LOI CAM ON
Em xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Tạ Tri Phương đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong tổ phương pháp, các thầy cô trong khoa Vật lý đã giúp đỡ, chỉ bảo và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập nghiên cứu tại trường
Trang 2MUC LUC Trang LOI CAM ON I MUC LUC 2 MO DAU 4 1 Ly do chon dé tai 4 2 Mục đích nghiên cứu 5 3 Đối tượng nghiên cứu 6 4 Giả thuyết khoa học 6 5 Nhiệm vụ nghiên cứu 6 6 Phương pháp nghiên cứu 6 7 Cấu trúc luận văn 6
NỘI DUNG
Chương 1 Những cơ sở lý luận của phương pháp thực nghiệm 7
1.1 Quá trình nhận thức Vậtt lý và sự ra đời của PPTN 7
1.2 Nội dung của PPTN trong nghiên cứu khoa học và trong dạy học
Vật lý 8 1.3 Vai trò của PPTN trong nghiên cứu khoa học và trong dạy học Vật lý 10 1.4 Rèn luyện cho học sinh phổ thông sử dụng PPTN 12 1.5 Rèn luyện cho học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của
PPIN 14
1.6 Thi nghiém vat ly 17
Trang 3Chương 2 Thiết kế tiến trình dạy học bài “Định luật II NiuTơn” theo
PPIN 21 2.1 Nội dung kién thtic vé dinh luat II NiuTon 21 2.2 Phương pháp trình bày định luật II NiuTơn cho học sinh phổ thông 22 2.3 Các phương án thí nghiệm kiểm chứng định luật II NiuTơn 23 2.4 Thiết kế tiến trình dạy học bài “Định luật II NiưTơn” theo PPTN 30 2.5 Kết luận chương 2 39
KẾT LUẬN CHUNG 4I
TÀI LIỆU THAM KHẢO 43
Trang 4M6 DAU
1.Ly do chon dé tai
Một yêu cầu cấp thiết đặt ra cho thế hệ trẻ hiện nay khi bắt đầu bước vào cuộc sống sôi động của xã hội với nền kinh tế đang hội nhập toàn cầu là: phải trang
bị cho mình một hành trang tri thức vững vàng, có trình độ văn hoá, trình độ nghề
nghiệp nhất định với tính độc lập tự chủ, năng động sáng tạo, có năng lực giải
quyết các vấn đề thực tiễn và có khả năng đổi mới chính mình Để đáp ứng yêu cầu
đó của xã hội thì ngành Giáo Dục phải nhanh chóng làm một cuộc cách mạng toàn
điện và sâu sắc, đó là cuộc cách mạng về mục tiêu giáo dục về chương trình, hệ
thống đào tạo, nội dung SGK, đặc biệt là về phương pháp giảng dạy, học tập và
hình thức tổ chức dạy học
Nghị quyết Hội nghị BCH TW ĐCSVN lần thứ 4 khoá VTI khẳng định: “Đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp học, bậc học, kết hợp tốt học với hành, học tập với lao động sản xuất, nghiên cứu khoa học và thực nghiệm, gắn nhà trường
với xã hội Áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học
sinh năng lực tư duy, sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề”
Triển khai nghị quyết của Đảng trong những năm gần đây,ngành giáo dục đã
phát động phong trào đổi mới phương pháp dạy học một cách sâu rộng trong toàn
ngành Đổi mới phương pháp dạy học là tìm ra con đường, những cách thức mới giúp người học tự lực, tích cực thu nhận tri thức, kỹ năng cơ bản phát triển ở họ năng lực sáng tạo Một trong những con đường đó là bồi dưỡng cho học sinh các
phương pháp nhận thức khoa học
Trong thực tế việc dạy và học vật lý ở trường phổ thông còn nhiều vấn đề bất
Trang 5nhận, bắt trước theo khuân mẫu đã có, mà không phát triển được khả năng tư duy sáng tạo
Vật lý học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lý thực nghiệm, những kiến
thức vật lý được xây dựng lên đều dựa vào thí nghiệm hoặc được kiểm tra lại bằng
thí nghiệm Để hiểu rõ nội dung, ý nghĩa của những kiến thức đó thì tốt nhất là cho
học sinh tái tạo lại những kiến thức đó bằng chính phương pháp mà các nhà Vật lý học đã dùng trong nghiên cứu vật lý, nghĩa là phương pháp thực nghiệm Trong
phương pháp thực nghiệm có hai giai đoạn đòi hỏi học sinh phải có suy nghĩ sáng
tạo và với cách tổ chức, hướng dẫn thích hợp của giáo viên thì học sinh có khả năng
thực hiện được hoạt động sáng tạo đó
Như vậy, áp dụng phương pháp thực nghiệm (PPTN) vào dạy học sẽ đồng
thời thực hiện được cả hai mục tiêu: vừa giúp học sinh nắm vững kiến thức, vừa bồi
dưỡng cho học sinh năng lực sáng tạo
Với mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu và vận dụng
PPTN vào dạy học vật lý nhằm đưa học sinh vào vị trí chủ thể hoạt động nhận thức,
bằng hoạt động tự lực của mình mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực sáng tạo, góp phần nâng cao chất lượng hiệu quả dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông, chúng tôi chọn đề tài: Thiết kế tiến trình dạy học bài: Định luật II NiuTơn theo phương pháp thực nghiệm SGK Vật lý 10 Nâng cao
2 Mục đích nghiên cứu
Vận dụng những quan điểm lý luận hiện đại về dạy học để thiết kế và tổ chức
dạy học một số định luật vật lý Cho học sinh tự lực hoạt động nhận thức theo
Trang 63 Đối tượng nghiên cứu
Quá trình dạy học bài "Định luật II NiuTơn”" SGK Vật lý 10 Nâng Cao theo
PPTN
4 Giả thuyết khoa học
Nếu việc tổ chức dạy học được tiến hành theo các giai đoạn của PPTN thì sẽ có tác dụng kích thích hứng thú học tập vật lý, phát huy tính tích cực, tự lực, nâng
cao chất lượng kiến thức và phát triển năng lực hoạt động sáng tạo của học sinh
5 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu việc vận dụng PPTN trong dạy học vật lý ở trường phổ thông và ảnh hưởng của nó đến việc nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
- Nghiên cứu các phương án thí nghiệm kiểm tra định luật II NiuTơn
- Soạn thảo tiến trình dạy học bài " Định luật II NiuTơn" theo hướng rèn
luyện cho học sinh hoạt động sáng tạo trong học tập bằng PPTN 6 Các phương pháp nghiên cứu chính
- Nghiên cứu lý luận để xác lập quan điểm chỉ đạo cơ bản của đề tài
- Thực nghiệm sư phạm
- Thiết kế và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm các thiết bị theo phương án đạy học của đề tài
7 Cấu trúc luận văn
Trang 7Chuong1:
NHUNG CO SO LY LUAN
CUA PHUONG PHAP THUC NGHIEM
1.1 Quá trình nhận thức Vật lý và sự ra đời của PPTN
Trong thời cổ đại, chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học thì mục đích của nó là tìm hiểu và giải thích thiên nhiên một cách toàn bộ mà chưa di vào trong
lĩnh vực cụ thể Nhiều nhà hiền triết cho rằng có thể dùng sự suy lý, sự tranh luận để tìm ra chân lý Một đại biểu tiêu biểu của nền khoa học cổ đại là Aristot (394-
322 TƠN)
Về sau, khoa học phát triển theo hai hướng: duy vật và duy tâm Hai trào lưu đó đấu tranh với nhau trong một thời gian dài khoảng gần hai nghìn năm, nhưng phương pháp đấu tranh vẫn chỉ là suy lý và tranh luận nên không phân thắng bại
Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất mở đầu bằng phát kiến vĩ đại của Copecnic (1473-1543) về thuyết Nhật tâm Cuộc đấu tranh bảo vệ cho hệ Nhật tâm
đòi hỏi những phép chứng minh dựa vào quan sát, thực nghiệm, có thể kiểm tra
được trong thực tiễn nhằm thuyết phục con người Vật lý học thực nghiệm, Vật lý
học chân chính thay thế cho Vật lý học của Arixtot ra đời và được người đọc coi là
ông tổ của khoa học này là Galilê
Galilê cho rằng muốn nhận thức được thiên nhiên thi phải quan sát thiên nhiên, phải làm thí nghiệm và theo cách nói của ông, phải “hỏi thiên nhiên” và “phải để thiên nhiên phán xét” khi chúng ta tranh luận về thiên nhiên Trước một
hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galilê bắt đầu bằng quan sát (trong tự nhiên hay
trong các thí nghiệm) để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích lý thuyết có tính chất dự đoán Từ lý thuyết đó, ông rút ra những kết luận có
