Sử dụng bài tập hình thành kiến thức mới trong dạy học chương Các định luật bảo toàn - vật lí 10 THPT

LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thế Khôi người tận tình giúp đỡ em trình nghiên cứu hoàn thiện luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại học Sư phạm, đặc biệt thầy cô tổ Phương pháp dạy học mơn Vật lí giúp em hồn thành khóa học Tơi xin cảm ơn Ban giám hiệu, thầy giáo tổ Vật lí trường THPT Bến Tre, THPT Xuân Hòa, THPT Phúc Yên thuộc Thị xã Phúc Yên Tỉnh Vĩnh Phúc tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành thực nghiệm đề tài Xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln động viên giúp đỡ để tơi hồn thành khóa học này! Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Tác giả Nguyễn Thị Thu Hương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực, khách quan chưa công bố cơng trình khoa học khác Tác giả Nguyễn Thị Thu Hương Danh mơc c¸c ký hiƯu, Các chữ viết tắt STT Ch vit y Ch viết tắt Nhà xuất NXB Trung học phổ thông THPT Sách giáo khoa SGK Giáo viên GV Học sinh HS Câu hỏi đặt cho học sinh O Hoạt động giáo viên ◊ Hoạt động học sinh  Thực nghiệm TN 10 Đối chứng ĐC 11 Kiến thức KTM 12 Bài tập vật lí BTVL 13 Thực nghiệm sư phạm TNSP 14 Hoạt động tư HĐTD 15 K thut KT Danh mục bảng STT Bng Tên bảng 1.1 Sơ đồ phân loại tập vật lí 14 2.1 Sơ đồ cấu trúc chương “Các định luật bảo 36 Trang toàn” 2.4.1.1 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị 41 kiến thức : Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng 2.4.2.1 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị 51 kiến thức : Công Công suất 2.43.1 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị 55 kiến thức : Động 2.4.4.1 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị 61 kiến thức : Thế 2.4.5.1 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị 66 kiến thức : Cơ 3.1 Kết thực nghiệm sư phạm 88 3.2 Tổng hợp kết thực nghiệm sư phạm 89 10 3.3 Phân phối tần số 89 11 3.4 Phân phối tần suất 89 12 3.5 Phân phối tần số tích lũy  A ( i) 90 i 13 3.6 Tổng hợp số liệu xác định tham số đặc 92 trưng 14 3.7 Tổng hợp tham số x, S2, S, V 92 danh mục đồ thị biểu đồ STT th, Tên đồ thị biểu đồ Trang biểu đồ 3.1 Đồ thị đường phân bố tần suất lớp đối chứng 90 lớp thực nghiệm 3.2 Đồ thị đường phân bố tần số luỹ tích hội tụ lùi  A i ( i)% 91 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương Cơ sở lí luận thực tiễn việc hình thành kiến thức giải tập vật lí………………………………………… 1.1 Quan niệm tập vật lí……………………………………… 1.2 Tác dụng tập vật lí dạy học……………………… 1.3 Phân loại tập vật lí…………………………………………… 13 1.4 Sơ đồ định hướng khái quát giải tập vật lí…………………… 16 1.5 Nguyên tắc lựa chọn hệ thống tập vật lí nhằm hình thành kiến thức cho học sinh dạy học…………………………… 17 1.6 Hướng dẫn học sinh tìm kiếm lời giải tập vật lí nhằm hình thành kiến thức mới………………………………………………… 20 1.7 Mỗi quan hệ giải tập vật lí với nắm vững kiến thức phát triển lực giải vấn đề………………………………… 22 1.8 Thực trạng dạy học giải tập vật lí trường THPT…………… 28 Kết luận chương 1…………………………………………………… 34 Chương Tổ chức học hình thành kiến thức giải tập 35 vật lí…………………………………………………………………… 2.1 Phân tích nội dung kiến thức khoa học chương “Các định luật bảo toàn”…………………………………………………………………… 35 2.2 Mục tiêu dạy học chương “Các định luật bảo tồn”……………… 37 2.3 Hệ thống tập hình thành kiến thức dạy học chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT 39 2.4.Tiến trình dạy học số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” giải tập vật