VẬN DỤNG ĐỒ THỊ TRONG “BÀI TOÁN” CƠ- NHIỆT ThS: Nguyễn Lâm Sung A.Đặt vấn đề. Trong quá trình hình thành kiến thức Vật lí thông thường sau khi tiến hành thí nghiệm thì ngoài việc rút ra các kết luận về bản chất hiện tượng Vật lí thì sau đó là việc đưa ra các công thức thiết lập quan hệ giữa các đại lượng vật lí có liên quan. Ta có thể biểu diễn mối liên hệ giữa các thông số Vật lí dưới dạng biểu thức Toán học, từ đó vẽ đồ thị hàm số đó. Từ đó ta có thể khai thác đồ thi để xây dựng kiến thức hoặc phát triển thành bài toán vật lí khác đòi hỏi HS phải có suy luận tốt mới có thể giải được, qua đó phát huy được tính tích cực của HS.Mặt khác trong dạy học Vật lí thì bài toán có sử dụng đồ thị thường khó và ít được lưu tâm đến như một số dạng bài toán khác. Vì vậy trong khuôn khổ bài viết này chúng tôi xin đề cập đến việc thiết lập và khai thác đồ thị Vật lí để tìm ra được các kết quả bài toán một cách nhanh chóng, cũng như tạo ra các tình huống học tập cho HS phổ thông của một số bài Vật lí trong phần “ Cơ- Nhiệt”. B. Các ví dụ 1.Đồ thị của một vật ( chất điểm) trong chuyển động thẳng đều. Việc thực hiện thí nghiệm chuyển động thẳng đều, HS đo được các quãng đường đi được của vật sau các khoảng thời gian bằng nhau,sau khi tính được các vận tốc tương ứng. Từ kết quả số tính toán, GV yêu cầu HS vẽ đồ thị vận tốc trên hệ trục tọa độ (v,t) trong nhiều trường hợp.(H1) v( m/s) 1 v 2 ( H1) 0 t t(s) 3 Từ đồ thị vẽ được HS Nhận xét: - Các đồ thị vận tốc càng xa trục thời gian thì có độ lớn vận tốc càng lớn. - Các đồ thị vận tốc nằm phía trên trục thời gian(1,2) thì cho biết vật đang chuyển động theo chiều dương đã chọn và ngược lại các đồ thị vận tốc nằm phía dưới trục thời gian(3) thì cho biết vật đang chuyển động theo chiều âm đã chọn. - Từ công thức tính quãng đường đi được S = v.t,HS có thể tìm quãng đường đi được của vật sau thời gian (t)chính bằng diện tích hình chữ nhật có 2 cạnh là (v) và (t) ( phần gạch chéo vẽ ở đồ thị ). - Từ việc biết những giá trị vận tốc của các chuyển động thẳng đều, GV có thể yêu cầu HS vẽ đồ thị quãng đường đi được trên hệ trục (s.t) Bằng cách đặt v= a, t =x, s = y, ta có công thức S = v.t có dạng y =ax, mà HS đã biết trong Toán học, từ đó đồ thị được vẽ dễ dàng ( H2) s(m) 1 a 2 (H2) 0 t 1 t(s) Từ đồ thị HS cũng dễ dàng thấy đường đồ thị (2) có vận tốc nhỏ hơn vận tốc của thấy đường đồ thị (1) bằng cách kẻ đường (a) cắt 2 đồ thị tại 2 điểm và thấy quãng đường đi được trong cùng thời gian của 2 chuyển động khác nhau và so sánh, rút ra kết luận về vận tốc tương ứng Từ việc phân tích ý nghĩa của đồ thị nói trên thì HS dễ dàng giải bài toán liên quan đến đồ thị của chuyển động thẳng đều. 2.Đồ thị của một vật ( chất điểm) trong chuyển động thẳng biến đổi đều. Từ kết quả số liệu đo được trong thí nghiệm trước đó,GV yêu cầu HS vẽ đồ thị vận tốc trên hệ trục tọa độ (v,t) trong nhiều trường hợp.(H3) Từ công thức v = v 0 + at, ta đặt t = x; v 0 = b; v =y ta được dạng y = ax + b. Dạng đồ thị này HS dẽ dàng vẽ được đồ thị với các chuyển động biến đổi đều khác nhau. v(m/s) 1 a.( Đồ thị với v 0 = 0) b 2 (H3) t(s) 0 t 1 b. .