Trang 8chính xác tin cậy được Cuối cùng ông đối chiếu kết quả thu được bằng thực nghiệm với lý thuyết ban đầu và ứng dụng các kết quả vào thực tiễn
Phương pháp của Galilê có tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận, tổng quát hoá về mặt lý thuyết những sự kiện thực nghiệm và phát hiện ra bản chất của sự vật hiện tượng Galilê chưa tổng kết được phương pháp khoa học của mình Về sau, các nhà khoa học khác đã kế thừa phương pháp đó và xây dựng cho nó ngày một hoàn chỉnh hơn Nhờ PPTN đó mà trong nhiều thế kỷ sau, vật lý học đã tiến được những bước tiến lớn và còn thâm nhập vào nhiều ngành khoa học
tự nhiên khác
1.2 Nội dung của phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học va trong dạy học vật lý
1.2.1 Trong nghiên cứu khoa học
Từ phương pháp nghiên cứu của Galilê, Spaski đã khái quát nên thực chất của PPTN như sau: Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết Giả thuyết đó không chỉ đơn giản là sự tổng quát hoá các thí nghiệm đã làm, nó chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể Bằng phép suy luận logic và bằng toán học, nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới trước đó chưa biết đến
Những hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng thực nghiệm mà kiểm tra lại được Nếu sự kiểm tra đó thành công nó khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết và khi đó
giả thuyết được coi là một định luật vật lý chính xác
PPTN đã thể hiện một quan điểm mới mẻ, sâu sắc về nhận thức tự nhiên, nhận thức chân lý Nhà bác học NiuTơn đã làm rõ quan điểm đó bằng bốn quy tắc sau
đây:
Trang 9Quy tắc 2: Bao giờ cũng quy những hiện tượng như nhau về cùng một nguyên
nhân
Quy tắc 3: Tính chất của tất cả các vật có thể đem ra thí nghiệm được, mà ta không thể làm cho nó tăng lên hoặc giảm xuống thì được coi là tính chất của mọi
vật nói chung
Quy tác 4: Bất kỳ khẳng định nào rút ra từ thực nghiệm, bằng phương pháp quy nạp đều là đúng chừng nào chưa có những hiện tượng khác giới hạn hoặc mâu
thuẫn với khẳng định đó
Với phương pháp và tư tưởng nói trên, NiuTơn đã đạt được những thành tựu rực rỡ trong nghiên cứu khoa học và ảnh hưởng sâu sắc đến toàn bộ sự phát triển của vật lý học trong những thế kỷ sau
Trong toàn bộ quá trình đi tìm chân lý thì phải phối hợp cả xây dựng lý thuyết
và kiểm tra bằng thực nghiệm Vì vậy, PPTN có thể hiểu theo nghĩa hẹp, đó là: Từ lý thuyết đã biết, suy ra hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ quả Nhà vật lý
thực nghiệm không nhất thiết phải tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đó đã
có người đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được Nhiệm vụ của nhà vật lý thực nghiệm
lúc này là từ giả thuyết đã có suy ra một hệ quả có thể kiểm tra được và tìm cách bố
trí thí nghiệm khéo léo tinh vi để quan sát được hiện tượng do lý thuyết dự đoán và
thực hiện các phép đo chính xác
1.2.2 Trong dạy học vật lý
Thực chất của PPTN trong dạy học vật lý là giáo viên tổ chức tình huống dạy
học và hướng dẫn hoạt động nhận thức của học sinh tương tự như các nhà khoa học
sử dụng PPTN trong quá trình sáng tạo khoa học nhằm giúp phát huy tính tích cực,
tự giác, tính sáng tạo của hoạt động học tập, nhờ đó học sinh chiếm lĩnh được kiến
Trang 10Giai đoạn 1: Giáo viên mô tả một hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên nhân
xác lập một mối quan hệ nào đó, tóm lại là nêu lên một câu hỏi mà học sinh chưa
biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được (Giai đoạn làm xuất hiện vấn đề)
Giai đoạn 2: Giáo viên hướng dẫn, gợi ý cho học sinh xây dựng một câu trả lời dự đoán ban đầu, dựa vào quan sát tỷ mỉ kỹ lưỡng, vào kinh nghiệm bản thân, vào những kiến thức đã có (gọi là xây dựng giả thuyết)
Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lý nhưng chưa chắc chắn
(Giai đoạn xây dựng dự đoán hay còn gọi là xây dựng giả thuyết )
Gai đoạn 3: Từ giả thuyết dùng suy luận logic hay suy luận toán học suy ra
một hệ quả: Dự đoán một hiện tượng trong thực tiễn, một mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý
Giai đoạn 4: Xây dựng và thực hiện một phương án thí nghiệm để kiểm tra
xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thực nghiệm hay không Nếu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành chân lý, nếu không phù hợp thì phải xây dựng giả thuyết mới
Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức Học sinh vận dụng kiến thức để giải thích hay dự đoán một số hiện tượng trong thực tiễn, để nghiên cứu các thiết bị kỹ thuật Thông qua đó trong một số trường hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần được giải quyết
1.3 Vai trò của PPTN trong nghiên cứu khoa học và trong dạy học vật lý 1.3.1 PPTN trong nghiên cứu khoa học
Trang 11cứ khách quan chắc chắn PPTN do Galilê khởi xướng và nhiều nhà khoa hoc sau
đó đã hoàn thiện, đã cho ta một phương pháp nghiên cứu tự nhiên, cho phép ta khám phá được những tính chất, những quy luật khách quan phổ biến của tự nhiên, một phương pháp tiếp cận với chân lý khách quan sâu sắc
PPTN không đơn thuần chỉ là làm thí nghiệm tác động vào tự nhiên để làm bộc lộ những tính chất của tự nhiên dưới dạng những dấu hiệu quan sát được mà còn là sự kết hợp với những suy luận của con người để rút ra những kết luận có ý nghĩa khái quát, nêu được bản chất của sự vật hiện tượng PPTN không chỉ là sự tập hợp những điều quan sát được trong tự nhiên mà còn là phương pháp sáng tạo khoa học, xây dựng những kiến thức mới để phản ánh tự nhiên dưới dạng khái quát Nhờ có PPTN mà Vật lý học trong ba thế kỷ đã đạt được những thành tựu vĩ đại giúp con người cải tạo tự nhiên, phát triển sản xuất, nâng cao năng suất lao động tạo ra của cải vật chất cho đời sống con người
Có thể nói, các phương pháp nghiên cứu khoa học khác cũng đều phải kết hợp
với PPTN mới có thể khẳng định được tính đúng đắn, chân thực những kết luận thu
được
1.3.2 PPTN trong dạy học vật lý
Vật lý học ở trường THPT chủ yếu là vật lý thực nghiệm Những kiến thức vật
lý được xây dựng lên đều dựa vào thí nghiệm hoặc được kiểm tra bằng thí nghiệm
Để hiểu rõ nội dung, ý nghĩa của những kiến thức đó thì tốt nhất là cho học sinh tái
tạo lại những kiến thức đó bằng chính phương pháp mà các nhà vật lý học đã dùng
trong nghiên cứu vật lý, tức là phương pháp thực nghiệm
PPTN là một trong những phương pháp được chú ý để phát triển năng lực sáng
tạo của học sinh, vì trong quá trình áp dụng PPTN có hai giai đoạn đòi hỏi học sinh
phải có suy nghĩ sáng tạo và cách tổ chức, hướng dẫn thích hợp của giáo viên thì
Trang 12Như vậy áp dụng PPTN vào dạy học sẽ đồng thời thực hiện được cả hai mục
tiêu: vừa giúp học sinh nắm vững kiến thức vừa bồi dưỡng được cho học sinh năng
lực sáng tạo
1.4 Rèn luyện cho học sinh phổ thông sử dụng PPTN
1.4.1 Sự khác nhau giữa hoạt động nhận thức của nhà khoa học và hoạt động nhận thức của học sinh
- Nhà khoa học phải tìm ra cái mới, giải pháp mới mà trước đây loài người chưa hề biết đến Còn học sinh thì tìm lại cho bản thân mình cái mà loài người đã biết
- Về thời gian, nhà khoa học có thể để nhiều năm, nhiều tháng, thậm chí cả
cuộc đời để tìm ra một định luật, một chân lý Còn học sinh thì chỉ có 45phút trên
lớp hay có khi chỉ 15phút, nửa giờ
