Vận dụng kiến thức của học phần cơ học và nhiệt học để giải thích các hiện tượng vật lí thường gặp

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Hiện nay, Các đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên trong nước nói chung và sinh viên chuyên nghành vật lí trường ĐH Hùng Vương n

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 6

CÁC KIẾN THỨC THUỘC HỌC PHẦN CƠ HỌC VÀ NHIỆT HỌC 6

1.1 Các kiến thức thuộc học phần cơ học 6

1.1.1 Các định luật của Newton 6

1.1.2 Định luật vạn vật hấp dẫn 7

1.1.3 Định luật bảo toàn động lượng 7

1.1.4 Trọng trường 7

1.1.5 Lực ma sát 8

1.1.6 Lực đẩy Achimede 8

1.2 Các kiến thức thuộc học phần nhiệt học 9

1.2.1 Các định luật thực nghiệm về khí ở áp suất thông thường 9

1.2.2 Các khái niệm về công, nhiệt lượng và nội năng 10

1.2.3 Định luật thứ nhất nhiệt động lực học 11

1.2.4 Phát biểu nguyên lí hai của nhiệt động lực học của Thomson và Clausiuts 12

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ………14

2.1 Tác dụng của bài tập trong dạy học vật lí 14

2.1.1 Bài tập giúp cho việc đào sâu, mở rộng kiến thức 14

2.1.2 Bài tập có thể là điểm khởi đầu để dẫn dắt những kiến thức mới 14

2.1.3 Giải bài tập vật lí rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát 15

2.1.4 Giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh 15

2.1.5 Giải bài tập vật lí góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh 15

2.1.6 Giải bài tập vật lí để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh 16

2.2 Phân loại bài tập vật lí 16

2.2.1 Dựa vào phương tiện giải 16

2.2.2 Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh 18

2.3 Phương pháp chung giải bài tập vật lí 19

2.3.1 Tìm hiểu đầu bài 19

2.3.2 Phân tích hiện tượng 20

2.3.3 Xây dựng lập luận 20

2.3.4 Biện luận 20

2.4 Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính 21

2.4.1 Bài tập giải thích hiện tượng 21

2.4.2 Bài tập dự đoán hiện tượng 21

CHƯƠNG 3: GIẢI THÍCH CÁC HIỆN TƯỢNG VẬT LÍ BẰNG KIẾN THỨC THUỘC HỌC PHẦN CƠ HỌC VÀ NHIỆT HỌC 26

3.1 Giải thích các hiện tượng vật lí thường gặp bằng kiến thức thuộc học phần cơ học 26

3.1.1 Các định luật của Newton 26

3.1.2 Định luật vạn vật hấp dẫn 32

3.1.3 Định luật bảo toàn động lượng 35

3.1.4 Trọng trường 36

3.1.5 Lực ma sát 39

3.1.6 Lực đẩy Achimede 44

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Hiện nay, Các đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên trong nước nói chung

và sinh viên chuyên nghành vật lí trường ĐH Hùng Vương nói riêng thường nghiêncứu về ứng dụng các phần mềm tin học trong giảng dạy môn vật lí, định dạng vàphương pháp chung để giải bài tập vật lí… mà chưa có đề tài nghiên cứu khoa họcnào về giải thích các hiện tượng vật lí thường gặp

Bên cạnh đó, xung quanh chúng ta có rất nhiều hiện tượng vật lí thường gặp vớinhững biểu hiện cụ thể của nó Hiện tượng vật lí trong sinh hoạt hằng ngày cũng có

ý nghĩa vô cùng to lớn Chúng giúp cho người học nhìn thấy khoa học vật lí xungquanh chúng ta, giúp người học có khả năng quan sát Trong khi giải bài tập này,học sinh có thể vận dụng kiến thức của mình để phân tích các hiện tượng vật líkhác nhau trong đời sống; trong kỹ thuật, có những bài tập đòi hỏi phải có kinhnghiệm lao động, thực tế hàng ngày mới có thể giải thích được Thông qua việc giảithích các hiện tượng vật lí có thể giới thiệu về các quan điểm, tư tưởng tiến bộ, cácđịnh luật, các nhà vật lí vĩ đại của nhân loại.Tuy nhiên, hiện nay có rất ít tác giảviết các cuốn sách về giải thích các hiện tượng vật lí Đặc biệt ở các trường phổthông thì trong các bài giảng các giáo viên ít khi đưa kiến thức vừa học vào thựctiễn để giải thích các hiện tượng vật lí thường gặp Vì vậy, khi gặp những hiệntượng vật lí đa phần học sinh thường gặp khó khăn Đồng thời, các đề tài nghiêncứu khoa học của sinh viên chủ yếu tập chung vào các phương pháp và cách giảibài tập định lượng hơn là các bài tập định tính Học sinh không biết các kiến thứcmình học được biểu hiện trong thực tế như thế nào? Và vận dụng nó để tạo ranhững thiết bị gì phục vụ trong đời sống?