( Đồ thị với v 0 ≠ 0) v(m/s) v t at v 0 0 t t(s) - Từ đồ thị HS thấy được các đồ thị có độ dốc so với trục (t) càng lớn thì vận tốc biến đổi càng nhanh bằng cách kẻ đường (b) cắt 2 đồ thị tại 2 điểm và thấy vận tốc trong cùng thời gian của 2 chuyển động khác nhau và so sánh, rút ra kết luận về vận tốc tương ứng. - Từ đồ thị GV cũng dễ dàng hướng dẫn HS kiểm tra lại công thức đường đi của chuyển động biến đổi đều bằng diện tích của hình thang giới hạn giữa đồ thị vân tốc với trục thời gian (t)mà HS được thông baostr]ơcs đó(s = v o t + 2 1 at 2 ). 3.Đồ thị sự biến đổi trạng thái của chất khí khi nhiệt độ của khối khí không đổi ( đẳng nhiệt). Khi học sinh học sự nở vì nhiệt của chất khí ở THCS hay định luật Bôi- Mariốt ở phổ thông trung học, thường xét quan hệ giữa áp suất (P) và thể tích (V) của khối khí. Khi đó đồ thị biểu diễn 2 đại lượng này có dạng y = ax. Ta có thể biểu diễn qua đồ thị dưới đây( H4) V(lít) 1 ( H4) 2 V 1 d P(at) 0 P 1 Bằng cách kể các đường (c,d) như trên HS thấy ngay cùng giá trị áp suất đối với 2 khối khí thì thể tích khối khí (2) có thể tích lớn hơn thể tích khối khí (1). Tương tự HS thấy ngay cùng giá trị thể tích đối với 2 khối khí thì áp suất khối khí (2) lớn hơn áp suất khối khí (1). - Có thể yêu cầu HS giải thích điều nhận xét trên thông qua thuyết động học phân tử của chất khí. 4.Đồ thị sự biến đổi trạng thái của chất khí khi nhiệt độ của khối khí thay đổi ( đẳng áp). Từ đồ thị mà GV đưa ra cho HS ( H5) V(lít) 1 2 3 V 0 (H5) 0 T( 0 K) yêu cầu Hs nhận xét sự phụ thuộc thể tích (V) vào nhiệt độ của khí: - Đối với HS THCS thì thấy rằng chất khí nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi bằng thực nghiệm, từ đó cũng có thể biểu diễn sự phụ thuộc đó bằng đồ thị. - Đối với HS Phổ thông Trung học thì có thể dùng đồ thị trở thành bài toán so sánh áp suất của 3 khối khí khí ở cùng nhiệt độ.Dẽ dàng dùng đồ thị ( H4) để vận dụng vào đây để giải thích và thấy ngay các khối khí có áp suất tăng dần khi cùng nhiệt độ hay P 3 > P 2 > P 1 . Tóm lại: GV có thể vận dụng bài toán đồ thi để tìm được các thông số hay tính chất Vật lí một cách hiệu quả .Nếu ta biết khai thác đồ thị thì có thể tạo ra nhiều tình huống học tập, nhằm phát huy được tư duy logic, sáng tạo của HS.Xin được cảm ơn sự quan tâm, chia sẻ của các bạn đồng nghiệp. Uông Bí ngày 18 tháng 03 năm 2010 Tác giả Tài liệu tham khảo: 1.Vũ Quang( Chủ biên), Bùi Gia Thịnh Vật Lí 8- NXBGD 2003. 2.Nguyễn Thế Khôi( Tổng chủ biên), Phạm Quý Tư, Vật Lí 10( nâng cao)- NXBGD 2006. . một vật ( chất điểm) trong chuyển động thẳng biến đổi đều. Từ kết quả số li u đo được trong thí nghiệm trước đó,GV yêu cầu HS vẽ đồ thị vận tốc trên hệ trục tọa độ (v,t) trong nhiều trường hợp.(H3) Từ. thức thiết lập quan hệ giữa các đại lượng vật lí có li n quan. Ta có thể biểu diễn mối li n hệ giữa các thông số Vật lí dưới dạng biểu thức Toán học, từ đó vẽ đồ thị hàm số đó. Từ đó ta có thể. phát triển thành bài toán vật lí khác đòi hỏi HS phải có suy luận tốt mới có thể giải được, qua đó phát huy được tính tích cực của HS.Mặt khác trong dạy học Vật lí thì bài toán có sử dụng đồ