- Nhà khoa học có đây đủ thiết bị thí nghiệm, máy móc tinh vi Còn học sinh ở trường phổ thông chỉ có những dụng cụ sơ sài, đơn giản
- Điều đặc biệt quan trọng, hoạt động khoa học là hoạt động sáng tạo, nhà khoa học thực hiện một bước nhảy vọt trong quá trình nhận thức tự nhiên Cơ chế của hoạt động sáng tạo diễn ra trong óc con người là còn chưa được rõ Việc rèn
luyện cho học sinh sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông là nhằm vào mục đích giúp học sinh "làm quen với cách suy nghĩ và làm việc khoa học, tạo ra những yếu tố ban đầu của hoạt động sáng tạo"
1.4.2 Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng PPTN
a Thiết kế tiến trình dạy học một bài học vật lý theo các giai đoạn của PPTN Vat ly
Giáo viên phải suy nghĩ để thiết kế tiến trình dạy học kiến thức mới sao cho
học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN Tạo điều kiện giúp học
Trang 13phải bài học vật lý nào cũng phải thiết kế đây du các giai đoạn của PPTN mà tuỳ nội dung từng bài cụ thể hoặc từng phần của bài, cần vận dụng một cách sáng tạo
để đạt được hiệu quả thực sự
b Xây dựng tình huống có vấn đề - tạo không khí học táp thuận lợi
Giáo viên phải dành thời gian gia công sư phạm để xây dựng tình huống có vấn đề, tạo mâu thuẫn nhận thức, động cơ, hứng thú đi tìm cái mới Mặt khác, cần tạo ra không khí lớp học thuận lợi ủng hộ những ý kiến có vẻ "trái ngược” thảo luận, tranh luận cởi mở về những kết quả thu được trong hoạt động học tập tự lực của học sinh
c Tổ chức các hình thức hoạt động đa dạng trong giờ học
Hoạt động theo nhóm nhỏ, trao đổi, tranh luận trên lớp, hoạt động cá nhân
theo phiếu học tập
d Lựa chọn và cung cấp cho học sinh những phương tiện, công cụ cần thiết để thực hiện các hành động học tập tự lực
Trong dạy học, giáo viên là người chủ động lựa chọn logic nội dung bài học, tự lường trước những phương tiện công cụ cần dùng Thiếu những phương tiện công
cụ đó thì bài học không tiến hành được và học sinh không hoạt động được e Cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức vật lý khác
Khi rèn luyện cho học sinh sử dụng PPTN, trong nhiều trường hợp trên tuyến chính của PPTN cần thiết phải để cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận
thức khác như : Phương pháp phân tích- tổng hợp, phương pháp tương tự, phương
pháp mô hình để tăng hiệu quả dạy học và hiệu quả của chính việc sử dụng PPTN
Jf Xác định và lựa chọn các mức độ thích hợp, yêu cầu học sinh tự lực thực hiện
các giai đoạn của PPTN
Để rèn luyện cho học sinh sử dụng PPTN có hiệu quả, giáo viên cần cân nhắc
Trang 141.5 Rèn luyện cho học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN Những bài học mà học sinh có thể tham gia đầy đủ vào cả năm giai đoạn của PPTN là không nhiều Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi
một sự phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra giả thyết bằng những thí nghiệm
đơn giản sử dụng những dụng cụ đo lường mà học sinh đã quen thuộc
Trong nhiều trường hợp, học sinh gặp khó khăn không thể vượt qua được thì
có thể sử dụng PPTN ở các mức độ khác nhau, thể hiện ở mức độ học sinh tham gia
vào các giai đoạn của PPTN
1.5.1 Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề
Mức độ 1: Học sinh tự phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi Giáo viên giới thiệu hiện
tượng xảy ra đúng như thường thấy trong tự nhiên để cho học sinh tự lực phát hiện những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu
Mức độ 2: Giáo viên tạo ra một hoàn cảnh đặc biệt trong đó xuất hiện một
hiện tượng mới lạ, lôi cuốn sự chú ý của học sinh, gây cho họ sự ngạc nhiên, sự tò
mò Từ đó, học sinh nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp
Mức độ 3: Giáo viên nhắc lại một vấn để, một hiện tượng đã biết và yêu cầu học sinh phát hiện xem trong vấn đề hay hiện tượng đã biết có chỗ nào còn chưa được hoàn chỉnh, đầy đủ cần tiếp tục nghiên cứu
1.5.2 Giai đoạn 2: Xây dựng dự đoán
Mic d6 1: Du đoán định tính Trong những hiện tượng thực tế phức tạp, dự
đoán về nguyên nhân chính, mối quan hệ chi phối hiện tượng Có thể có rất nhiều dự đoán mà ta sẽ phải lần lượt tìm cách bác bỏ
Trang 15dựa trrên một số cặp số liệu được biểu diễn trên đồ thị, dựa trên dạng của đồ thị mà dự đoán mối quan hệ hàm số giữa hai đại lượng
Mức độ 3: Những dự đoán đồi hỏi một sự quan sát chính xác,tỉ mỉ, một sự tổng hợp nhiều sự kiện thực nghiệm không có điều kiện thực hiện trên lớp, tóm lại là vượt quá khả năng học sinh Ở đây, giáo viên dùng phương pháp kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà khoa học đã đưa ra
1.5.3 Giai đoạn 3: Suy luận rút ra hệ quả
Việc suy luận rút ra hệ quả được thực hiện bằng suy luận logic hay suy luận
tốn học Thơng thường, ở trường phổ thông các phép suy luận này không quá khó Vì biểu hiện trong thực tế của các kiến thức vật lý rất phức tạp cho nên điều khó khăn là hệ quả suy ra phải đơn giản, có thể quan sát, đo lường được trong thực tế
Mức độ †: Hệ quả có thể quan sát, đo lường trực tiếp
Mức độ 2: Hệ quả không quan sát được trực tiếp bằng các dụng cụ đo mà phải tính toán gián tiếp qua việc đo các đại lượng khác
Múc độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lý tưởng Có nhiều trường hợp hiện tượng thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động không thể loại trừ được, nhưng ta chỉ xét quan hệ giữa một số ít yếu tố Như vậy, hệ quả suy ra từ giả thuyết chỉ gần đúng
1.5.4 Giai đoạn 4: Đề xuất và thực hiện một phương án thí nghiệm kiểm tra Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng như những điều kiện đã nêu như trong hệ quả
Múc độ ï: Thí nghiệm đơn giản, học sinh đã biết cách thực hiện các phép đo,
sử dụng các dụng cụ đo
Mức độ 2: Học sinh đã biết nguyên tắc đo các đại lượng nhưng việc bố trí thí
nghiệm cho sát với các điều kiện lý tưởng có khó khăn Giáo viên phải giúp đỡ
Trang 16Mức độ 3: Có nhiều trường hợp thí nghiệm kiểm tra là thí nghiệm kinh điển
rất phức tạp và tinh tế, không thể thực hiện được ở trường phổ thông Giáo viên phải
mô tả cách bố trí thí nghiệm rồi thông báo kết quả các phép đo để học sinh sử lý các số liệu, rút ra kết luận hoặc giáo viên thông báo cả kết quả
1.5.5 Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức
Những ứng dụng của các định luật có ba dạng: Giải thích các hiện tượng, dự đoán hiện tượng và chế tạo thiết bị đáp ứng một yêu cầu của đời sống, sản xuất
Mức độ !: Ứng dụng trong đó học sinh chỉ cần vận dụng định luật vật lý để làm sáng tỏ nguyên nhân của hiện tượng hoặc tính toán trong điều kiện lý tưởng: Vật chỉ bị chỉ phối bởi các định luật đang nghiên cứu Đó có thể là bài tập do giáo viên ra, chứ không có ý nghĩa trong đời sống hay sản xuất hàng ngày
Mức độ 2: Xét một ứng dụng kỹ thuật đã được đơn giản hoá để có thể chỉ cần
áp dụng một vài định luật vật lý
Mức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định
luật vật lý mà còn cần phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng vật lý có hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất Trong loại ứng dụng này, học sinh không những phải vận dụng những
định luật vật lý vừa được thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết,
những kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác nhau của vật lý Trong các bài học vật