Sinh viên lớp K10- Đại Học Sư Phạm Vật lí mới chỉ học hai học phần cơ học

và nhiệt học Vì vậy chúng em đã vận dụng các kiến thức đã học thuộc học phần cơhọc và nhiệt học để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp

2 Lý do chọn đề tài

Vật lí là một môn khoa học cơ sở của kĩ thuật, được ứng dụng rộng rãi trong sảnxuất và đời sống Vì vậy, trong đời sống, trong tự nhiên, trong lao động sản xuất, taluôn gặp các hiện tượng vật lí Các hiện tượng vật lí luôn diễn ra hàng ngày, hànggiờ Ta có thể gặp ở bất cứ nới đâu, luôn có những câu hỏi được đặt ra “Sự việcxảy ra như thế nào? Tại sao lại xảy ra như thế này mà không xảy ra như thế kia?”

Ta có thể sử dụng kiến thức vật lí và đặc biệt là các kiến thức thuộc học phần cơhọc và nhiệt học để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp Việc áp dụngcác kiến thức thuộc học phần cơ học và nhiệt học để giải thích các hiện tượng vật líthường gặp sẽ làm tăng tính hấp dẫn của môn học, giúp học sinh hiểu sâu sắc hơncác kiến thức đã học và rèn luyện kĩ năng vận dụng Quan trọng hơn là nó từngbước tạo cho học sinh một trực giác nhạy bén quan sát và giải thích các hiện tượngvật lí Có hiểu biết những hiện tượng đó, học sinh mới có thể nhận thức đúng đắn

về tự nhiên và những việc làm của mình

Marie Curie đã từng nói: “Cuộc sống không có gì khiến ta phải sợ hãi

Cuộc sống chỉ là để ta tìm hiểu và khám phá”

Thật vậy! Tri thức là vô cùng rộng lớn với nhiều vấn đề đòi hỏi con người

phải tìm hiểu, khám phá và giải đáp Vì vậy việc cần làm của chúng ta là áp dụngcác kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề cơ bản là rất cần thiết Dân gian ta cócâu tục ngữ: “Học đi đôi với hành” nêu lên tầm quan trọng của việc kết hợp học tậpgiữa lý thuyết và vận dụng chúng Học vật lí đồng thời dùng chính lý thuyết mìnhhọc được để giải thích các hiện tượng thú vị trong cuộc sống hàng ngày là mộtcông việc có ý nghĩa thiết thực

Tuy nhiên, trong các bài giảng của giáo viên vật lí phổ thông thường thiếu phầnvận dụng giải thích các hiện tượng thường gặp trong cuộc sống hàng ngày nên họcsinh học vật lí không biết để làm gì, dẫn đến sự nhàm chán…

Hơn thế nữa, các cuộc thi Olympic vật lí sinh viên được tổ chức hàng năm,trong đề thi, bài tập giải thích các hiện tượng vật lí (bài tập định tính) chiếm mộtphần, quyết định không nhỏ tới thành tích của thí sinh.

Xuất phát từ các lý do trên và mong muốn góp phần làm phong phú hơn nữa các tàiliệu của môn học này để các sinh viên chuyên ngành vật lí và mọi người quan tâm

xem đó như một tài liệu tham khảo Đó là lý do chúng em chọn đề tài: “Vận dụng

kiến thức của học phần cơ học và nhiệt học để giải thích các hiện tượng vật lí thường gặp”.

3 Mục tiêu đề tài

Giải thích các hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống thuộc học phần cơ học

và nhiệt học

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

+) Đối tượng nghiên cứu: Các hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống

+) Phạm vi nghiên cứu: Học phần cơ học và nhiệt học

CHƯƠNG 1 CÁC KIẾN THỨC THUỘC HỌC PHẦN CƠ HỌC VÀ NHIỆT HỌC 1.1 Các kiến thức thuộc học phần cơ học

1.1.1 Các định luật của Newton

a) Định luật thứ nhất của Newton

Khi một chất điểm cô lập (tức là không chịu tác dụng của ngoại lực), nếu đangđứng yên vật sẽ tiếp tục đứng yên, nếu đang chuyển động thì vật sẽ tiếp tục chuyểnđộng thẳng đều

Ta có thể phát biểu lại định luật I Newton: Một chất điểm cô lập bảo toàn trạng tháichuyển động của nó

b) Định luật thứ hai của Newton

làmột chuyển động có gia tốc Gia tốc chuyển động của chất điểm tỉ lệ với tổng hợplực tác dụng F

và tỉ lệ nghịch với khối lượng của chất điểm ấy

m là khối lượng của chất điểm

Phương trình (1.1) là phương trình cơ bản của cơ học chất điểm

c) Định luật thứ ba của Newton

 thì đồng thời chất điểm B

 Hai lực FAB



và đồng thời tồn tại, cùngphương, ngược chiều, cùng cường độ và đặt lên hai chất điểm A và B khác nhau

FBA FAB

(1.2)

Một trong hai lực sẽ gọi là lực tác dụng, lực còn lại sẽ gọi là phản lực Tổng vectơcủa lực tác dụng và phản lực bằng 0 nhưng hai lực này không khử nhau vì điểm đặtcủa chúng là lên hai vật khác nhau.

