí hiệu được thé hiện trong giản đồ hoặc đồ thi dé từ đó hiểu được ý nghĩa

vật lý của giản đồ hoặc đề thị.

Dạng giản đồ hoặc đồ thị cũng sử dụng thích hợp trong nhiều chủ đẻ của

môn Vật Lý giếng như dạng phương trình toán học Chúng ta sẽ hiểu rõ hơn

đạng bài tập này thông qua các ví dụ minh hoạ sau đây.

> Phân tích ý nghĩa của giản dé

- Giản đồ hình 2.4a để cập đến bốn lực (nhận biết thông qua các kí hiệu

của các lực) gồm phản lực N, trọng lực P, lực đẩy Fasy và lực ma sát trượt

Fs

+ Phản lực cho ta biết vật bị nén bởi một mặt phẳng thẳng đứng

+ Lực ma sát trượt cho thấy vật đang chuyển động xuống dưới

- Thanh phan tổng hợp trên phương Oy của các lực song song với tường

va bing 0.

Tinh huống vật lý phù hợp với giản đồ

Một cái hộp đang chuyển động xuống phía dưới với vận tốc không đổi trên một bức tường thẳng đứng như trong hình 2.4b.

Hình 2.4b Điền (a tình huồng một cái hộp dang chuyển động xuống phía dưới

trên một bite tường thẳng đứng.

Ví dụ 6: Cho 46 thị như trong hình 2.5 Học sinh hãy xây dựng bài tập vật

ly phù hợp với dé thị này.

p (atm)

khối khi lý tưởng.

Giải

+% Phân tích ý nghĩa của dé thị

- Đề thị ở hình 2.5 có hai trục: trục hoành thé hiện giá trị của thé tích V

(đơn vị là lít), trục tung thé hiện giá trị của áp suất p (đơn vị là atm)

- Khối khí lý tưởng đang ở trạng thái (1) (có áp suất và thẻ tích xác định)

biến đổi sang trang thái (2) Từ hình dang của 46 thị là một phan của hyperbol,

ta có thể kết luận: quá trình biến đổi khí từ trạng thái ! đến trạng thái 2 là quá

trình biến đổi đăng nhiệt.

% Bài tập vật lý phù hợp với do thị

Một khối lượng khí lý tưởng có thé tích là 10 lít, áp suất | atm Người

ta nén đẳng nhiệt lượng khí trên đến thé tích còn 4 lít thi áp suất của khí khi đó

là bao nhiêu ?

Vi dụ 7: Quan sát giản đồ mạch điện trong hình 2.6 bên dưới Học sinh hãy

xây dựng bài tập phù hợp với giản 46 mạch điện này.

200 252

202

Hình 2.6 So dé mạch điện một chiều thé hiện cách mắc của sdu điện trở

với nguôn điền 60 V

Giải

+ Phân tích ý nghĩa của giản đồ

- Giản đồ ở hình 2.6 đẻ cập đến hai đại lượng vật lý là hiệu điện thé (đơn

vị là V) và điện trở (đơn vị là 2).

- Giản đỗ thé hiện một mạch điện gồm một nguồn điện 60 V và sáu điện

trở với cấu hình mạch như sau: hai điện trở 25 2 mắc nối tiếp với điện trở 100

2 tạo thành một nhánh, nhánh này mắc song song với điện trở 40 2 tạo thành

bộ, bộ điện trở này mắc nối tiếp với hai điện trở 20 @ rồi mắc vào nguồn điện

+ Bài tập vật lý phù hợp với giản đồ

Một mạch điện gồm có 6 điện trở Ry = Rs = 20 @, Rp = Ry = 25 2, R;=

100 @ và R, = 40 2 Các điện trở được mắc với nhau như trong giản đồ 2.6.

Nguồn điện có hiệu điện thế là E = 60 V và có điện trở trong không đáng kẻ

Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở ?

2.3 Ưu điểm và nhược điểm của bài tập vật lý ngược

Dù là dạng bài tập mới với những ưu điểm có thể khắc phục được nhữngnhược điểm của bải tập vật lý truyền thống, nhưng bài tập ngược cũng có một

số nhược điểm Tôi đã tìm hiểu và rút ra những ưu điểm nổi bật và những

nhược điểm của đạng bài tập này

2.3.1 Ưu điểm

- Để hình dung, tưởng tượng quá trình vật lý mà phương trình toán học,

đỗ thị hoặc giản đồ đề cập thì học sinh phải hiểu được ý nghĩa của các kí hiệu

trong phương trình, đồ thị hoặc giản dé.