lý, không nên đi sâu vào các chi tiết kỹ thuật mà chỉ yêu cầu học sinh suy nghĩ về những vấn đề có tính chất nguyên tắc, còn giáo viên thông báo cho học sinh một số
chỉ tiết kỹ thuật để họ có thể nhận dạng được những thiết bị kỹ thuật trong đời sống
Trang 171.6 Thi nghiém vat ly
Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm Các khái niệm, định luật, thuyết vật
lý đều xây dựng trên cở sở khảo sát phân tích các sự kiện thực nghiệm và được kiểm tra bằng thí nghiệm Bởi vậy, trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, các thí nghiệm vật lý có vai trò rất quan trọng: có thể tạo tình huống vấn đề, giúp học sinh tìm tòi giải quyết vấn đề xây dựng tri thức mới
1.6.1 Các loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lý
Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người nhằm
gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát
đo đạc thu thập thí nghiệm
Theo mục đích sử dụng thí nghiệm vật lý ở trường phổ thông có thể phân chia
làm hai loại như sau: Thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực tập
a) Thí nghiệm biểu diễn
Thí nghiệm biểu diễn là thí nghiệm được giáo viên tiến hành ở trên lớp, trong các giờ nghiên cứu các tính chất mới hoặc củng cố kiến thức của học sinh.Thí nghiệm biểu diễn gồm các loại sau:
- Thí nghiệm mở đầu: Là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho học sinh biết về hiện tượng sắp nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú học tập của học sinh, lôi cuốn học sinh vào hoạt đông nhận thức
- Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: Là thí nghiệm nhằm xây dựng hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới, được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới, bao gồm: thí nghiệm nghiên cứu khảo sát, thí nghiệm nghiên cứu minh họa, thí nghiệm củng cố
b) Thí nghiệm thực tập
Trang 18- Thí nghiệm trực diện là thí nghiệm do học sinh tiến hành trên lớp chủ yếu khi nghiên cứu kiến thức mới hoặc khảo sát minh hoạ trong tiết học ôn tập, củng
cố Có thể tổ chức đồng loạt hoặc cá thể
- Thí nghiệm thực hành là thí nghiệm được tiến hành sau khi học sinh đã học
xong được một chương, một phần Học sinh tự làm thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của giáo viên
- Thí nghiệm quan sát vật lý ở nhà là thí nghiệm mà giáo viên giao cho từng
học sinh hoặc nhóm học sinh thực hiện ở nhà mà không có sự giúp đỡ, kiểm tra trực tiếp của giáo viên Đây là loại thí nghiệm đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, giữa hoạt động trí óc và chân tay Qua đó phát huy khả năng sáng tạo
và gây hứng thú cho học sinh sau khi thí nghiệm thành công hoặc hồn thành cơng việc duoc giao
1.6.2 Vị trí của thí nghiệm vật lý
Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình
đạy học: Đề xuất vấn đề nghiên cứu, hình thành kiến thức kỹ năng mới, củng cố
kiến thức kỹ năng đã thu được và kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của học sinh
1.6.3 Vai trò của thí nghiệm trong việc phát triển nhân cách toàn diện của
hoc sinh
- Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về vật lý của học sinh Thông qua thí nghiệm, học sinh được giáo dục các thói quen làm việc khoa học của người làm thí nghiệm như: tính kiên trì, cẩn thận, tuân thủ các giai đoạn của quá trình thí nghiệm, các quy tắc an toàn, kiểm tra
sự hoạt động của các dụng cụ trước khi tiến hành thí nghiệm
Trang 191.7 Thực tiễn việc sử dụng PPTN trong dạy học vật lý ở trường phổ thông 1.7.1 Những tôn tại của việc sử dụng PPTN ở trường phổ thông
- Nhiều người quan niệm đồng nhất PPTN với thí nghiệm, coi PPTN chỉ đơn thuần là làm thí nghiệm, quan sát, rút ra kết luận Trên thực tế, trong nhà trường
phổ thông, học sinh chưa được học một cách tường minh PPTN là gì
- Các thí nghiệm vật lý được sử dụng trên lớp mới như là công cụ để minh hoạ
cho các kiến thức có sắn hơn là công cụ để tìm hiểu hoặc khẳng định những kiến
thức chưa có
- Vật lý là môn khoa học thực nghiệm và được yêu cầu giảng dạy đúng như một môn khoa học thực nghiệm Song trên thực tế các văn bản về chương trình vật
lý phổ thông vẫn chưa được đề cập đến PPTN là gì và làm thế nào để thực hiện
được
- Thực tế giảng dạy cho thấy, đa số các giáo viên phổ thông còn rất bỡ ngỡ và lúng túng trong việc "tổ chức cho học sinh hoạt động nhận thức", không biết phải bồi dưỡng PPTN cho học sinh như thế nào để đạt được mục tiêu của chương trình
- Nhiều trường phổ thông chưa có phòng thí nghiệm riêng, nếu có thì cũng chưa được sử dụng thường xuyên Đa phần giáo viên không làm thí nghiệm mà chỉ
trình bày thí nghiệm bằng miệng hoặc hình vẽ trên bảng
1.7.2 Nguyên nhân của những tôn tại
Có nhiều nguyên nhân, nhưng ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến những nguyên nhân về phía những người nghiên cứu và trực tiếp dạy học vật lý Đó là :
- Giáo viên và học sinh chưa khắc phục được thói quen của kiểu dạy và học cũ - Đội ngũ giáo viên chưa được bồi dưỡng một cách cơ bản để nâng cao nhận
thức và năng lực dạy học theo yêu cầu đổi mới, nhất là năng lực nắm vững các
Trang 20- Việc chuẩn bị bài và tổ chức giờ học vật lý của giáo viên chưa được đầu tư,
đổi mới và còn nặng theo công thức đường mòn
1.7.3 Đề xuất hướng khắc phục
- Bồi dưỡng cho giáo viên hiểu biết về các phương pháp nhận thức đặc thù của
bộ môn, đặc biệt là PPTN
- Triển khai mạnh mẽ hướng nghiên cứu vận dụng PPTN trong dạy học những đề tài cụ thể của chương trình vật lý, tiến hành thực nghiệm sư phạm Từ đó rút ra các kết luận khoa học cần thiết, tạo ra một số mẫu trong dạy học góp phần đổi mới phương pháp dạy học vật lý
1.8 Kết luận chương 1
Trên cơ sở lý luận được trình bày trên đây, để giải quyết nhiệm vụ của khoá luận, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến những vấn đề nghiên cứu bản chất của hoạt
động dạy và học vật lý
Việc thiết kế tiến trình dạy học một kiến thức có hiệu quả bằng thí nghiệm
phải thực hiện một cách khoa học theo các bước :
- Thiết lập sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với kiến thức cần dạy, đáp ứng đòi hỏi phương pháp luận của tiến trình khoa học xây dựng
kiến thức phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh
- Xác định việc định hướng học sinh có hiệu quả, đảm bảo phát triển được trí tuệ của học sinh thì cần định hướng hành động học của học sinh theo kiểu định
hướng khái quát hoá, chương trình hoá
- Để phát huy tính tích cực, tự chủ xây dựng kiến thức của học sinh cần phải thiết kế các phương án thí nghiệm, các thiết bị thí nghiệm phù hợp trong việc tổ chức tình huống, định hướng hoạt động của học sinh
Tất cả những kiến thức trên sẽ được chúng tôi vận dụng để xây dựng tiến trình
2
Trang 21Chương2:
THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI
ĐỊNH LUẬT II NIUTƠN” THEO PHƯƠNG PHÁP THỤC NGHIỆM 2.1 Nội dung kiến thức về định luật II NiuTơn
Định luật II NiuTơn là định luật cơ bản của động lực học Đã có rất nhiều tranh luận về cả góc độ khoa học lẫn góc độ phương pháp luận, cả ở giáo trình Đại học lẫn phổ thông trung học về định luật này Nhà vật lý lý thuyết người Anh R E
Paierne đã biểu lộ quan điểm của mình đối với định luật I NiuTơn như sau: “Đôi
khi người ta tranh cãi nhau về vấn đề: Định luật II NiuTơn là định nghĩa của lực hay của khối lượng, hay là sự biểu diễn bằng công thức một sự kiện khách quan?