1.1.2 Định luật vạn vật hấp dẫn

lên nhau những lực hút bằng nhau, phương tác dụng là đường thẳng nối hai chấtđiểm, độ lớn tỉ lệ với tích khối lượng của hai chất điểm và tỉ lệ nghịch với bìnhphương khoảng cách giữa chúng

G 6,67.10  11Nm kg2 / 2

1.1.3 Định luật bảo toàn động lượng

Tổng động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn

AdA Pdz Pz  Pz mgz  mgz (1.6)

Ta thấy rằng công A của chất điểm dịch chuyển trong trọng trường chỉ phụ thuộc

vào vị trí điểm đầu và điểm cuối, do vậy trọng trường đều là một trường lực thế.

+) Định luật bảo toàn cơ năng:

Đối với chất điểm khối lượng m chuyển động trong trọng trường đều thì cơ năngđược bảo toàn

2 2

Ta có thể giải thích lực ma sát động một cách đơn giản như sau : sở dĩ lực ma sát

giảm đi Thực vậy, khi chưa trượt, các điểm tiếp xúc giữa hai mặt được coi như bị

hàn lạnh nên dính hai mặt với nhau Một khi các mặt trượt trên nhau, các vết hàn li

ti đó bị phá vỡ ra, ma sát đó giảm đi

b) Lực ma sát lăn

Khi một vật lăn trên mặt một vật khác thì xuất hiện lực ma sát lăn Thực nghiệmcho thấy rằng, với cùng một áp lực thì lực ma sát lăn nhỏ hơn lực ma sát trượt hàngchục lần

c) Lực ma sát nghỉ

Khi hai mặt tiếp xúc có xu hướng trượt nhưng chưa dịch chuyển tương đối đối vớinhau thì xuất hiện lực ma sát nghỉ Ma sát nghỉ bao giờ cũng trực đối với ngoại lực.Lực ma sát nghỉ là trường hợp riêng của lực ma sát trượt và lực ma sát lăn

1.1.6 Lực đẩy Achimede

Giả sử ta có một chất lưu ở trạng thái nghỉ (trạng thái đứng yên) Chọn hệ trục tọa

độ Oz hướng thẳng đứng lên trên, gốc tại biên tiếp xúc mặt chất lưu – không khí.Giả sử chất lưu là không nén:

 const Lực đẩy Achimede, có giá trị bằng:

F p A p A2  1 p2  p A1  ghA gV (1.8)Trong đó:

gV

+) Nội dung định luật Achimede:

Lực đẩy hướng từ dưới lên trên có trị bằng trọng lượng của khối chất lưu mà thểtích bằng phần thể tích vật rắn ngâm trong chất lưu

1.2 Các kiến thức thuộc học phần nhiệt học

1.2.1 Các định luật thực nghiệm về khí ở áp suất thông thường

a) Định luật Bôilơ – Mariôt: Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích Vcủa một lượng khí xác định là một hằng số

pV = const (1.9)

b) Định luật Saclơ: Đối với một lượng khí đã cho, khi giữ nguyên thể tích thì ápsuất của khí biến thiên theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ

p t p0 ( 1  t) (1.10)c) Định luật Gay Luyxac: Độ biến thiên tương đối của thể tích của lượng khí đã cho

tỉ lệ thuận với biến thiên nhiệt độ khi áp suất không đổi

d) Định luật Đantôn: Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần củacác khí có trong hỗn hợp khí đó.

p = p 1 + p 2 + p 3 +… (1.12)

Trong đó:

p là áp suất chung của cả hỗn hợp khí

Chú ý: Các định luật Bôilơ – Mariôt và Gay Luyxac chỉ đúng khi chất khí ở nhiệt

độ vá áp suất thông thường của phòng thí nghiệm Khi áp suất của khối khí quá lớnhay nhiệt độ của khối khí quá thấp thì các chất khí không tuân theo các định luật đó

nữa

1.2.2 Các khái niệm về công, nhiệt lượng và nội năng

a) Công: Trong quá trình biến đổi trạng thái, hệ sẽ trao đổi công với môi trườngbên ngoài Quy ước hệ nhận công thì công âm và hệ sinh công thì công dương

Biểu thức tính công trong NĐLH:

Trong đó: c là nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật (J/kg.K)

m là khối lượng của vật (kg)

Δt là độ biến thiên nhiệt đột là độ biến thiên nhiệt độ

Q là nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra

d) Nhiệt dung của một hệ: là đại lượng được xác định bởi tỷ số giữa nhiệt lượng mà

hệ nhận được và độ tăng nhiệt độ của hệ

- Nhiệt dung mol (nhiệt dung phân tử)

Nếu lấy khối lượng của hệ là 1 mol của chất cấu tạo nên hệ thì ta có nhiệt dungmol:

e) Nhiệt biến đổi trạng thái

Có những trường hợp hệ trao đổi nhiệt với vật khác hay với môi trường mà nhiệt

độ của nó không đổi

Sự biến đổi trạng thái của chất là sự chuyển từ trạng thái này sang trạng thái kháccủa chất Trong quá trình biến đổi trạng thái, nhiệt độ của hệ không đổi mặc dù hệvẫn nhận hay tỏa nhiệt Nhiệt lượng trao đổi trong quá trình biến đổi trạng thái

được gọi là nhiệt biến đổi trạng thái.