lí………………………………… 41 2.4.1 Tiến trình xây dựng đơn vị kiến thức “Động lượng Định luật bảo toàn động lượng”………………………………………………… 41 2.4.2 Tiến trình xây dựng đơn vị kiến thức “Cơng Cơng suất”……… 51 2.4.3 Tiến trình xây dựng đơn vị kiến thức “Động năng”…………… 55 2.4.4 Tiến trình xây dựng đơn vị kiến thức “Thế năng”……………… 61 2.4.5 Tiến trình xây dựng đơn vị kiến thức “Cơ năng”……………… 66 Kết luận chương 2…………………………………………………… 72 Chương 3: Thực nghiệm sư phạm…………………………………… 73 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm……………… 73 3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm………………………………… 73 3.3 Tiến hành thực nghiệm sư phạm………………………………… 74 3.4 Kết thực nghiệm sư phạm…………………………………… 85 Kết luận chương 3…………………………………………………… 97 KẾT LUẬN…………………………………………………………… 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… 100 PHỤ LỤC…………………………………………………………… 103 PHỤ LỤC 1: Phiếu điều tra tình hình học tập kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” học sinh………………………………… 103 PHỤ LỤC 2: Phiếu trao đổi với giáo viên dạy mơn Vật lí ………… 105 PHỤ LỤC 3: Một số hình ảnh TNSP……………………… 107 PHỤ LỤC 4: Giáo án điện tử……………………………………… 112 PHỤ LỤC 5, 6: Đáp án đề kiểm tra 15 phút; 45 phút……………… 123 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Hiện nay, Việt Nam bước vào thời kì cơng nghiệp hố, đại hoá đất nuớc, mở cửa hội nhập quốc tế chế thị trường cạnh tranh liệt Trong trình xây dựng chủ nghĩa xã hội, người lao động trở thành người làm chủ đất nước, làm chủ qua trình tổ chức quản lý sản xuất trình phân phối sản phẩm Con người với tất phẩm chất tích cực (thể lực, trí lực, nhân cách) trở thành động lực phát triển toàn xã hội nói chung nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố nói riêng Những u cầu thực tiễn địi hỏi nhà trường phải góp phần giáo dục đào tạo người phát triển cao trí tuệ, cường tráng thể chất, phong phú tinh thần, sáng đạo đức, có tư sáng tạo, có kỹ thực hành giỏi, có tác phong cơng nghiệp, có tính tổ chức kỷ luật ý thức cộng đồng, có thái độ tích cực, có lực tự học để nâng cao trình độ nhận thức đáp ứng yêu cầu ngày cao xã hội Để thực điều đó, nhà trường phổ thơng khơng phải trang bị kiến thức mà cịn phải bồi dưỡng lực, đặc biệt trọng đến lực sáng tạo, lực thực hành cho học sinh Chỉ có dạy học nhà trường có khả tạo hoạt động đa dạng cần thiết, tạo điều kiện phát triển lực khác học sinh Tuy nhiên thực trạng dạy học nước ta cho thấy việc phát huy lực sáng tạo cho học sinh nhiều hạn chế Để khắc phục hạn chế đó, Nghị Trung ương khoá VIII Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khẳng định: “Đổi phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ chiều, rèn luyện thành nếp tư sáng tạo người học Từng bước áp dụng phương pháp dạy học tiên tiến phương tiện dạy dạy học đại vào trình dạy học, bảo đảm điều kiện thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, sinh viên đại học”[22, tr.34] Khoản b điều 36, Luật Giáo dục năm 2005 ghi rõ “Phương pháp giáo dục phải coi trọng việc bồi dưỡng lực tự học, tự nghiên cứu, tạo điều kiện cho người học phát triển tư sáng tạo, rèn luyện kĩ thực hành, tham gia nghiên cứu, thực nghiệm ứng dụng” Hình thành hệ thống kiến thức vật lí phổ thơng tương đối có hệ thống toàn diện, đại cho học sinh nhiệm vụ dạy học vật lí Những kiến thức học, vật lí phân tử nhiệt học, điện học, quang học, dao động sóng, vật lí nguyên tử hạt nhân sở để học sinh nhận thức giới vật chất, đồng thời phát triển lực trí tuệ nhân cách họ Ngày nay, thực tiễn dạy học vật lí, người ta ngày ý tăng