Trong thực tế nó là hỗn hợp của tất cả ”
Nhìn từ góc độ khoa học thì ý nghĩa của định luật II NiuTơn là ở chỗ gia tốc mà vật hay chất điểm thu được phụ thuộc vào vị trí của nó đối với vật khác(z _) và vào vận tốc tương đối (v ) của nó Nói cách khác, ảnh hưởng của các vật khác lên vật này (lực), được xác định bởi tích khối lượng và gia tốc truyền cho nó là hàm của toạ độ và vận tốc:
— ——
ma =f (rv)
Tích của khối lượng một vật với gia tốc của nó bằng lực tác dụng vào vật
Phương trình định luật II NiuTơn đã tóm tắt từ nhiều quan sát và thí nghiệm, có dạng tổng quát như sau:
Xin =ma_ (2.1)
Khi sử dụng phương trình (2 I) trước hết ta cần biết chắc chắn là ta sẽ áp dụng
Trang 22đó Cuối cùng »ã chỉ gồm các ngoại lực, tức là các lực do các vật khác tác dụng
lên vật đang xét mà ta không tính đến nội lực
Phương trình (2.1) tương ứng với ba phương trình liên hệ ba thành phần của
hợp lực tác dụng lên vật với ba thành phần gia tốc của vật đó trên các trục toạ độ
đêcác vuông góc
Dama; SY F,=ma,; DF =ma,
Xét về mặt toán học, ta có thể coi định luật thứ nhất của NiuTơn là một trường hợp riêng của định luật II NiuTơn Khi F =0 thi a =0 dođó y không đổi,
vật đứng yên hoặc chuyển động đều
Nhưng xét về mặt vật lý học, hai định luật đó nêu lên hai nguyên lý rất cơ bản của cơ học Định luật thứ nhất nói rằng: quán tính là bản chất của vật chất, các lực ngoài tác dụng vào vật chỉ làm thay đổi chuyển động quán tính sắn có chứ không làm nảy sinh chuyển động đó Định luật II NiưTơn nói rõ lực ngoài làm cho chuyển động của vật thay đổi như thế nào (về mặt định lượng)
Một vật chuyển động quán tính là do bản chất tự nhiên của nó, không phải là đo thiếu sự tác dụng của lực ngồi Vì vậy khơng thể coi định luật thứ nhất là trường hợp riêng của định luật thứ hai của NiuTơn
2.2 Phương pháp trình bày định luật II NiuTơn cho học sinh phổ thông
Từ những nguyên nhân về lý luận dạy học, ta có thể “chia” định luật II
NiuTơn thành hai phần: trước tiên chứng minh rằng lực được đo bằng tích khối
lượng của vật và gia tốc truyền cho nó (FF =ma_ ) Kết luận này có thể thu được từ thực nghiệm chứ không đơn giản chỉ là định nghĩa về lực; Sau đó cũng
bằng thực nghiệm và dựa trên phương pháp đo lực đã có sẽ làm sáng tỏ rằng lực
Trang 23Ta biết rằng mọi định luật đều phải có sự khẳng định được thiết lập từ thực
nghiệm Nói cách khác là chỉ bằng thực nghiệm mới kiểm tra được xem định luật
này có đúng hay khơng Ngồi ra định luật cũng có thể sử dụng để đưa ra một số
định nghĩa
Phương pháp giảng dạy định luật II NiuTơn cho học sinh phổ thông hiệu quả
nhất chính là áp dụng PPTN Với khái niệm lực mà học sinh đã được học ở bài
trước và khái niệm khối lượng mà học sinh đã được biết ( ở lớp 6 ) giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm và xây dựng định luật
Trong số các lực trong tự nhiên có một lực không phụ thuộc vào tính chất của vật mà nó tác dụng vào, đó là lực đàn hồi Sử dụng tính chất này của lực đàn hồi, có thể gây ảnh hưởng như nhau (tác dụng lực như nhau) lên những vật có khối lượng
khác nhau bằng cách tác dụng lần lượt lên chúng lò xo có độ biến dạng xác định
Từ đó có thể thực hiện các thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa lực và gia tốc của vật; gia tốc và khối lượng của vật Từ các thí nghiệm đó sẽ đi đến khẳng định là số do cha luc F bằng tích khối lượng m của vật với gia tốc ø mà vật thu được
đưới tác dụng của lực này: !” = ma
Nhu vậy điều khẳng định chứa trong định luật II NiuTơn bổ sung cho định
nghĩa mang tính định tính về lực và được sử dụng để thiết lập số đo định lượng của nó: Lực là một đại lượng có hướng trùng với hướng của gia tốc đặc trưng cho ảnh hưởng của các vật khác nhau lên một vật, ảnh hưởng đó dẫn đến sự biến thiên vận tốc của vật và được xác định bằng tích khối lượng với gia tốc của vật
2.3 Các phương án thí nghiệm kiểm chứng định luật II NiuTơn 2.3.1 Phương án thí nghiệm trình bày trong SGK cũ
Để kiểm chứng định luật II NiuTơn người ta đưa ra rất nghiều phương án thí
nghiệm Các lực khảo sát trong các thí nghiệm nói chung là lực đàn hồi, cụ thể là
Trang 24Bằng thực nghiệm cần phải tìm một đại lượng mà đại lượng này bằng nhau với
tất cả các vật có gia tốc chịu tác dụng của các lực như nhau
Sách giáo khoa vật lý lớp 10 cũ đã trình bày một phương án thí nghiệm mà trong đó lò xo đàn hồi truyền gia tốc cho vật trong chuyển động tròn đều - Để tiến hành thí nghiệm đó ta dùng Một đĩa quay trên đó gắn một cái thước "mm WZ Các vật nặng có khối lượng khác nhau m,, m, và có hình dạng đặc biệt có thể mi trượt dọc theo thước (HV) a) Cách tiến hành thí nghiệm:
- Lần lượt móc các quả nặng vào lò xo cho lò xo giãn ra đến mức như nhau Khi ấy lò xo tác dụng một lực vào các quả nặng là bằng nhau và truyền cho chúng gia tốc hướng tâm
Gia tốc hướng tâm của các quả trượt là:
a, = An’ nr ; a, = An’nir
- Do s6 vong quay N và đo thời gian quay của các quả trượt bằng đồng hồ bấm
giây (t¡, t,) Ta tính được số vòng dây trong một đơn vị thời gian là:
ñ„=— ,=—
ft , t,
Bán kính r ta có thể đo được trực tiếp bằng thước đo
Trang 25m,a, = m,a,
Đại lượng m.a chính là số đo tác dụng cua luc: F = ma
Từ thí nghiệm ta cũng thấy rõ gia tốc và lực có cùng phương, chiều Phương trình trên có thể viết đưới dạng vectơ như sau:
— _—
F =ma
b) Một số hạn chế của phương án thí nghiệm trên
Về mặt lý thuyết thì phương án thí nghiệm do SGK cũ trình bày như trên là rất khoa học và khả thi Nhưng thực tế khi tiến hành thí nghiệm sẽ gặp một số khó khăn như sau:
- Về mặt cấu tạo, bộ thí nghiệm này có cấu tạo rất phức tạp và khó thiết kế - Khi tiến hành thí nghiệm cũng gặp rất nhiều khó khăn và dẫn đến sai số lớn
+ Khi quan sát ta khó đếm được chính xác số vòng quay N của quả trượt