Kết luận từ thực nghiệm: Tổng đại số nhiệt lượng và công (Q – A) mà hệ nhận vào

là như nhau với mọi quá trình, tổng đại số này chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu vàtrạng thái cuối của hệ, trong khi giá trị cụ thể của Q và A phụ thuộc vào đường điđưa hệ từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối

b) Phát biểu định luật thứ nhất của NĐLH:

Tổng đại số công A và nhiệt lượng Q mà hệ trao đổi với môi trường ngoài bằng độ

thuộc vào quá trình cụ thể được thực hiện mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu (1)

và trạng thái cuối (2) của quá trình

c) Biểu thức của định luật:

 U  U2 U1 Q  A (1.19)

Hoặc Q   U  A (1.20)

Đối với một quá trình nguyên tố, định luật thứ nhất của NĐLH được viết:

dU    Q A   Q dU    A (1.21)d) Định luật thứ nhất – trường hợp riêng của định luật bảo toàn năng lượng

Ta có thể coi định luật thứ nhất của NĐLH như sự vận dụng định luật bảo toànnăng lượng cho nội năng của hệ và cho các quá trình có thực hiện công và truyềnnhiệt

1.2.4 Phát biểu nguyên lí hai của nhiệt động lực học của Thomson và Clausiuts

+) Phát biểu của Thomson:

“Không thể biến được toàn bộ nhiệt thành công mà không để lại dấu vết gì ở môitrường xung quanh”

Nói cách khác:

“Không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại hai”

+) Phát biểu của Claudiut:

“Nhiệt không thể truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn mà không để lại dấu vết gìcho môi trường xung quanh”

Nói cách khác:

“Nhiệt không tự động truyền từ lạnh sang nóng”

+) Sự tương đương giữa 2 cách phát biểu định luật thứ hai của NĐLH

Để chứng minh sự tương đương giữa hai cách phát biểu, phải chứng minh hai mệnh

đề sau:

Mệnh đề 1: Nếu Thomson sai thì Claudiut sai.

Mệnh đề 2: Nếu Claudiut sai thì Thomson sai

1.2.5 Thuyết động học phân tử

- Tất cả các vật đều cấu tạo bởi các nguyên tử và phân tử

- Các phân tử và nguyên tử luôn luôn chuyển động (gọi là chuyển động nhiệt)

- Các tính chất của các vật thể vĩ mô được giải thích bằng tương tác của các phân

tử đã tạo thành chúng

của một phân tử, còn tương tác giữa các phân tử được giải thích bằng thế năng

các áp suất thấp, do các khoảng cách giữa các phân tử lớn nê ta có thể bỏ qua thế

khí đủ loãng, người ta phải tìm được những định luật tổng quát cho các chất khí

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ

2.1 Tác dụng của bài tập trong dạy học vật lí

2.1.1 Bài tập giúp cho việc đào sâu, mở rộng kiến thức

Trong giai đoạn xây dựng kiến thức, học sinhnắm được cái chung, cái khái quát của các định luật, các khái niệm và cũng là cáitrừu tượng Trong các bài tập, học sinh phải vận dụng những kiến thức khái quát,trừu tượng đó vào trong những trường hợp cụ thể rất đa dạng, nhờ vậy mà học sinhnắm được cái biểu hiện cụ thể của chúng trong thực tế, phát hiện ngày càng nhiềunhững hiện tượng thuộc ngoại diện của các khái niệm hoặc chịu chi phối của cácđịnh luật hay thuộc phạm vi ứng dụng của chúng Quá trình nhận thức các kháiniệm, định luật vật lí không kết thúc ở việc xây dựng nội hàm của các khái niệm,định luật vật lí mà còn tiếp tục ở giai đoạn vận dụng vào thực tế

Vật lí không phải tồn tại trong đầu chúng ta dưới dạng những mô hình trừutượng do ta nghĩ ra, mà là sự phản ánh thực tế phong phú, sinh động tuy nhiên, cáckhái niệm, định luật vật lí thì rất đơn giản, còn biểu hiện của chúng trong tự nhiênthì rất phức tạp bởi vì các hiện tượng có thể chi phối bởi nhiều định luật, nhiềunguyên nhân đồng thời hay liên tiếp chồng chéo lên nhau Bài tập sẽ giúp luyện tậpcho học sinh phân tích để nhận biết được những trường hợp phức tạp đó

Bài tập vật lí là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khi giải bàitập, học sinh phải nhớ lại kiến thức đã học, có khi phải sử dụng tổng hợp nhữngkiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần của chương trình

2.1.2 Bài tập có thể là điểm khởi đầu để dẫn dắt những kiến thức mới

Ở những lớp trên của bậc trung học phổ thông, với trình độ toán học đã kháphát triển, nhiều khi các bài tập được sử dụng khéo léo có thể dẫn học sinh tớinhững suy nghĩ về một hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra Ví dụ, trong khi vậndụng định luật thứ hai của Newton để giải bài toán hai vật tương tác, có thể thấymột đại lượng không đổi là động lượng của hai vật tương tác Kết quả của việc giải

bài tập đó dẫn đến việc cần thiết phải xây dựng khái niệm động lượng và định luậtbảo toàn động lượng.