- Thông thường, học sinh không đặc biệt chú ý đến đơn vị của các đại

lượng vật lý Nhưng đối với dạng bài tập vật lý ngược, đơn vị trở thành chìakhóa để nhận ra các đại lượng vật lý trong các phương trình toán học, từ đógiúp học sinh nhanh chóng hiểu được ý nghĩa của phương trình toán học

- Trong dang bai tập này, học sinh thường được yêu cầu phải trình bay,

thể hiện tình huống vật lý đưới nhiều hình thức khác nhau như từ ngữ, hìnhảnh, đồ thị, giản đồ, phương trình tập học Do đó, nó giúp cho học sinh rèn

luyện việc chuyển đổi giữa nhiều cách trình bày và giúp học sinh hiểu rõ bản

chất vật lý được dé cập đến trong các bai tập

- Học sinh dé dang sáng tạo đối với dang bai tập này vi không phải có

duy nhất một đáp án chính với một bài tập được đưa ra, mà học sinh có thể

đưa ra nhiều đáp án khác nhau, miễn là phù hợp với quá trình vật lý được đưa

ra.

- Dạng bài tập vật lý ngược có thể sử dụng trong bải test để kiểm tra,

đánh giá sự hiểu biết bản chất vật lý của học sinh

2.3.2 Nhược điểm

Không có một dạng bài tập nào là hoản thiện nhất, bén cạnh những ưuđiểm kẻ trên thi bài tập vật lý ngược cũng có một số nhược điểm:

- Do đây là dạng bài tập mới, nên học sinh phải tốn nhiều thời gian suy

nghĩ và phải rèn luyện một cách thường xuyên.

- Giáo viên muốn sử dụng dạng bài tập vật lý ngược để đưa vào các bài

test thì phải rèn luyện trước.

2.4 Tác động trong việc học tập của học sinh

Alan Van Heuvelen - giảng day vật lý tại khoa Vật Lý trường Đại học

Ohio State , đã day bài tập vật lý ngược cho các sinh viên năm I của khoá học

kỹ sư Bài tập vật lý ngược đã được sử dụng thường xuyên trong các bai test của họ [5].

Để đánh giá hiệu quả của dạng bài tập này, Alan Van Heuvelen đã sử

dụng bài test MBT (Mechanics Baseline Test) - bai test chủ yếu kiểm tra sự

hiểu biết về các khái niệm cơ bản của cơ học và bai test FCI (Force Concept

Inventory Test) - bài test về các lực cơ học

Kết quả mà ông đã thu nhận được là các sinh viên của ông đã đạt được

78 điểm đối với bài test MBT vào mùa đông 1997 vả 77 điểm cũng đối với bài

test này vào mùa thu 1997 Kết quả của nhóm sinh viên của Alan VanHeuvelen thì cao hơn điểm tốt nhất mà Hake đã tiến hành khảo sát bài MBT

đối 3259 sinh viên của các trường đại học khác nhau, trong đó có trường đại

học uy tin Ivy League Đối với bài test FCI, nhóm sinh viên của Alan VanHeuvelen đã đạt được 86 điểm vào mùa thu 1997,

Từ kết quả mà nhóm sinh viên của ông đạt được có thể chứng minh bài

tập vật lý ngược có tác động tích cực đến khả năng hiểu biết bản chất vật lý

của học sinh.

2.5 Kết luận chương I!

Sử dung bai tập vật lý ngược có thé khắc phục được nhược điểm của baitập vật lý truyền thống Dạng bài tập này giúp học sinh hiểu rd hơn các bản

chất vật lý của các hiện tượng, các quá trình, các khái niệm và các định luật

vật lý Do đó, dạng bài tập vật lý ngược có thể kết hợp với dạng bài tập vật lýtruyền thong trong hoạt động day học bai tập vat lý phô thông dé bài tập vật lýphé thông có thé phát huy tối đa vai trò đặc biệt của chúng trong quá trình dayhọc môn Vật lý.

CHƯƠNG 3

XÂY DUNG BO BÀI TAP VAT LÝ NGƯỢC

PHAN CƠ HỌC LỚP 10 THPT 3.1 Chủ đề 1: Động học chất điểm

s

Học sinh hãy xây dựng bài tập vật lý phù hợp với phương trình trên.