+ Ta cũng khó xác định được chính xác thời gian mà quả trượt quay N
vòng bằng đồng hồ bấm giây
+ Cũng khó xác định được chính xác chiều dài bán kính r và độ giãn của lò
xo khi quả trượt đang quay
- Thí nghiệm này đòi hỏi phải đo nhiều đại lượng dẫn đến sai số lớn và kết quả
đo kém chính xác
Mặt khác thí nghiệm này chỉ cho phép ta khảo sát gia tốc của vật dưới tác dụng của lực đàn hồi trong chuyển động tròn mà không áp dụng được cho chuyển động thẳng
2.3.2 Phương án thí nghiệm trong phòng thí nghiệm thực hành vật lý phổ
thông
Bộ thí nghiệm này cho phép chúng ta khảo sát chuyển động thẳng của vật dưới
Trang 26a) Bộ thí nghiệm bao gồm:
+ Thiết bị đồng hồ rung (ĐHR) + Các băng giấy kích thướcIx 30cm + Máng nhôm có rãnh trượt + Các đoạn dây chun đàn hồi
+ Xe lăn và các gia trọng
b) Cấu tạo và hoạt động của thiết bị ĐHR
- ĐHR điện tử gồm một ống dây, một cần rung AB có một phần đặt trong lòng của ống dây, một phần nằm trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu NS
- Đầu B của cần rung có gắn một N
ngòi bút dạ Khi cho một dòng điện B A
xoay chiều có tân số f vào ống dây EỊ———†+ + +1
thì cần rung sẽ dao động với tần số
S
không đổi bằng tần số của lực cưỡng (®) ,
R J |
bức
Điều chỉnh chiều dài cần rung và khối lượng của nó để có cộng hưởng dao động thì
đầu bút dạ sẽ dao động với biên độ đủ lớn
Nếu kéo băng giấy mỏng chạy qua đầu bút dạ đang rung thì bút dạ sẽ đánh dấu trên băng giấy những vết mực
Nếu băng giấy được gắn với một vật đang chuyển động thì thông qua những
chấm mực đó ta có thể xác định được các đoạn đường mà vật đi được trong những
khoảng thời gian bằng nhau và bằng một chu kỳ dao động của cần rung Để làm giá đỡ cho băng giấy luồn qua một ròng rọc R gắn cố định ở phía dưới bút dạ Khối lượng của ròng rọc là không đáng kể
- Cách đọc băng giấy:
Nếu băng giấy được gắn với vật chuyển động thẳng đều thì khi đi qua ĐHR
Trang 27khoảng thời gian giữa hai chấm liên tiếp là = giây (tần số dao động của nguồn điện ~ 220V là 50Hz)
Nếu băng giấy gắn với vật chuyển động nhanh dần đều thì bút dạ sẽ ghi lại
trên băng giấy những vết mực có khoảng cách thưa dần khác nhau Để đo gia tốc của chuyển động nhanh dần đều này ta chọn những khoảng thời gian liên tiếp là t= 0,1s (hoặc t= 0,2s) và xác định hiệu các quãng đường đi được A l sau những khoảng thời gian t liên tiếp đó Gia tốc của chuyển động được xác định bằng cơng thức:
AI
Tứ
©) Tiến hành thí nghiệm theo hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Chứng tỏ gia tốc a tỷ lệ với lực tác dụng F Ta giữ cố định khối lượng của vật chuyển động (xe lăn) - Bố trí thí nghiệm như hình vẽ
Bước ï: Dùng cân kỹ thuật xác định khối lượng của xe lăn M, lực đàn hồi tác
dụng vào xe lăn là một đoạn dây chun đàn hồi ( hoặc một lò xo có chiều dài 1)
Một đầu dây gắn vào xe đầu kia nối với
sợi dây không co giãn khối lượng không đáng kể
Treo vào đầu dây còn lại một quả nặng và vắt qua một ròng rọc gắn ở đầu một máng nhôm có rãnh, thì khi xe chuyển động đọc theo máng nhôm, lực đàn hồi mà
lò xo tác dụng vào xe luôn không đổi Nghiêng dần đầu A của máng nhôm để khử ma sát thì dưới tác dụng của lực duy nhất là lực đàn hồi xe sẽ chuyển động nhanh dần đều
Trang 28Nhỏ mực vào bút dạ ở đầu cần rung Cam phich lay dién cla thiét bi DHR vào nguồn ~ 220V Khi bật công tắc thì cần rung của ĐHR sẽ dao động Thả tay giữ xe
ra, xe sẽ chuyển động nhanh dần đều
Sau đó tắt công tắc ĐHR, đọc kết quả đo được từ các băng giấy vào bảng kết quả
thí nghiệm
Bước 2: Mắc thêm vào xe M dây chun thứ hai (lò xo thứ hai) giống hệt cái ban đầu
và song song với nó Tăng dần quả nặng treo ở đầu dây sao cho độ dài của mỗi dây chun lúc này bằng độ dài của dây chun lúc trước Như vậy lực tác dụng vào xe M lúc này có độ lớn gấp đôi lúc trước Mắc băng giấy vào xe và thực hiện thí nghiệm như trên và ghi kết quả vào bảng I
Giai đoạn 2: Chứng tỏ gia tốc a tỷ lệ nghịch với khối lượng của xe Cố định lực tác dụng vào xe lăn
Bố trí thí nghiệm giống như lúc trước nhưng cần giữ cố định lực tác dụng vào xe lăn và tăng khối lượng của xe lên hai lần bằng cách đặt thêm các quả nặng lên xe hoặc ghép thêm một xe nữa có khối lượng bằng xe ban đầu
Trang 29đ) Một số khó khăn và hạn chế khi tiến hành thí nghiệm với bộ thí nghiệm trong
phòng thực hành thí nghiệm vật lý phổ thông và hướng khắc phục
- Về mặt lý thuyết thì bộ thí nghiệm này đảm bảo và chặt chẽ về góc độ khoa học, nếu các dụng cụ được thiết kế, chế tạo cẩn thận chính xác thì sẽ cho kết quả có độ chính xác cao Ngoài ra, thí nghiệm này đơn giản, thuận lợi cho quan sát và đo
đạc
- Nhưng trong thực tế khi sử dụng bộ thí nghiệm này và tiến hành thí nghiệm cho thấy kết qủa thu được có sai số rất lớn và khó tiến hành, với các lý do sau:
+ Khi chuyển động nhanh dần đều thì xe lăn dễ bị chệch khỏi rãnh trượt làm cho chuyển động của xe không còn là chuyển động nhanh dan đều (Do ở bộ thí
nghiệm này máng nghiêng chỉ có một rãnh trượt)
" Vì vậy để khắc phục chúng ta cần thiết kế máng nghiêng có hai rãnh trượt,
như vậy khi chuyển động xe sẽ cân bằng và ít ma sát hơn
+Băng giấy được kẹp vào xe chưa chắc chắn, nên khi xe chuyển động băng giấy dễ bị trượt ra khỏi ròng rọc làm cho các vạch mực trên băng giấy không thẳng hàng và chính xác
" Vì vậy ta phải gắn băng giấy vào xe sao cho chắc chắn, điểu chỉnh xe và
máng trượt sao cho bút dạ chấm vào giữa băng giấy
+ Khi dùng các dây chun để nối xe lăn với dây treo các quả nặng, ta thấy khó
xác định chính xác là các dây chun có giãn ra bằng nhau không
" Vì vậy ta vó thể thay thế các dây chun bằng một lực kế có khối lượng nhỏ Khi tiến hành thí nghiệm ta coi khối lượng của xe lăn cộng với lực kế là bằng M