cường BTVL chúng đóng vai trị quan trọng dạy học giáo dục học sinh, đặc biệt việc thực nhiệm vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp Giải BTVL xem mục đích, phương pháp dạy học, phần hữu q trình dạy học vật lí khơng có tác dụng giúp cho HS phát triển tư vật lí thói quen vận dụng kiến thức vật lí vào thực tế mà cịn có tác dụng tích cực việc hình thành KTM làm phong phú khái niệm, định luật vật lí Trong lĩnh vực nghiên cứu vấn đề BTVL từ trước tới có nhiều cơng trình tác L.I Rêznicôp - A.V Piôrưskin - P.A Znamenxki [16], Nguyễn Đức Thâm [21], Phạm Hữu Tòng [24], [26], [27], Nguyễn Thế Khôi [11], Đỗ Hương Trà [29],… có luận văn cao học Trần Như Long [13], Nguyễn Đức Sinh [18], Các tác giả rõ tác dụng BTVL dạy học, cách phân loại, nguyên tắc soạn thảo hệ thống BTVL đề xuất phương pháp giải tập vật lí nói chung số loại tập cụ thể nói riêng,… Ngồi ra, tác giả [11] nhấn mạnh vai trị BTVL việc hình thành KTM cho HS Tuy nhiên, việc tổ chức dạy học hình thành KTM cho HS cách hướng dẫn họ giải BTVL chưa nhiều tác giả GV trường phổ thơng quan tâm mức Chính thế, việc thực đề tài: “Sử dụng tập hình thành kiến thức dạy học chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT cần thiết Mục đích nghiên cứu Xây dựng hệ thống tập, hướng dẫn HS lớp 10 giải soạn thảo tiến trình dạy học hình thành KTM chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT nhằm giúp họ nắm vững kiến thức góp phần phát triển lực giải vấn đề Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy học BTVL GV, HS 3.2 Phạm vi nghiên cứu Hệ thống tập hình thành KTM chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT Giả thuyết khoa học Nếu dạy học chương “Các định luật bảo toàn”, giáo viên xây dựng hệ thống BTVL theo yêu cầu hệ thống BT với mục đích hình thành KTM đề cách hướng dẫn HS lớp 10 THPT giải giúp họ nắm vững kiến thức góp phần phát triển lực giải vấn đề Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu lí luận BTVL 5.2 Điều tra thực trạng dạy học GV HS lớp 10 THPT học hình thành KTM chương “Các định luật bảo toàn” giải BTVL 112 PHỤ LỤC 4: GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ Bài : Động lượng – Định luật bảo toàn động lượng KIỂM TRA BÀI CŨ HS1: Lực tác dụng lên vật có HS2: thể gây tác dụng gì? Một vật có khối lượng m = 0,05kg Lực tác dụng lên vật gây chuyển động với vận tốc biến dạng cho vật làm 5m/s Tác dụng vào vật lực thay đổi vận tốc vật không đổi, sau 5s vật chuyển động với vận tốc 10m/s Tính độ lớn lực tác dụng Ta có: Gia tốc vật là: v  v 10  a   1m / s t Vậy độ lớn lực tác dụng là: F  ma  F  0,05.1  0,05N Khi có lực tác dụng vào vật gây gia tốc cho vật đại lượng F , v1 , v2 m có mối liên hệ với nào? 113 Tiết 37: ĐỘNG LƯỢNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I Động lượng Một vật nhỏ có khối lượng m chuyển động với vận tốc v1, chịu tác dụng lực F không đổi Sau thời gian t , vật có vận tốc v2 Hãy tìm mối quan hệ F, v1 ,v2 m Tiết 37: ĐỘNG LƯỢNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I Động lượng Dưới tác dụng lực F , sau Xác định gia tốc vật tác dụng lực F ? t vật thay đổi vận tốc thời gian từ v1 đến v2 Theo định nghĩa gia tốc, ta v v có: a  (1) t Mặt khác, theo định luật II Niutơn,ta lại có: a Nêu cơng thức tính lực F ? F (2) m Từ (1) (2) suy ra: v2  v1 F  t m  mv2  mv1  Ft Từ đó, tìm mối liên hệ v1 , v2 m F, 114 Tiết 37: ĐỘNG LƯỢNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I Động lượng Nếu đặt p  mv gọi p động lượng vật ta viết lại biểu thức sau: p2  p1  Ft hay  p  Ft F t gọi xung