Giải

> Phân tích ý nghĩa của phương trìnk

- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là gia tốc (đơn vị làm/s’), vận tốc (đơn vị là m/s) và chiều dai (đơn vị là m)

- Có hai vật có vị trí ban đầu khác nhau, vận tốc có độ lớn khác nhau và

ngược chiều nhưng có gia tốc bằng nhau.

- Phương trình này diễn tả hai vật gặp nhau (x, = x;), vật một xuất phát

từ gốc tog độ có vận tốc ban đầu 1,5 m/s theo chiều đương, vật hai xuất phát

ở vị trí cách gốc toa độ 130 m có vận tốc ban đầu 5 m/s theo ngược chiềudương

> Bai tập vật lý phù hợp với phương trình

Hai người đi xe đạp khởi hành cùng một lúc và đi ngược chiều nhau.Người thứ nhất có vận tốc đầu là 1,5 m/s đang thả dốc dốc nhanh dan đều vớigia tốc 0,1 m/s” Người thứ hai có vận tốc ban đầu là 5 m/s di chuyển lên dốcchậm dẫn đều với cùng gia tốc với người thứ nhất Khoảng cách ban đầu giữahai người là 130 m Hỏi hai người gặp nhau tại vị trí nào?

> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng

~ Ta chọn:

+ Gốc toạ độ tại đỉnh dốc.

+ Chiều dương hướng từ đỉnh đốc xuống chân dốc

+ Gốc thời gian là lúc khởi hành chung của hai xe

Vậy hai xe gặp nhau tại vị trí cách đinh đốc một khoảng 60 m

Học sinh hãy xây dựng bai tập vat ly phù hợp với phương trình trên.

Giải

“+ Phân tích ý nghĩa của phương trình

- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là vận tốc (đơn vị là

km⁄“h), thời gian (đơn vị là h) Đại lượng có kí hiệu Ø cũng là đại lượng vận

tốc vì đại lượng này có thứ nguyên là [km/h]

- Có ba giá trị vận tốc khác nhau là vị = 60 km/h, v; = 40 km/h và ở

tương ứng với những khoảng thời gian lat; = 2 h, tạ = 3 h vả t = tị + t; = Š h.

- Do đó, phương trình nay diễn ta một xe ô tô chuyển động trên một đoạnđường 100 km trong khoảng thời gian 5 h Trong 2 h đầu tiên, xe chuyển

động đều với vận tốc 60 km/h, trong khoảng thời gian còn lại, xe chuyển

động đều với vận tốc 40 kmh

% Bài tập vật lý phù hợp với phương trình

Một xe ô tô di chuyển từ thành phố Hồ Chi Minh đến khu lăng mộ cụ

Nguyễn Đình Chiều ở tinh Bến Tre trong khoảng thời gian 5 h Trên 2 h đầu tiên, xe chuyển động đều với vận tốc vị = 60 km/h Trong khoảng thời gian

còn lại, do đường đang trong giai đoạn sửa chữa nên xe đi chuyển chậm hơn

lúc đầu với vận tốc v; = 40 km/h Hỏi vận tốc trung bình của xe ô tô là bao

nhiêu?

> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng

- Chọn gốc thời gian lúc xuất phát lúc xe xuất phát và gốc toạ độ tại

Vậy vận tốc trung bình của xe ô tô là 48 km⁄h

Học sinh hãy xây dựng bài tập vật lý phù hợp với phương trình trên.

Giải

> Phân tích ý nghĩa của phương trình

- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là vận tốc (đơn vị là

m/s), thời gian (đơn vị là s), quãng đường (đơn vị là m) Đại lượng có ki hiệu

a là gia tốc vì đại lượng này có thứ nguyên là [m/s’].

- Phương trình này diễn tả quãng đường của một vật chuyển động nhanhdan đều trong giây thứ tư là 12 m,

+ Bài tập vật lý phù hợp với phương trình

Nam cùng với ông nội của mình thường chạy xe đạp vào buổi sáng để

vận động thân thể Trong một lần chạy, Nam đã tiến hành khảo sát chuyển

động của xe đạp ông nội mình Nam chọn vị trí lúc xe của ông đạt được vận

tốc 5 m/s đang ở trên cầu và bắt đầu tính thời gian Nam đã thu được kết quá

là quãng đường mà ông đã đi được trong giây thứ 4 là 12 m Hỏi gia tốc xe

đạp của ông nội của Nam là bao nhiêu ?

> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng

- Chọn gốc thời gian và gốc toạ độ tại vị trí xe ông nội của Nam đạt

được vận tốc 5 m/s

- Phương trình đường đi của xe đạp của ông nội Nam là

ssweke kã= Vot +5

Trong thời gian 3 s: s; = (5) (3 s) + 2a (3 s)?

Trong thời gian 4 s: s, = (sẼ)( s) +a (4s)?

~ Quảng đường di được trong giây thứ 4

Bài 4: Cho phương trình

Học sinh hãy xây dựng bai tập vật lý phù hợp với phương trình trên.

Giải

* Phân tích ý nghĩa của phương trình

- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là quãng đường (đơn

vị la m), gia tốc rơi tự do (m/s?), thời gian t (có thứ nguyên Ia [s]).

- Có hai giá trị thời gian khác nhau là (t - 1) giây và t giây, tương ứng là

hai quãng đường rơi tự do khác nhau Do đó phương trình trên diễn tả quãng

đường một vật rơi tự do trong giây thứ t.

+ Bài tập vật lý phù hợp với phương trình

Một viên gach đang rơi tự do tại nơi có gia tốc g = 9,8 m/s’, Trong giây

thứ t, quãng đường viên gạch rơi được là 24.5 m Giá trị của t là bao nhiêu?

> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng

Trong chuyển động rơi tự do, quãng đường viên gạch rơi được trong t

Giải

+ Phân tích ý nghĩa của đồ thị

- Ban đầu, tọa độ của vật không đổi theo thời gian Vậy vật không chuyển động theo phương trục tọa độ.

- Tiếp theo, tọa độ giảm dan đều theo thời gian xuống gốc tọa độ Do đó,

vật chuyển động với vận tốc âm không đổi theo ngược chiều dương.

~ Sau đó, tọa độ vật bằng 0 và không đổi theo thời gian.

- Vậy ban đầu vật đứng yên tai vị trí tọa độ đương Sau đó, chuyển động

về gốc tọa độ với vận tốc âm không đổi Cuối củng, vật đứng yén tại gốc tọa

độ.

+ Tình huéng vật lý phù hợp với đồ thị

Trong | phút đá bù giờ cuối cùng của trận đấu giữa đội tuyển bóng đá

Việt Nam và đội tuyển Thái Lan, tiền đạo Công Vinh đã vượt qua hang tiền vệ

của đội tuyển Thái Lan và anh đang giữ bóng trong khu vực cắm của đội Thái

Lan, Sau vài giây suy nghĩ, anh quyết định sút bóng vào khung thành của đội tuyển Thái Lan (xem như quả bóng chuyển động đều, bỏ qua mọi ma sát) Nhanh như chóp, thủ thành của đội tuyển Thái Lan đã dự đoán được hưởng của quá bóng và bắt dính quả bóng vào người Đó cũng là lúc trọng tài thỏi còi

kết thúc trận đấu

Giải

+ Phân tích ý nghĩa của độ thị

- Trong 2 giây dau, tọa độ của vật tăng đều theo thời gian từ 0, điều đó cho thấy vật chuyển động đều với vận tốc dương không đổi theo chiều dương.

- Trong 2 giây tiếp theo, toa độ vật không đổi, vật không chuyển động

Vậy vận tốc của vật bằng 0.

- Trong giây cuối, tọa độ giảm đều về 0 Vậy vật chuyển động với vận

tốc âm không đổi Trong đồ thị tọa độ theo thời gian, khi vật chuyển động đều

thì hệ số góc biểu thị vận tốc của vật Đoạn dé thị của giây cuối dốc hơn ở 2

giây đầu nên độ lớn vận tốc lúc này sẽ có độ lớn lớn hơn vận tốc trong 2 giây

đầu,

+ Tình huống vật lý phù hợp với dé thị

Một vật bắt đầu chuyển động theo chiều dương từ gốc toa độ đến vị trí

A với vận tốc không đổi trong thời gian 2 giây Tiếp theo, vật đứng yên tại A

trong thời gian 2 giây Trong giây cuối, vật chuyển động ngược chiều dương trở về gốc toạ độ với tốc độ lớn hơn so với tốc độ trong 2 giây đầu.