Muốn tăng khối lượng ta có thể dùng các qủa cân và cát để điều chỉnh khối lượng
cho xe lăn Khi tăng lực kéo lên gấp đôi ta có thể đọc được độ lớn của lực trên lực kế
Trang 302.4 Thiết kế tiến trình dạy học bai “Định luật II NiuTơn” theo PPTN
2.4.1.Sơ đồ biểu đạt lôgic của tiến trình xây dựng một kiến thức cụ thể Vấn đề (đòi hỏi kinh nghiệm hay ứng dụng thực tế)
Điều kiện cần sử dụng để tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra, có
thể nhờ suy luận, có thể nhờ thí nghiệm hoặc quan sát BÀI TOÁN - GIẢI PHÁP Giải bài Giải bài toán bằng toán nhờ thí suy luận nghiệm và quan sat Kết luận Kết luận
(Thu được nhờsuy |* > (Thu được nhờ thí
Trang 312.4.2 Sơ đô logic của tiến trình xây dựng kiến thức bài “Định luật II NiuTon”
Khi vật chịu tác dụng của một lực chuyển động của nó sẽ thay đổi như thế nào? Tiến hành thí nghiệm: TNI: Xác lập mối quan hệ giữa gia tốc và lực
TN2: Xác lập mối quan hệ giữa gia tốc và khối lượng của vật Kết quả thí nghiêm:
TNI: Gia tốc tỷ lệ thuận với lực tác dụng @ ~F TN2: Gia tốc tỷ lệ nghịch với khối lượng của vật 1 a~— m > a= Ff m
Định luật II NiuTơn: Gia tốc mà một vật thu được dưới tác dụng của
Trang 322.4.3 Tiến trình dạy học bài “Định luật II NiuTơn” theo PPTN 1 Mục tiêu:
- Mục tiêu trong khi học: Học sinh nắm bắt câu hỏi nêu vấn để và tìm ra phương án thí nghiệm để xác lập mối quan hệ giữa gia tốc và lực, gia tốc và khối
lượng
Thực hiện chính xác các thí nghiệm và sử lý được các kết quả thí nghiệm
- Mục tiêu sau khi học: Học sinh biết cách xây dựng định luật II NiuTon tir thực nghiệm
Biết vận dụng định luật để giải các bài toán cơ học
Từ định luật có thể suy ra định nghĩa về lực và khối lượng
II Chuẩn bị:
GV: Chuẩn bị dụng cụ nghiên cứu định luật II ĐiưTơn
HS : Ơn lại định luật I NiuTơn và kiến thức về lực và khối lượng Phương pháp: Vấn đáp, thuyết trình và tiến hành thí nghiệm
II Tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh
Hoạt động I: Xác định vấn đề cần nghiên cứu
GV: Định luật I NiuTơn cho chúng ta biết rằng nếu không có lực ngoài tác
dụng vào vật thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều Vậy theo các em khi có một lực đủ lớn tác dụng vào vật thì trạng thái chuyển động
của vật sẽ thay đổi như thế nào?
HS: Vật sẽ chuyển động nhanh lên hoặc chậm lại tuỳ vào chiều của lực tác
dụng cùng chiều hay ngược chiều với chiều chuyển động
GV: Rất đúng, khi có lực tác dụng vào vật sẽ làm thay đổi chuyển động của vật, cụ thể là làm vật chuyển động có gia tốc
Trang 33GV: Em nào hãy cho biết gia tốc của vật thu được phụ thuộc vào những đại lượng nào?
> GV có thể gợi ý học sinh bằng cách đưa ra thí nghiệm đơn giản như (HI): ép lò xo lại sau đó cho lò xo tác dụng vào vật m
Lần 2 cho lò xo bị ép nhiều hơn tác
dụng vào vật m Yêu cầu học sinh
nhận xét xem trường hợp nào vật m TC 7 777 thu được vận tốc lớn hơn?
Với kinh nghiệm thực tế và bằng kiến thức của phần động học, HS sẽ trả lời câu hỏi của GV:
Khi lò xo bị nén nhiều hơn thì vật m thu được gia tốc lớn hơn Vậy gia tốc của
vật thu được phụ thuộc vào lực tác dụng vào vật
GV: Ngoài lực tác dụng vào vật thì gia tốc còn phụ thuộc vào đại lượng nào nữa không?
> GV tiến hành lại thí nghiệm trên nhưng với độ ép lò xo là như nhau nhưng
tăng khối lượng m của vật Cho học sinh nhận xét xem trường hợp nào vật thu được
gia tốc lớn hơn
HS: Khi khối lượng vật m tăng lên thì gia tốc của vật thu được nhỏ hơn Vậy gia tốc của vật còn phụ thuộc vào khối lượng của vật
Hoạt động 3: Xây dựng phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán
GV: Gia tốc của vật phụ thuộc vào lực ngoài tác dụng vào vật và khối lượng của vật Nhưng ta chưa biết mối quan hệ định lượng giữa 3 định lượng này như thế
nào
Trước hết ta xét mối quan hệ giữa gia tốc và lực Em nào có thể đưa ra một
phương án thí nghiệm có thể xác định được mối quan hệ định lượng giữa hai đại
Trang 34> GV 6 thé goi ¥ hoc sinh: Mu6n thiét lap m6i quan hé dinh luong gitta gia tốc và lực tác dụng ta cần đo những đại lượng nào, và bằng cách nào?
HS: Ta phải đo lực tác dụng lên vật, có thể đo bằng lực kế
Và đo gia tốc của vật bằng cách đo quãng đường đi và thời gian chuyển động bằng
đồng hồ bấm giây, sau đó tính gia tốc của vật
GV: Đúng vậy, ta cần đo lực tác dụng vào vật và gia tốc của vật thu được Ta
cần cố định khối lượng của vật, thay đổi lực tác dụng và xét xem gia tốc của vật
thay đổi như thế nào
Với cách đo lực bằng lực kế và đo gia tốc của vật như bạn đã trình bày ở trên
thì tôi sẽ giới thiệu với các em một phương án thí nghiệm có trong phòng thí
nghiệm của chúng ta Với bộ thí nghiệm này các em có thể trực tiếp tiến hành thí
nghiệm một cách dễ dàng để thu được kết quả chính xác
> GV trình bày cấu tạo và thiết bị đồng hồ rung và các dụng cụ thí nghiệm như : xe lăn, máng trượt, lực kế, băng giấy các quả nặng
- Yêu cầu học sinh thiết lập sơ đồ bố trí thí nghiệm với các dụng cụ đã cho ở trên - HS suy nghĩ và đưa ra các phương án thí nghiệm
> GV tổng hợp các ý kiến của học sinh và trình bày sơ đồ thí nghiệm như hình
vẽ
- Hướng dẫn học sinh cách tiến hành thí nghiệm thí nghiệm để thu được kết quả chính xác nhất:
Móc lực kế vào một đầu xe lăn và nối với các quả nặng qua một sợi dây
không giãn khối lượng không đáng kể
Đầu còn lại của xe lăn gắn với băng giấy
Băng giấy được luồn qua ròng rọc gắn trên ĐHR
Trang 35
Thay đổi c4c qua nang sao cho luc ké chi: F,; F,=2F,; F,=3F, va tién hanh thi nghiệm ba lần Kết quả thí nghiệm đạt được ghi vào bang 1: Bang 1
Khối lượng xe va luc ké: M= (g) ;t= (s)
Lan | Lực | 1, 1, 1, 1 Al, Al, Al, Al a= AI TN_ |(N) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) (mm) ẻ 1 F, a= 2 2F, a= 3 3F, a= Yêu cu hoc sinh lap thuong s6 “+ ; =; a PONE SOR OOF? F, 1 2 và rút ra nhận xét?