lượng lực tác dụng thời gian Tiết 37: ĐỘNG LƯỢNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I Động lượng II Định luật bảo toàn động lượng Hệ cô lập Một hệ nhiều vật hệ lập khơng có ngoại lực tác dụng lên hệ có ngoại lực cân Định luật bảo toàn động lượng hệ cô lập 115 Tiết 37: ĐỘNG LƯỢNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG II Định luật bảo tồn động lượng “Tính độ biến thiên động lượng Định luật bảo tồn động lượng hệ lập hệ cô lập gồm hai vật tương tác với sau thời gian Theo kết tập 1, gọi F1 F2 lực hợp lực tác dụng lên vật vật thì: Do hệ xét hệ lập nên F t Hãy mở rộng kết cho hệ cô lập gồm nhiều vật.” F2 nội lực Theo định luật III Niutơn F1 = - F2  p1  F1t  p2  F2 t Tiết 37: ĐỘNG LƯỢNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG II Định luật bảo toàn động lượng Định luật bảo toàn động lượng hệ cô lập Suy ra:  p1 = –  p2  p2  F2 t  p1  F t   p1   p2   p  Bằng cách chứng minh tương tự, mở rộng kết cho hệ cô lập gồm n vật:  p   p1   p2    pn  116 Tiết 37: ĐỘNG LƯỢNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN ĐỘNG LƯỢNG II Định luật bảo tồn động lượng Định luật bảo tồn động lượng hệ lập Định luật bảo toàn động lượng định luật tổng quát tự nhiên, cho loại tương tác nghiệm trường hợp định luật Niutơn bị vi phạm Một người có khối lượng m = 60 kg ngồi xe có khối lượng M = 240 kg chuyển động mặt đường nhẵn với vận tốc v1 = 2m/s Tìm vận tốc người xe người rời xe cách nhảy phía trước xe với vận tốc v2 = 4m/s so với xe.” Vì xe chuyển động không ma sát nên hệ người xe coi hệ kín Khi nhảy khỏi xe, vận tốc người so với đất: v20  v21  v10 v20  v21  v10  6m / s Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: (m  M ).v1  mv 20  Mv '1  v1'  ( m  M ).v1  mv 20 M 117 Bài 2: Động KIỂM TRA BÀI CŨ - Năng lượng gì? Năng lượng đ ại lượng đặc trưng cho khả sinh công vật - Một vật có lượng nào? Một vật có lượng vật có khả thực cơng Nếu chuyển động mà vật có khả thực cơng lư ợng vật thuộc dạng gì, phụ thuộc vào yếu tố nào? 118 Tiết 42: ĐỘNG NĂNG II Cơng thức tính động Một vật khối lượng m chịu tác dụng lực F không đổi làm cho vật chuyển động theo giá lực quãng đường s,vật tăng tốc từ vận tốc v1 đến v2 a Tính cơng lực F b Nếu v1  công lực bao nhiêu? Tiết 42: ĐỘNG NĂNG II Cơng thức tính động Áp dụng cơng thức tính cơng Nêu cách tính cơng lực F ? A  F s lực: Theo định luật II Niutơn F  ma 2 Mặt khác ta lại có v2  v1  2as Nên A  m.a.s   Độ lớn lực F xác đinh công thức nào? m(v22  v12 ) s 2.s m(v22  v12 ) m.v22 mv12   2 Khi v1  : A  m.v2 2 Khi lực tác dụng lên vật sinh công, vật nhận lượng chuyển từ trạng thài nghỉ sang trạng thái chuyển động Nếu v1  công lực bao nhiêu? 119 Tiết 37: ĐỘNG NĂNG II Cơng thức tính động A m.v2 2 Vế trái biểu thức biểu thị lượng mà vật thu q trình sinh cơng lực F gọi động vật Động vật khối lượng m chuyển động với vận tốc v lư ợng mà vật có chuy ển động xác định theo công thức: m.v Wd  Tiết 37: ĐỘNG NĂNG II Cơng thức tính động Vậy động vật thay đổi không? Đại lượng đặc 2 trưng cho thay đổi đó? mv2 mv A   Wd  Wd Vật khối lượng m chịu tác dụng 2 không đổi làm cho vật chuyển Công ngoại lực tác dụng lên lực F vật độ biến thiên động động theo giá lực Khi lực tác dụng lên vật sinh quãng đường s vật tăng tốc từ vận cơng dương đ ộng tốc v1 đến v2 vật tăng Cơng ngoại lực có mối liên hệ Ngược lại lực tác dụng lên với độ biến thiên động vật sinh cơng âm đ ộng năng vật? vật giảm Độ biến thiên động phụ Vậy động vật tăng thuộc vào cách chọn hệ quy hay giảm nào? chiếu động hàm theo vận tốc Khi v1  120 Bài 