2.1.3 Giải bài tập vật lí rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát.

Bài tập vật lí là một trong những phương tiện rất quý báu để rèn luyện kỹnăng, kỹ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiếnthức khái quát đã thu nhận được để giải quyết các vấn đề thực tiễn Có thể xâydựng rất nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, trong đó yêu cầu học sinh phải vậndụng kiến thức lí thuyết để giải thích các hiện tượng thực tiễn hoặc dự đoán cáchiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước.TheoM.A.Đanilov: “Kiến thức sẽ được nắm vững thật sự, nếu học sinh có thể vận dụngthành thạo chúng hoàn thành vào những bài tập lí thuyết hay thực hành”

2.1.4 Giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh

Trong khi làm bài tập, do phải tự mình phân tích các điều kiện của đề bài, tựxây dựng những lập luận Kiểm tra và phê bình những kết luận mà học sinh rút rađược nên tư duy của học sinh được phát triển, năng lực làm việc tự lực của họ đượcnâng cao, tính kiên trì được phát triển Mục đích đặt ra khi giải bài tập vật lí là làmsao cho học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lí, biết phân tích và ứng dụngchúng vào những vấn đề thực tiễn, tính toán kỹ thuật và cuối cùng phát triển đượcnăng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề

2.1.5 Giải bài tập vật lí góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Có nhiều bài tập vật lí không chỉ dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiếnthức đã học còn giúp bồi dưỡng cho học sinh tư duy sáng tạo Đặc biệt là những bàitập giải thích hiện tượng, bài tập thí nghiệm, bài tập thiết kế dụng cụ rất có ích vềmặt này

Trong thực tiễn dạy học, tư duy vật lí của học sinh thường hiểu là kĩ năng quan sáthiện tượng vật lí, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận thànhphần và xác lập ở trong chúng những mối liên hệ giữa các mặt định tính và định

lượng của các hiện tượng và của các đại lượng vật lí, đoán trước các hệ quả từ các

lí thuyết và áp dụng được kiến thức của mình Trừ một số bài tập đơn giản chỉ đềcập đến một hiện tượng vật lí đa số các hiện tượng nêu lên trong những bài tập làphức tạp Để giải được chúng, phải phân tích hiện tượng phức tạp ấy thành các bàitập đơn giản Đồng thời thông thường trong quá trình giải quyết các tình huống cụthể nêu lên trong bài tập, học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy để tìm hiểu,giải quyết vấn đề và rút ra kết luận cần thiết Nhờ thế, tư duy được phát triển vànăng lực làm việc tự lực của học sinh được nâng cao

2.1.6 Giải bài tập vật lí để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh

Bài tập vật lí cũng là một phương tiện có hiệu quả để kiểm tra mức độ nắmvững kiến thức của học sinh Tùy theo cách đặt câu hỏi kiểm tra, ta có thể phân loạiđược các mức độ nắm vững kiến thức của học sinh, khiến cho việc đánh giá chấtlượng kiến thức của học sinh được chính xác

Kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát hiện trình độphát triển trí tuệ, làm bộc lộ những khó khăn, sai lầm của học sinh trong học tậpđồng thời giúp họ vượt qua những khó khăn và khắc phục các sai lầm đó

2.2 Phân loại bài tập vật lí

Có nhiều cách phân loại bài tập vật lí, ở đây ta phân loại bài tập vật lí theophương tiện giải và mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh

2.2.1 Dựa vào phương tiện giải

● Dạng 1: Bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập khi giải chỉ cần làm những phép tính đơngiản, có thể tính nhẩm, yêu cầu giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy ra trongnhững điều kiện xác định

Bài tập định tính giúp hiểu rõ bản chất của các hiện tượng vật lí và những quy luậtcủa chúng, áp dụng những tri thức lý thuyết vào thực tiễn Bài tập định tính có rấtnhiều ưu điểm vè mặt phương pháp học Nhờ đưa được lý thuyết vừa học lại gần

với đời sống xung quanh, các bài tập này làm tăng thêm ở học sinh hứng thú vớimôn học, tạo điều kiẹn phát triển óc quan sát của học sinh.