HS: Từ bảng kết quả thí nghiệm ta tính được các tỷ số:
Vậy với vật có khối lượng không đổi thì gia tốc tỷ lệ thuận với lực tác dụng
GV: Đúng vậy, với sai số nhỏ trong giới hạn cho phép thì gia tốc của một vật
thu được tỷ lệ thuận với lực tác dụng lên nó, và bằng thực nghiệm chúng ta đã
chứng minh được điều đó
Nếu muốn thiết lập mối quan hệ định lượng giữa gia tốc và khối lượng của một vật thì ta phải tiến hành thí nghiệm như thế nào?
Trang 36GV: Đúng thế ta sẽ tăng khối lượng của xe lăn bằng cách thêm các quả nặng (hoặc dùng cát để điều chỉnh khối lượng) sao cho khối lượng chung của xe lăn, quả nặng và lực kế lần lượt là: M ; 2M ; 3M và tiến hành thí nghiệm 3 lần
Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng 2: Bảng 2 Khối lượng xe và lực kế: M = (g) ;t= (S) Lan | Luc |1, L lb l Al, Al, Al, Al Al TN | (N) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) 2 1 M 2M a= a= 3 3M a= Sau khi lap bang thí nghiệm, yêu cầu học sinh lập tỷ số “+ ; “+ rút ra nhận xét a, a; a _ Mm, a _ Mm; HS tính được các tỷ số và có nhận xét: ° ° a ~ 1m và 7 — a, mM, > ma,=m,a,=m,4a, GV : Như vậy với lực tác dụng không thay đổi thì tích của gia tốc với khối lượng T m
luôn không đổi hay gia tốc tỷ lệ nghịch với khối lượng: a~
Hoạt động 4: Kết luận chung và đưa ra định luật
Trang 37HS: Gia tốc mà một vật thu được dưới tác dụng của một lực tỷ lệ thuận với lực
đó và tỷ lệ nghịch với khối lượng của vật Biểu thức:
a=— m
GV: Đó cũng chính là nội dung của định luật cơ bản của chuyển động cơ học do
NiuTơn tìm ra bằng thực nghiệm quan sát và được kiểm nghiệm qua nhiều thí
nghiệm có độ chính xác cao Với biểu thức trên ta có thể suy ra được F = ma hay định luật còn được phát biểu theo cách khác: “Tích khối lượng của một vật với gia
tốc của nó bằng lực tác dụng vào vật”
Ở hai thí nghiệm trên em nào có nhận xét gì về hướng của gia tốc của vật? HS: Gia tốc a có hướng trùng với hướng của lực tác dụng lên vật
GV: Đúng vậy, giả sử khi tác dụng lực vào vật ngược chiều với chiều chuyển động của vật ta sẽ thu được gia tốc âm có chiều ngược chiều chuyển động của vật
và cùng chiều với lực tác dụng vào vật Biểu thức định luật I NiuTơn được viết dưới dạng vectơ như sau: — F — hay F =ma m Trong biểu thức trên, đơn vị khối lượng, đơn vị gia tốc và đơn vị lực được chọn trong hé SI
> Otrén day ta méi chỉ xét trường hợp có một lực tác dụng vào vật Nếu đồng thời có nhiều lực tác dụng vào vật thì quy luật trên còn đúng hay không?
Lam thế nào để kiểm tra được?
Bằng sự hướng dẫn gợi ý của GV học sinh sẽ đi tới nhận xét là có thể vẫn dùng
hai thí nghiệm trên nhưng không cân bằng ma sát Trong trường hợp này lực gây ra
Trang 38GV: Như vậy có thể khái quát lại là: Khi sử dụng công thức F =ma th
? chính là tổng hợp lực tác dụng lên vật
Định luật II NiuTơn được nghiệm đúng trong những hệ quy chiếu quán tính
s* Một số hệ quả của định luật II NiuTơn: a) Các yếu tố của vectơ lực
GV: Dựa vào công thức : F` =ma_ em nào có thể đưa ra định nghĩa định
lượng chính xác của lực :
HS: Lực là tích của khối lượng với gia tốc F= ma
GV: Đúng vậy, và nếu đơn vị của khối lượng là kg và đơn vị của gia tốc là Im/s” thì ta sẽ có đơn vị của lực là: N
1 Niutơn là lực truyền cho vật có khối lượng Ikg một gia tốc Im/s” INÑ= Ikg.Im/sŸ Ta cũng thấy từ công thức trên thì lực là một đại lượng vectơ Vectơ lực được xác định như sau: -_ Điểm đặt là vị trí mà lực đặt lên vật - _ Phương chiều là phương chiều của gia tốc mà lực gây ra cho vật -_ Độ lớn F=ma
b) Điều kiện cân bằng của một chất điểm
GV: Ta thấy rằng #” trong biểu thúc Ở =4 là hợp lực của các lực tác
dụng lên vật Vậy khi ? = 0 thì trạng thái của vật sẽ như thế nào?
a
Trang 39GV: Dung vay, khi F = 0 tức là các lực tác dụng lên vật cân bằng nhau, theo
địng luật I Niutơn thì vật sẽ đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều trong hệ quy chiếu mà ta đã chọn Trạng thái đó của vật gọi là trạng thái cân bằng
c) Khối lượng và quán tính
Theo định luật II NiuTơn, nếu các vật có khối lượng khác nhau lần lượt chịu tác dụng của cùng một lực không đổi, thì vật nào có khối lượng lớn hơn sẽ có gia tốc lớn hơn Vậy vật nào có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, tức
là càng có mức quán tính lớn hơn Như vậy ta có thể hiểu khái niệm khối lượng rõ
ràng hơn: Khối lượng của một vật là đại lượng đặc trưng cho mưíc quán tính của
vật
đ) Mối quan hệ giữa trọng lượng và khối lượng của một vật
GV: ở THCS các em đã biết rằng một vật có khối lượng m = Ikg thì có trọng
lượng P ~10N Từ bài này ta có thể áp dụng biểu thức định luật II NiuTơn để tính
trọng lực ?? của vật nếu biết khối lượng m và gia tốc rơi tự do Ø của vật
=>
Nếu vật chỉ chịu tác đụng của trong luc thi taco: P = mg Gọi độ lớn P của trọng lực là trọng lượng của vật, ta có P = mg
Như vậy tại mỗi điểm trên mặt đất trọng lượng của vật tỷ lệ thuận với khối lượng của nó
2.5 kết luận chương 2
Vận dụng các quan điểm lý luận đã trình bày ở chương 1, trong chương này chúng tôi thiết kế tiến trình dạy học bài “Định luật II NiuTon” theo PPTN
Trang 40câu hỏi hướng dẫn vừa sức dã kích thích hứng thú học tập, lôi cuốn học sinh vào hoạt động tích cực, tự lực giải quyết vấn đề trong học tập
Kết hợp được tất cả các hoạt động: dê xuất dự đoán, phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả thí nghiệm rồi rút ra kết luận đã phát huy được khả năng sáng tạo của học sinh