3: Thế KIỂM TRA BÀI CŨ Năng lượng gì? Một vật có lượng nào? Năng lượng đ ại lượng đặc trưng cho khả sinh công c vật Một vật có lượng vật có khả thực công Nếu tương tác Trái Đất vật mà vật có khả thực cơng lượng vật thuộc dạng nào, phụ thuộc vào yếu tố? 121 Tiết 43: THẾ NĂNG I Thế trọng trường Một viên bi có khối lượng m rơi tự do, qua hai vị trí M N tương ứng với độ cao zM, zN so với mặt đất a Tính cơng trọng lực quỹ đạo chuyển động b Nếu z N  cơng trọng lực bao nhiêu? Tiết 43: THẾ NĂNG I Thế trọng trường Áp dụng cơng thức tính cơng lực: A  F s  P.z  mgz ( z  zM  z N ) Nêu cách tính cơng trọng lực quỹ đ ạo chuyển động nó?  A  mg ( zM  z N ) Khi zN = thì: A  mgz Vế trái biểu thức biểu thị lượng mà vật thu q trình sinh cơng trọng lực P gọi vật Khi zN = cơng trọng lực xác định nào? Khi trọng lực tác dụng lên viên bi sinh công, viên bi nhận lượng chuyển từ trạng thài nghỉ sang trạng thái chuyển động 122 Tiết 43: THẾ NĂNG I Thế trọng trường Thế vật khối lượng m rơi từ độ cao z so với mặt đất lượng mà vật có tương tác với Trái Đất xác định theo công thức: Wt  mgz Khi viên bi rơi từ độ cao zM tới độ cao zN = cơng A là: A  mg ( zM  zN )  Wt ( M )  Wt ( N ) Khi viên bi rơi từ độ cao zM tới độ cao zN = cơng A đư ợc tính nào? Công trọng lực tác dụng lên vật độ giảm Tiết 43: THẾ NĂNG I Thế trọng trường Khi vật giảm độ cao, vật giảm trọng lực sinh cơng dương Ngược lại vật tăng độ cao, c vật tăng trọng lực sinh cơng âm Vậy vật thay đổi khơng? Đại lượng đặc trưng cho thay đổi đó? Thế vật tăng hay giảm nào? Thế ph ụ thuộc vào cách chọn mốc Khi chọn mốc t ại mặt đất trọng trường viên bi: Wt  P.h  mg.h  20.0  100( J ) Khi chọn mốc A trọng trường viên bi là: W  P.h  mg.h  20.10  100( J ) t Một viên bi có khối lượng 2kg rơi tự từ ểm A xuống mặt đất điểm B có đ ộ cao chênh lệch 5m Tính tr ọng trường viên bi điểm B, chọn: + Mốc t ại B (mặt đất) + Mốc A 123 PHỤ LỤC 5: ĐÁP ÁN BÀI KIỂM TRA 15 PHÚT Phần trắc nghiệm (5đ): A A A D B Phần tự luận (5đ): Áp dụng công thức cộng vận tốc vận tốc người so với đất nhảy khỏi xe là: v20  v21  v10 v20  v21  v10  3m / s Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: (m  M ).v1  mv20  Mv '1  v1'  (m  M ).v1  mv20  0, 67m / s M 124 PHỤ LỤC 6: ĐÁP ÁN BÀI KIỂM TRA 45 PHÚT Phần trắc nghiệm (6đ): 10 11 12 A A A B B D A D C A A C 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 C A D D A B C C C A A A Phần tự luận (4đ): Câu (2đ): a.Thời gian đinh di chuyển vào gỗ: t  p mv 2S    2.103 s Fc mv v 2S mv 2 mv12   Ac   Fc s b Lực cản trung bình: Wd  2  Fc  mv12  10000 N 2S Câu 2(2đ): a Khi chọn mốc B (chân dốc) trọng trường người vị trí A, B là: WtA  P.hA  mg.hA  65.10.25  16250( J ) WtB  P.hB  mg.hB  65.10.0  0( J ) b Khi chọn mốc A (đỉnh dốc) trọng trường người vị trí A, B là: WtA  P.hA  mg.hA  65.10.0  0( J ) WtB  P.hB  mg.hB  65.10.25  16250( J ) 125 ... HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 2.1 Phân tích nội dung kiến thức khoa học chương ? ?Các định luật bảo tồn” Vật lí 10 THPT Chương ? ?Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT bố trí... trạng dạy học GV HS lớp 10 THPT học hình thành KTM chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? giải BTVL 4 5.3 Xác định mục tiêu dạy học số học hình thành KTM chương ? ?Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT. .. tra - Tìm hiểu tình hình dạy học sử dụng tập GV dạy học hình thành KTM chương ? ?Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT - Tìm hiểu tình hình học tập khó khăn chủ yếu, sai lầm phổ biến HS lớp 10 THPT