Đối với loại bài tập định tính, việc xác lập lời giải thường gây cho học sinh nhiềukhó khăn vì nó đòi hỏi phải lập luận một cách lôgic, có căn cứ đầy đủ và xác đáng

về mặt kiến thức Thực tế giảng dạy cho thấy, do ít được vận dụng kiến thức vàothực tiễn, ít được tiếp cận với các dạng bài tập định tính trong quá trình học tập,nên đứng trước những bài tập định tính, học sinh thường có xu hướng đưa ra nhữnglời giải đáp không thỏa đáng, hời hợt, thậm chí không chính xác, nhiều học sinh đãthu gọn toàn bộ những lập luận cần thiết vào một cái tên gọi của khái niệm, củađịnh luật hay của một hiện tượng vật lí nào đó Chẳng hạn, với câu hỏi: “Tại saongười ngồi trên xe ô tô đang chuyển động có xu hướng bị ngã xô tới phía trước nếu

xe dừng lại đột ngột?” Câu trả lời theo kiểu mượn tên của khái niệm như “Sở dĩngười ngồi trên xe có xu hướng bị ngã xô tới phía trước nếu xe dừng lại đột ngột là

do người đó có quán tính” là không thể chấp nhận được

Để giải bài tập định tính, có khi học sinh chỉ cần áp dụng một định luật, một quytắc hay một phép suy luận lôgíc là có thể giải quyết được (như loạibài tập địnhtínhđơn giản); cũng có khi học sinh phải áp dụng một chuỗi các phép suy luận lôgícdựa trên cơ sở của các định luật, quy tắc có liên quan mới có thể giải quyết được(như loại với cácbài tập định tínhtổng hợp); thậm chí có khi học sinh phải dựa vàovốn kiến thức của mình về sự hiểu biết các quy tắc, định luật, trên cơ sở các phépsuy luận lôgic mới có thể tự lực tìm ra những phương án tốt nhất để giải quyết yêucầu của đề bài (như loại bài tập định tính sáng tạo)

● Dạng 2: Bài tập định lượng

Bài tập định lượng là dạng bài tập khi giải cần phải thực hiện một loạt cácphép tính và kết quả thu được một đáp số định lượng, tìm được một số giá trị củamột số đại lượng vật lí Có thể chia bài tập tính toán thành hai loại: bài tập tập dượt

và bài tập tổng hợp

Bài tập tính toán tập dượt: là những bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó đề cậpđến một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép tính đơn giản Nhữngbài tập này có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học sinh hiểu rõ

ý nghĩa của các định luật và các công thức biẻu diẽn của chúng, sử dụng các đơn vịvật lí và thói quen cần thiết để giải những bài tập phức tạp hơn

Bài tập tính toán tổng hợp: là bài tập mà muốn giải quyết nó thì phải vận dụngnhiều khái niệm, định luật, công thức Những kién thức cần sử dụng trong viẹc giảibài tập tổng hợp có thể là những kiến thức đã học trong nhiều bài trước Loại bàitập này có tác dụng đặc biệt giúp học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy rõnhững mối liên hệ khác nhau giữa các phần của chương trình vật lí, tập cho họcsinh biết phân tích những hiện tượng thực tế phức tạp thành những phần đơn giảntuân theo một định luật xác định

● Dạng 3: Bài tập đồ thị

Bài tập đồ thị là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giảiphải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đò hỏi học sinh phải biểu diễnquá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị

● Dạng 4: Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lờigiải lí thuyết để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập Những thí nghiệmnày thường là những thí nghiệm đơn giản có thể làm ở nhà, với những dụng cụ đơngiản dễ tìm hoặc tự làm được Để giải bài tập thí nghiệm, đôi khi cũng cần đếnnhững thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải tới phòng thí nghiệm vật lí của trường phổthông để thực hiện, nhưng dù sao thì vẫn là những thí nghiệm đơn giản Bài tập thínghiệm cũng có thể có dạng định tính và định lượng Bài tập thí nghiệm có nhiềutác dụng tốt về cả ba mặt giáo dưỡng, giáo dục và giáo dục kỹ thuật tổng hợp, đặcbiệt giúp làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí thuyết và thực tiễn

2.2.2 Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh

● Dạng 1: Bài tập cơ bản, áp dụng

Là những bài cơ bản, đơn giản đề cập tới một hiện tượng, một định luật vật líhay sử dụng vài phép tính đơn giản giúp học sinh củng cố kiến thức vừa học, tìmhiểu các ý nghĩa định luật và nắm vững các công thức các bài tập vật lí để giải cácbài tập phức tạp hơn.

● Dạng 2: Bài tập tổng hợp và nâng cao

Là những bài tập khi giải cần vận dụng nhiều kiến thức, định luật, sử dụng kếthợp nhiều công thức Loại bài tập này có tác dụng giúp học sinh đào sâu, mở rộngkiến thức, thấy đực mối liên hệ giữa các phần của chương trình vật lí và biết phântích những hiện tượng phức tạp trong thực tế thành những thành phần đơn giản theomột định luật vật lí xác định Loại bài tập này cũng nhằm mục đích giúp học sinhhiểu rõ nội dung vật lí của các định luật, quy tắc biểu hiện dưới dạng công thức

2.3 Phương pháp chung giải bài tập vật lí

Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo

đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết Nó không những giúphọc sinh nắm vững kiến thức mà còn giúp học sinh rèn luyện kỹ năng suy luậnlogic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch Bài tập vật lí rất đa dạng, cho nênphương pháp giải cũng rất phong phú Tuy nhiên có thể vạch ra một dàn bài chunggồm các bước chính như sau:

2.3.1 Tìm hiểu đầu bài

Bước này bao gồm việc xác định ý nghĩa vật lí của các thuật ngữ, phân biệtđâu là ẩn số, đâu là dữ kiện Trong rất nhiều trường hợp, ngôn ngữ trong đầu bàikhông hoàn toàn trùng với ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu các định nghĩa, cácđịnh luật, các quy tắc vật lí, cần chuyển sang ngôn ngữ vật lí tương ứng thì mới dễ

áp dụng các định nghĩa, quy tắc, định luật vật lí

Với những bài tập tính toán, sau khi tìm hiểu đầu bài cần dùng các kí hiệu đểtóm tắt đầu bài cho gọn Trong trường hợp cần thiết, phải vẽ hình để diễn đạtnhững điều kiện của đầu bài Nhiều khi hình vẽ giúp học sinh dễ nhận biết diễnbiến các hiện tượng, mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí

2.3.2 Phân tích hiện tượng

Trước hết là nhận biết những dữ liệu trong đầu bài có liên quan đến những kháiniệm nào, hiện tượng nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật lí Xác định các giaiđoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đầu bài, mỗi giai đoạn bị chi phối bởinhững đặc tính nào, định luật nào Cần phải hình dung rõ toàn bộ diễn biến của cáchiện tượng và các định luật chi phối nó trước khi xây dựng bài giải cụ thể Có nhưvậy mới hiểu rõ được bản chất của các hiện tượng, tránh sự mò mẫm, máy móc ápdụng các công thức

2.3.3 Xây dựng lập luận

Thực chất của bước này là tìm quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đãcho Đối với những bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng lập đểgiải là phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

+) Theo phương pháp phân tích thì xuất phát từ ẩn số, tìm ra mối quan hệ giữa ẩn

số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định, diễn đạt bằng mộtcông thức có chứa ẩn số Sau đó, tiếp tục phát triển lập luận hoặc biến đổi côngthức này theo những dữ kiện đã cho, tìm được công thức giữa ẩn và dữ kiện đã cho.+) Theo phương pháp tổng hợp thì ngược lại, điểm xuất phát không phải là ẩn số

mà từ dữ kiện của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi công thức diễn đạt mốiquan hệ giữa các dữ kiện đã cho với các đại lượng khác để dẫn tới công thức chứa

ẩn và dữ kiện đã cho

2.3.4 Biện luận

Trong bước này, ta phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả

không phù hợp với điều kiện đầu bài tập hoặc không phù hợp với thực tế Việc biệnluận này cũng là một cách để kiểm tra sự đúng đắn của quá trình lập luận Đôi khinhờ sự biện luận này mà học sinh có thể tự phát hiện ra những sai lầm của quá trìnhlập luận, sự vô lý của kết quả thu được

2.4 Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập khi giải học sinh không cần phải thực hiệncác phép tính phức tạp hay chỉ làm những phép tính đơn giản có thể nhẩm được.Muốn giải được những bài tập này học sinh phải thực hiện những phép suy luậnlogic, do đó phải hiểu rõ được bản chất của các khái niệm, các định luật vật lí và

nhận biết được cái biểu hiện của chúng Bài tập định tính có hai dạng: giải thích

hiện tượng và dự đoán hiện tượng

2.4.1 Bài tập giải thích hiện tượng

Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết hiện tượng và giải thích xem vì saohiện tượng đó lại xảy ra như thế Nói cách khác là biết hiện tượng và giải thíchnguyên nhân của nó Nguyên nhân đó là những đặc tính, những định luật vật lí Bàitập giải thích hiện tượng là những suy luận logic, là bài tập tư duy tốt với học sinh.Ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu các định nghĩa, các định luật vật lí nhiều khi lạikhông phù hợp với ngôn ngữ thông thường dùng để mô tả hiện tượng Vì vậy cần

mô tả hiện tượng theo ngôn ngữ vật lí, phân tích hiện tượng phức tạp ra các hiệntượng đơn giản

2.4.2 Bài tập dự đoán hiện tượng

Bài tập dự đoán hiện tượng là căn cứ vào điều kiện cụ thể của đầu bài, xâydựng các định luật chi phối hiện tượng và dự đoán hiện tượng gì xảy ra và xảy ranhư thế nào Như vậy là ta đã biết những điều kiện cụ thể để tìm ra quy luật chungchi phối hiện tượng và rút ra kết luận

2.4.3 Các bước giải bài tập định tính

a) Tìm hiểu đề bài

Trong nhiều trường hợp, ngôn ngữ dùng trong đề bài không hoàn toàn trùng vớingôn ngữ dùng trong lời phát biểu của các định nghĩa, định luật, các quy tắc vật líthì phải chuyển chúng sang ngôn ngữ vật lí tương ứng để thấy rõ được mối liênquan giữa hiện tượng đã nêu trong đề bài với nội dung các kiến thức vật lí tươngứng

Đọc kĩ đề bài tập để tìm hiểu các thuật ngữ chưa biết, tên gọi các bộ phận của cấutrúc, xác định ý nghĩa vật lí của các thuật ngữ, tóm tắt đầy đủ các giả thiết và nêubật câu hỏi chính của bài tập (cần xác định cái gì? mục đích cuối cùng của bài giải

là gì) Khảo sát chi tiết các đồ thị, sơ đồ, hình vẽ đã cho trong bài tập hoặc nếucần thiết phải vẽ hình để diễn đạt những điều kiện của đề bài, điều này có ý nghĩaquan trọng trong việc nhận biết diễn biến của hiện tượng hay nhận biết mối quan hệgiữa các đại lượng vật lí

b) Phân tích hiện tượng

Sau khi đã chuyển các ngôn ngữ thông thường sang ngôn ngữ vật lí, ta tìm hiểuxem các dữ kiện của đề bài đề cập đến hiện tượng vật lí nào, hình dung toàn bộdiễn biến của hiện tượng Nghiên cứu các dữ kiện ban đầu của bài tập (nhữnghiện tượng gì, sự kiện gì, những tính chất gì của vật thể, những trạng thái nào của

hệ ) để nhận biết chúng có liên quan đến những khái niệm nào, quy tắc nào,định luật nào đã học trong vật lí Tiếp theo cần tìm xem các giai đoạn diễn biếncủa hiện tượng có liên quan đến những khái niệm, những định luật vật lí nào đểdựa vào đó xây dựng lập luận

c) Xây dựng lập luận

Vận dụng các định luật, quy tắc vật lí (đã xác định ở khâu phân tích hiện tượng)

để thiết lập mối quan hệ giữa hiện tượng cần giải thích hay dự đoán với những dữkiện cụ thể đã cho

- Đối với bài tập giải thích hiện tượng: Dạng bài tập này đã cho biết hiện tượng

và yêu cầu giải thích nguyên nhân diễn ra hiện tượng ấy Nguyên nhân chính lànhững đặc tính, những định luật vật lí Do đó ta cần:

+ Tìm xem đề bài đã đề cập đến những dấu hiệu có liên quan đến tính chất, địnhluật vật lí nào Phát biểu đầy đủ tính chất, định luật đó

+ Thiết lập được mối quan hệ giữa một hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của

sự vật hay định luật vật lí, tức là phải thực hiện được phép suy luận lôgic, trong

đó cơ sở kiến thức phải là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí có

tính tổng quát áp dụng vào điều kiện cụ thể của đề bài mà kết quả cuối cùng chính

là hiện tượng đã được nêu ra trong đề bài

Những hiện tượng thực tế thường rất phức tạp, trong khi đó các định luật vật lí lạikhá đơn giản, nên thoạt nhìn thì khó có thể phát hiện ngay được mối quan hệ giữahiện tượng đã cho với những định luật vật lí đã biết Trong những trường hợp nhưthế, cần phân tích hiện tượng phức tạp ra các hiện tượng đơn giản, sao cho mỗi hiệntượng đơn giản chỉ tuân theo một định luật hay một quy tắc nhất định

Thực tế cho thấy, khi giải thích hiện tượng, vì trong đề bài đã nêu rõ hiện tượng vàkết quả của hiện tượng, nên nhiều khi trong lời giải thích có chỗ bị sai mà khôngxác định được mình sai ở điểm nào Nên hết sức thận trọng khi phát biểu các địnhluật, các quy tắc dùng làm cơ sở cho lập luận, việc phát biểu đầy đủ, chính xác vềnội dung có tác dụng tránh được những sai sót trong lời giải thích hiện tượng

- Đối với bài tập dự đoán hiện tượng: Dạng bài tập này yêu cầu phải dựa vào nhữngđiều kiện cụ thể đã cho ở đề bài, tìm những định luật chi phối hiện tượng và dựđoán được hiện tượng sẽ diễn ra cũng như quá trình diễn ra hiện tượng đó

Đối với loại câu hỏi dự đoán hiện tượng, trước hết cần phải “khoanh vùng” kiếnthức bằng cách căn cứ vào những dấu hiệu ban đầu (các dụng cụ thí nghiệm, dạng

đồ thị, cấu tạo vật thể, trạng thái ban đầu của hệ ) để liên tưởng, phán đoán chúng

có thể liên quan đến những quy tắc nào, định luật vật lí nào đã biết Kết quả củaviệc “khoanh vùng” ban đầu là hết sức quan trọng bởi lẽ nếu “khoanh vùng” quárộng thì quá trình giải sẽ càng thêm phức tạp, còn nếu sai lầm ở khâu này thì chắcchắn sẽ dẫn đến những dự đoán sai về bản chất của hiện tượng

Với các trường hợp có quá trình diễn biến phức tạp, cần phân tích rõ các giai đoạndiễn biến của cả quá trình, phải tìm được mối liên hệ gắn kết giữa các quy tắc, địnhluật vật lí với mỗi giai đoạn diễn biến tương ứng Cuối cùng, từ những phân tích vềdiễn biến của quá trình và việc vận dụng các kiến thức vật lí liên quan đã tìm đượccho phép ta có thể dự đoán hiện tượng một cách chính xác

d) Biện luận

Phân tích xem hiện tượng được giải thích (hay dự đoán) như thế đã phù hợp với cácyêu cầu và các dữ kiện của đề bài cũng như đã phù hợp với thực tế hay chưa Kiểmtra lại toàn bộ quá trình giải bài tập và nêu kết quả cuối cùng.